CN112134257A - 一种直流电源短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种直流电源短路保护电路，包括：前级直流电源、短路保护电路、N个开关电路和N个后级电源网络；前级直流电源通过短路保护电路分别连接N个后级电源网络，还通过N个开关电路分别连接N个后级电源网络；短路保护电路还分别连接N个开关电路，用于控制N个后级电源网络工作状态。前级直流电源通过开关电路向对应的后级电源网络供电之前，若短路保护电路检测后级电源网络出现短路时，控制开关电路与后级电源网络之间通路断开，使前级直流电源不能通过开关电路向后级电源网络供电，达到对整个电源电路中元器件的保护，以及避免击穿、异常的元器件上电过流发热而可能引发的起火。

Description

一种直流电源短路保护电路

技术领域

本申请涉及电子控制领域，尤其涉及一种直流电源短路保护电路。

背景技术

通常安装了元器件的印刷电路板(Printed Circuit Board Assembly，PCBA) 产品做好后，需对PCBA上的电源进行一次性直流阻抗的测量，对直流阻抗的 测量是为了检测电子元器件是否出现异常击穿的情况，当直流阻抗在所要求的 范围之内时，可保证PCBA产品的可靠性和安全性。

当PCBA产品正式投入使用后，PCBA产品在使用过程中电子元器件(例 如电容、二极管等)也可能出现异常击穿的现象。对存在异常击穿的元器件通 电时产生的电流小于位于后级电源网络之前的直流转换器(Direct Current/ Direct Current，DC/DC)输出电流的最大值，以至于不能够触发保护机制、或 者直流转换器本身存在击穿异常、以及没有过流保护的直流供电设计，存在此 类故障的电路板如果直接上电，将极易导致电源电路中元器件的损坏，以及因 击穿、异常的元器件上电过流发热而可能引发起火。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请期望提供一种直流电源短路保护电路。

本申请的技术方案是这样实现的：

本申请提供一种直流电源短路保护电路，包括：前级直流电源、短路保护 电路、N个开关电路和N个后级电源网络；其中，N为正整数；

所述前级直流电源通过所述短路保护电路分别连接所述N个后级电源网络； 所述前级直流电源通过所述N个开关电路分别连接所述N个后级电源网络；所 述短路保护电路还分别连接所述N个开关电路，用于控制所述N个后级电源网 络的工作状态；

所述前级直流电源通过所述开关电路向对应的后级电源网络进行供电之前， 所述短路保护电路用于检测所述后级电源网络对地阻抗，若所述后级电源网络 对地阻抗满足预设短路条件时，控制所述开关电路处于断开状态，以使得所述 前级直流电源不能通过所述开关电路向所述后级电源网络供电。

上述方案中，所述后级电源网络对地阻抗不满足预设短路条件时，控制所 述开关电路处于闭合状态，以使得所述前级直流电源通过所述开关电路向所述 后级电源网络供电。

上述方案中，所述预设短路条件为：所述后级电源网络的对地阻抗位于预 设的阻抗范围。

上述方案中，当N＝1时，所述短路保护电路包括：第一恒流源电路和迟 滞比较器；所述第一恒流源电路，用于向所述后级电源网络提供恒定电流；所 述迟滞比较器的负极输入端采集所述后级电源网络的电压测量端的对地电压， 正极输入端输入参考电压；所述对地电压小于所述迟滞比较器的上限电压时， 表征所述后级电源网络对地阻抗满足预设短路条件，则所述迟滞比较器向所述 第一恒流源电路和所述开关电路输出第一控制信号，用于控制所述第一恒流源 电路向所述后级电源网络提供恒定电流，以及用于控制所述开关电路处于断开 状态；所述对地电压大于所述迟滞比较器的上限电压时，表征所述后级电源网 络对地阻抗不满足预设短路条件，则所述迟滞比较器向所述第一恒流源电路和 所述开关电路均输出第二控制信号，用于控制所述第一恒流源电路停止向所述 后级电源网络提供恒定电流，及控制所述开关电路处于闭合状态。

上述方案中，所述第一恒流源电路包括：第一电阻、第一PNP三级管、第 一稳压管、第二电阻和第一PMOS管；其中，所述第一稳压管的负极通过所述 第一电阻与所述第一PNP三级管的发射极相连，所述第一稳压管的负极还与所 述前级直流电源和所述第一PMOS管的源极相连；所述第一稳压管的正极与所 述第一PNP三级管的基极相连，与所述第一PMOS管的漏极相连，也通过所述 第二电阻接地；所述第一PNP三级管的集电极与所述后级电源网络相连，所述 第一PMOS管的栅极与所述迟滞比较器输出端相连。

上述方案中，所述第一恒流源电路还包括：第三电阻；所述第一PMOS管 的栅极通过所述第三电阻与所述迟滞比较器输出端相连。

上述方案中，所述迟滞比较器的正极输入端通过第四电阻连接参考电压源， 所述正极输入端通过第五电阻与输出端相连，负极输入端通过所述第一电容接 地，所述负极输入端与所述开关电路使能控制端相连，用于向所述开关电路输 出控制信号，所述负极输入端还通过第六电阻所述后级电源网络的电压测量端 相连。

上述方案中，所述短路保护电路还包括：反相电路；所述迟滞比较器输出 端通过所述反相电路与所述开关电路使能控制端相连，所述反相电路用于将所 述第一控制信号或所述第二控制信号反向后，输入到所述开关电路使能控制端。

上述方案中，所述反相电路包括：NPN三极管和第七电阻；其中，所述 NPN三极管的基极与所述迟滞比较器输出端相连，所述NPN三极管的集电极 通过所述第七电阻与所述前级直流电源，所述NPN三极管的集电极与所述开关 电路使能控制端相连，所述NPN三极管的发射极接地。

