CN113964786A - 一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，包括MOSFET电子开关电路、电流采样信号放大电路、电流过流强制关断电路，以及过流状态反馈电路，其中：MOSFET电子开关电路用于实现负载端的切入和切出；电流采样信号放大电路用于采样负载端的电流并进行放大；电流过流强制关断电路用于将放大后的采样电压信号与三极管自锁电路的阈值电压做比较，大于阈值电压后，强制关断MOSFET；过流状态反馈电路用于输出电路的过流状态指示。本发明采用电流采样监控电路对通过运放放大的电流进行监控，当采样电流超过阈值后强制关断MOSFET输出，能够保护负载过流，并且使用寿命较长。

Description

一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路
技术领域
本发明涉及电子控制电路，具体涉及一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路。
背景技术
传统的电子控制电路对输出负载端的控制通常采用继电器的形式实现通断，存在如下缺点：A、寿命短，典型的机械寿命为10万次；B、无输出电流采样监控电路；C、输出过流后无法强制关断输出。
发明内容
本发明的目的在于提出一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，包括MOSFET电子开关电路、电流采样信号放大电路、电流过流强制关断电路，以及过流状态反馈电路，其中：MOSFET电子开关电路用于实现负载端的切入和切出；电流采样信号放大电路用于采样负载端的电流并进行放大；电流过流强制关断电路用于将放大后的采样电压信号与三极管自锁电路的阈值电压做比较，大于阈值电压后，强制关断MOSFET；过流状态反馈电路用于输出电路的过流状态指示。
进一步的，所述MOSFET电子开关电路包括第一开关管，其中第一开关管栅极接输入控制端，第一开关管漏极接负载端，第一开关管源极接电流采样信号放大电路。
进一步的，所述电流采样信号放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、放大器，其中第二电阻为采样电阻，第二电阻一端接第一开关管源极，第二电阻另一端接地；第一电阻、放大器、第三电阻、第四电阻组成运放的同向放大电路，放大器的同向输入端第一电阻，第一电阻另一端接第一开关管源极，放大器的反向输入端接第三电阻、第四电阻，放大器的输出端接第三电阻的另一端，第四电阻的另一端接地 ；第五电阻、第六电阻组成分压电路，第五电阻一端接放大器的输出端，第五电阻另一端接第六电阻，第六电阻另一端接地。
进一步的，所述电流过流强制关断MOSFET电路包括第二开关管、第三开关管和第八电阻，过流状态反馈电路包括光耦和第七电阻，第二开关管、第三开关管组成三极管自锁电路，第三开关管的发射极接地，第三开关管的集电极接第二开关管的基极，第三开关管的基极接第二开关管的集电极；第二开关管的发射极接光耦的原边，光耦原边的另一端经第八电阻接输入控制端。
一种输出控制方法，基于所述的输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，实现对输出负载端的控制。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用MOSFET作为电子开关，使用寿命长。2)采用电流采样监控电路对通过运放放大的电流进行监控，当采样电流超过阈值后强制关断MOSFET输出，能够保护负载过流。
附图说明
图1为输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路的电路图；
图2为MOSFET电子开关电路的电路图；
图3为电流采样信号放大电路的电路图；
图4为电流过流强制关断电路的电路图；
图5为过流状态反馈电路的电路图；
图6为负载端的电路图。
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，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，包括MOSFET电子开关电路、电流采样信号放大电路、电流过流强制关断电路，以及过流状态反馈电路，其中电流采样信号放大电路用于采样负载端的电流并进行放大；电流过流强制关断电路用于放大后的采样电压信号与三极管自锁电路的阈值电压做比较，大于阈值电压后，强制关断MOSFET；MOSFET电子开关电路用于根据控制逻辑实现负载端的切入和切出；过流状态反馈电路用于输出电路的过流状态指示。
