CN111541217A - 短路保护电路、电器设备和电气系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电气系统技术领域，提供一种短路保护电路、电器设备和电气系统，其中，短路保护电路包括电源输入端口、开关电路、保护电路、电源输出端口和控制电路，保护电路实时检测电源输出端口是否发生短路，在电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制开关电路关断，从而切换电源输出，达到保护电路的目的，从而解决了传统的保险丝过流保护方案可靠性低的技术问题。

Description

短路保护电路、电器设备和电气系统

技术领域

本申请属于电气系统技术领域，尤其涉及一种短路保护电路、电器设备和电气系统。

背景技术

在电气系统中，电器设备通常会驱动关联另一个电器设备，例如车载娱乐信息终端给倒车摄像头供电，而在运行中，可能会因后端设备故障或改装不当造成线路短路，最终导致关联的两个电器设备发生短路过流故障，所以两个电器设备之间，例如输出端口位置，需要进行短路防护处理，以保护整个电气系统的正常运行，传统的方法是以保险丝作为防护元件，当输出端口发生短路故障时，通过保险丝的电流突增，保险丝开始发热并产生熔断，从而达到保护前端电路的目的。

但是，保险丝的熔断是一个短时间持续过程，在设计时需要考虑整个电路能承受的短时间大电流，否则可能电路本身在保险丝熔断前已损毁，并且，保险丝因材料特性自身会受温度影响，即高温熔断电流小，低温熔断电流大，这会导致保护提前或滞后介入，因此，传统的保险丝过流保护方案可靠性低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种短路保护电路，旨在解决传统的保险丝过流保护方案可靠性低的技术问题。

本申请实施例的第一方面提了一种短路保护电路，该短路保护电路包括电源输入端口、开关电路、保护电路、电源输出端口和控制电路，所述电源输入端口与所述开关电路的电源输入端连接，所述开关电路的电源输出端与所述保护电路的电源输入端连接，所述保护电路的电源输出端和所述电源输出端口互连，所述控制电路的控制端和所述保护电路的反馈端分别与所述开关电路的受控端连接；

所述开关电路，用于通过所述电源输入端口输入工作电源；

所述控制电路，用于根据触发信号控制所述开关电路导通或者关断；

所述保护电路，用于检测所述电源输出端口是否发生短路，在所述电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制所述开关电路关断；在所述电源输出端口未发生短路且所述开关电路导通时，通过所述电源输出端口输出所述工作电源至负载。

在一个实施例中，所述保护电路包括隔离保护电路和反馈控制电路；

所述隔离保护电路的电源输入端为所述保护电路的电源输入端，所述隔离保护电路的电源输出端与所述反馈控制电路的信号输入端连接构成所述保护电路的电源输出端，所述反馈控制电路的信号输出端为所述保护电路的反馈端；

所述隔离保护电路，用于将所述开关电路输出的工作电源单向输出至所述电源输出端口；

所述反馈控制电路，用于检测所述电源输出端口是否发生短路，在所述电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制所述开关电路关断；在所述电源输出端口未发生短路，停止输出所述反馈信号至所述开关电路。

在一个实施例中，所述隔离保护电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述隔离保护电路的电源输入端，所述第一二极管的阴极为所述隔离保护电路的电源输出端。

在一个实施例中，所述反馈控制电路包括第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述电源输出端口连接，所述第二二极管的阳极与所述开关电路的受控端连接。

在一个实施例中，所述反馈控制电路包括第二二极管、第一电子开关管、第一电阻、第二电阻和正电源端；

所述第二二极管的阴极与所述电源输出端口连接，所述第二二极管的阳极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电子开关管的受控端连接，所述第一电子开关管的输入端与所述正电源端连接，所述第一电子开关管的输出端与所述第二电阻的第一端共接构成所述反馈控制电路的反馈端，所述第二电阻的第二端接地。

在一个实施例中，所述第二二极管为肖特基二极管。

在一个实施例中，所述开关电路包括第二电子开关管、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第二电子开关管的输入端共接构成所述开关电路的电源输入端，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端及所述第二电子开关管的受控端互连，所述第四电阻的第二端为所述开关电路的受控端，所述第二电子开关管的输出端为所述开关电路的电源输出端。

在一个实施例中，所述开关电路包括第三电子开关管、第四电子开关管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第四电子开关管的输入端共接构成所述开关电路的电源输入端，所述第五电阻的第二端、所述第四电子开关管的受控端及所述第六电阻的第二端互连，所述第四电子开关管的输出端为所述开关电路的电源输出端，所述第六电阻的第二端与所述第三电子开关管的输入端连接，所述第七电阻的第一端为所述开关电路的受控端，所述第七电阻的第二端、所述第八电阻的第一端及所述第三电子开关管的受控端互连，所述第八电阻的第二端及所述第三电子开关管的输出端连接且接地。

