CN111130057A - 一种双向过流保护电路及双向过流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双向过流保护电路及方法，所述电路包括：双向过流采样单元，用于采样正向电流或逆向电流；比较单元，用于在正向电流采样信号大于正向电流阈值时输出正向过流信号，在逆向电流采样信号大于逆向电流阈值时输出逆向过流信号；响应调节单元，用于设定保护响应时间和保护恢复时间，并在过流持续时间大于保护响应时间时输出过流保护启动信号，过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间，控制电路恢复至过流检测状态；保护单元，用于输出正向关断信号及逆向关断信号；控制单元，用于在正常工作时控制电流通路导通；在发生正向过流或逆向过流时控制电流通路关断。通过本发明解决了现有过流保护电路只能对单一方向电流进行过流保护的问题。

Description

一种双向过流保护电路及双向过流保护方法

技术领域

本发明属于电路设计领域，特别是涉及一种双向过流保护电路及双向过流保护方法。

背景技术

随着电子设备种类的增多，不同电子设备的电流规格、电流流向也各不相同。各种需要用到电能的设备均有一个额定电流，在使用过程中不能超过该额定电流值，否则将会对电子设备的寿命造成严重影响，且在严重过流或短路情况下，将会直接损坏电子设备，甚至造成火灾等严重安全事故。因此，诸多电子设备中针对不同的应用场合、设备特性及功能特性存在各式各样的过流保护电路。

在诸多电子设备中，存在一种特殊的电子设备，其需要电流能够满足双向流通的特点，以满足特定应用需求，例如直流电机正反转、谐振电路谐振回路及锂电池充放电等。但现在大多数过流保护电路只针对单一方向电流进行过流保护，无法满足电流逆向流动时的过流保护。

鉴于此，有必要设计一种新的双向过流保护电路及双向过流保护方法，用以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双向过流保护电路及双向过流保护方法，用于解决现有过流保护电路只能对单一方向电流进行过流保护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双向过流保护电路，所述双向过流保护电路包括：

双向过流采样单元，连接于电流通路中，用于对流经所述电流通路的正向电流或逆向电流进行电流采样，以输出正向电流采样信号或逆向电流采样信号；

比较单元，连接于所述双向过流采样单元，用于将正向电流采样信号与正向电流阈值进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值时，输出正向过流信号；或将逆向电流采样信号与逆向电流阈值进行比较，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值时，输出逆向过流信号；

响应调节单元，连接于所述比较单元，用于设定保护响应时间和保护恢复时间，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；及在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态；

保护单元，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号及逆向关断信号；

控制单元，连接于所述保护单元和所述电流通路之间，用于在所述电流通路正常工作时，控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，控制所述电流通路关断，以实现双向过流保护。

可选地，所述双向过流采样单元包括：一采样电阻，其中所述采样电阻串联于所述电流通路中，并且其一端作为所述双向过流采样单元的输出端，其另一端接地。

可选地，所述比较单元包括：

正向比较模块，连接于所述双向过流采样单元，用于将所述正向电流采样信号与所述正向电流阈值进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值时，输出正向过流信号；

逆向比较模块，接于所述双向过流采样单元，用于将逆向电流采样信号与逆向电流阈值进行比较，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值时，输出逆向过流信号。

可选地，所述正向比较模块包括：第一比较器，其中所述第一比较器的正输入端接入所述正向电流阈值，所述第一比较器的负输入端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第一比较器的输出端作为所述正向比较模块的输出端；

所述逆向比较模块包括：第二比较器，其中所述第二比较器的正输入端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第二比较器的负输入端接入所述逆向电流阈值，所述第二比较器的输出端作为所述逆向比较模块的输出端。

可选地，所述响应调节单元包括：

保护响应时间设定模块，连接于所述比较单元，用于设定所述保护响应时间，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；

保护恢复时间设定模块，连接于所述保护响应时间设定模块，用于设定所述保护恢复时间，并在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

可选地，所述保护响应时间设定模块和所述保护恢复时间设定模块共用第一电容，所述保护响应时间设定模块还包括第一电阻，其中所述第一电阻的一端连接于所述比较单元的输出端，所述第一电阻的另一端连接于所述第一电容的一端，同时作为所述保护响应时间设定模块的输出端，所述第一电容的另一端接地；所述保护恢复时间设定模块还包括第二电阻，其中所述第二电阻的一端连接于所述第一电容的一端，同时作为所述保护恢复时间设定模块的输出端，所述第二电阻的另一端连接于所述第一电容的另一端，同时接地。

