CN114447880A - 一种负载过流过压保护回路及车辆供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载过流过压保护回路及车辆供电系统，该负载过流过压保护回路包括负载供电回路、负载过流保护回路和负载过压保护回路；负载供电回路包括依次串联的电源、MOS管Q1和负载，MOS管Q1的源极端与负载的正极端电连接；负载过流保护回路与负载过压保护回路均与MOS管Q1的栅极端电连接；负载过流保护回路包括过流检测电阻R2，过流检测电阻R2串联在电源与所述MOS管Q1的漏极端之间；负载过流保护回路根据过流检测电阻R2检测所述负载供电回路的电流并控制MOS管Q1开合，以对负载供电回路进行过流保护。回路所用元件少，成本低，且布置灵活，利于产品小型化，并且保护功能由硬件实现，响应速度快，安全可靠。

Description

一种负载过流过压保护回路及车辆供电系统

技术领域

本发明涉及电子与电源技术领域，具体为一种负载过流过压保护回路车辆供电系统。

背景技术

当今社会电子产品普及程度不断提高，消费类电子在人们日常生活中随处可见，甚至传统的很多机械类产品也逐渐电子化。一个典型的案例就是汽车，传统的汽车是机械结构部件组合而成，现在汽车中有100多个电子控制单元(ECU)，比如发动机电控系统负责发动机的点火、喷油，电子稳定系统负责汽车的制动、防抱死、驻车等，电子转向系统提供转向助力，其他车窗、车灯、车锁、安全气囊等都离不开电子控制系统，而未来汽车电子化的程度会进一步提高。对于电子产品来说，最重要的就是供电，电源供电稳定与否直接影响整个电控系统的可靠性和安全性，特别是对于可靠性要求非常严格的汽车电控来说，其使用条件非常苛刻，多个电控模块使用同一个蓄电池，大功率电机驱动、抛负载等现象都会导致整车电网波动甚至严重超过正常可承受的工作电压范围，所以，在整车电控设计的时候，对于过电压、过电流等异常现象必须要做必要的保护。

目前通用的做法是用一些被动元件来对电源电路接口做必要的保护，比如在发生抛负载出现高电压时，使用大功率TVS、MOV等元件来吸收异常电压，保护后级电路和负载。或者使用电流传感器采集母线电流，传递给微处理器(MCU)单元，MCU单元检测到过压或者过流现象时，驱动电路供电开关关闭，切断供电等方式。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明公开一种负载过流过压保护回路，在不连接MCU单元情况下，能够主动检测出异常的情况下关闭负载供电回路；并且响应速度快且稳定。该负载过流过压保护回路包括负载供电回路、负载过流保护回路和负载过压保护回路；

所述负载供电回路包括依次串联的电源、MOS管Q1和负载，所述MOS管Q1的源极端与所述负载的正极端电连接；

所述负载过流保护回路与所述负载过压保护回路均与所述MOS管Q1的栅极端电连接；

所述负载过流保护回路包括过流检测电阻R2，所述过流检测电阻R2串联在所述电源与所述MOS管Q1的漏极端之间；所述负载过流保护回路根据所述过流检测电阻R2检测所述负载供电回路的电流并控制所述MOS管Q1开合，以对所述负载供电回路进行过流保护。

更进一步地，所述负载过流保护回路还包括依次串联的过流检测三极管T1和电阻R3，所述过流检测三极管T1的发射极端与所述过流检测电阻R2的正极端电连接，所述R3的负极端与所述过流检测电阻R2的负极端电连接，所述过流检测三极管T1的集电极端与所述MOS管Q1的栅极端电连接。

更进一步地，所述负载供电回路还包括电阻R1和电阻R5，所述电阻R1的正极端与所述电源正极端电连接，所述电阻R1的负极端与所述MOS管Q1的集电极端电连接；

所述电阻R5的正极端与所述MOS管Q1的栅极端电连接，所述电阻R5的负极端与负载的负极端电连接。

更进一步地，所述负载过压保护回路包括稳压二极管D1，所述负载过压保护回路根据所述稳压二极管D1检测所述负载供电回路的电压控制所述MOS管Q1开合，以对所述负载供电回路进行过压保护。

