CN113054618A - 实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于电路保护技术领域，提供了一种实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人，在实时防短路电路中，通过电源转换模块接收接口输入的电源电压，并对电源电压进行电压转换，以对负载供电，由开关模块控制电源转换模块和负载之间的连接状态，电流采样模块对负载回路的电流进行采样，并生成电流采样信号，最后通过比较模块在电流采样信号的电流大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制开关模块关断，从而在接口短路出现过流时及时关断负载电源，避免损坏后级电路，解决了现有的外接接口缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患的问题。

Description

实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人

技术领域

本申请属于电路保护技术领域，尤其涉及一种实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人。

背景技术

目前，积木机器人往往都需要外接舵机或者传感器，因此，在对外供电上需要设置很多接口，这些接口在用户使用过程中很容易被接触到，一旦操作不慎，很可能会烧坏芯片或电池，严重时甚至引起起火等状况。

然而，现有的外接接口缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患。

发明内容

本申请实施例提供一种实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人，可以解决现有的外接接口缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患的问题。

本申请实施例第一方面提供了一种实时防短路电路，与接口和负载连接，所述实时防短路电路包括：

电源转换模块，与所述接口连接，用于接收所述接口输入的电源电压，并对所述电源电压进行电压转换；

开关模块，设于所述电源转换模块和所述负载之间，用于控制所述电源转换模块和所述负载之间的连接状态；

电流采样模块，设于所述电源转换模块和所述开关模块之间，用于对负载回路的电流进行采样，并生成电流采样信号；

比较模块，与所述电流采样模块和所述开关模块连接，用于接收所述电流采样信号，并在所述电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制所述开关模块关断。

在一个实施例中，所述开关模块包括：

第一开关单元，分别与所述电源转换模块和所述负载连接，用于控制所述电源转换模块和所述负载之间的连接状态；

第二开关单元，与所述第一开关单元和所述比较模块连接，用于接收所述过流控制信号，并根据所述过流控制信号控制所述第一开关单元关断。

在一个实施例中，所述比较模块包括：

电流阈值单元，用于生成所述电流阈值信号；

比较单元，与所述电流阈值单元和所述电流采样模块连接，用于接收所述电流采样信号，并在所述电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号。

在一个实施例中，所述电源转换模块包括：电源转换芯片、第一电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容；

所述第二电容的第一端、所述第三电容的第一端、所述第七电容的第一端、所述第二电阻的第一端以及所述电源转换芯片的输入引脚共接于所述接口，所述电源转换芯片的使能信号引脚与所述第二电阻的第二端连接，所述电源转换芯片的自举电源高侧栅极驱动器引脚与所述第一电容的第一端连接，所述电源转换芯片的开关引脚、所述第一电容的第二端、所述第一电感的第一端以及所述第三电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与所述第八电容的第一端连接，所述电源转换芯片的反馈信号引脚、所述第一电阻的第一端、所述第四电容的第一端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第一电阻的第二端、所述第四电容的第二端、所述第一电感的第二端、所述第五电容的第一端、所述第六电容的第一端共接于所述负载的正极端，所述电源转换芯片的接地引脚、所述第三电容的第二端、所述第七电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第八电容的第二端、所述第五电容的第二端以及所述第六电容的第二端共接于地。

在一个实施例中，所述电流采样模块包括第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端共接于所述开关模块，所述第六电阻的第二端与所述比较模块连接。

在一个实施例中，所述第一开关单元包括第一开关管和第九电容；

所述第一开关管的电流输入端与所述负载的负极端连接，所述第一开关管的电流输出端与所述第九电容的第一端共接于所述电流采样模块，所述第一开关管的控制端与所述第九电容的第二端共接于所述第二开关单元。

在一个实施例中，所述第二开关单元包括：第七电阻、第九电阻以及第二开关管；

所述第七电阻的第一端与所述第二开关管的电流输入端共接于所述第一开关单元，所述第七电阻的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第二开关管的控制端共接于所述比较模块，所述第二开关管的电流输出端接地。