可选地，所述响应调节单元还包括：设于所述第一电阻和所述第一电容之间的防反模块，用于防止所述第一电容的反向放电。

可选地，所述防反模块包括：第一二极管，其中所述第一二极管的阳极端连接于所述第一电阻，所述第一二极管的阴极端连接于所述第一电容。

可选地，所述保护单元包括：

正向保护模块，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号；

逆向保护模块，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出逆向关断信号。

可选地，所述正向保护模块包括：第三电阻及第一三极管，其中所述第三电阻的一端连接于所述响应调节单元的输出端，所述第三电阻的另一端连接于所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极作为所述正向保护模块的输出端，所述第一三极管的发射极接地；

所述逆向保护模块包括：第四电阻及第二三极管，其中所述第四电阻的一端连接于所述响应调节单元的输出端，所述第四电阻的另一端连接于所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极作为所述逆向保护模块的输出端，所述第二三极管的发射极接地。

可选地，所述控制单元包括：分别连接于所述保护单元的正向控制模块及逆向控制模块，用于在所述电流通路正常工作时，所述正向控制模块和所述逆向控制模块同时导通，以控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，所述正向控制模块和所述逆向控制模块同时关断，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护。

可选地，所述正向控制模块包括：第五电阻及第一NMOS管，其中所述第五电阻的一端接入正向导通控制信号，所述第五电阻的另一端连接于所述保护单元的输出端，同时连接于所述第一NMOS管的栅极端，所述第一NMOS管的源极端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第一NMOS管的漏极端连接于所述逆向控制模块；

所述逆向控制模块包括：第六电阻及第二NMOS管，其中所述第六电阻的一端接入逆向导通控制信号，所述第六电阻的另一端连接于所述保护单元的输出端，同时连接于所述第二NMOS管的栅极端，所述第二NMOS管的漏极端连接于所述正向控制模块，所述第二NMOS管的源极端连接于所述电流通路的一端。

可选地，所述双向过流保护电路还包括：连接于所述响应调节单元和所述保护单元之间的波形整形单元，用于对所述过流保护启动信号进行波形整形，以输出脉冲式过流保护启动信号。

可选地，所述波形整形单元包括：一与门，其中所述与门的第一输入端连接于所述响应调节单元的输出端，同时连接于所述与门的第二输入端，所述与门的输出端作为所述波形整形单元的输出端。

本发明还提供了一种利用如上所述的双向过流保护电路实现的双向过流保护方法，所述双向过流保护方法包括：

采样流经所述电流通路的正向电流或逆向电流；

比较正向电流采样信号和正向电流阈值，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值，同时正向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断；或比较逆向电流采样信号和逆向电流阈值，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值，同时逆向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护；

在开启过流保护状态后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

可选地，所述正向电流阈值和所述逆向电流阈值不相同。

可选地，通过第一电阻和第一电容对所述保护响应时间进行调节；所述保护响应时间T1＝R1*C1，其中R1表示第一电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

可选地，通过第二电阻和第一电容对所述保护恢复时间进行调节；所述保护恢复时间T2＝R2*C1，其中R2表示第二电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

如上所述，本发明的一种双向过流保护电路及双向过流保护方法，具有以下有益效果：

通过本发明所述双向过流保护电路的设计，不仅对流经所述电流通路的正向电流进行过流保护，而且还对流经所述电流通路的逆向电流进行过流保护，从而实现了所述电流通路的双向过流保护。

本发明通过所述比较单元的设计，实现了基于实际应用设定正向电流阈值和逆向电流阈值，即通过设定所述正向电流阈值和逆向电流阈值为相同值或不同值，以满足不同的过流保护需求。

本发明通过所述响应调节单元的设计，实现了基于实际应用设定所述保护响应时间和所述保护恢复时间，从而能够可靠地实现快速响应、缓慢恢复的系统设计要求；本发明更通过所述保护响应时间的设定，避免了瞬间大电流等干扰造成的频繁保护与恢复的误操作。