更进一步地，所述负载过压保护回路还包括过压检测三极管T2，所述过压检测三极管T2的发射极端、集电极端和基极端分别与所述电源的正极端、所述MOS管Q1的栅极端和所述电阻R1的负极端电连接；

所述稳压二极管D1的正极端与所述电源的负极端电连接，所述稳压二极管D1的负极端与所述电阻R1的负极端电连接。

更进一步地，在所述负载过流保护回路和所述负载过压保护回路与所述MOS管Q1的栅极端之间还串联有电阻R4。

更进一步地，所述负载过流过压保护回路还包括主动关闭回路；所述主动关闭回路包括电阻R7、三极管T3和电阻R6；

所述电阻R7的正极端电连接有MCU单元，所述电阻R7的负极端与所述三极管T3的基极电连接，所述三极管T3的发射极端与所述电源的负极端电连接，所述三极管T3的集电极端与所述电阻R6的正极端电连接。

更进一步地，所述电阻R6的负极端与所述过压检测三极管T2的基极端电连接。

更进一步地，所述电阻R6的负极端与所述过流检测三极管T1的基极端电连接。

另一方面，本申请还提供一种车辆供电系统，该车辆供电系统包括如上所述的一种负载过流过压保护回路。

实施本发明，具有如下有益效果：

1.回路所用元件少，成本低，且布置灵活，利于产品小型化，并且保护功能由硬件实现，响应速度快，安全可靠，过压门限和过流门限配置简单，适用于不同应用场合，将过流检测电阻R2与电源电连接，采用高边采样，避免出现低边采样对地短路造成的检测保护失效。

2.负载过压检测回路结构简单，可提供稳定保护阈值，不会出现MOS管Q1开关状态抖动，并且使用元件数量少。

3.在负载过流保护回路和负载过压保护回路与MOS管Q1的栅极端之间还串联有电阻R4，能够将负载过流保护回路和负载过压保护回路的电压更好的引入MOS管Q1中，当负载供电回路过压或者过流时，快速关闭MOS管Q1，对负载供电回路进行保护。

4.连接MCU单元，在当负载供电回路过压或者过流时，能够主动关闭MOS管Q1，对负载供电回路进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施条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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的负载过流过压保护回路电路图；

图2为本发明实施例提供的负载过流过压保护回路自动关闭电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例

本实施例中，本发明所要解决的技术问题在于有一种负载过流过压保护回路，在不连接MCU单元情况下，能够主动检测出异常的情况下关闭负载供电回路；并且响应速度快且稳定。该负载过流过压保护回路包括负载供电回路、负载过流保护回路和负载过压保护回路；负载供电回路包括依次串联的电源、MOS管Q1和负载，MOS管Q1为P型MOS管，MOS管Q1的源极端与负载的正极端电连接，当MOS管Q1断开时，负载无法通电；负载过流保护回路与负载过压保护回路均与MOS管Q1的栅极端电连接，当负载供电回路过流或者过压时，通过负载过流保护回路或者负载过压保护回路对MOS管Q1施加电压，以致MOS管Q1断开，使得负载供电回路断开。

负载过流保护回路包括过流检测电阻R2，过流检测电阻R2串联在电源与MOS管Q1的漏极端之间；负载过流保护回路根据过流检测电阻R2检测负载供电回路的电流并控制MOS管Q1开合，当负载供电回路过流时，过流检测电阻R2的电流会增大，随之压降也会增大，负载供电回路将减少的电压传递给MOS管Q1的栅极端，当MOS管Q1的栅极端的电压大于源极端的电压时，MOS管Q1断开，以对负载供电回路过流进行保护。过流检测电阻R2与电源直接连接进行高边采样，可以避免出现低边采样对地短路造成的检测保护失效，若将过流检测电阻R2接地，则会因回路短路导致检测失效，进而无法对负载供电回路进行过流保护。