上述方案中，所述反相电路还包括：第八电阻和第二电容；所述NPN三极 管的集电极还通过串联所述第八电阻和所述第二电容接地。

上述方案中，所述短路保护电路还包括：第九电阻其中，所述迟滞比较器 的输出端通过所述第九电阻与所述开关电路使能控制端相连；或者，所述迟滞 比较器的输出端通过所述第九电阻与所述反相电路输入端相连。

上述方案中，当N＞1时，所述短路保护电路包括：电源管理监控芯片、 第二恒流源电路和多路选择开关；所述第二恒流源电路输出电流可调，用于向 不同的后级电源网络提供不同的恒定电流；所述电源管理监控芯片，用于控制 所述多路选择开关选择待检测的第i后级电源网络，并控制所述第二恒流源电 路输出所述第i后级电源网络匹配的第i恒定电流；其中，i取小于或者等于N 的正整数；所述第二恒流源电路通过所述多路选择开关将所述第i恒定电流输 出到所述第i后级电源网络；所述电源管理监控芯片，用于采集所述第i后级电 源网络的电压测量端的第i对地电压，根据所述第i恒定电流和所述第i对地电 压，计算出所述第i后级电源网络对地阻抗；所述对地阻抗满足预设短路条件， 所述电源管理监控芯片向所述第i开关电路输出第一控制信号，用于控制所述 第i开关电路处于断开状态；所述对地阻抗不满足预设短路条件，所述电源管 理监控芯片向所述第i开关电路输出第二控制信号，用于控制所述第i开关电路 处于闭合状态。

上述方案中，所述电源管理监控芯片，还用于在所述对地阻抗不满足预设 短路条件时，向所述多路选择开关输出第三控制信号，用于控制所述多路选择 开关断开所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路；所述电源 管理监控芯片，还用于在所述前级直流电源通过所述开关电路向对应的后级电 源网络进行供电之前，向所述多路选择开关输出第四控制信号，用于控制所述 多路选择开关连通所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路。

上述方案中，所述多路选择开关的自检端通过第十电阻接地；所述电源管 理监控芯片，还用于在所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出恒定电流 之前，控制所述多路选择开关选通连接自检端并采集所述自检端的电压；基于 所述自检端的电压检测所述多路选择开关与所述第二恒流源电路工作是否正常； 若工作正常，所述电源管理监控芯片控制所述第二恒流源电路向所述多路选择 开关输出所述第i恒定电流，以使得所述多路选择开关将所述第i恒定电流传输 至所述第i后级电源网络；若工作异常，所述电源管理监控芯片不能控制所述 第二恒流源电路向所述多路选择开关输出所述第i恒定电流，也不能使得所述 多路选择开关将所述第i恒定电流传输至所述第i后级电源网络。

上述方案中，所述第二恒流源电路包括：M个第十一电阻、第十二电阻、 第十三电阻、M个第二PMOS管、第二PNP三级管、第二稳压管和电压源； 其中，M取大于1的整数；所述M个第十一电阻串联，且每个第十一电阻的两 端分别连接一个第二PMOS管的源极和漏极，所述M个第二PMOS管的栅极 分别连接所述电源管理控制芯片的M个恒流源选择引脚，用于接收所述电源管 理控制芯片的直流源控制信号，以调整所述第二恒流源电路的输出恒定电流的 大小；所述第二稳压管的负极与所述电压源相连，也与串联后的所述M个第十 一电阻的一端相连；所述第二稳压管的正极通过所述第十三电阻接地，也与所 述第二PNP三级管的基极相连；所述第二PNP三级管的发射极连接所述第十 二电阻后与串联后的所述M个第十一电阻的另一端相连，所述第二PNP三级 管的集电极与所述多路选择开关的公共端相连，用于通过所述多路开关向后级 电源网络输出恒定电流。

上述方案中，所述第二恒流源电路还包括：M个第十四电阻；所述M个第 二PMOS管的栅极通过所述M个第十四电阻分别连接所述电源管理控制芯片 的M个恒流源选择引脚。

上述方案中，所述电源管理控制芯片包括：N个使能引脚、开关选择引脚、 N+1个电压采集引脚和M个恒流源选择引脚；所述N个使能引脚分别与所述 N个开关电路相连；前N个电压采集引脚分别与所述N个后级电源网络的电压 测量端相连，用于采集后级电源网络的电压测量端的对地电压；第(N+1)个 电压采集引脚与所述多路选择开关的所述自检端相连；所述开关选择引脚与所 述多路选择开关的开关选择端相连，用于输出开关选择信号。

本申请提供一种直流电源短路保护电路，包括：前级直流电源、短路保护 电路、N个开关电路和N个后级电源网络；前级直流电源通过短路保护电路分 别连接N个后级电源网络，还通过N个开关电路分别连接N个后级电源网络； 短路保护电路还分别连接N个开关电路，用于控制N个后级电源网络工作状态； 前级直流电源通过开关电路向对应的后级电源网络供电前，短路保护电路检测 后级电源网络对地阻抗，对地阻抗满足预设短路条件，控制开关电路处于断开 状态，使前级直流电源不向后级电源网络供电。如此，向后级电源网络进行供 电之前，若短路保护电路检测后级电源网络短路时，控制开关电路与后级电源网络之间通路断开，使前级直流电源不向后级电源网络供电，达到对电源电路 中元器件的保护，以及避免击穿、异常的元器件上电过流发热而可能引发的起 火。

附图说明

图1为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第一组成结构示意图；

图2为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第二组成结构示意图；

图3为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第三组成结构示意图；

图4为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第四组成结构示意图；

图5为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第五组成结构示意图；

图6为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第六组成结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图 对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来 限定本申请实施例。

本申请实施例提供了一种直流电源短路保护电路，图1为本申请实施例中 直流电源短路保护电路的第一组成结构示意图，如图1所示，该直流电源短路 保护电路包括：前级直流电源10、短路保护电路11、N个开关电路12和N个 后级电源网络13；其中，N为正整数；