本发明所述双向过流保护电路结构简单、适应性强、成本低，更可根据不同的应用要求调整正向电流阈值、逆向电流阈值、保护响应时间及保护恢复时间，使得电路调试更方便。

附图说明

图1显示为本发明所述双向过流保护电路的电路框图。

图2显示为本发明所述双向过流保护电路的具体电路图。

图3显示为本发明所述波形整形单元的输入信号和输出信号的波形示意图。

元件标号说明

101 双向过流采样单元

102 比较单元

1021 正向比较模块

1022 逆向比较模块

103 响应调节单元

1031 保护响应时间设定模块

1032 保护恢复时间设定模块

1033 防反模块

104 保护单元

1041 正向保护模块

1042 逆向保护模块

105 控制单元

1051 正向控制单元

1052 逆向控制单元

106 波形整形单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种双向过流保护电路，所述双向过流保护电路包括：

双向过流采样单元101，连接于电流通路中，用于对流经所述电流通路的正向电流或逆向电流进行电流采样，以输出正向电流采样信号或逆向电流采样信号；

比较单元102，连接于所述双向过流采样单元101，用于将正向电流采样信号与正向电流阈值Vref1进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值Vref1时，输出正向过流信号；或将逆向电流采样信号与逆向电流阈值进行比较Vref2，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值Vref1时，输出逆向过流信号；

响应调节单元103，连接于所述比较单元102，用于设定保护响应时间T1和保护恢复时间T2，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间T1时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；及在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间T2，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态；

保护单元104，连接于所述响应调节单元103，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号及逆向关断信号；

控制单元105，连接于所述保护单元104和所述电流通路之间，用于在所述电流通路正常工作时，控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，控制所述电流通路关断，以实现双向过流保护。

作为示例，如图2所示，所述双向过流采样单元101包括：一采样电阻Rc，其中所述采样电阻Rc串联于所述电流通路中，并且其一端作为所述双向过流采样单元101的输出端，其另一端接地。本实施例通过将所述采样电阻Rc串联于所述电流通路中，以实现对流经所述电流通路的正向电流或逆向电流进行采样。需要注意的是，本实施例所述采样电阻Rc应满足大封装、小阻值、高精度的特点，并根据实际的应用需求，选择合适的电阻。

作为示例，如图2所示，所述比较单元102包括：

正向比较模块1021，连接于所述双向过流采样单元101，用于将所述正向电流采样信号与所述正向电流阈值Vref1进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值Vref1时，输出正向过流信号；

逆向比较模块1022，接于所述双向过流采样单元101，用于将逆向电流采样信号与逆向电流阈值Vref2进行比较，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值Vref2时，输出逆向过流信号。

具体的，如图2所示，所述正向比较模块1021包括：第一比较器U1，其中所述第一比较器U1的正输入端接入所述正向电流阈值Vref1，所述第一比较器U1的负输入端连接于所述双向过流采样单元101的输出端，所述第一比较器U1的输出端作为所述正向比较模块1021的输出端。在流经所述电流通路的正向电流大于所述正向电流阈值Vref1时，所述第一比较器U1输出正向过流信号(即高电平)。

具体的，如图2所示，所述逆向比较模块1022包括：第二比较器U2，其中所述第二比较器U2的正输入端连接于所述双向过流采样单元101的输出端，所述第二比较器U2的负输入端接入所述逆向电流阈值Vref2，所述第二比较器U2的输出端作为所述逆向比较模块1022的输出端。在流经所述电流通路的逆向电流大于所述逆向电流阈值Vref2时，所述第二比较器U2输出逆向过流信号(高电平)。

具体的，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2可根据实际需要进行设定，以实现不同的过流保护需求；也就是说，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2可以相同也可以不相同。可选地，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2不相同。

作为示例，如图2所示，所述响应调节单元103包括：

保护响应时间设定模块1031，连接于所述比较单元102，用于设定所述保护响应时间T1，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间T1时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；

保护恢复时间设定模块1032，连接于所述保护响应时间设定模块1031，用于设定所述保护恢复时间T2，并在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间T2，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

具体的，如图2所示，所述保护响应时间设定模块1031和所述保护恢复时间设定模块1032共用第一电容C1，所述保护响应时间设定模块1031还包括第一电阻R1，其中所述第一电阻R1的一端连接于所述比较单元102的输出端，所述第一电阻R1的另一端连接于所述第一电容C1的一端，同时作为所述保护响应时间设定模块1031的输出端，所述第一电容C1的另一端接地；所述保护恢复时间设定模块1032还包括第二电阻R2，其中所述第二电阻R2的一端连接于所述第一电容C1的一端，同时作为所述保护恢复时间设定模块1032的输出端，所述第二电阻R2的另一端连接于所述第一电容C1的另一端，同时接地。