另外，负载过流保护回路还包括依次串联的过流检测三极管T1和电阻R3，过流检测三极管T1为P型三极管，过流检测三极管T1的发射极端与过流检测电阻R2的正极端电连接，R3的负极端与过流检测电阻R2的负极端电连接，过流检测三极管T1的集电极端与MOS管Q1的栅极端电连接，当负载供电回路过流时，过流检测电阻R2的电流变大，随之过流检测电阻R2两端的压降变大，减少的电压通过电阻R3反馈给过流检测三极管T1，若电压降低的幅度达到过流检测三极管T1的开启门限，则过流检测三极管T1导通，通过过流检测三极管T1集电极端将降低电压传递至MOS管Q1的栅极端，当MOS管Q1的栅极端的电压高于源极端时，MOS管Q1断开，达到负载供电回路的过流保护目的，为保证负载过流保护应用不同的场合，可通过调节过流检测电阻R2的阻值来调节过流保护门限。

更为具体的，负载供电回路还包括电阻R1和电阻R5，电阻R1的正极端与电源正极端电连接，电阻R1的负极端与MOS管Q1的集电极端电连接；电阻R5的正极端与MOS管Q1的栅极端电连接，电阻R5的负极端与负载的负极端电连接；当负载供电回路正常工作时，过流检测电阻R2的电流正常，即过流检测电阻R2的压降正常，达不到过流检测三极管T1的开启门限，因此过流检测三极管T1关闭，即负载过流保护回路关闭；负载过压保护回路也关闭，而电阻R1与电阻R5串联且均与负载并联，电阻R1与电阻R5串联分压，电阻R5的电压不高，能够传递给MOS管Q1栅极端的电压也不高，当MOS管Q1栅极端的电压低于源极端的电压时，MOS管Q1导通，电源通过过流检测电阻R2与MOS管Q1给负载供电，使负载供电回路稳定工作。

负载过压保护回路包括稳压二极管D1，负载过压保护回路根据稳压二极管D1检测负载供电回路的电压控制MOS管Q1开合，以对负载供电回路过压进行保护；作为具体的，负载过压保护回路还包括过压检测三极管T2和稳压二极管D1，过压检测三极管T2为P型三极管，过压检测三极管T2的发射极端、集电极端和基极端分别与电源的正极端、MOS管Q1的栅极端和电阻R1的负极端电连接；稳压二极管D1的正极端与电源的负极端电连接，稳压二极管D1的负极端与电阻R1的负极端电连接。由于稳压二极管D1与负载并联，稳压二极管D1的电压与负载相同，当负载供电回路过压时，过高的电压可直接将稳压二极管D1击穿导通，稳压二极管D1将高电压传递给过压检测三极管T2，当过压检测三极管T2达到导通门限，通过过压检测三极管T2的集电极端将电压传递给MOS管Q1的栅极端，当MOS管Q1的栅极端的电压大于源极端时，MOS管Q1断开，即负载供电回路断开，负载过压保护回路所需元件少，结构简单，并且保护功能由硬件实现，响应速度快，安全可靠，可通过调节稳压二极管D1的击穿电压来调节过压门限。

作为更优的方案，在负载过流保护回路和负载过压保护回路与MOS管Q1的栅极端之间还串联有电阻R4；当负载供电回路过流或者过压时，负载过压保护回路或者负载过压回路通过电阻R4将负载过压保护回路或者负载过压回路的电压引至MOS管Q1的栅极端。

另外，负载过流过压保护回路还包括主动关闭回路；主动关闭回路包括电阻R7、三极管T3和电阻R6；三极管T3为N型三极管，电阻R7的正极端电连接有MCU单元，电阻R7的负极端与三极管T3的基极电连接，三极管T3的发射极端与电源的负极端电连接，三极管T3的集电极端与电阻R6的正极端电连接。