本申请实施例的第二方面提了一种电器设备，该电器设备包括如上所述的短路保护电路。

本申请实施例的第三方面提了一种电气系统，该电气系统包括负载和如上所述的电器设备，所述电器设备的电源端与所述负载的电源端连接。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的短路保护电路通过电源输入端口、开关电路、保护电路、电源输出端口和控制电路实现短路保护，保护电路实时检测电源输出端口是否发生短路，在电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制开关电路关断，从而切换电源输出，达到保护电路的目的，并且在电源输出端口未发生短路且开关电路导通时，通过电源输出端口输出工作电源至负载，起到工作电源传输的作用，提高运行可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的短路保护电路的一种模块结构示意图；

图2为本申请实施例提供的短路保护电路的另一种模块结构示意图；

图3为本申请实施例提供的短路保护电路的一种电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的短路保护电路的另一种电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的电气系统的一种模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例的附图，对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完成的描述。

需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种短路保护电路的一种模块结构示意图，该短路保护电路适用于电气系统中，以实现电器设备100与待驱动的负载200之间的短路保护，在电气系统中，电器设备100驱动负载200工作，负载200可为另一个电器设备100例如车载娱乐信息终端给倒车摄像头供电，而在运行中，可能会因后端设备故障或改装不当造成线路短路，最终导致关联的两个电器设备100发生短路过流故障，所以两个电器设备100之间，例如输出端口位置，需要进行短路防护处理，以保护整个电气系统的正常运行，其中，短路保护电路可设置在电器设备100内，并实时检测电器设备100的电源输出端口OUT的短路状态。

在一个实施例中，该短路保护电路包括电源输入端口IN、开关电路110、保护电路120、电源输出端口OUT和控制电路130，电源输入端口IN与开关电路110的电源输入端连接，开关电路110的电源输出端与保护电路120的电源输入端连接，保护电路120的电源输出端和电源输出端口OUT互连，控制电路130的控制端和保护电路120的反馈端分别与开关电路110的受控端连接；

开关电路110，用于通过电源输入端口IN输入工作电源；

控制电路130，用于根据触发信号控制开关电路110导通或者关断；

保护电路120，用于检测电源输出端口OUT是否发生短路，在电源输出端口OUT发生短路时，输出反馈信号控制开关电路110关断；在电源输出端口OUT未发生短路且开关电路110导通时，通过电源输出端口OUT输出工作电源至负载200。

本实施例中，电源输入端口IN输入的工作电源可由电器设备100自身的电源模块提供，或者由另一电源模块提供至电器设备100，电器设备100对工作电源进行转换后输出至电源输入端口IN，工作电源的具体来源可根据电器设备100的结构具体选择和设置，在此不做限制，在一个实施例中，电器设备100内还包括用于提供工作电源的电源模块和/或电源转换电路，控制电路130的控制端还与电源模块和/或电源转换电路的受控端连接，进而控制工作电源的输出。

控制电路130可为元器件或者功能模块组成的控制模块，还可为控制器，具体结构可根据需求进行设计，在一个实施例中，控制电路130为控制器，控制器可为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

其中，控制电路130用于根据使能信号使能控制开关电路110的开启或者关闭，即当电气系统需要驱动负载200时，控制电路130根据使能信号控制开关电路110导通，以使工作电源经开关电路110以及保护电路120输出至电源输出端口OUT，进而输出至负载200，同时，在电气系统需要关闭负载200时，控制电路130根据使能信号控制开关电路110关断，从而切换工作电源的输出，完成负载200的电源供给控制。

开关电路110可为具有受控通断能力的开关器件或者开关模块，例如开关管、继电器、开关芯片等，具体结构不限。

本实施例中，保护电路120一方面实现工作电源的传递，另一方面起到检测电源输出端口OUT短路状态的功能，在负载200正常工作时，电源输出端口OUT未发生短路，此时，保护电路120将开关电路110输出的工作电源输出至电源输出端口OUT，以驱动负载200工作，当负载200发生异常工作导致电源输出端口OUT发生短路时，保护电路120立即输出反馈信号至开关电路110，从而控制开关电路110关断，使得电器设备100与负载200隔离，保护电路120和电器设备100的安全，提高驱动可靠性。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的短路保护电路的另一种结构示意图，本实施例中，保护电路120包括隔离保护电路121和反馈控制电路122；隔离保护电路121的电源输入端为保护电路120的电源输入端，隔离保护电路121的电源输出端与反馈控制电路122的信号输入端连接构成保护电路120的电源输出端，反馈控制电路122的信号输出端为保护电路120的反馈端。