其中，所述保护响应时间设定模块1031通过对所述第一电阻R1和所述第一电容C1构成的RC电路进行充电，以实现基于所述第一电容C1的充电时间对所述保护响应时间T1进行设定，并在所述第一电容C1充电完成后，输出所述过流保护启动信号；本实施例可通过所述第一电阻R1的阻值和所述第一电容C1的容值对所述保护响应时间T1进行调节，以实现过流时的快速响应(即在所述过流持续时间大于所述保护响应时间T1时，所述双向过流保护电路进入过流保护状态)，从而避免瞬间大电流等干扰引起的频繁保护与恢复的误操作；其中，所述保护响应时间T1＝R1*C1，其中R1表示第一电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

其中，所述保护恢复时间设定模块1032通过对所述第二电阻R2和所述第一电容C1构成的RC电路进行放电，以实现基于所述第一电容C1的放电时间对所述保护恢复时间T2进行设定，并在所述第一电容C1放电结束后，使所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态；本实施例可通过所述第二电阻R2的阻值和所述第一电容C1的容值对所述保护恢复时间T2进行调节，以实现响应后的缓慢恢复(即所述双向过流保护电路进入过流保护状态后，经过所述保护恢复时间T2，所述双向过流保护电路退出所述过流保护状态，以进入过流检测状态)，从而保证所述双向过流保护电路有足够时间来关断所述电流通路；其中，所述保护恢复时间T2＝R2*C1，其中R2表示第二电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

作为示例，如图2所示，所述响应调节单元103还包括：设于所述第一电阻R1和所述第一电容C1之间的防反模块1033，用于防止所述第一电容C1的反向放电。

具体的，如图2所示，所述防反模块1033包括：第一二极管D1，其中所述第一二极管D1的阳极端连接于所述第一电阻R1，所述第一二极管D1的阴极端连接于所述第一电容C1。通过所述第一二极管D1的设计，在所述第二电阻R2和所述第一电容C1构成的RC电路进行放电时，避免了所述第一电容C1通过R1向所述比较单元102反向放电，从而保证了所述保护恢复时间T2不受R1的影响。

作为示例，如图2所示，所述保护单元104包括：

正向保护模块1041，连接于所述响应调节单元103，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号；

逆向保护模块1042，连接于所述响应调节单元103，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出逆向关断信号。

具体的，如图2所示，所述正向保护模块1041包括：第三电阻R3及第一三极管Q1，其中所述第三电阻R3的一端连接于所述响应调节单元103的输出端，所述第三电阻R3的另一端连接于所述第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的集电极作为所述正向保护模块1041的输出端，所述第一三极管Q1的发射极接地。在所述双向过流保护电路进入过流保证状态时，所述第一三极管Q1在所述过流保护启动信号的控制下导通，以输出正向关断信号。

具体的，如图2所示，所述逆向保护模块1042包括：第四电阻R4及第二三极管Q2，其中所述第四电阻R4的一端连接于所述响应调节单元103的输出端，所述第四电阻R4的另一端连接于所述第二三极管Q2的基极，所述第二三极管Q2的集电极作为所述逆向保护模块1042的输出端，所述第二三极管Q2的发射极接地。在所述双向过流保护电路进入过流保护状态时，所述第二三极管Q2在所述过流保护启动信号的控制下导通，以输出逆向关断信号。

作为示例，如图2所示，所述控制单元105包括：分别连接于所述保护单元104的正向控制模块1051及逆向控制模块1052，用于在所述电流通路正常工作时，所述正向控制模块1051和所述逆向控制模块1052同时导通，以控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，所述正向控制模块1051和所述逆向控制模块1052同时关断，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护。

