CN109274061A - 一种过流和短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过流和短路保护电路，属于电子器械技术领域。本过流和短路保护电路包括：电压传感器，用于并联在主工作回路输出端以检测输出电压变化；主开关，用于连接在电源和主工作回路之间，并根据接收的开关信号控制电源和主工作回路之间电路的通断；监控模块，其信号输入端和电压传感器连接，用于接收电压传感器反馈的电压信号并将该电压信号和预设的电压阈值进行比较，在电压信号低于电压阈值时输出控制信号控制主开关断电；转换模块，用于将监控模块输出的控制信号转换为主开关可用的开关信号。本过流和短路保护电路不会破坏输出路径的连接特性，有助于使系统的工作效率保持稳定，并且具有稳定的自恢复功能。
Description
技术领域
本发明属于电路技术领域，涉及一种过流和短路保护电路。
背景技术
在电子产品中，输出端过流或短路的情况难以避免，比如用户不小心用金属触碰了输出端、输出端遇水，等等，因此需要对输出过流及短路采取必要的保护措施。有的集成电路电路内部自带输出过流和短路保护措施，但也有的集成电路内部没没有配置这一保护措施，这就需要应用方案通过辅助的外围电路来实现。
现在普遍使用的输出过流和短路保护的方法，其基本电路工作原理是通过监测输出路径上的电流来实现的，实时地检查输出电流的大小，当输出电流达到某个阈值时，判定为满足输出过流或短路条件，从而触发输出过流或短路保护措施。这种方法的优点是适用性广，从理论上讲，对所有的应用条件都适用，但缺点也很多，主要有以下几个：
(1)必须用采样电阻将输出电流参数转换为电压参数。
因为直接检测电流非常不方便，将其转换成电压信号后，才能进行检测、比较等处理。但是电流转换成电压，就必须使用一颗高精度的采样电阻串接在输出路径中，在主工作回路中插入一个主开关，用来在发生输出过流或短路时切断主工作回路、在输出端负极到接地之间插入一个采样电阻，将其差生的电压信号送给检测与控制模块，产生对应的控制信号，在经过转换(可选)后，产生可控制主开关的控制信号。
这会产生一些列问题。首先，这颗电阻阻值的选择本身就比较困难，如果阻值太大，那么电阻所产生的电压降就会太高，增加了能量消耗(电阻是个耗能元件)，降低了系统的工作效率；但如果阻值太小，则转换的电压信号太小，这就需要很高精度的比较器和参考源来实现判断，增加了成本。由于单边比较器的比较信号大多是对地而言，所以这颗采样电阻只能接在输出端的接地端，这就导致输出端的地和输入端的地电位有差异。
(2)很难实现自恢复功能。
自恢复的含义是当输出过流或短路条件撤销时，电路可以自动恢复正常工作。实现自恢复功能的困难之处在于：当发生输出过流或短路时，主开关断开，由于输入端不再向输出端提供能量，所以输出电流为0，这就意味着输出过流或短路状态不复成立，所以主开关又被接上，主工作回路恢复工作，但实际的输出过流或短路条件并未真正撤销，一旦主开关接上、输入端给输出端提供能量，系统又会进入到输出过流或短路状态，再次切断主开关。这样反复切换的结果，并不一定能保护系统不受损伤。能满足保护目标的控制信号，应该是：切断主开关的时间比较长，接上主开关的时间非常短。这种信号，称为小占空比信号。
由于市场上在采样电压大于参考值时产生小占空比信号的集成电路非常少，需要繁琐的电路、精心设置的参数去完成，所以是件头疼的事情。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过流和短路保护电路，该电路所要解决的技术问题是如何避免电路输出端和输入端接地点位不相等以及主开关的周期性反复切断和接通情况的发生。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种过流和短路保护电路，用于和主工作回路连接以对主工作回路进行保护，其特征在于，包括：
电压传感器，用于并联在主工作回路输出端以检测输出电压变化；
主开关，用于连接在电源和主工作回路之间，并根据接收的开关信号控制电源和主工作回路之间电路的通断；
监控模块，其信号输入端和电压传感器连接，信号输出端通过转换模块和主开关连接，用于接收电压传感器反馈的电压信号并将该电压信号和预设的电压阈值进行比较，在电压信号低于电压阈值时输出控制信号控制主开关断电；
转换模块，用于将监控模块输出的控制信号转换为主开关可用的开关信号。
本发明的原理如下：当主工作回路输出端过流或短路时，输出端的电压下跌，由于电压传感器连接在主工作回路的输出端，电压传感器采样的电压信号也下跌，监控模块通过将电压信号和预设的电压阈值进行比对后确定输出端过流或短路，输出控制信号给主开关，使其切断电源和主工作回路之间的电路，一旦主开关被切断，则输出端得不到来自输入端的能量，电压为0，这等效于输出仍然处于过流或短路状态，因此主开关并不会被再次接上，产生如“电流法”中所述的主开关周期性反复切断和接通。
在上述的一种过流和短路保护电路中，所述电压传感器包括相串联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联后和所述主工作回路的输出端并联，所述电阻R1和电阻R2之间引出一信号线和所述监控模块的信号输入端相连接。
在上述的一种过流和短路保护电路中，所述主开关为P沟道增强型绝缘栅场效应管Q2，其栅极接转换模块的信号输出端，源极接电源正极，漏极接主工作回路输入端。