隔离保护电路121用于将开关电路110输出的工作电源单向输出至电源输出端口OUT，实现工作电源的传递以及反向电压保护，反馈控制电路122起到检测电源输出端口OUT短路状态的功能，在电源输出端口OUT发生短路时，输出反馈信号控制开关电路110关断；在电源输出端口OUT未发生短路，停止输出反馈信号至开关电路110，由控制电路130控制开关电路110的导通或者关断，其中，隔离保护电路121可为单向导通模块，例如二极管或者光耦等，反馈控制电路122可为电压检测电路、电压触发电路或者其他元器件，具体结构不限。

如图3所示，在一个实施例中，隔离保护电路121包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极为隔离保护电路121的电源输入端，第一二极管D1的阴极为隔离保护电路121的电源输出端，反馈控制电路122包括第二二极管D2，第二二极管D2的阴极与电源输出端口OUT连接，第二二极管D2的阳极与开关电路110的受控端连接。

本实施例中，当电源输出端口OUT发生短路时，第二二极管D2的阴极和阳极的电压迅速被拉低，从而输出低电平的反馈信号至开关电路110的受控端，开关电路110根据反馈信号关断，当电源输出端口OUT未发生电路时，第二二极管D2的阴极电压和阳极的电压保持在高电平，开关电路110不会误触发，根据保护电路120结构和开关电路110的通断方式，开关电路110可对应设计，如图3所示，在一个实施例中，开关电路110包括第三电子开关管Q3、第四电子开关管Q4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

第五电阻R5的第一端与第四电子开关管Q4的输入端共接构成开关电路110的电源输入端，第五电阻R5的第二端、第四电子开关管Q4的受控端及第六电阻R6的第二端互连，第四电子开关管Q4的输出端为开关电路110的电源输出端，第六电阻R6的第二端与第三电子开关管Q3的输入端连接，第七电阻R7的第一端为开关电路110的受控端，第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第一端及第三电子开关管Q3的受控端互连，第八电阻R8的第二端及第三电子开关管Q3的输出端连接且接地。

本实施例中，第三电子开关管Q3和第四电子开关管Q4可为三极管、MOS管等开关管，具体类型根据需求进行选择，在一个实施例中，第三电子开关管Q3为PMOS管，第四电子开关管Q4为NPN三极管，当电源输出端口OUT未发生短路时，控制电路130通过控制端口Ctr、第七电阻R7、第八电阻R8输出高电平至第四电子开关管Q4，第四电子开关管Q4导通，进而控制第三电子开关管Q3的导通，电源输入端口IN输入的工作电源经隔离保护电路121输出至电源输出端口OUT，进而驱动负载200工作，当电源输出端口OUT发生短路时，反馈控制电路122输出低电平至第四开关管，第四电子开关管Q4关断，进而控制第三电子开关管Q3关断，开关电路110切换输出。

如图4所示，在又一个实施例中，隔离保护电路121包括第一二极管D1，反馈控制电路122包括第二二极管D2、第一电子开关管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和正电源端；

第二二极管D2的阴极与电源输出端口OUT连接，第二二极管D2的阳极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一电子开关管Q1的受控端连接，第一电子开关管Q1的输入端与正电源端连接，第一电子开关管Q1的输出端与第二电阻R2的第一端共接构成反馈控制电路122的反馈端，第二电阻R2的第二端接地。

本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电子开关管Q1组成电平转换电路，当电源输出端口OUT未发生短路时，第二二极管D2的阴极和阳极为高电平，第一开关管关断，并输出低电平至开关电路110，当电源输出端口OUT发生短路时，第二二极管D2的阴极和阳极拉低为低电平，第一开关管导通，并输出高电平至开关电路110，开关电路110关断，根据保护电路120结构和开关电路110的通断方式，在电源输出端口OUT发生短路时，第二二极管D2的阴极和阳极拉低为低电平，第一电子开关管Q1导通，并输出高电平至开关电路110，开关电路110可对应设计，在一个实施例中，开关电路110包括第二电子开关管Q2、第三电阻R3和第四电阻R4；

第三电阻R3的第一端与第二电子开关管Q2的输入端共接构成开关电路110的电源输入端，第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第一端及第二电子开关管Q2的受控端互连，第四电阻R4的第二端为开关电路110的受控端，第二电子开关管Q2的输出端为开关电路110的电源输出端。

本实施例中，第一电子开关管Q1和第二电子开关管Q2可为三极管、MOS管等开关管，具体类型根据需求进行选择，在一个实施例中，第二电子开关管Q2为PMOS管，第一电子开关管Q1为PNP三极管，当电源输出端口OUT未发生短路时，控制电路130通过控制端口Ctr、第三电阻R3、第四电阻R4输出低电平至第二电子开关管Q2，第二电子开关管Q2导通，电源输入端口IN输入的工作电源经隔离保护电路121输出至电源输出端口OUT，进而驱动负载200工作，当电源输出端口OUT发生短路时，反馈控制电路122输出低电平至第一开关管，第四电子开关管Q4导通，并输出高电平至第二电子开关管Q2，进而控制第二电子开关管Q2关断，开关电路110切换输出，实现短路保护。