所述前级直流电源10通过所述短路保护电路11分别连接所述N个后级电 源网络13；所述前级直流电源10通过所述N个开关电路12分别连接所述N 个后级电源网络13；所述短路保护电路11还分别连接所述N个开关电路12， 用于控制所述N个后级电源网络13的工作状态；

所述前级直流电源10通过所述开关电路12向对应的后级电源网络13进行 供电之前，所述短路保护电路11用于检测所述后级电源网络13对地阻抗，若 所述后级电源网络13对地阻抗满足预设短路条件时，控制所述开关电路12处 于断开状态，以使得所述前级直流电源10不能通过所述开关电路12向所述后 级电源网络13供电。

在一些实施例中，所述后级电源网络对地阻抗不满足预设短路条件时，控 制所述开关电路处于闭合状态，以使得所述前级直流电源通过所述开关电路向 所述后级电源网络供电。

需要说明的是，本申请为了避免在不清楚后级电源网络是否短路时直接对 其进行供电可能造成元器件毁坏的情况，设计了一种短路保护电路，用于检测 后级电源网络是否出现短路情况，进而根据后级电源网络的情况控制开关电路 的工作状态，以达到对电源电路中元器件的保护，以及避免击穿、异常的元器 件上电过流发热而可能引发的起火。

需要说明的是，后级电源网络正常时，前级直流电源是通过开关电路对后 级电源网络供电的，由于可能存在N个后级电源网络，那开关电路也就存在N 个。

这里，短路保护电路检测后级电源网络是否出现短路，是通过检测后级电 源网络对地阻抗而判断的。具体地，若后级电源网络对地阻抗满足预设短路条 件，说明后级电源网络处于短路情况，那短路保护电路控制开关电路处于断开 状态，使得前级直流电源不能通过开关电路向后级电源网络供电。若后级电源 网络对地阻抗不满足预设短路条件，是说明后级电源网络处于正常情况，那短 路保护电路控制开关电路处于关闭状态，使得前级直流电源通过开关电路向后 级电源网络供电。

在一些实施例中，所述预设短路条件为：所述后级电源网络的对地阻抗位 于预设的阻抗范围。

这里，预设的阻抗范围可以理解成后级电源网络处于异常情况时的对地阻 抗范围。也就是说，后级电源网络对地阻抗位于预设的阻抗范围，说明满足短 路条件，即后级电源网络短路；对地阻抗位于预设的阻抗范围之外，说明满足 短路条件，即后级电源网络正常。

需要进一步说明的是，短路保护电路中还包括其他匹配元件，例如，电容、 电阻、稳压管、三极管、MOS管的一种或者多种组合。通过一种或者多种元器 件组合的短路保护电路，去检测后级电源网络是否出现短路情况，进而控制开 关电路的开关状态，以达到对电源电路中元器件的保护。

下面针对只有一个后级电源网络时，即N取值为1，本申请实施例提供了 一种短路保护电路。图2为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第二组成 结构示意图。

如图2所示，所述短路保护电路包括：第一恒流源电路111和迟滞比较器 112；

所述第一恒流源电路111，用于向所述后级电源网络13提供恒定电流；

所述迟滞比较器112的负极输入端采集所述后级电源网络13的电压测量端 的对地电压，正极输入端输入参考电压；

所述对地电压小于所述迟滞比较器112的上限电压时，表征所述后级电源 网络13对地阻抗满足预设短路条件，则所述迟滞比较器112向所述第一恒流源 电路111和所述开关电路12输出第一控制信号，用于控制所述第一恒流源电路 111向所述后级电源网络13提供恒定电流，以及用于控制所述开关电路12处 于断开状态；

若所述对地电压大于所述迟滞比较器的上限电压时，表征所述后级电源网 络13对地阻抗不满足预设短路条件，则所述迟滞比较器112向所述第一恒流源 电路111和所述开关电路12均输出第二控制信号，用于控制所述第一恒流源电 路111停止向所述后级电源网络13提供恒定电流，及控制所述开关电路12处 于闭合状态。

需要说明的是，本申请采用的是迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性 的比较器。迟滞比较器有两个门限电压，即高电平往低电平翻转的上限电压和 低电平往高电平翻转的下限电压。这里，当上限电压大于负极输入端电压时， 输出高电平。当上限电压小于负极输入端电压时，输出低电平。另外，上限电 压是由正极输入端的参考电压、输出端的高逻辑电平、正极输入端的电阻及正 极输入端与输出端之间电阻决定的。

需要说明的是，短路保护电路检测后级电源网络对地阻抗之前，开关电路 时处于断开状态的。短路保护电路检测后级电源网络对地阻抗时，短路保护电 路中的迟滞比较器向第一恒流源电路输出第一控制信号，用于第一恒流源电路 向后级电源网络输出恒定电流。当短路保护电路检测出后级电源网络正常时， 短路保护电路中的迟滞比较器向第一恒流源电路输出第二控制信号，用于第一 恒流源电路停止向后级电源网络输出恒定电流。

另外，当检测后级电源网络短路时，迟滞比较器输出端向开关电路输出第 一控制信号，使其处于断开状态。开关电路状态不改变。当检测后级电源网络 正常时，迟滞比较器输出端向开关电路输出第二控制信号，使其处于闭合状态。

