CN112103906B - 短路保护电路、电源、用电设备和短路保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种短路保护电路、电源、用电设备和短路保护系统，短路保护包括：控制器、放电电路、第一电阻、第二电阻以及电源正极接入端、电源负极接入端、负载负极接入端和负载正极接入端；控制器用于通过PWM信号控制放电电路的导通或截止；在PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过第二电阻采样检测电压，中断溢出时间根据PWM信号的高电平保持时间确定；控制器还用于当检测电压大于预设阈值时控制放电电路截止。本发明一方面，通过中断对检测电压进行采样，在每次中断溢出时占用一次PC指针进行采样，采样完成后立即释放PC指针，占用PC指针时间较少，使得控制器有足够的时间处理其他任务。

Description

短路保护电路、电源、用电设备和短路保护系统

技术领域

本发明涉及电路保护领域，尤其涉及一种短路保护电路、电源、用电设备和短路保护系统。

背景技术

对于电源、电子产品以及各种用电设备，短路保护是至关重要的一项功能，在安规标准中明确规定了短路保护的重要性。目前，短路保护电路一般通过纯硬件电路对电源、电子产品以及各种用电设备进行短路保护或者，但是纯硬件的短路保护电路保护效果单一，不能灵活的设置短路保护的阈值，影响用户体验。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种短路保护电路、电源、用电设备和短路保护系统。

本发明的第一个实施例提出一种短路保护电路，该电路包括：控制器、放电电路、第一电阻、第二电阻以及电源正极接入端、电源负极接入端、负载正极接入端和负载负极接入端；

所述电源正极接入端连接所述负载正极接入端，所述负载负极接入端连接所述放电电路的负载接入端，所述放电电路的输出端分别连接所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述电源负极接入端，所述第二电阻的另一端连接所述控制器的采样端，所述控制器的输出端连接所述放电电路的控制端；

所述控制器用于通过PWM信号控制所述放电电路的导通或截止；

在所述PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过所述第二电阻采样检测电压，所述中断溢出时间根据所述PWM信号的高电平保持时间确定；

所述控制器还用于当所述检测电压大于预设阈值时控制所述放电电路截止。

上述中断溢出时间的范围是所述高电平保持时间的2/5～3/5。

若上述PWM信号的占空比等于100％，所述中断溢出时间为预设时间。

上述控制器还用于当所述检测电压小于等于预设阈值时控制所述放电电路导通。

本发明的第二个实施例提出一种的短路保护电路，所述放电电路包括开关管、第三电阻和第四电阻；

所述开关管的第一端分别连接所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端作为所述控制端，所述第四电阻的另一端接地；

所述开关管的第二端作为所述负载接入端；

所述开关管的第三端作为所述放电电路的输出端。

上述开关管是NMOS管。

上述第二电阻的阻值范围为1～10k。

本发明的第三个实施例提出一种电源，所述电源包括上述的短路保护电路。

本发明的第四个实施例提出一种用电设备，所述用电设备包括上述的短路保护电路。

本发明的第五个实施例提出一种短路保护系统，电源短路保护系统包括上述的短路保护电路、电源和用电设备。

本发明利用控制器在PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过第二电阻采样检测电压，当所述检测电压大于预设阈值时控制放电电路截止。本发明一方面，通过中断对检测电压进行采样，在每次中断溢出时占用一次PC指针进行采样，采样完成后立即释放PC指针，占用PC指针时间较少，使得控制器有足够的时间处理其他任务；另一方面，仅仅利用第二电阻即可采样检测电压，无需利用其它电压比较电路和电压放大电路，有效降低硬件成本，提高市场竞争力；另外，短路保护电压的阈值可以通过程序设定，不仅灵活可调，而且更为精准有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本发明实施例提供的短路保护电路的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的短路保护电路的放电电路连接图；

图3示出了本发明实施例提供的一种电源的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种用电设备的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种短路保护系统的结构示意图。