在一个实施例中，为了提高短路反馈时间，第二二极管D2为肖特基二极管，根据肖特基二极管的特性，在电源输出端口OUT发生短路时，第二二极管D2反应时间快于第一二极管D1，因此，第二二极管D2的阳极电压迅速被拉低，从而控制开关电路110迅速关断，提高短路保护的可靠性。

在一个实施例中，开关电路110和/或保护电路120中还对应设置有至少一个滤波电路，以对输入的工作电源、输出的工作电源、反馈信号和使能信号中的至少一个信号进行滤波，例如图3和图4中的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。

如图5所示，本申请实施例的第二方面提了一种电器设备100，该电器设备100包括短路保护电路，短路保护电路的具体结构参照上述实施例，由于电器设备100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本申请实施例的第三方面提了电气系统，该电气系统包括负载200和电器设备100，电器设备100的电源端与负载200的电源端连接，电器设备100驱动负载200工作，负载200可为另一个电器设备100，例如车载娱乐信息终端给倒车摄像头供电，电器设备100内的短路保护电路实现工作电源的传递的同时，还检测电器设备100与负载200连接位置的短路状态，并在检测到短路时切换工作电源的输出，实现短路保护。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短路保护电路，其特征在于，包括电源输入端口、开关电路、保护电路、电源输出端口和控制电路，所述电源输入端口与所述开关电路的电源输入端连接，所述开关电路的电源输出端与所述保护电路的电源输入端连接，所述保护电路的电源输出端和所述电源输出端口连接，所述控制电路的控制端和所述保护电路的反馈端分别与所述开关电路的受控端连接；

所述开关电路，用于通过所述电源输入端口输入工作电源；

所述控制电路，用于根据触发信号控制所述开关电路导通或者关断；

所述保护电路，用于检测所述电源输出端口是否发生短路，在所述电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制所述开关电路关断；在所述电源输出端口未发生短路且所述开关电路导通时，通过所述电源输出端口输出所述工作电源至负载。

2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述保护电路包括隔离保护电路和反馈控制电路；

所述隔离保护电路的电源输入端为所述保护电路的电源输入端，所述隔离保护电路的电源输出端与所述反馈控制电路的信号输入端连接构成所述保护电路的电源输出端，所述反馈控制电路的信号输出端为所述保护电路的反馈端；

所述隔离保护电路，用于将所述开关电路输出的工作电源单向输出至所述电源输出端口；

所述反馈控制电路，用于检测所述电源输出端口是否发生短路，在所述电源输出端口发生短路时，输出反馈信号控制所述开关电路关断；在所述电源输出端口未发生短路，停止输出所述反馈信号至所述开关电路。

3.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述隔离保护电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述隔离保护电路的电源输入端，所述第一二极管的阴极为所述隔离保护电路的电源输出端。

4.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述电源输出端口连接，所述第二二极管的阳极与所述开关电路的受控端连接。

5.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括第二二极管、第一电子开关管、第一电阻、第二电阻和正电源端；

所述第二二极管的阴极与所述电源输出端口连接，所述第二二极管的阳极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电子开关管的受控端连接，所述第一电子开关管的输入端与所述正电源端连接，所述第一电子开关管的输出端与所述第二电阻的第一端共接构成所述反馈控制电路的反馈端，所述第二电阻的第二端接地。

6.如权利要求4或5所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二二极管为肖特基二极管。

7.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第二电子开关管、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第二电子开关管的输入端共接构成所述开关电路的电源输入端，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端及所述第二电子开关管的受控端互连，所述第四电阻的第二端为所述开关电路的受控端，所述第二电子开关管的输出端为所述开关电路的电源输出端。

8.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第三电子开关管、第四电子开关管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第四电子开关管的输入端共接构成所述开关电路的电源输入端，所述第五电阻的第二端、所述第四电子开关管的受控端及所述第六电阻的第二端互连，所述第四电子开关管的输出端为所述开关电路的电源输出端，所述第六电阻的第二端与所述第三电子开关管的输入端连接，所述第七电阻的第一端为所述开关电路的受控端，所述第七电阻的第二端、所述第八电阻的第一端及所述第三电子开关管的受控端互连，所述第八电阻的第二端及所述第三电子开关管的输出端连接且接地。

9.一种电器设备，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的短路保护电路。

10.一种电气系统，其特征在于，包括负载和如权利要求9所述的电器设备，所述电器设备的电源端与所述负载的电源端连接。

Images