具体地，迟滞比较器的负极输入端会采集后级电源网络的电压测量端的对 地电压。这里，后级电源网络的电压测量端可以是该电源网络上任意位置点。 当负极输入端采集的对地电压小于上限电压时，基于第一恒流源电路提供的恒 定电流，计算出对地阻抗小于上限电压对应的阻抗。这里，预设的阻抗范围为 小于上限电压对应的阻抗。由于对地阻抗满足预设短路条件，因此后级电源网 络处于短路情况，需控制开关电路处于断开状态，使得前级直流电源不能通过 开关电路对后级电源网络供电。若负极输入端采集的电压大于上限电压，基于 第一恒流源电路提供的恒定电流，计算出对地阻抗大于上限电压对应的阻抗。 由于对地阻抗不满足预设短路条件，因此后级电源网络处于正常情况，第一恒 流源电路也就不需要再向后级电源网络提供电流，这时迟滞比较器的输出端向 第一恒流源电路输出第二控制信号，控制第一恒流源电路停止向后级电源网络 提供恒定电流。另外，迟滞比较器的输出端也向开关电路输出第二控制信号， 用于控制关电路处于闭合状态，以使得前级直流电源可通过开关电路对后级电 源网络供电。

上述迟滞比较器的输出端向第一恒流源电路输出第二控制信号，控制第一 恒流源电路停止向后级电源网络提供恒定电流后，迟滞比较器的负极输入端电 压开始缓慢放电，从而维持后级电源网络的电压测量端电压的抬升，直至抬升 至上限电压，稳住迟滞比较器的输出，进而维持开关电路一直处于闭合状态， 为后级电源正常供电。

需要进一步说明的是，第一恒流源电路和迟滞比较器中还包括其他匹配元 件，例如，电容、电阻、稳压管、三极管、MOS管的一种或者多种组合。通过 一种或者多种元器件组合的第一恒流源电路和迟滞比较器，去检测后级电源网 络是否出现短路情况，进而控制开关电路的开关状态，以达到对后级电源电路 中元器件的保护，以及避免击穿、异常的元器件上电过流发热而可能引发的起 火。

下面针对图2的短路保护电路中的第一恒流源电路和迟滞比较器，本申请 实施例给出一种具体的电路结构，图3为本申请实施例中直流电源短路保护电 路的第三组成结构示意图。

如图3所示，所述第一恒流源电路包括：第一电阻R1、第一PNP三级管 PNP1、第一稳压管DZ1、第二电阻R2和第一PMOS管PMOS1；

其中，DZ1的负极通过R1与PNP1管的发射极相连，DZ1的负极还与前 级直流电源和PMOS1管的源极相连；DZ1的正极与PNP1管的基极相连，与 PMOS1管的漏极相连，也通过R2接地；PNP1管的集电极与后级电源网络相 连，PMOS1管的栅极与迟滞比较器输出端相连。

需要说明的是，这里第一恒流源电路所产生的电流大小可表示为： (Udz1-Ueb)/R1；其中，Udz1表示稳压管的电压，Ueb表示PNP1管的发射 极与基极之间的电压，若PNP1管为硅管其Ueb是0.7v左右，若PNP1管为锗 管其Ueb是0.3v左右。

需要说明的是，前级直流电源对短路保护电路通电之前，迟滞比较器的负 极输入端采集的对地电压为0v。当前级直流电源对短路保护电路刚通上电时， 短路保护电路中的迟滞比较器默认输入高电平(可理解为第一控制信号)，且迟 滞比较器的负极输入端采集的对地电压小于上限电压，这时，迟滞比较器输出 端迟滞比较器向第一恒流源电路输出高逻辑电平，由于迟滞比较器输出端与 PMOS1管的栅极相连，即PMOS1管的栅极接收高逻辑电平，此时PMOS1管 处于截止状态，使得DZ1的正负两端产生压差及PNP1管的发射极与基极之间 产生压差，进而产生恒定的电流，向后级电源网络注入恒定电流。另外，迟滞 比较器也会向开关电路输出高逻辑电平，用于控制开关电路处于断开状态。这 里，开关电路可以为DCDC转换器(起开关作用)或者MOSEFET高侧开关， 由于高逻辑电平控制开关电路处于断开状态，那说明DCDC转换器或者 MOSEFET高侧开关是属于高电平控制关断的情况。

若迟滞比较器的负极输入端电压大于上限电压，说明后级电源网络处于正 常情况，迟滞比较器向第一恒流源电路输出低逻辑电平(可理解为第二控制信 号)，使得PMOS1管处于导通状态，DZ1的正负两端无压差，进而导致PNP1 管处于截止状态，第一恒流源电路无法产生恒定电流，也就停止向后级电源网 络提供恒定电流。另外，迟滞比较器也会向开关电路输出低逻辑电平，用于控 制开关电路处于闭合状态，以使得前级直流电源可通过开关电路对后级电源网 络供电。

第一恒流源电路还包括：第三电阻R3；PMOS1管的栅极通过R3与迟滞比 较器输出端相连。这里，R3起限流作用，以防电流过大烧坏与之串联的PMOS1 管元器件。

所述迟滞比较器的正极输入端通过第四电阻R4连接参考电压源Vref，正 极输入端通过第五电阻R5与输出端相连，迟滞比较器负极输入端通过第一电 容C1接地，负极输入端与开关电路使能控制端相连，用于向开关电路输出控 制信号，负极输入端还通过第六电阻R6与后级电源网络的电压测量端相连。

需要说明的是，后级电源网络接收到第一恒流源电流所产生的恒定电流后， 结合后级电源网络的对地阻抗，产生一定电压，通过R6和C1组成的充放电电 路，对C1进行充电，迟滞比较器的负极输入端采集C1上的电压即就是采集输 入后级电源网络的对地电压。

还需要说明的是，第一恒流源电路停止向后级电源网络输出恒定电流后， R6和C1开始缓慢放电，从而维持后级电源网络的电压测量端电压的抬升，直 至抬升至上限电压，稳住迟滞比较器的输出，进而维持开关电路一直处于闭合 状态，为后级电源正常供电。