电阻R6的负极端与过压检测三极管T2的基极端电连接，MCU单元引脚可以主动输出高电平，通过电阻R7控制三极管T3打开，三极管T3打开后低电压通过电阻R6加到过压检测三极管T2的基极上，T2打开，电源电压通过过压检测三极管T2直接加到R4和R5之间，且此高电压通过电阻R4加到MOS管Q1的栅极端上，MOS管Q1的栅极端的电压变为和电源电压相当高的电压，由于MOS管Q1的栅极端电压高于源极电压，所以MOS管Q1关闭，实现主动关闭的功能。

在另外一种实施方式中，电阻R6的负极端与过流检测三极管T1的基极端电连接，当MCU单元引脚主动输出高电平，通过电阻R7控制三极管T3打开，三极管T3打开后低电压通过R6加到过流检测三极管T1的基极上，电源电压通过过流检测三极管T1直接加到电阻R4和电阻R5之间，且此高电压通过电阻R4加到MOS管Q1的栅极端上，MOS管Q1的栅极端的电压变为和电源电压相当高的电压，由于MOS管Q1的栅极端电压高于源极电压，所以MOS管Q1关闭，实现主动关闭的功能。

本实施例的工作原理：

正常工作时，过流检测电阻R2上电流很小，所以过流检测电阻R2上产生的压降很小，过流检测三极管T1关闭；同时电源没有过压，稳压管二极管D1和过压检测三极管T2也关闭，即过负载过流保护回路与负载过压保护回路关闭，负载与电阻R1和电阻R5并联，电阻R1与电阻R5串联；由于电阻R1和电阻R5的分压作用，MOS管Q1的栅极端电压低于源极端电压，满足MOS管Q1导通的条件，所以电源通过过流检测电阻R2和MOS管Q1给负载供电。

当负载供电回路短路或者负载异常，如电机失速、堵转等原因，负载供电回路的电流过大时，过流检测电阻R2的压降变大，即过流检测电阻R2两端的电势差变大，并且降低后的电压通过电阻R3反馈给过流检测三极管T1，如果电压降低幅度达到过流检测三极管T1开启门限，过流检测三极管T1打开，电源电压通过过压检测三极管T2直接加到电阻R4和电阻R5之间，且此高电压通过电阻R4加到MOS管Q1栅极上，MOS管Q1栅极端的电压变为和电源电压相当，由于MOS管Q1的栅极端电压高于源极端电压，所以MOS管Q1关闭，起到了断开负载供电回路保护系统的目的，负载供电回路的过流保护门限可以通过选择过流检测电阻R2的阻值来调节。

当负载供电回路由于抛负载等原因，负载供电回路电压升高，当超过正常值达到过压保护门限时，稳压管二极管D1击穿导通，过压检测三极管T2打开，电源电压通过过压检测三极管T2直接加到电阻R4和电阻R5之间，负载过压保护回路与负载供电回路导通，且此高电压通过R4加到MOS管Q1栅极端上，MOS管Q1栅极端的电压变为和电源电压相当高的电压，由于MOS管Q1的栅极电压高于源极电压，所以MOS管Q1关闭，起到了断开负载供电回路保护系统的目的。负载供电回路的过压保护门限可以通过选择稳压管D1的击穿电压来调节。

当系统有多路电源供电或者有其他方式的异常检测电路配合使用时，可以增加主动关闭模块，正常工作情况下，MCU单元引脚可以主动输出高电平，通过电阻R7控制三极管T3打开，三极管T3打开后低电压通过电阻R6加到过压检测三极管T2的基极上，T2打开，电源电压通过过压检测三极管T2直接加到R4和R5之间，且此高电压通过电阻R4加到MOS管Q1的栅极端上，MOS管Q1的栅极端的电压变为和电源电压相当高的电压，由于MOS管Q1的栅极端电压高于源极电压，所以MOS管Q1关闭，实现主动关闭的功能。