具体的，如图2所示，所述正向控制模块1051包括：第五电阻R5及第一NMOS管M1，其中所述第五电阻R5的一端接入正向导通控制信号Ds，所述第五电阻R5的另一端连接于所述保护单元104的输出端，同时连接于所述第一NMOS管M1的栅极端，所述第一NMOS管M1的源极端连接于所述双向过流采样单元101的输出端，所述第一NMOS管M1的漏极端连接于所述逆向控制模块1052；所述逆向控制模块1052包括：第六电阻R6及第二NMOS管M2，其中所述第六电阻R6的一端接入逆向导通控制信号Cs，所述第六电阻R6的另一端连接于所述保护单元104的输出端，同时连接于所述第二NMOS管M2的栅极端，所述第二NMOS管M2的漏极端连接于所述正向控制模块1051，所述第二NMOS管M2的源极端连接于所述电流通路的一端。在所述双向过流保护电路正常工作时，所述第一NMOS管M1在所述正向导通控制信号Ds的控制下导通，所述第二NMOS管M2在所述逆向导通控制信号Cs的控制下导通，从而控制所述电流通路导通；在所述双向过流保护电路进入过流保护状态时，所述第一NMOS管M1的栅极端在所述正向关断信号的作用下被拉低，以使所述第一NMOS管M1被关断，所述第二NMOS管M2的栅极端在所述逆向关断信号的作用下被拉低，以使所述第二NMOS管M2被关断，从而控制所述电流通路断开，实现双向过流保护。

作为示例，如图1所示，所述双向过流保护电路还包括：连接于所述响应调节单元103和所述保护单元104之间的波形整形单元106，用于对所述过流保护启动信号进行波形整形，以输出脉冲式过流保护启动信号；即将所述响应调节单元103输出所述过流保护启动信号整形为脉冲形式的信号以输出。

具体的，如图2所示，所述波形整形单元106包括：一与门F，其中所述与门F的第一输入端连接于所述响应调节单元103的输出端，同时连接于所述与门F的第二输入端，所述与门F的输出端作为所述波形整形单元106的输出端。本实施例通过所述与门F，将所述响应调节单元103输出的电平波信号(即所述过流保护启动信号)整形为矩形波信号，以提高了所述过流保护启动信号的可靠性；具体如图3所示，在所述响应调节单元103输出的所述过流保护启动信号的电平高于F响应电平时，与门F输出高电平；在所述响应调节单元103输出的所述过流保护启动信号的电平低于F响应电平时，与门输出低电平，从而将所述电平波信号整形为矩形波信号。

本实施例还提供了一种利用如上所述双向过流保护电路实现的双向过流保护方法，所述双向过流保护方法包括：

采样流经所述电流通路的正向电流或逆向电流；

比较正向电流采样信号和正向电流阈值，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值，同时正向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断；或比较逆向电流采样信号和逆向电流阈值，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值，同时逆向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护；

在开启过流保护状态后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

作为示例，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2可根据实际需要进行设定，以实现不同的过流保护需求；也就是说，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2可以相同也可以不相同。可选地，所述正向电流阈值Vref1和所述逆向电流阈值Vref2不相同。

作为示例，通过第一电阻R1和第一电容C1对所述保护响应时间T1进行调节；所述保护响应时间T1＝R1*C1，其中R1表示第一电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

作为示例，通过第二电阻R2和第一电容C1对所述保护恢复时间T2进行调节；所述保护恢复时间T2＝R2*C1，其中R2表示第二电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

下面请结合图2，以锂电池充放电过程中的双向过流保护为例，对本实施例所述双向过流保护电路及双向过流保护方法进行详细说明。其中图2中P-表示该处与负载的一端相邻，B-表示该处与锂电池的负端相连，也即充电过程中电流是从B-流向P-，放电过程中电流时从P-流向B-；故为了便于说明，本实施例将放电电流定义为正向电流，充电电流定义为逆向电流。

放电过程中，在电流从P-流向B-时，采样电阻Rc对所述正向电流进行采样，当正向电流采样信号(A点电流)大于所述正向电流阈值Vref1时，所述第一比较器U1输出高电平，以对所述第一电阻R1和所述第一电容C1构成的RC电路进行充电，在所述第一电容C1充电完成后(即所述正向过流持续时间大于所述保护响应时间T1时)，所述响应调节单元103输出高电平，所述双向过流保护电路进入过流保护状态，所述响应调节单元103输出的高电平经过与门整形后输出标准矩形高电平，以控制所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2导通，从而将所述第一NMOS管M1和所述第二NMOS管M2的栅极端拉低，以关断所述第一NMOS管M1和所述第二NMOS管M2，实现将所述电流通路断开。