在一些实施例中，所述短路保护电路还包括：第九电阻R9；其中，所述迟 滞比较器的输出端通过所述第九电阻R9与所述开关电路使能控制端相连。

需要说明的是，R9在该电路中起限流作用。

图3中迟滞比较器输出端向开关电路输出第一控制信号，可控制开关电路 处于断开状态；向开关电路输出第二控制信号，可控制开关电路处于闭合状态。 若开关电路基于第一控制信号不能使其处于断开状态，或者开关电路基于第二 控制信号不能使其处于闭合状态时，本申请实施例在图3的基础上还给出一种 电路结构图，即在迟滞比较器输出端与开关电路12使能控制端之间增添反相电 路，反相电路用于将第一控制信号或第二控制信号反向后，输入到开关电路12 使能控制端。图4为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第四组成结构示 意图。

这里，需要说明的是，反相电路将第一控制信号反向，得到反向后的第一 控制信号并输入到开关电路使能控制端，用于控制开关电路处于断开状态。反 相电路将第二控制信号反向，得到反向后的第二控制信号并输入到开关电路使 能控制端，用于控制开关电路处于闭合状态。

或者，反相电路将第一控制信号反向，得到第二控制信号并输入到开关电 路使能控制端，用于控制开关电路处于断开状态。反相电路将第二控制信号反 向，得到第一控制信号并输入到开关电路使能控制端，用于控制开关电路处于 闭合状态。

如图4所示，所述反相电路具体包括：NPN三极管和第七电阻R7；

其中，NPN管的基极与迟滞比较器输出端相连，NPN管的集电极通过R7 与前级直流电源，NPN管的集电极与开关电路使能控制端相连，NPN管的发射 极接地。

所述反相电路还包括：第八电阻R8和第二电容C2；NPN管的集电极还通 过串联R8和C2接地。

需要说明的是，R8和C2组成RC滤波电路，用于对电路中的信号进行滤 波作用。

在一些实施例中，所述短路保护电路还包括：第九电阻R9；其中，所述迟 滞比较器的输出端通过所述第九电阻R9与所述反相电路输入端相连。

需要说明的是，R9在该电路中起限流作用。

本申请实施例需要进一步说明的是，若N取值大于1时，可设计N个短路 保护电路，其中，包括N个第一恒流源电路、N个迟滞比较器。或者，包括N 个第一恒流源电路、N个迟滞比较器和N个反相电路。以此针对每一个后级电 源网络对应一个短路保护电路，通过短路保护电路检测后级电源网络是否出现 短路情况，进而控制开关电路的开关状态，达到对电源电路中元器件的保护。

当N取值大于1时，本申请实施例还给出另一种直流电源短路保护电路， 图5为本申请实施例直流电源短路保护电路的第五组成结构示意图。

如图5所示，所述短路保护电路包括：电源管理监控芯片14、第二恒流源 电路15和多路选择开关16；

所述第二恒流源电路输出电流可调，用于向不同的后级电源网络提供不同 的恒定电流；

所述电源管理监控芯片，用于控制所述多路选择开关选择待检测的第i后 级电源网络，并控制所述第二恒流源电路输出所述第i后级电源网络匹配的第i 恒定电流；其中，i取小于或者等于N的正整数；

所述第二恒流源电路通过所述多路选择开关将所述第i恒定电流输出到所 述第i后级电源网络；

所述电源管理监控芯片，用于采集所述第i后级电源网络的电压测量端的 第i对地电压，根据所述第i恒定电流和所述第i对地电压，计算出所述第i后 级电源网络对地阻抗；所述对地阻抗满足预设短路条件，所述电源管理监控芯 片向所述第i开关电路输出第一控制信号，用于控制所述第i开关电路处于断开 状态；所述对地阻抗不满足预设短路条件，所述电源管理监控芯片向所述第i 开关电路输出第二控制信号，用于控制所述第i开关电路处于闭合状态。

需要说明的是，本申请利用电源管理监控芯片去采集后级电源网络的电压 测量端的对地电压，及第二恒流源电路对后级电源网络的电压测量端注入电流， 进而可计算出后级电源网络对地阻抗。基于后级电源网络对地阻抗可判断出后 级电源网络是否出现短路情况。

需要说明的是，由于存在N个后级电源网络，包括后级电源网络131、…13N， 不同后级电源网络所对应的对地阻抗不相同，所需注入的恒流源大小也就不相 同，因此，第二恒流源电路设计成输出电流可调的恒流源电路。

具体地，电源管理监控芯片控制多路选择开关选择待检测的第i后级电源 网络，基于待检测的第i后级电源网络控制第二恒流源电路输出对应的第i恒定 电流，以使得第i恒定电流可通过多路选择开关注入第i后级电源网络的电压测 量端。根据电源管理监控芯片采集的第i后级电源网络的电压测量端的对地电 压和第i恒定电流，计算出第i后级电源网络对地阻抗。通过判断第i后级电源 网络对地阻抗是否满足预设短路条件，确定电源管理监控芯片向第i开关电路 输出第一控制信号还是第二控制信号，进而控制第i开关电路处于断开状态还 是闭合状态。其中，N个开关电路包括开关电路121、…12N。

在一些实施例中，所述电源管理监控芯片，还用于在所述对地阻抗不满足 预设短路条件，向所述多路选择开关输出第三控制信号，用于控制所述多路选 择开关断开所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路；所述电 源管理监控芯片，还用于在所述前级直流电源通过所述开关电路向对应的后级 电源网络进行供电之前，向所述多路选择开关输出第四控制信号，用于控制所 述多路选择开关连通所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路。

需要说明的是，第i后级电源网络对地阻抗不满足预设短路条件时，说明 第i后级电源网络处于正常情况，即不需继续检测第i后级电源网络对地阻抗， 那也就不需要再向第i后级电源网络注入第i恒定电流。这时，电源管理监控芯 片向多路选择开关输出第三控制信号，用于断开第二恒流源电路与第i后级电 源网络之间的通路。