主要元件符号：

10-控制器；20-放电电路；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；Q1-开关管；101-具有短路保护功能的电源；102-具有短路保护功能的用电设备；103-短路保护系统；1-普通电源；2-普通用电设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本实施例，参见图1，示出了一种短路保护电路，该电路包括：控制器10、放电电路20、第一电阻R1、第二电阻R2以及电源正极接入端B+、电源负极接入端B-、负载负极接入端P-和负载正极接入端P+。

电源正极接入端连接负载正极接入端，负载负极接入端连接放电电路20的负载接入端，放电电路20的输出端分别连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端连接电源负极接入端，第二电阻R2的另一端连接控制器10的采样端，控制器10的输出端连接放电电路20的控制端。

控制器10用于通过PWM信号控制放电电路20的导通或截止；在PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过所述第二电阻R2采样检测电压，中断溢出时间根据所述PWM信号的高电平保持时间确定；控制器10还用于当检测电压大于预设阈值时控制放电电路20截止。

示范性的，放电电路20导通时，电流从电源正极接入端依次流向负载正极接入端、负载和负载负极接入端，然后通过放电电路20在第一电阻R1上产生检测电压，控制器10通过第二电阻R2对检测电压进行AD转换，得到检测电压的数字量，将检测电压的数字量与预设的阈值进行比较，若检测电压的数字量大于预设阈值，则控制器10控制放电电路20截止，保证负载和电源的安全，控制器10还用于当所述检测电压小于等于预设阈值时控制所述放电电路20导通。

进一步的，控制器10可以通过PWM信号控制所述放电电路20的导通或截止，可以在所述PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过所述第二电阻R2采样检测电压，所述中断溢出时间根据所述PWM信号的高电平保持时间确定，应当保证在PWM信号处于高电平时获取到检测电压，通过中断对检测电压进行采样，在每次中断溢出时占用一次PC指针进行采样，采样完成后立即释放PC指针，占用PC指针时间较少，使得控制器10有足够的时间处理其他任务。

进一步的，上述中断溢出时间的范围是所述高电平保持时间的2/5～3/5，在PWM信号的高电平的中间点附近进行检测电压的采样以保证所采样的检测电压值最准确。示范性的，中断溢出时间是PWM信号的高电平保持时间的1/2，在PWM信号的高电平的中间点进行检测电压的采样，应当理解，PWM信号的高电平的中间点的检测电压最稳定，以中间点的检测电压用于后续与预设阈值进行比较，将提高短路保护电路的保护效果，避免微小误差影响短路保护电路的性能。

示范性的，若PWM信号的占空比是50％且PWM信号的高电平保持时间是100μS，则中断溢出时间为50μS，在所述PWM信号处于上升沿时开始计时，当计时达到50μS时，对检测电压进行采样，并与预设阈值进行比较，控制器10根据比较结果控制放电电路20导通或截止。

进一步的，若PWM信号的占空比等于100％，PWM信号为高电平全功率输出，则可将中断溢出时间设置为预设时间。

示范性的，可以将中断溢出时间设置为20μS，每隔500μS开始计时，当计时达到20μS时，对检测电压进行采样，并与预设阈值进行比较，控制器10根据比较结果控制放电电路20导通或截止。

上述第二电阻R2的阻值范围为1～10k，第二电阻R2还具有限流作用，应当理解，第二电阻R2的阻值应适当的选取较大阻值的电阻，以达到限流的目的，避免较大电流流入控制器10，造成控制器10损坏。

本实施例利用控制器10在PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过第二电阻R2采样检测电压，当所述检测电压大于预设阈值时控制放电电路20截止。本实施例一方面，通过中断对检测电压进行采样，在每次中断溢出时占用一次PC指针进行采样，采样完成后立即释放PC指针，占用PC指针时间较少，使得控制器10有足够的时间处理其他任务；另一方面，仅仅利用第二电阻R2即可采样检测电压，无需利用其它电压比较电路和电压放大电路，有效降低硬件成本，提高市场竞争力；另外，短路保护电压的阈值可以通过程序设定，不仅灵活可调，而且更为精准有效。