充电过程中，在电流从B-流向P-时，采样电阻Rc对所述逆向电流进行采样，当逆向电流采样信号(A点电流)大于所述逆向电流阈值Vref2时，所述第二比较器U2输出高电平，以对所述第一电阻R1和所述第一电容C1构成的RC电路进行充电，在所述第一电容C1充电完成后(即所述逆向过流持续时间大于所述保护响应时间T1时)，所述响应调节单元103输出高电平，所述双向过流保护电路进入过流保护状态，所述响应调节单元103输出的高电平经过与门整形后输出标准矩形高电平，以控制所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2导通，从而将所述第一NMOS管M1和所述第二NMOS管M2的栅极端拉低，以关断所述第一NMOS管M1和所述第二NMOS管M2，实现将所述电流通路断开，从而实现双向过流保护。

需要注意的是，在所述双向过流保护电路进入过流保护状态后，所述第二电阻R2和所述第一电容C1构成的RC电路进行放电，在所述第一电容C1放电结束后(即经过所述保护恢复时间T2)，所述双向过流保护电路重新恢复至过流检测状态。

综上所述，本发明的一种双向过流保护电路及双向过流保护方法，具有以下有益效果：通过本发明所述双向过流保护电路的设计，不仅对流经所述电流通路的正向电流进行过流保护，而且还对流经所述电流通路的逆向电流进行过流保护，从而实现了所述电流通路的双向过流保护。本发明通过所述比较单元的设计，实现了基于实际应用设定正向电流阈值和逆向电流阈值，即通过设定所述正向电流阈值和逆向电流阈值为相同值或不同值，以满足不同的过流保护需求。本发明通过所述响应调节单元的设计，实现了基于实际应用设定所述保护响应时间和所述保护恢复时间，从而能够可靠地实现快速响应、缓慢恢复的系统设计要求；本发明更通过所述保护响应时间的设定，避免了瞬间大电流等干扰造成的频繁保护与恢复的误操作。本发明所述双向过流保护电路结构简单、适应性强、成本低，更可根据不同的应用要求调整正向电流阈值、逆向电流阈值、保护响应时间及保护恢复时间，使得电路调试更方便。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种双向过流保护电路，其特征在于，所述双向过流保护电路包括：

双向过流采样单元，连接于电流通路中，用于对流经所述电流通路的正向电流或逆向电流进行电流采样，以输出正向电流采样信号或逆向电流采样信号；

比较单元，连接于所述双向过流采样单元，用于将正向电流采样信号与正向电流阈值进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值时，输出正向过流信号；或将逆向电流采样信号与逆向电流阈值进行比较，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值时，输出逆向过流信号；

响应调节单元，连接于所述比较单元，用于设定保护响应时间和保护恢复时间，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；及在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态；

保护单元，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号及逆向关断信号；

控制单元，连接于所述保护单元和所述电流通路之间，用于在所述电流通路正常工作时，控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，控制所述电流通路关断，以实现双向过流保护。

2.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述双向过流采样单元包括：一采样电阻，其中所述采样电阻串联于所述电流通路中，并且其一端作为所述双向过流采样单元的输出端，其另一端接地。

3.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述比较单元包括：

正向比较模块，连接于所述双向过流采样单元，用于将所述正向电流采样信号与所述正向电流阈值进行比较，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值时，输出正向过流信号；

逆向比较模块，接于所述双向过流采样单元，用于将逆向电流采样信号与逆向电流阈值进行比较，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值时，输出逆向过流信号。

4.根据权利要求3所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述正向比较模块包括：第一比较器，其中所述第一比较器的正输入端接入所述正向电流阈值，所述第一比较器的负输入端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第一比较器的输出端作为所述正向比较模块的输出端；

所述逆向比较模块包括：第二比较器，其中所述第二比较器的正输入端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第二比较器的负输入端接入所述逆向电流阈值，所述第二比较器的输出端作为所述逆向比较模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述响应调节单元包括：

保护响应时间设定模块，连接于所述比较单元，用于设定所述保护响应时间，并在所述电流通路的过流持续时间大于所述保护响应时间时，基于所述正向过流信号或所述逆向过流信号，输出过流保护启动信号，以控制所述双向过流保护电路进入过流保护状态；

保护恢复时间设定模块，连接于所述保护响应时间设定模块，用于设定所述保护恢复时间，并在所述过流控制信号产生后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