需要说明的是，前级直流电源通过开关电路向对应的后级电源网络进行供 电之前，需保证第二恒流源电路、多路选择开关和第i后级电源网络之间处于 连通状态，这样，第二恒流源电路才可通过多路选择开关向第i后级电源网络 注入第i恒定电流，进而检测第i后级电源网络对地阻抗。

在一些实施例中，所述多路选择开关的自检端通过第十电阻R10接地；所 述电源管理监控芯片，还用于在所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出 恒定电流之前，控制所述多路选择开关选通连接自检端并采集所述自检端的电 压；基于所述自检端的电压检测所述多路选择开关与所述第二恒流源电路工作 是否正常；若工作正常，所述电源管理监控芯片控制所述第二恒流源电路向所 述多路选择开关输出所述第i恒定电流，以使得所述多路选择开关将所述第i 恒定电流传输至所述第i后级电源网络；若工作异常，所述电源管理监控芯片 不能控制所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出所述第i恒定电流，也 不能使得所述多路选择开关将所述第i恒定电流传输至所述第i后级电源网络。

需要说明的是，多路选择开关的自检端通过R10接地。为了使得第二恒流 源电路输出的第i恒定电流是传输至多路选择开关的，那必须保证第二恒流源 电路与多路选择开关之间的工作处于正常状态，然而，可能因为焊接不良或者 元器件物料异常导致第二恒流源电路与多路选择开关工作异常，因此，在第二 恒流源电路向多路选择开关输出恒定电流之前，需检测第二恒流源电路与多路 选择开关工作是否正常。

本申请这里是通过电源管理监控芯片控制多路选择开关选通连接自检端， 进而采集多路选择开关的自检端的电压来检测第二恒流源电路与多路选择开关 工作是否正常。

进一步地，电源管理监控芯片控制多路选择自检端后，电源管理监控芯片、 第二恒流源电流及多路选择开关组成一个回路。根据该回路中多路选择开关接 地电流大小与第二恒流源电路输出的电流大小是否相等，可判断工作是否正常。 具体地，电源管理监控芯片采集多路选择开关的自检端电压，结合R10可计算 出多路选择开关的流经自检端的电流。待检测的第i后级电源网络所需的电流 大小为第i恒定电流。若多路选择开关的流经自检端的电流与第i恒定电流相等， 说明第二恒流源电路与多路选择开关工作正常。若多路选择开关的流经自检端 的电流与第i恒定电流不相等，说明第二恒流源电路与多路选择开关工作异常。

需要进一步说明的是，短路保护电路中还包括其他匹配元件，例如，电容、 电阻、稳压管、三极管、MOS管的一种或者多种组合。通过一种或者多种元器 件组合的短路保护电路，去检测后级电源网络是否出现短路情况，进而控制开 关电路的开关状态，达到对电源电路中元器件的保护。

下面针对图5的短路保护电路，本申请实施例给出一种具体的电路结构， 图6为本申请实施例中直流电源短路保护电路的第六组成结构示意图。

如图6所示，所述第二恒流源电路包括：M个第十一电阻R11、第十二电 阻R12、第十三电阻R13、M个第二PMOS管PMOS2、第二PNP三级管PNP2、 第二稳压管DZ2和电压源VDD；

需要说明的是，由于不同后级电源网络在进行对地阻抗测量时，需要的恒 流电流可能不同，因此需要第二恒流源可调来输出不同恒定电流。下面以需要 3种恒定电流为例进行具体说明，即M取值为3。

将3个R11串联，每个R11的两端分别连接一个PMOS2管的源极和漏极， 3个PMOS2管的栅极分别连接电源管理控制芯片14的3个恒流源选择引脚， 用于接收电源管理控制芯片14的直流源控制信号，以调整第二恒流源电路的输 出恒定电流的大小；

DZ2的负极与VDD相连，也与串联后的3个R11的一端相连；DZ2的正 极通过R13接地，也与PNP2管的基极相连；其中，3个R11的阻值可以相同 也可以不相同；

PNP2管的发射极连接R12后与串联后的3个R11的另一端相连，PNP2 管的集电极与多路选择开关16的公共端COM相连，用于通过多路选择开关16 向后级电源网络输出恒定电流。

对应的，所述第二恒流源电路还包括：3个第十四电阻R14；3个PMOS2 管的栅极通过3个R14分别连接电源管理控制芯片14的3个恒流源选择引脚。 这里，3个R14只是起到限流保护作用，阻值可以相同也可以不相同。

所述电源管理控制芯片14包括：N个使能引脚A、开关选择引脚B、N+1 个电压采集引脚C和3个恒流源选择引脚D(D1、D2、D3)；

所述N个使能引脚分别与所述N个开关电路12相连；

前N个电压采集引脚分别与所述N个后级电源网络13的电压测量端相连， 用于采集后级电源网络的电压测量端的对地电压；第(N+1)个电压采集引脚 与所述多路选择开关16的自检端相连；

所述开关选择引脚与所述多路选择开关16的开关选择端相连，用于输出开 关选择信号。

这里，开关电路121与后级电源网络131的电压测量端相连，开关电路122 与后级电源网络132的电压测量端相连，开关电路123与后级电源网络133的 电压测量端相连开关电路12N与后级电源网络13N的电压测量端相连。电压采 集引脚C1与后级电源网络131的电压测量端相连，电压采集引脚C2与后级电 源网络132的电压测量端相连，电压采集引脚C3与后级电源网络133的电压 测量端相连，电压采集引脚CN与后级电源网络13N的电压测量端相连。多路 选择开关16的开关1与后级电源网络131的电压测量端相连，多路选择开关16的开关2与后级电源网络132的电压测量端相连，多路选择开关16的开关3 与后级电源网络133的电压测量端相连，多路选择开关16的开关N与后级电 源网络13N的电压测量端相连。