在一个实施例中，所述电流阈值单元包括第八电阻和第十电阻；

所述第八电阻的第一端与供电端连接，所述第八电阻的第二端与所述第十电阻的第一端共接于所述比较单元，所述第十电阻的第二端接地。

本申请实施例第二方面还提供了一种实时防短路装置，包括如上述任一项所述的实时防短路电路。

本申请实施例第三方面还提供了一种机器人，包括：接口、负载以及如上述任一项所述的实时防短路电路，其中，所述实时防短路电路设于所述接口和所述负载之间。

本申请实施例中，提供了一种实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人，通过电源转换模块接收接口输入的电源电压，并对电源电压进行电压转换，以对负载供电，由开关模块控制电源转换模块和负载之间的连接状态，电流采样模块对负载回路的电流进行采样，并生成电流采样信号，最后通过比较模块在电流采样信号的电流大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制开关模块关断，从而在接口短路出现过流时及时关断负载电源，避免损坏后级电路，解决了现有的外接接口缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种实时防短路电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种实时防短路电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的再一种实时防短路电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的再一种实时防短路电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供了一种实时防短路电路，参见图1所示，实时防短路电路与接口11和负载12连接，实时防短路电路包括：电源转换模块20、电流采样模块30、开关模块40以及比较模块50，其中，电源转换模块20与接口11连接，用于接收接口11输入的电源电压，并对电源电压进行电压转换；开关模块40设于电源转换模块20和负载12之间，用于控制电源转换模块20和负载12之间的连接状态；电流采样模块30设于电源转换模块20和开关模块40之间，用于对负载12回路的电流进行采样，并生成电流采样信号；比较模块50与电流采样模块30和开关模块40连接，用于接收电流采样信号，并在电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制开关模块40关断。

在实时防短路电路中，通过电源转换模块20接收接口11输入的电源电压，并对电源电压进行电压转换，以对负载12供电，由开关模块40控制电源转换模块20和负载12之间的连接状态，电流采样模块30对负载12回路的电流进行采样，并生成电流采样信号，最后通过比较模块50在电流采样信号的电流大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制开关模块40关断，从而在接口11短路出现过流时及时关断负载12电源，避免损坏后级电路，解决了现有的外接接口11缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患的问题。

在一个实施例中，电源转换模块20可以由电源芯片及其外围电路组成，当电源芯片正常工作时，可以输出稳定的电源电压，当电源被短路或者瞬间出现大负载12时，由电流采样模块30向比较模块50发送过流的电流采样信号，该电流采样信号大于电流阈值信号时即表示超过了安全电压，则由开关模块40关断电流回路，保证输出被切断，从而达到保护电路的目的。

在一个实施例中，参见图2所示，开关模块40包括：第一开关单元41和第二开关单元42，其中，第一开关单元41分别与电源转换模块20和负载12连接，用于控制电源转换模块20和负载12之间的连接状态；第二开关单元42与第一开关单元41和比较模块50连接，用于接收过流控制信号，并根据过流控制信号控制第一开关单元41关断。

在本实施例中，开关模块40由第一开关单元41和第二开关单元42组成，当电流过流时，第二开关单元42接收过流控制信号，第一开关单元41的控制端的电平发生翻转，第一开关单元41关断，从而切断第一开关单元41的输出，达到电流输出被切断的目的。

在一个实施例中，参见图3所示，比较模块50包括：电流阈值单元51和比较单元52，其中，电流阈值单元51用于生成电流阈值信号；比较单元52与电流阈值单元51和电流采样模块30连接，用于接收电流采样信号，并在电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号。

在本实施例中，电流阈值单元51用于提供电流阈值信号，比较单元52将电流采样信号和电流阈值信号进行电压比较，具体的，电流采样模块30通过将电路回路中的电流转换为对应的电压信号发送至比较单元52，然后电流阈值单元51设置对应的参考电流，以参考电压的形式发送至比较单元52，若电流采样信号的电压大于电流阈值信号的电压时，则表示电路回路中的电流过流，比较单元52输出对应的过流控制信号。

在一个实施例中，参见图4所示，电源转换模块20包括：电源转换芯片U1、第一电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8；第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端、第七电容C7的第一端、第二电阻R2的第一端以及电源转换芯片U1的输入引脚VIN共接于接口11，电源转换芯片U1的使能信号引脚EN与第二电阻R2的第二端连接，电源转换芯片U1的自举电源高侧栅极驱动器引脚BST与第一电容C1的第一端连接，电源转换芯片U1的开关引脚SW、第一电容C1的第二端、第一电感L1的第一端以及第三电阻R3的第一端共接，第三电阻R3的第二端与第八电容C8的第一端连接，电源转换芯片U1的反馈信号引脚FB、第一电阻R1的第一端、第四电容C4的第一端以及第四电阻R4的第一端共接，第一电阻R1的第二端、第四电容C4的第二端、第一电感L1的第二端、第五电容C5的第一端、第六电容C6的第一端共接于负载12的正极端，电源转换芯片U1的接地引脚、第三电容C3的第二端、第七电容C7的第二端、第二电容C2的第二端、第四电阻R4的第二端、第八电容C8的第二端、第五电容C5的第二端以及第六电容C6的第二端共接于地。

