CN111585247A - 一种过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流保护电路，包括电源输入单元及负载单元，所述电源输入单元用于与所述负载单元形成供电回路，以为所述负载单元供电。所述过流保护电路还包括开关保护单元、电流检测单元及自锁控制单元。所述电流检测单元用于检测所述负载单元的电流大小，并根据检测结果输出检测信号至所述自锁控制单元，所述自锁控制单元根据所述检测信号判断所述负载单元是否发生过流，并根据判断结果控制所述开关保护单元导通或截止所述负载单元的供电回路，所述自锁控制单元还用于调整所述负载单元过流的响应范围。如此，在实现电路的过流保护功能的同时具有响应快、过流范围宽与损耗低的特点。

Description

一种过流保护电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种过流保护电路。

背景技术

在电路设计中，为防止负载在过流或短路的情况下，拉垮电源甚至烧毁器件，通常在电源与负载之间增加过流保护电路。

然而，现有技术中所设计的过流保护电路响应的电流范围较小，使得在实际应用时存在只能保护过流而无法保护过载的现象，而解决办法通常也只是增加电流检测电阻的阻值，如此，将增加电路的功耗。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种电流响应范围宽且低功耗的过流保护电路。

本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种过流保护电路，包括电源输入单元及负载单元，所述电源输入单元用于与所述负载单元形成供电回路，以为所述负载单元供电，所述过流保护电路还包括开关保护单元、电流检测单元及自锁控制单元，所述开关保护单元电连接于所述电源输入单元及所述电流检测单元之间，所述开关保护单元还与所述自锁控制单元电连接，所述电流检测单元电连接于所述开关保护单元及所述负载单元之间，所述电流检测单元还与所述自锁控制单元电连接，所述电流检测单元用于检测所述负载单元的电流大小，并根据检测结果输出检测信号至所述自锁控制单元，所述自锁控制单元根据所述检测信号判断所述负载单元是否发生过流，并根据判断结果控制所述开关保护单元导通或截止所述负载单元的供电回路，且在所述负载单元发生过流时，锁住所述开关保护单元的截止状态不变，所述自锁控制单元还用于调整所述过流保护电路对所述负载单元过流的响应范围。

进一步地，当所述自锁控制单元判断所述负载单元没有发生过流时，所述自锁控制单元控制所述开关保护单元持续导通所述负载单元的供电回路；当所述自锁控制单元判断所述负载单元发生过流时，所述自锁控制单元将控制所述开关保护单元截止所述负载单元的供电回路。

进一步地，所述电源输入单元包括直流电源(V1)，所述开关保护单元包括N沟道MOSFET管(K1)、第一电阻(R1)及第二电阻(R2)，所述电流检测单元包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一PNP三极管(Q1)及第二PNP三极管(Q2)，所述自锁控制单元包括第三PNP三极管(Q3)及NPN三极管(Q4)，所述负载单元包括第七电阻(R7)，所述第三电阻(R3)的第一端与所述直流电源(V1)的正极电连接，所述第三电阻(R3)的第二端通过所述第七电阻(R7)与所述MOSFET管(K1)的漏极电连接，所述MOSFET管(K1)的栅极通过所述第一电阻(R1)电连接于所述直流电源(V1)的正极，所述MOSFET管(K1)的栅极还与所述第三PNP三极管(Q3)的基极及所述NPN三极管(Q4)的集电极电连接，所述MOSFET管(K1)的源极电连接于所述直流电源(V1)的负极，所述MOSFET管(K1)的源极还通过所述第二电阻(R2)电连接于所述MOSFET管(K1)的栅极，所述第一PNP三极管(Q1)的基极与所述第二PNP三极管(Q2)的基极电连接，所述第一PNP三极管(Q1)的发射极通过所述第四电阻(R4)电连接于所述第三电阻(R3)的第一端，所述第一PNP三极管(Q1)的集电极通过所述第五电阻(R5)接地，所述第一PNP三极管(Q1)的集电极还与所述第三PNP三极管(Q3)的集电极及所述NPN三极管(Q4)的基极电连接，所述第二PNP三极管(Q2)的发射极电连接于所述第三电阻(R3)的第二端，所述第二PNP三极管(Q2)的集电极与所述第二PNP三极管(Q2)的基极电连接，所述第二PNP三极管(Q2)的集电极还通过所述第六电阻(R6)接地，所述第三PNP三极管(Q3)的发射极电连接于所述直流电源(V1)的正极，所述第三PNP三极管(Q3)的基极与所述NPN三极管(Q4)的集电极电连接，所述PNP三极管(Q3)的集电极与所述NPN三极管(Q4)的基极电连接。所述NPN三极管(Q4)的发射极接地。