6.根据权利要求5所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述保护响应时间设定模块和所述保护恢复时间设定模块共用第一电容，所述保护响应时间设定模块还包括第一电阻，其中所述第一电阻的一端连接于所述比较单元的输出端，所述第一电阻的另一端连接于所述第一电容的一端，同时作为所述保护响应时间设定模块的输出端，所述第一电容的另一端接地；所述保护恢复时间设定模块还包括第二电阻，其中所述第二电阻的一端连接于所述第一电容的一端，同时作为所述保护恢复时间设定模块的输出端，所述第二电阻的另一端连接于所述第一电容的另一端，同时接地。

7.根据权利要求6所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述响应调节单元还包括：设于所述第一电阻和所述第一电容之间的防反模块，用于防止所述第一电容的反向放电。

8.根据权利要求7所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述防反模块包括：第一二极管，其中所述第一二极管的阳极端连接于所述第一电阻，所述第一二极管的阴极端连接于所述第一电容。

9.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述保护单元包括：

正向保护模块，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出正向关断信号；

逆向保护模块，连接于所述响应调节单元，用于在所述过流保护启动信号的控制下，输出逆向关断信号。

10.根据权利要求9所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述正向保护模块包括：第三电阻及第一三极管，其中所述第三电阻的一端连接于所述响应调节单元的输出端，所述第三电阻的另一端连接于所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极作为所述正向保护模块的输出端，所述第一三极管的发射极接地；

所述逆向保护模块包括：第四电阻及第二三极管，其中所述第四电阻的一端连接于所述响应调节单元的输出端，所述第四电阻的另一端连接于所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极作为所述逆向保护模块的输出端，所述第二三极管的发射极接地。

11.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述控制单元包括：分别连接于所述保护单元的正向控制模块及逆向控制模块，用于在所述电流通路正常工作时，所述正向控制模块和所述逆向控制模块同时导通，以控制所述电流通路导通；在所述电流通路发生正向过流或逆向过流时，基于所述正向关断信号及所述逆向关断信号，所述正向控制模块和所述逆向控制模块同时关断，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护。

12.根据权利要求11所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述正向控制模块包括：第五电阻及第一NMOS管，其中所述第五电阻的一端接入正向导通控制信号，所述第五电阻的另一端连接于所述保护单元的输出端，同时连接于所述第一NMOS管的栅极端，所述第一NMOS管的源极端连接于所述双向过流采样单元的输出端，所述第一NMOS管的漏极端连接于所述逆向控制模块；

所述逆向控制模块包括：第六电阻及第二NMOS管，其中所述第六电阻的一端接入逆向导通控制信号，所述第六电阻的另一端连接于所述保护单元的输出端，同时连接于所述第二NMOS管的栅极端，所述第二NMOS管的漏极端连接于所述正向控制模块，所述第二NMOS管的源极端连接于所述电流通路的一端。

13.根据权利要求1所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述双向过流保护电路还包括：连接于所述响应调节单元和所述保护单元之间的波形整形单元，用于对所述过流保护启动信号进行波形整形，以输出脉冲式过流保护启动信号。

14.根据权利要求13所述的双向过流保护电路，其特征在于，所述波形整形单元包括：一与门，其中所述与门的第一输入端连接于所述响应调节单元的输出端，同时连接于所述与门的第二输入端，所述与门的输出端作为所述波形整形单元的输出端。

15.一种利用如权利要求1至14任一项所述的双向过流保护电路实现的双向过流保护方法，其特征在于，所述双向过流保护方法包括：

采样流经所述电流通路的正向电流或逆向电流；

比较正向电流采样信号和正向电流阈值，并在所述正向电流采样信号大于所述正向电流阈值，同时正向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断；或比较逆向电流采样信号和逆向电流阈值，并在所述逆向电流采样信号大于所述逆向电流阈值，同时逆向过流持续时间大于保护响应时间时，使所述双向过流保护电路进入过流保护状态，以控制所述电流通路关断，从而实现双向过流保护；

在开启过流保护状态后，经过所述保护恢复时间，控制所述双向过流保护电路恢复至过流检测状态。

16.根据权利要求15所述的双向过流保护方法，其特征在于，所述正向电流阈值和所述逆向电流阈值不相同。

17.根据权利要求15所述的双向过流保护方法，其特征在于，通过第一电阻和第一电容对所述保护响应时间进行调节；所述保护响应时间T1＝R1*C1，其中R1表示第一电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

18.根据权利要求15所述的双向过流保护方法，其特征在于，通过第二电阻和第一电容对所述保护恢复时间进行调节；所述保护恢复时间T2＝R2*C1，其中R2表示第二电阻的阻值，C1表示第一电容的容值。

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