在本实施例中，电源转换芯片U1与其外围的电路器件组成一个电压转换电路，用于将接口11输入的电源电压转换为后级电路需要的电压。

在一个实施例中，电源转换芯片U1可以为降压芯片，例如，其型号可以为RT7294，组成一个降压电路，其后级输出电压可以为5V。

在一个实施例中，参见图4所示，电流采样模块30包括第五电阻R5和第六电阻R6；第五电阻R5的第一端接地，第五电阻R5的第二端与第六电阻R6的第一端共接于开关模块40，第六电阻R6的第二端与比较模块50连接。

在本实施例中，第五电阻R5串联在电路回路中，第五电阻R5和第六电阻R6组成一个分压电路，当流过第五电阻R5的电流发生变化时，由第六电阻R6输出的电压采样信号的电压也发生对应的变化，从而将电路回路的电流转换为对应的电压发送至比较模块50。

在一个实施例中，参见图4所示，第一开关单元41包括第一开关管Q1和第九电容C9；第一开关管Q1的电流输入端与负载12的负极端SGND连接，第一开关管Q1的电流输出端与第九电容C9的第一端共接于电流采样模块30，第一开关管Q1的控制端与第九电容C9的第二端共接于第二开关单元42。

在本实施例中，第一开关单元41设于电源转换模块20与负载12之间，在正常情况下，第一开关单元41处于导通状态，当电路回路的电流过流时，第一开关管Q1关断，电路回路切断。

在一个实施例中，第一开关管Q1可以为N型MOS管。

在一个实施例中，参见图4所示，第二开关单元42包括：第七电阻R7、第九电阻R9以及第二开关管Q2；第七电阻R7的第一端与第二开关管Q2的电流输入端共接于第一开关单元41，第七电阻R7的第二端与第九电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端与第二开关管Q2的控制端共接于比较模块50，第二开关管Q2的电流输出端接地PGND。

在本实施例中，正常情况下，第二开关管Q2关断，此时第一开关管Q1的控制端的电压为高电平，第一开关管Q1导通，当电路回路过流时，第二开关管Q2的控制端的电压发生翻转，第二开关管Q2导通，第一开关管Q1的控制端被接地，第一开关管Q1关断，电路回路切断。

在一个实施例中，第二开关管Q2可以为NPN型三极管。

在一个实施例中，参见图4所示，电流阈值单元51包括第八电阻R8和第十电阻R10；第八电阻R8的第一端与供电端连接，第八电阻R8的第二端与第十电阻R10的第一端共接于比较单元52，第十电阻R10的第二端接地。

在一个实施例中，第八电阻R8和第十电阻R10组成一个分压电路，用于根据供电端的电压输出一个电流阈值信号作为参考电压提供给比较单元52。

在一个实施例中，参见图4所示，比较单元52包括：比较器芯片U2、第十一电阻R11、第十电容C10、第十二电阻R12，其中，比较器芯片U2的反相输入端-与电流阈值单元51的输出端VREF连接，比较器芯片U2的正相输入端+、第十一电阻R11的第一端以及第十二电阻R12的共接，第十一电阻R11的第二端与第十电容C10的第一端共接于电流采样模块30的输出端VSENSE，第十电容C10的第二端接地，比较器芯片U2的电源端接供电端VCC_3V3，比较器芯片U2的接地端接地，比较器芯片U2的输出端与开关模块40连接。

在一个具体应用实施例中，以上述实施例中的参数为例，设置VREF＝110mV，此时端点Vr＝VREF＝110mV，因此，Vr＝VSENSE*R12/(R11+R12)，