如图2所示，MOSFET电子开关电路包括第一开关管Q1，其中第一开关管Q1接栅极1脚接输入控制端DQ00，第一开关管Q1漏极2脚接负载端DQ00 MOS，第一开关管Q1源极3脚接第二电阻R2的1脚。
上述电路中，当DQ00输出逻辑“H”时，第一开关管Q1的2，3脚导通，当第一开关管Q1输出逻辑“L”时，第一开关管Q1的2，3脚关断。
如图3所示，电流采样信号放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、放大器U1A，其中第二电阻R2为采样电阻，第二电阻R2一端接第一开关管Q1源极，第二电阻R2另一端接VSS G0；第一电阻R1、放大器U1A、第三电阻R3、第四电阻R4组成运放的同向放大电路，放大器U1A的同向输入端第一电阻R1，第一电阻R1另一端接第一开关管Q1源极，放大器U1A的反向输入端接第三电阻R3、第四电阻R4，放大器U1A的输出端接第三电阻R3的另一端，第四电阻R4的另一端接VSS G0；第五电阻R5、第六电阻R6组成分压电路，第五电阻R5一端接放大器U1A的输出端，第五电阻R5另一端接第六电阻R6，第六电阻R6另一端接VSS G0。
上述电路中，同向放大电路放大倍数为（R3+R4）/R4，通过采样电阻的电流经过运放放大后再通过分压电路输出，该电压信号与负载端的采样电流同比例变化。
如图4所示，电流过流强制关断MOSFET电路包括第二开关管Q2、第三开关管Q3和第八电阻R8，过流状态反馈电路包括光耦U2和第七电阻R7，第二开关管Q2、第三开关管Q3组成自锁电路，第三开关管Q3的发射极2脚接VSS G0，第三开关管Q3的集电极3脚接第二开关管Q2的基极1脚，第三开关管Q3的基极1脚接第二开关管Q2的集电极3脚；第二开关管Q2的发射极2脚接光耦U2的原边，光耦U2原边的另一端经第八电阻R8接输入控制端DQ00。
上述电路中，运放输出的信号幅值到达第三开关管Q3的导通电压时，第三开关管Q3的2，3脚导通，第二开关管Q2的源极被拉低，第二开关管Q2导通，同时光耦U2的原边导通，第一开关管Q1被强制关断，起到过流保护的作用，第二开关管Q2导通的同时又促使第三开关管Q3导通，使得过流信号撤销后三极管仍然保持导通状态，形成三极管互锁电路。此外，过流保护的阈值可以根据放大电路的参数进行设定。
如图5所示，光耦的副边通过第七电阻R7接VSS GND，根据原边的导通状态，输出一个状态值DQ00 FB，光耦导通，输出逻辑的“H”，光耦关断，输出逻辑“L”。
基于上述电路的输出控制方法，DQ00控制Q1的开关状态，当DQ00输出逻辑“H”时，MOSFET的2，3脚导通，通过负载的电流在R6电阻上产生采样电压，该电压被送入到运放的输入端，经过预设的放大倍数后，输出一定幅值的电压信号，该信号的电压值与MOSFET负载端的电流值按照运放的放大倍数同比例变化，当幅值达到Q3的基极导通电压值时，Q3导通，Q2导通，光耦U2导通，Q1被强制关断，形成负载的过流保护，同时光耦U2的副边输出逻辑“H”的状态指示。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下电路设计。
本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8分别取1kΩ、0.027Ω、36kΩ、1kΩ、1kΩ、1kΩ、4.7kΩ和1kΩ。放大器U1A型号为LM258，第一开关管Q1型号为MBTA92，第二开关管Q2型号为MBTA42，第三开关管Q3的型号为MBTA92,光耦U2的型号为TLP185。
控制端DQ00与VSS_G0之间的电压大于MOSFET Q1的Vth（Q1的栅源之间的开启电压），MOSFET Q1的源极和漏极导通，MOSFET Q1的漏极接上负载电阻后，采样电阻R2上的电压VR2=[R2/(RL+R2)]*VDD，图中忽略MOSFET Q1的内阻，VR2=[0.027/(24+0.027)]*24=0.027v，通过R2的电流IR2= VR2/R2=0.027/0.027=1A，此为整个电路的采样电流。