进一步地，所述电流检测单元还包括第一电容(C1)及第二电容(C2)，所述第一电容(C1)并联连接于所述第五电阻(R5)的两端，所述第二电容(C2)并联连接于所述第六电阻(R6)的两端。

进一步地，所述自锁控制单元还包括稳压二极管(Z1)、第八电阻(R8)及保护指示灯(LED1)，所述PNP三极管(Q3)的发射极依次通过所述保护指示灯(LED1)、所述第八电阻(R8)及所述稳压二极管(Z1)电连接至所述直流电源(V1)的正极。

上述过流保护电路通过电流检测单元检测所述负载单元的电流大小，并根据检测结果输出检测信号；又通过所述自锁控制单元根据所述检测信号判断所述负载单元是否发生过流，进而根据判断结果控制开关保护单元导通或截止，以使得在所述负载单元过流时可切断供电回路，并锁住该截止状态不变；还可通过所述自锁控制单元调整所述负载单元过流的响应范围。本发明的电路保护响应的电流范围宽，可提高电路可靠性，且降低功耗。

附图说明

图1是本发明过流保护电路的一较佳实施方式的方框图。

图2是本发明过流保护电路的一较佳实施方式的电路连接图。

主要元件符号说明

过流保护电路 100

电源输入单元 10

开关保护单元 20

电流检测单元 30

自锁控制单元 40

负载单元 50

直流电源 V1

MOSFET管 K1

PNP三极管 Q1、Q2、Q3

NPN三极管 Q4

电阻 R1、R2、R3、R4、R5、

R6、R7、R8

电容 C1、C2

稳压二极管 Z1

保护指示灯 LED1

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明提供一种过流保护电路100。所述过流保护电路100用于检测负载电流状态，并在负载过流发生时切断供电回路。所述过流保护电路100包括电源输入单元10、开关保护单元20、电流检测单元30、自锁控制单元40及负载单元50。所述开关保护单元20电连接于所述电源输入单元10及所述电流检测单元30之间，所述开关保护单元20还与所述自锁控制单元40电连接。所述电流检测单元30电连接于所述开关保护单元20及所述负载单元50之间，所述电流检测单元30还与所述自锁控制单元40电连接。

所述电源输入单元10用于与所述负载单元50形成供电回路，并为所述负载单元50供电。所述电流检测单元30用于检测所述负载单元50的电流大小，并根据检测结果输出检测信号至所述自锁控制单元40。所述自锁控制单元40根据所述检测信号判断所述负载单元50是否发生过流，并根据判断结果控制所述开关保护单元20导通或截止所述负载单元50的供电回路，且在所述负载单元50发生过流时，锁住所述开关保护单元20的截止状态不变。所述自锁控制单元40还可用于调整所述过流保护电路100对所述负载单元50过流的响应范围。

具体而言，当所述自锁控制单元40判断所述负载单元50没有发生过流时，所述自锁控制单元40将控制所述开关保护单元20持续导通所述负载单元50的供电回路。当所述自锁控制单元40判断所述负载单元50发生过流时，所述自锁控制单元40将控制所述开关保护单元20截止所述负载单元50的供电回路，且锁住该截止状态不变。如此，可避免电路出现故障时供电回路反复地导通与截止，从而烧毁电路器件。

请同时参考图2，图2为本发明的一较佳实施方式的电路连接图。在本实施方式中，所述电源输入单元10包括直流电源V1。所述开关保护单元20包括N沟道MOSFET管K1、第一电阻R1及第二电阻R2。所述电流检测单元30包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一PNP三极管Q1及第二PNP三极管Q2。所述自锁控制单元40包括第三PNP三极管Q3及NPN三极管Q4。所述负载单元50包括第七电阻R7。

所述第三电阻R3的第一端与所述直流电源V1的正极电连接，所述第三电阻R3的第二端通过所述第七电阻R7与所述MOSFET管K1的漏极电连接。所述MOSFET管K1的栅极通过所述第一电阻R1电连接于所述直流电源V1的正极，所述MOSFET管K1的栅极还与所述第三PNP三极管Q3的基极及所述NPN三极管Q4的集电极电连接。所述MOSFET管K1的源极电连接于所述直流电源V1的负极，所述MOSFET管K1的源极还通过所述第二电阻R2电连接于所述MOSFET管K1的栅极。

所述第一PNP三极管Q1的基极与所述第二PNP三极管Q2的基极电连接，所述第一PNP三极管Q1的发射极通过所述第四电阻R4电连接于所述第三电阻R3的第一端，所述第一PNP三极管Q1的集电极通过所述第五电阻R5接地，所述第一PNP三极管Q1的集电极还与所述第三PNP三极管Q3的集电极及所述NPN三极管Q4的基极电连接。