实施例2

本实施例，参见图2，示出了短路能保护电路中的放电电路20包括开关管Q1、第三电阻R3和第四电阻R4。

开关管Q1的第一端分别连接第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，第三电阻R3的另一端作为控制端，第四电阻R4的另一端接地；开关管Q1的第二端作为负载接入端；开关管Q1的第三端作为放电电路20的输出端。

因为NMOS管导通电阻小，且容易制造，上述开关管Q1可以是NMOS管，应当理解，还可以是三极管。

示范性的，若是NMOS管，NMOS管的栅极G对应上述开关管Q1的第一端，漏极D对应上述开关管Q1的第二端，源极S对应上述开关管Q1的第三端。应当理解，源极S和栅极G之间的电压大于一定值时，漏极D和源极S导通，一般，源极S接地，栅极G的电压达到4V，漏极D和源极S导通。

实施例3

本实施例，参见图3，示出了一种具有短路保护功能的电源101，包括上述实施例所述的短路保护电路。可以理解，普通电源1的正极连接短路保护电路的电源正极接入端B+，普通电源1的负极连接短路保护电路的电源负极接入端B-。上述实施例所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。

应当理解，上述普通电源1区别于具有短路保护功能的电源101，是不具有短路保护功能的电源。

实施例4

本实施例，参见图4，示出了一种具有短路保护功能的用电设备102，包括上述实施例所述的短路保护电路。可以理解，普通用电设备2的正极连接短路保护电路的负载正极接入端P+，普通用电设备2的负极连接短路保护电路的负载负极接入端P-。上述实施例所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。

应当理解，上述普通用电设备2区别于具有短路保护功能的用电设备102，是不具有短路保护功能的用电设备。

实施例5

本实施例，参见图5，示出了一种短路保护系统103，包括上述实施例所述的短路保护电路、普通电源1和普通用电设备2。可以理解，普通电源1的正极连接短路保护电路的电源正极接入端B+，普通电源1的负极连接短路保护电路的电源负极接入端B-。普通用电设备2的正极连接短路保护电路的负载正极接入端P+，普通用电设备2的负极连接短路保护电路的负载负极接入端P-。上述实施例所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。

应当理解，上述普通电源1区别于具有短路保护功能的电源101，是不具有短路保护功能的电源；上述普通用电设备2区别于具有短路保护功能的用电设备102，是不具有短路保护功能的用电设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种短路保护电路，其特征在于，该电路包括：控制器、放电电路、第一电阻、第二电阻以及电源正极接入端、电源负极接入端、负载正极接入端和负载负极接入端；

所述电源正极接入端连接所述负载正极接入端，所述负载负极接入端连接所述放电电路的负载接入端，所述放电电路的输出端分别连接所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述电源负极接入端，所述第二电阻的另一端连接所述控制器的采样端，所述控制器的输出端连接所述放电电路的控制端；

所述控制器用于通过PWM信号控制所述放电电路的导通或截止；

在所述PWM信号处于上升沿时开始计时，当达到中断溢出时间时通过所述第二电阻采样检测电压，所述中断溢出时间根据所述PWM信号的高电平保持时间确定，所述中断溢出时间的范围是所述高电平保持时间的2/5～3/5；

所述控制器还用于当所述检测电压大于预设阈值时控制所述放电电路截止。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，若PWM信号的占空比等于100％，所述中断溢出时间为预设时间。

3.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述控制器还用于当所述检测电压小于等于预设阈值时控制所述放电电路导通。

4.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述放电电路包括开关管、第三电阻和第四电阻；

所述开关管的第一端分别连接所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端作为所述控制端，所述第四电阻的另一端接地；

所述开关管的第二端作为所述负载接入端；

所述开关管的第三端作为所述放电电路的输出端。

5.根据权利要求4所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关管是NMOS管。

6.根据权利要求1-5任一项所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值范围为1～10k。

7.一种电源，其特征在于，所述电源包括权利要求1-6任一项所述的短路保护电路。

8.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求1-6任一项所述的短路保护电路。

9.一种短路保护系统，其特征在于，电源短路保护系统包括权利要求1-6任一项所述的短路保护电路、电源和用电设备。

Images