示例性地，若待检测的是后级电源网络131的电压测量端，电源管理监控 芯片通过开关选择引脚[1…N]控制多路选择开关选通开关1，进而与后级电源 网络131的连接导通。这里，一个开关选择引脚通常只能输出高电平或者低电 平。若开关1的打开需要三个高电平一个低电平时，开关选择引脚至少需要四 个，以此来控制开关1是否打开状态。

电源管理监控芯片控制多路选择开关导通与后级电源网络131的通路之后， 电源管理监控芯片还控制第二恒流源电路输出后级电源网络131所对应的恒定 电流。若所需恒流源选择引脚2对应的第二恒流源电路，电源管理监控芯片控 制恒流源选择引脚2输出高电平，使得图6第二恒流源电路中间的PMOS2导 通，所组成的第二恒流源电路连接方式为：DZ2负极通过串联最左边R11、最 右边R11和R12后与PNP2的发射极相连，还与VDD相连；DZ2正极与PNP2 的基极相连，还通过R14接地；PNP2的集电极与多路选择开关的公共端COM 相连。

进一步地，电源管理监控芯片通过恒流源选择引脚2控制第二恒流源电路 向多路选择开关的公共端COM输出恒定电流，再经过多路选择开关的开关1 将恒定电流输出至后级电源网络131的电压测量端。电源管理监控芯片通过电 压采集引脚1采集后级电源网络131的的电压测量端对地电压。基于后级电源 网络131的的电压测量端对地电压和恒定电流，计算出后级电源网络131的电 压测量端对地阻抗。若对地阻抗位于预设的阻抗范围，即符合预设短路条件， 电源管理监控芯片控制使能引脚1输出第一控制信号，用于控制开关电路121 处于断开状态。若对地阻抗位于预设的阻抗范围之外，即不符合预设短路条件，电源管理监控芯片控制使能引脚1输出第二控制信号，用于控制开关电路121 处于闭合状态。

示例性地，开关电路可以是DCDC转换器(起开关作用)或者MOSEFET 高侧开关。若第一控制信号为高电平信号，由于高电平控制开关电路处于断开 状态，那说明DCDC转换器或者MOSEFET高侧开关是属于高电平控制关断的 情况。若第一控制信号为低电平信号，由于低电平控制开关电路处于断开状态， 那说明DCDC转换器或者MOSEFET高侧开关是属于低电平控制关断的情况。 若第二控制信号为高电平信号，由于高电平控制开关电路处于闭合状态，那说 明DCDC转换器或者MOSEFET高侧开关是属于低电平控制关断的情况。若第 一控制信号为低电平信号，由于低电平控制开关电路处于闭合状态，那说明 DCDC转换器或者MOSEFET高侧开关是属于高电平控制关断的情况。

另外还需要说明的是，当后级电源网络131不符合预设短路条件时，说明 后级电源网络131正常，前级直流电源10可以通过开关电路121向其供电，那 就不需第二恒流源电路提供的恒定电流。电源管理监控芯片需控制电压采集引 脚N+1与多路选择开关的自检端相连，其多路选择开关的开关N+1通过R10 (自检电阻)接地，用于断开第二恒流源电路与后级电源网络131之间的连通。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种直流电源短路保护电路，其特征在于，包括：前级直流电源、短路保护电路、N个开关电路和N个后级电源网络；其中，N为正整数；

所述前级直流电源通过所述短路保护电路分别连接所述N个后级电源网络；所述前级直流电源通过所述N个开关电路分别连接所述N个后级电源网络；所述短路保护电路还分别连接所述N个开关电路，用于控制所述N个后级电源网络的工作状态；

所述前级直流电源通过所述开关电路向对应的后级电源网络进行供电之前，所述短路保护电路用于检测所述后级电源网络对地阻抗，若所述后级电源网络对地阻抗满足预设短路条件时，控制所述开关电路处于断开状态，以使得所述前级直流电源不能通过所述开关电路向所述后级电源网络供电。

2.根据权利要求1所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述后级电源网络对地阻抗不满足预设短路条件时，控制所述开关电路处于闭合状态，以使得所述前级直流电源通过所述开关电路向所述后级电源网络供电。

3.根据权利要求1或2所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述预设短路条件为：所述后级电源网络的对地阻抗位于预设的阻抗范围。

4.根据权利要求3所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

当N＝1时，所述短路保护电路包括：第一恒流源电路和迟滞比较器；

所述第一恒流源电路，用于向所述后级电源网络提供恒定电流；

所述迟滞比较器的负极输入端采集所述后级电源网络的电压测量端的对地电压，正极输入端输入参考电压；

所述对地电压小于所述迟滞比较器的上限电压时，表征所述后级电源网络对地阻抗满足预设短路条件，则所述迟滞比较器向所述第一恒流源电路和所述开关电路输出第一控制信号，用于控制所述第一恒流源电路向所述后级电源网络提供恒定电流，以及用于控制所述开关电路处于断开状态；

所述对地电压大于所述迟滞比较器的上限电压时，表征所述后级电源网络对地阻抗不满足预设短路条件，则所述迟滞比较器向所述第一恒流源电路和所述开关电路均输出第二控制信号，用于控制所述第一恒流源电路停止向所述后级电源网络提供恒定电流，及控制所述开关电路处于闭合状态。

5.根据权利要求4所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述第一恒流源电路包括：第一电阻、第一PNP三级管、第一稳压管、第二电阻和第一PMOS管；

其中，所述第一稳压管的负极通过所述第一电阻与所述第一PNP三级管的发射极相连，所述第一稳压管的负极还与所述前级直流电源和所述第一PMOS管的源极相连；所述第一稳压管的正极与所述第一PNP三级管的基极相连，与所述第一PMOS管的漏极相连，也通过所述第二电阻接地；所述第一PNP三级管的集电极与所述后级电源网络相连，所述第一PMOS管的栅极与所述迟滞比较器输出端相连。