另一方面，本实施例还提供一种车辆供电系统，该车辆供电系统包括如上的一种负载过流过压保护回路。

实施本实施例，具有如下效果：

1.回路所用元件少，成本低，且布置灵活，利于产品小型化，并且保护功能由硬件实现，响应速度快，安全可靠，过压门限和过流门限配置简单，适用于不同应用场合，将过流检测电阻R2与电源电连接，采用高边采样，避免出现低边采样对地短路造成的检测保护失效。

2.负载过压检测回路结构简单，可提供稳定保护阈值，不会出现MOS管Q1开关状态抖动，并且使用元件数量少。

3.在负载过流保护回路和负载过压保护回路与MOS管Q1的栅极端之间还串联有电阻R4，能够将负载过流保护回路和负载过压保护回路的电压更好的引入MOS管Q1中，当负载供电回路过压或者过流时，快速关闭MOS管Q1，对负载供电回路进行保护。

4.连接MCU单元，在当负载供电回路过压或者过流时，能够主动关闭MOS管Q1，对负载供电回路进行保护。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种负载过流过压保护回路，其特征在于，包括负载供电回路、负载过流保护回路和负载过压保护回路；

所述负载供电回路包括依次串联的电源、MOS管Q1和负载，所述MOS管Q1的源极端与所述负载的正极端电连接；

所述负载过流保护回路与所述负载过压保护回路均与所述MOS管Q1的栅极端电连接；

所述负载过流保护回路包括过流检测电阻R2，所述过流检测电阻R2串联在所述电源与所述MOS管Q1的漏极端之间；所述负载过流保护回路根据所述过流检测电阻R2检测所述负载供电回路的电流并控制所述MOS管Q1开合，以对所述负载供电回路进行过流保护。

2.根据权利要求1所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述负载过流保护回路还包括依次串联的过流检测三极管T1和电阻R3，所述过流检测三极管T1的发射极端与所述过流检测电阻R2的正极端电连接，所述R3的负极端与所述过流检测电阻R2的负极端电连接，所述过流检测三极管T1的集电极端与所述MOS管Q1的栅极端电连接。

3.根据权利要求1所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述负载供电回路还包括电阻R1和电阻R5，所述电阻R1的正极端与所述电源正极端电连接，所述电阻R1的负极端与所述MOS管Q1的集电极端电连接；

所述电阻R5的正极端与所述MOS管Q1的栅极端电连接，所述电阻R5的负极端与负载的负极端电连接。

4.根据权利要求3所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述负载过压保护回路包括稳压二极管D1，所述负载过压保护回路根据所述稳压二极管D1检测所述负载供电回路的电压控制所述MOS管Q1开合，以对所述负载供电回路进行过压保护。

5.根据权利要求4所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述负载过压保护回路还包括过压检测三极管T2，所述过压检测三极管T2的发射极端、集电极端和基极端分别与所述电源的正极端、所述MOS管Q1的栅极端和所述电阻R1的负极端电连接；

所述稳压二极管D1的正极端与所述电源的负极端电连接，所述稳压二极管D1的负极端与所述电阻R1的负极端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，在所述负载过流保护回路和所述负载过压保护回路与所述MOS管Q1的栅极端之间还串联有电阻R4。

7.根据权利要求1所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述负载过流过压保护回路还包括主动关闭回路；所述主动关闭回路包括电阻R7、三极管T3和电阻R6；

所述电阻R7的正极端电连接有MCU单元，所述电阻R7的负极端与所述三极管T3的基极电连接，所述三极管T3的发射极端与所述电源的负极端电连接，所述三极管T3的集电极端与所述电阻R6的正极端电连接。

8.根据权利要求7所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在于，所述电阻R6的负极端与所述过压检测三极管T2的基极端电连接。

9.根据权利要求7所述的一种负载过流过压保护回路，其特征在，所述电阻R6的负极端与所述过流检测三极管T1的基极端电连接。

10.一种车辆供电系统，该车辆供电系统包括如权利要求1-9任意一项所述的一种负载过流过压保护回路。

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