在上述的一种过流和短路保护电路中，所述转换模块为N沟道增强型绝缘栅场效应管Q3，其漏极作为信号输出端接主开关，源极接地，栅极接监控模块的控制信号输出端。
在上述的一种过流和短路保护电路中，所述监控模块采用型号为DT6101的芯片U2，其引脚VIN和引脚EN均用于连接电源输入端，引脚SW用于连接转换模块，引脚FB用于连接电压检测模块。
在上述的一种过流和短路保护电路中，所述监控模块还连接有脉冲发生模块，用于周期性的产生复位指令脉冲给监控模块，所述控模块根据该复位指令脉冲发出控制信号给所述转换模块以控制主开关闭合。
与现有技术相比，本发明技术方案的过流和短路保护电路具有以下优点：
(1)不需要在输出路径中串入电阻，破坏输出路径的连接特性，影响系统的工作效率，造成系统端与输出端接地电位不相等的问题。
(2)避免主开关的反复合断，同时依靠周期性脉冲实现自恢复功能，更加可靠耐用。
图1是本发明实施例中过流和短路保护电路的原理图。
图2是本发明实施例中过流和短路保护电路的电路图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本过流和短路保护电路用于和主工作回路连接以对主工作回路进行保护，其包括：电压传感器、主开关、监控模块和转换模块。其中，电压传感器，并联在主工作回路输出端以检测输出电压变化；主开关，连接在电源和主工作回路之间，并根据接收的开关信号控制电源和主工作回路之间电路的通断；监控模块，其信号输入端和电压传感器连接，信号输出端通过转换模块和主开关连接，接收电压传感器反馈的电压信号并将该电压信号和预设的电压阈值进行比较，在电压信号低于电压阈值时输出控制信号控制主开关断电；转换模块，将监控模块输出的控制信号转换为主开关可用的开关信号。
如图2所示，具体来说：
主开关为P沟道增强型绝缘栅场效应管Q2，其栅极接转换模块的信号输出端，源极接电源正极，漏极接主工作回路输入端。
转换模块为N沟道增强型绝缘栅场效应管Q3，其漏极作为信号输出端接主开关，源极接地，栅极接监控模块的控制信号输出端。
监控模块采用型号为DT6101的芯片U2，其引脚VIN和引脚EN均用于连接电源输入端；引脚SW作为控制信号输出端，用于连接转换模块的栅极；引脚FB作为信号输入端，用于连接电压检测模块。
电压传感器包括相串联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联后和主工作回路的输出端并联，电阻R1和电阻R2之间引出一信号线和监控模块的引脚FB相连接。
本发明的主要原理如下：当主工作回路输出端过流或短路时，输出端的电压下跌，由于电压传感器连接在主工作回路的输出端，电压传感器采样的电压信号也下跌，监控模块通过将电压信号和预设的电压阈值进行比对后确定输出端过流或短路，输出控制信号给主开关，使其切断电源和主工作回路之间的电路，一旦主开关被切断，则输出端得不到来自输入端的能量，电压为0，这等效于输出仍然处于过流或短路状态，因此主开关并不会被再次接上，产生如“电流法”中的主开关周期性反复切断和接通。
为了使本过流和短路保护电路能够实现可靠和稳定的自恢复功能，在监控模块中加入脉冲发生模块，该脉冲发生模块能够周期性的产生复位指令脉冲给监控模块，控模块根据该复位指令脉冲发出控制信号经由转换模块转换后输送给主开关，控制主开关的闭合，实现主工作回路的自动恢复工作。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种过流和短路保护电路，用于和主工作回路连接以对主工作回路进行保护，其特征在于，包括：
电压传感器，用于并联在主工作回路输出端以检测输出电压变化；
主开关，用于连接在电源和主工作回路之间，并根据接收的开关信号控制电源和主工作回路之间电路的通断；
监控模块，其信号输入端和电压传感器连接，信号输出端通过转换模块和主开关连接，用于接收电压传感器反馈的电压信号并将该电压信号和预设的电压阈值进行比较，在电压信号低于电压阈值时输出控制信号控制主开关断电；
转换模块，用于将监控模块输出的控制信号转换为主开关可用的开关信号。
2.根据权利要求1所述的一种过流和短路保护电路，其特征在于，所述电压传感器包括相串联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联后和所述主工作回路的输出端并联，所述电阻R1和电阻R2之间引出一信号线和所述监控模块的信号输入端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种过流和短路保护电路，其特征在于，所述主开关为P沟道增强型绝缘栅场效应管Q2，其栅极接转换模块的信号输出端，源极接电源正极，漏极接主工作回路输入端。
4.根据权利要求3所述的一种过流和短路保护电路，其特征在于，所述转换模块为N沟道增强型绝缘栅场效应管Q3，其漏极作为信号输出端接主开关，源极接地，栅极接监控模块的控制信号输出端。
5.根据权利要求4所述的一种过流和短路保护电路，其特征在于，所述监控模块采用型号为DT6101的芯片U2，其引脚VIN和引脚EN均用于连接电源输入端，引脚SW用于连接转换模块，引脚FB用于连接电压检测模块。
6.根据权利要求1或2所述的一种过流和短路保护电路，其特征在于，所述监控模块还连接有脉冲发生模块，用于周期性的产生复位指令脉冲给监控模块，所述控模块根据该复位指令脉冲发出控制信号给所述转换模块以控制主开关闭合。
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