6.根据权利要求5所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述第一恒流源电路还包括：第三电阻；

所述第一PMOS管的栅极通过所述第三电阻与所述迟滞比较器输出端相连。

7.根据权利要求4所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述迟滞比较器的正极输入端通过第四电阻连接参考电压源，所述正极输入端通过第五电阻与输出端相连，负极输入端通过所述第一电容接地，所述负极输入端与所述开关电路使能控制端相连，用于向所述开关电路输出控制信号，所述负极输入端还通过第六电阻与所述后级电源网络的电压测量端相连。

8.根据权利要求4-7任一项所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述短路保护电路还包括：反相电路；

所述迟滞比较器输出端通过所述反相电路与所述开关电路使能控制端相连，所述反相电路用于将所述第一控制信号或所述第二控制信号反向后，输入到所述开关电路使能控制端。

9.根据权利要求8所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述反相电路包括：NPN三极管和第七电阻；

其中，所述NPN三极管的基极与所述迟滞比较器输出端相连，所述NPN三极管的集电极通过所述第七电阻与所述前级直流电源，所述NPN三极管的集电极与所述开关电路使能控制端相连，所述NPN三极管的发射极接地。

10.根据权利要求9所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述反相电路还包括：第八电阻和第二电容；

所述NPN三极管的集电极还通过串联所述第八电阻和所述第二电容接地。

11.根据权利要求10所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述短路保护电路还包括：第九电阻；

其中，所述迟滞比较器的输出端通过所述第九电阻与所述开关电路使能控制端相连；

或者，所述迟滞比较器的输出端通过所述第九电阻与所述反相电路输入端相连。

12.根据权利要求3所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

当N＞1时，所述短路保护电路包括：电源管理监控芯片、第二恒流源电路和多路选择开关；

所述第二恒流源电路输出电流可调，用于向不同的后级电源网络提供不同的恒定电流；

所述电源管理监控芯片，用于控制所述多路选择开关选择待检测的第i后级电源网络，并控制所述第二恒流源电路输出所述第i后级电源网络匹配的第i恒定电流；其中，i取小于或者等于N的正整数；

所述第二恒流源电路通过所述多路选择开关将所述第i恒定电流输出到所述第i后级电源网络；

所述电源管理监控芯片，用于采集所述第i后级电源网络的电压测量端的第i对地电压，根据所述第i恒定电流和所述第i对地电压，计算出所述第i后级电源网络对地阻抗；所述对地阻抗满足预设短路条件，所述电源管理监控芯片向所述第i开关电路输出第一控制信号，用于控制所述第i开关电路处于断开状态；所述对地阻抗不满足预设短路条件，所述电源管理监控芯片向所述第i开关电路输出第二控制信号，用于控制所述第i开关电路处于闭合状态。

13.根据权利要求12所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述电源管理监控芯片，还用于在所述对地阻抗不满足预设短路条件时，向所述多路选择开关输出第三控制信号，用于控制所述多路选择开关断开所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路；

所述电源管理监控芯片，还用于在所述前级直流电源通过所述开关电路向对应的后级电源网络进行供电之前，向所述多路选择开关输出第四控制信号，用于控制所述多路选择开关连通所述第二恒流源电路与所述第i后级电源网络之间的通路。

14.根据权利要求12或13所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述多路选择开关的自检端通过第十电阻接地；

所述电源管理监控芯片，还用于在所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出恒定电流之前，控制所述多路选择开关选通连接自检端并采集所述自检端的电压；

基于所述自检端的电压检测所述多路选择开关与所述第二恒流源电路工作是否正常；

若工作正常，所述电源管理监控芯片控制所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出所述第i恒定电流，以使得所述多路选择开关将所述第i恒定电流传输至所述第i后级电源网络；

若工作异常，所述电源管理监控芯片不能控制所述第二恒流源电路向所述多路选择开关输出所述第i恒定电流，也不能使得所述多路选择开关将所述第i恒定电流传输至所述第i后级电源网络。

15.根据权利要求14所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述第二恒流源电路包括：M个第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、M个第二PMOS管、第二PNP三级管、第二稳压管和电压源；其中，M取大于1的整数；

所述M个第十一电阻串联，且每个第十一电阻的两端分别连接一个第二PMOS管的源极和漏极，所述M个第二PMOS管的栅极分别连接所述电源管理控制芯片的M个恒流源选择引脚，用于接收所述电源管理控制芯片的直流源控制信号，以调整所述第二恒流源电路的输出恒定电流的大小；

所述第二稳压管的负极与所述电压源相连，也与串联后的所述M个第十一电阻的一端相连；所述第二稳压管的正极通过所述第十三电阻接地，也与所述第二PNP三级管的基极相连；

所述第二PNP三级管的发射极连接所述第十二电阻后与串联后的所述M个第十一电阻的另一端相连，所述第二PNP三级管的集电极与所述多路选择开关的公共端相连，用于通过所述多路开关向后级电源网络输出恒定电流。

16.根据权利要求15所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述第二恒流源电路还包括：M个第十四电阻；

所述M个第二PMOS管的栅极通过所述M个第十四电阻分别连接所述电源管理控制芯片的M个恒流源选择引脚。

17.根据权利要求14所述的直流电源短路保护电路，其特征在于，

所述电源管理控制芯片包括：N个使能引脚、开关选择引脚、N+1个电压采集引脚和M个恒流源选择引脚；

所述N个使能引脚分别与所述N个开关电路相连；

前N个电压采集引脚分别与所述N个后级电源网络的电压测量端相连，用于采集后级电源网络的电压测量端的对地电压；第(N+1)个电压采集引脚与所述多路选择开关的自检端相连；

所述开关选择引脚与所述多路选择开关的开关选择端相连，用于输出开关选择信号。

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