所述第二PNP三极管Q2的发射极电连接于所述第三电阻R3的第二端，所述第二PNP三极管Q2的集电极与所述第二PNP三极管Q2的基极电连接，所述第二PNP三极管Q2的集电极还通过所述第六电阻R6接地。所述第三PNP三极管Q3的发射极电连接于所述直流电源V1的正极，所述第三PNP三极管Q3的基极与所述NPN三极管Q4的集电极电连接，所述第三PNP三极管Q3的集电极与所述NPN三极管Q4的基极电连接。所述NPN三极管Q4的发射极接地。

在本实施方式中，根据所述电流检测单元30的电路拓扑结构可知，其作用相当于一电流源。具体地，流过所述第七电阻R7的电流I_R7将在所述第三电阻R3上产生压降V_R3，所述第四电阻R4上的压降V_R4＝V_R3，又因流过所述第五电阻R5的电流I_R5基本等于流过所述第四电阻R4的电流I_R4，如此，所述第五电阻R5处的压降V_R5≈I_R7*r3*r5/r4(其中，r3、r4、r5分别为所述第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5的阻值)。所述第五电阻R5处的压降V_R5的大小将决定供给至所述NPN三极管Q4的基极电流，从而触发所述NPN三极管Q4及所述第三PNP三极管Q3的导通或截止，进而影响所述MOSFET管K1导通与截止，实现切断所述第七电阻R7的供电回路。而所述NPN三极管Q4与所述第三PNP三极管Q3的相互配合，实现电路的自锁功能。

根据本发明的电路原理，通过调节所述第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6的电阻值，可对应调整所述过流保护电路100对所述负载单元50过流的响应范围。在本实施方式中，所述第三电阻R3的电阻值可根据负载(即第七电阻R7)的大小调低至100毫欧以下。如此，在保证电流响应范围宽的同时，还可降低功耗。

在本实施方式中，所述电流检测单元30还包括第一电容C1及第二电容C2。所述第一电容C1并联连接于所述第五电阻R5的两端。所述第二电容C2并联连接于所述第六电阻R6的两端。所述第一电容C1及所述第二电容C2均起缓冲作用，用于在电路上电时，避免因上电冲击电流过大造成所述自锁控制单元40的误动作。

在本实施方式中，所述自锁控制单元40还包括一稳压二极管Z1、第八电阻R8及保护指示灯LED1。所述第三PNP三极管Q3的发射极依次通过所述保护指示灯LED1、所述第八电阻R8及所述稳压二极管Z1电连接至所述直流电源V1的正极。所述稳压二极管Z1用于防止电路上电时所述自锁控制单元40误动作，选择时需保证在所述稳压二极管Z1被击穿时，所述第三PNP三极管Q3的发射极电压小于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的分压值。所述第八电阻R8起限流作用。所述保护指示灯LED1用于在所述第七电阻R7过流时亮起，以指示所述第七电阻R7的电流状态。

下面详细说明本实施方式的具体工作原理：

工作时，当流经所述第七电阻R7的电流处于正常范围时，所述第五电阻R5处的压降VR5提供至所述NPN三极管Q4的基极电流不足以使得所述NPN三极管Q4导通，即所述NPN三极管Q4截止，而此时所述第三PNP三极管Q3的基极与发射极间的电压Vbe过小，所述第三PNP三极管Q3也处于截止状态，从而也无法触发所述NPN三极管Q4导通，此时，所述MOSFET管K1的栅极与源极间的电压Vgs将由所述第一电阻R1及第二电阻R2分压得到，所述MOSFET管K1将导通，且通态电阻足够小。如此一来，将持续导通所述第七电阻R7的供电回路。

当流经所述第七电阻R7的电流处于非正常范围时，所述第五电阻R5处的压降VR5将上升，使得其提供至所述NPN三极管Q4的基极电流足够大，导致所述NPN三极管Q4导通，此时所述NPN三极管Q4的集电极电压下降，直至流出所述第三PNP三极管Q3的基极的电流足够大使其导通，同时所述第三PNP三极管Q3的集电极也将给所述NPN三极管Q4的基极提供其导通所需电流，进一步地，所述NPN三极管Q4趋近于饱和导通，所述NPN三极管Q4的集电极电压逐渐下降也将使得所述第三PNP三极管Q3饱和导通。所述MOSFET管K1因所述NPN三极管Q4的饱和导通，其栅极电压Vgs趋于0V，所述MOSFET管K1截止，所述第七电阻R7的供电回路将被切断，从而解除过载或短路状态，同时所述保护指示灯LED1发光以指示所述第七电阻R7处于过载或短路状态。由于所述第三PNP三极管Q3为所述NPN三极管Q4提供了导通条件，将不再需要电流检测单元30的触发，所述NPN三极管Q4将维持导通状态，从而起到了自锁作用。