采样电压VR2接入运放U1A的同向输入端进行放大，运放的输出电压VU1=[（R3+R4）/R4]* VR2=[(36+1)/1]*0.027≈1v，运放输出的电压经过R5，R6组成的分压网络后的电压VR6=[R6/(R5+R6)]* VU1=0.5v，根据三极管Q3特性可以得知其Vbe=0.5V，此刻VR6=Vbe，三极管Q3导通，因为Q2和Q3组成互锁电路，三极管Q3导通后Q2也随之导通，Q2的基极导通，Q2基极连接的是光耦U2原边的负端，光耦U2的原边负端被拉低，光耦U2导通，MOSFET Q1的栅极Vth被拉低，Q1输出被强制关断，负载无电流输出。
以上都是鉴于采样电流IR2= 1A时的电路特性参数，如果IR2< 1A, VU1<1V ,VR6<0.5V, VR6<Vbe，三极管Q3截止，Q2截止，光耦U2截止，MOSFET Q1的栅极Vth保持原电平，Q1正常输出电流。另外光耦U2的导通和截止可以控制MOSFET Q1的通断，同时也能作为MOSFETQ1通断后的状态指示，当光耦U2导通时，DQ00_FB输出高电平，光耦U2截止时，DQ00_FB输出低电平，用于对整个电路工作状态的指示。
综上所述，本发明采用电流采样监控电路对通过运放放大的电流进行监控，当采样电流超过阈值后强制关断MOSFET输出，能够保护负载过流。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，其特征在于，包括MOSFET电子开关电路、电流采样信号放大电路、电流过流强制关断电路，以及过流状态反馈电路，其中：MOSFET电子开关电路用于实现负载端的切入和切出；电流采样信号放大电路用于采样负载端的电流并进行放大；电流过流强制关断电路用于将放大后的采样电压信号与三极管自锁电路的阈值电压做比较，大于阈值电压后，强制关断MOSFET；过流状态反馈电路用于输出电路的过流状态指示。
2.根据权利要求1所述的输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，其特征在于，所述MOSFET电子开关电路包括第一开关管（Q1），其中第一开关管（Q1）栅极（1脚）接输入控制端（DQ00），第一开关管（Q1）漏极（2脚）接负载端（DQ00 MOS），第一开关管（Q1）源极（3脚）接电流采样信号放大电路。
3.根据权利要求2所述的电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，其特征在于，所述电流采样信号放大电路包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、放大器（U1A），其中第二电阻（R2）为采样电阻，第二电阻（R2）一端接第一开关管（Q1）源极，第二电阻（R2）另一端接地；第一电阻（R1）、放大器（U1A）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）组成运放的同向放大电路，放大器（U1A）的同向输入端第一电阻（R1），第一电阻（R1）另一端接第一开关管（Q1）源极，放大器（U1A）的反向输入端接第三电阻（R3）、第四电阻（R4），放大器（U1A）的输出端接第三电阻（R3）的另一端，第四电阻（R4）的另一端接地 ；第五电阻（R5）、第六电阻（R6）组成分压电路，第五电阻（R5）一端接放大器（U1A）的输出端，第五电阻（R5）另一端接第六电阻（R6），第六电阻（R6）另一端接地。
4.根据权利要求3所述的电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，其特征在于，所述电流过流强制关断MOSFET电路包括第二开关管（Q2）、第三开关管（Q3）和第八电阻（R8），过流状态反馈电路包括光耦（U2）和第七电阻（R7），第二开关管（Q2）、第三开关管（Q3）组成三极管自锁电路，第三开关管（Q3）的发射极（2脚）接地，第三开关管（Q3）的集电极（3脚）接第二开关管（Q2）的基极（1脚），第三开关管（Q3）的基极（1脚）接第二开关管（Q2）的集电极（3脚）；第二开关管（Q2）的发射极（2脚）接光耦（U2）的原边，光耦（U2）原边的另一端经第八电阻（R8）接输入控制端（DQ00）。
5.一种输出控制方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路，实现对输出负载端的控制。
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