VSENSE＝R5*Iout；

所以，Iout＝VSENSE/R5＝(R11+R12)*Vr/(R5*R12)＝4.4A

若电源转换模块的输出电压为5V时，当通过第五电阻R5的电流超过4.4A时，此电路会断开后级输出，从而达到保护的目的。

本申请实施例还提供了一种实时防短路装置，包括如上述任一项的实时防短路电路。

本申请实施例还提供了一种机器人，包括：接口、负载以及如上述任一项所述的实时防短路电路，其中，所述实时防短路电路设于所述接口和所述负载之间。

在本实施例中，负载可以为机器人体内设置的电机或者其他功能模块。

本申请实施例中，提供了一种实时防短路电路、实时防短路装置以及机器人，通过电源转换模块接收接口输入的电源电压，并对电源电压进行电压转换，以对负载供电，由开关模块控制电源转换模块和负载之间的连接状态，电流采样模块对负载回路的电流进行采样，并生成电流采样信号，最后通过比较模块在电流采样信号的电流大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制开关模块关断，从而在接口短路出现过流时及时关断负载电源，避免损坏后级电路，解决了现有的外接接口缺乏保护电路，在插拔使用过程中存在安全隐患的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/机器人实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元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，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

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)

1.一种实时防短路电路，与接口和负载连接，其特征在于，所述实时防短路电路包括：

电源转换模块，与所述接口连接，用于接收所述接口输入的电源电压，并对所述电源电压进行电压转换；

开关模块，设于所述电源转换模块和所述负载之间，用于控制所述电源转换模块和所述负载之间的连接状态；

电流采样模块，设于所述电源转换模块和所述开关模块之间，用于对负载回路的电流进行采样，并生成电流采样信号；

比较模块，与所述电流采样模块和所述开关模块连接，用于接收所述电流采样信号，并在所述电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号，以控制所述开关模块关断。

2.如权利要求1所述的实时防短路电路，其特征在于，所述开关模块包括：

第一开关单元，分别与所述电源转换模块和所述负载连接，用于控制所述电源转换模块和所述负载之间的连接状态；

第二开关单元，与所述第一开关单元和所述比较模块连接，用于接收所述过流控制信号，并根据所述过流控制信号控制所述第一开关单元关断。

3.如权利要求1所述的实时防短路电路，其特征在于，所述比较模块包括：

电流阈值单元，用于生成所述电流阈值信号；

比较单元，与所述电流阈值单元和所述电流采样模块连接，用于接收所述电流采样信号，并在所述电流采样信号的电压大于电流阈值信号时生成过流控制信号。

4.如权利要求3所述的实时防短路电路，其特征在于，所述电源转换模块包括：电源转换芯片、第一电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容；

所述第二电容的第一端、所述第三电容的第一端、所述第七电容的第一端、所述第二电阻的第一端以及所述电源转换芯片的输入引脚共接于所述接口，所述电源转换芯片的使能信号引脚与所述第二电阻的第二端连接，所述电源转换芯片的自举电源高侧栅极驱动器引脚与所述第一电容的第一端连接，所述电源转换芯片的开关引脚、所述第一电容的第二端、所述第一电感的第一端以及所述第三电阻的第一端共接，所述第三电阻的第二端与所述第八电容的第一端连接，所述电源转换芯片的反馈信号引脚、所述第一电阻的第一端、所述第四电容的第一端以及所述第四电阻的第一端共接，所述第一电阻的第二端、所述第四电容的第二端、所述第一电感的第二端、所述第五电容的第一端、所述第六电容的第一端共接于所述负载的正极端，所述电源转换芯片的接地引脚、所述第三电容的第二端、所述第七电容的第二端、所述第二电容的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第八电容的第二端、所述第五电容的第二端以及所述第六电容的第二端共接于地。

5.如权利要求1所述的实时防短路电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端共接于所述开关模块，所述第六电阻的第二端与所述比较模块连接。

6.如权利要求2所述的实时防短路电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管和第九电容；

所述第一开关管的电流输入端与所述负载的负极端连接，所述第一开关管的电流输出端与所述第九电容的第一端共接于所述电流采样模块，所述第一开关管的控制端与所述第九电容的第二端共接于所述第二开关单元。

7.如权利要求2所述的实时防短路电路，其特征在于，所述第二开关单元包括：第七电阻、第九电阻以及第二开关管；

所述第七电阻的第一端与所述第二开关管的电流输入端共接于所述第一开关单元，所述第七电阻的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第二开关管的控制端共接于所述比较模块，所述第二开关管的电流输出端接地。

8.如权利要求3所述的实时防短路电路，其特征在于，所述电流阈值单元包括第八电阻和第十电阻；

所述第八电阻的第一端与供电端连接，所述第八电阻的第二端与所述第十电阻的第一端共接于所述比较单元，所述第十电阻的第二端接地。

9.一种实时防短路装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的实时防短路电路。

10.一种机器人，其特征在于，包括：接口、负载以及如权利要求1-8任一项所述的实时防短路电路，其中，所述实时防短路电路设于所述接口和所述负载之间。

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