上述过流保护电路100通过电流检测单元30检测所述负载单元50的电流大小，并根据检测结果输出检测信号；又通过所述自锁控制单元40根据所述检测信号判断所述负载单元50是否发生过流，进而根据判断结果控制开关保护单元20导通或截止，以使得在所述负载单元50过流时可切断供电回路，并锁住该截止状态不变；还可通过所述自锁控制单元40调整所述负载单元50过流的响应范围。本发明的电路保护响应的电流范围宽，可提高电路可靠性，且降低功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种过流保护电路，包括电源输入单元及负载单元，所述电源输入单元用于与所述负载单元形成供电回路，以为所述负载单元供电，其特征在于，所述过流保护电路还包括开关保护单元、电流检测单元及自锁控制单元，所述开关保护单元电连接于所述电源输入单元及所述电流检测单元之间，所述开关保护单元还与所述自锁控制单元电连接，所述电流检测单元电连接于所述开关保护单元及所述负载单元之间，所述电流检测单元还与所述自锁控制单元电连接，所述电流检测单元用于检测所述负载单元的电流大小，并根据检测结果输出检测信号至所述自锁控制单元，所述自锁控制单元根据所述检测信号判断所述负载单元是否发生过流，并根据判断结果控制所述开关保护单元导通或截止所述负载单元的供电回路，且在所述负载单元发生过流时，锁住所述开关保护单元的截止状态不变，所述自锁控制单元还用于调整所述过流保护电路对所述负载单元过流的响应范围。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，当所述自锁控制单元判断所述负载单元没有发生过流时，所述自锁控制单元控制所述开关保护单元持续导通所述负载单元的供电回路；当所述自锁控制单元判断所述负载单元发生过流时，所述自锁控制单元将控制所述开关保护单元截止所述负载单元的供电回路。

3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电源输入单元包括直流电源(V1)，所述开关保护单元包括N沟道MOSFET管(K1)、第一电阻(R1)及第二电阻(R2)，所述电流检测单元包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一PNP三极管(Q1)及第二PNP三极管(Q2)，所述自锁控制单元包括第三PNP三极管(Q3)及NPN三极管(Q4)，所述负载单元包括第七电阻(R7)，所述第三电阻(R3)的第一端与所述直流电源(V1)的正极电连接，所述第三电阻(R3)的第二端通过所述第七电阻(R7)与所述MOSFET管(K1)的漏极电连接，所述MOSFET管(K1)的栅极通过所述第一电阻(R1)电连接于所述直流电源(V1)的正极，所述MOSFET管(K1)的栅极还与所述第三PNP三极管(Q3)的基极及所述NPN三极管(Q4)的集电极电连接，所述MOSFET管(K1)的源极电连接于所述直流电源(V1)的负极，所述MOSFET管(K1)的源极还通过所述第二电阻(R2)电连接于所述MOSFET管(K1)的栅极，所述第一PNP三极管(Q1)的基极与所述第二PNP三极管(Q2)的基极电连接，所述第一PNP三极管(Q1)的发射极通过所述第四电阻(R4)电连接于所述第三电阻(R3)的第一端，所述第一PNP三极管(Q1)的集电极通过所述第五电阻(R5)接地，所述第一PNP三极管(Q1)的集电极还与所述第三PNP三极管(Q3)的集电极及所述NPN三极管(Q4)的基极电连接，所述第二PNP三极管(Q2)的发射极电连接于所述第三电阻(R3)的第二端，所述第二PNP三极管(Q2)的集电极与所述第二PNP三极管(Q2)的基极电连接，所述第二PNP三极管(Q2)的集电极还通过所述第六电阻(R6)接地，所述第三PNP三极管(Q3)的发射极电连接于所述直流电源(V1)的正极，所述第三PNP三极管(Q3)的基极与所述NPN三极管(Q4)的集电极电连接，所述PNP三极管(Q3)的集电极与所述NPN三极管(Q4)的基极电连接。所述NPN三极管(Q4)的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流检测单元还包括第一电容(C1)及第二电容(C2)，所述第一电容(C1)并联连接于所述第五电阻(R5)的两端，所述第二电容(C2)并联连接于所述第六电阻(R6)的两端。

5.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述自锁控制单元还包括稳压二极管(Z1)、第八电阻(R8)及保护指示灯(LED1)，所述PNP三极管(Q3)的发射极依次通过所述保护指示灯(LED1)、所述第八电阻(R8)及所述稳压二极管(Z1)电连接至所述直流电源(V1)的正极。

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