CN116667274A - 保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保护电路，应用于电子烟，包括保护单元和多路模拟开关单元，所述保护单元包括功率模块、比较模块和调节模块，所述功率模块设置于电源与负载之间，所述比较模块用于比较负载电压与参考电压，所述调节模块用于根据所述比较模块的比较结果控制所述功率模块的导通与关断，所述多路模拟开关单元，与所述电源和所述比较模块连接，用于输出不同大小的参考电压，在不同场景下，能够设置不同的参考电压，进而可以应对不同的短路情况，提高了触发短路保护的准确性。

Description

保护电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种保护电路。

背景技术

功率MOS管位于作为电能通断的关键元件，通常串联在功率通路上，用于驱动一定的负载。当负载对地短路时，往往会引起通过功率MOS管的电流急剧增大，使作用在功率MOS管上的功率急剧增大，引起过热导致物理损坏，俗称短路。

从保障设备的安全性、稳定性出发，短路保护对任何功率MOS管构成的方案都是必不可少的。实现的方案有通过检测负载端电压变化实现的，也有通过在负载端串联一个sense电阻，通过检测sense电阻电压实现短路保护。对于功率MOS管的短路保护的基本要求是既不能漏保护，也不能误触发。漏保护即保护事件出现时没有触发保护，导致器件损坏。误触发即在正常工作情况下，错误的启动保护，导致功率MOS管停止工作。保护的实时性是一个重要指标，当真正的保护事件出现时，需要尽可能快速的响应。

但现有技术中，在强电源供电情况下，短路时输出电压难以拉下，无法触发保护；在电源输出到输出节点通路阻抗不一致时，导致短路保护电流一致性差，无法触发保护；在弱短路的情况下，无法触发保护。

因此，有必要提供一种新型的保护电路以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护电路，提高触发短路保护的准确性。

为实现上述目的，本发明的所述保护电路，应用于电子烟，包括：

保护单元，包括功率模块、比较模块和调节模块，所述功率模块设置于电源与负载之间，所述比较模块用于比较负载电压与参考电压，所述调节模块用于根据所述比较模块的比较结果控制所述功率模块的导通与关断；以及

多路模拟开关单元，与所述电源和所述比较模块连接，用于输出不同大小的参考电压。

所述保护电路的有益效果在于：多路模拟开关单元与所述电源和所述比较模块连接，用于输出不同大小的参考电压，在不同场景下，能够设置不同的参考电压，进而可以应对不同个的短路情况，提高了触发短路保护的准确性。

可选地，所述多路模拟开关单元包括选择模块、电流源和若干第一电阻，若干所述第一电阻串联在所述电源与所述电流源的正极之间，所述电流源的负极接地，所述选择模块与若干所述第一电阻连接，用于选择连通不同的第一电阻。

可选地，所述多路模拟开关单元还包括第一NMOS管，所述第一NMOS管的漏极与串联的最后一个第一电阻连接，所述第一NMOS管的源极与所述电流源的正极连接，所述第一NMOS管的栅极用于接控制信号。

可选地，所述第一电阻的阻值大小为大于或等于9kΩ，且小于或等于11kΩ。

可选地，所述电流源的电流大小为大于或等于9μA，且小于或等于11μA。

可选地，所述功率模块包括PMOS管和第二电阻，所述PMOS管的源极和所述第二电阻的一端均与所述电源连接，所述PMOS管的漏极与所述负载连接，所述第二电阻的另一端与所述PMOS管的栅极连接。

可选地，所述比较模块包括比较器、第三电阻和电容，所述比较器的正相输入端与所述PMOS管的漏极连接，所述比较器的负相输入端与所述第三电阻的一端和所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端用于接不同大小的参考电压。

可选地，所述调节模块包括PWM模块和第二NMOS管，所述PWM模块与所述比较器的输出端和所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管漏极与所述PMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地。

附图说明

图1为现有技术中保护电路的电路示意图；

图2为图1所示保护电路的时序图；

图3为本发明一些实施例中保护电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

图1为现有技术中保护电路的电路示意图。参照图1，现有技术中，保护电路包括保护单元，包括功率模块101、比较模块102和调节模块103，所述功率模块101设置于电源Ubat与负载RL之间，所述比较模块102用于比较负载电压Ua与参考电压Uref，所述调节模块103用于根据所述比较模块102的比较结果控制所述功率模块101的导通与关断。

参照图1，所述功率模块101包括PMOS管P1和第二电阻R2，所述PMOS管P1的源极和所述第二电阻R2的一端均与所述电源Ubat连接，所述PMOS管P1的漏极与所述负载RL连接，所述第二电阻R2的另一端与所述PMOS管P1的栅极连接。

参照图1，所述比较模块102包括比较器1021、第三电阻R3和电容C，所述比较器1021的正相输入端与所述PMOS管R1的漏极连接，所述比较器1021的负相输入端与所述第三电阻R3的一端和所述电容C的一端连接，所述电容C的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端接参考电压Uref。

参照图1，所述调节模块103包括PWM模块1031和第二NMOS管N2，所述PWM模块1031与所述比较器1021的输出端和所述第二NMOS管N2的栅极连接，所述第二NMOS管N2漏极与所述PMOS管P1的栅极连接，所述第二NMOS管N2的源极接地。

参照图1，电能从电源正端经过所述PMOS管给所述负载RL提供能量，负载RL包括但不限于发热丝、电机。

参照图1，通过所述PWM模块1031的输出信号控制所述第二NMOS管N2的导通与关断，进而控制所述PMOS管P1的导通与关断，进而实现不同电能大小的传递。当所述负载RL出现短路时，节点A的电压即为负载电压Ua，会出现一个从大变小的过程，负载电压Ua变小的程度由短路的程度决定，即节点A对地等效电阻Ra决定，节点A对地等效电阻Ra越小，负载电压Ua也越小，同时也跟所述电源的内阻Rs有关，所述电源的内阻Rs越大，则负载电压Ua则越小。通过所述比较器1021比较负载电压Ua与参考电压Uref的大小，当负载电压Ua小于参考电压Uref时，所述比较器1021翻转，输出“刹车”信号，则所述PWM模块1031接收“刹车”信号，输出低电平，则所述第二NMOS管N2关断，所述PMOS管P1的栅极电压被拉高，所述PMOS管P1关断，从而实现短路保护。

图2为图1所示保护电路的时序图。参照图1和图2，由于所述PWM模块1031正常输出时，在一个PWM周期内，输出低电平时，所述负载电压Ua也会逐渐变为0，但此时并非短路，而是属于所述PWM模块1031的正常调节过程，因此通过所述比较器1021保护时，所述比较器的使能需要使用使能信号EN，使能信号EN由所述PWM模块的输出取反产生，同时流出死区时间，避免误触发短路保护。

参照图1，对于强电源，例如所述电源Ubat的内阻Rs很小，在所述负载RL短路时，所述负载电压Ua很难被拉下，进而导致无法触发短路保护，进而烧坏所述PMOS管P1；从所述电源Ubat的正端经过所述PMOS管P1到节点A的阻抗，在不同的PCB板上并不一致，保持一个固定的参考电压Uref并不适配所有的PCB板；当所述电源Ubat处于不同电压时，相同的短路电流对应的参考电压Uref也不相同，而现有技术中的参考电压Uref只有一个，导致触发短路保护的电流值变化很大，量产一致性很差；而节点A并非直接短路到地的情况，俗称弱短路，很难触发保护，因为此时的负载电压Ua接近正常工作的电压，达不到负载电压Ua小于参考电压Uref的条件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种保护电路。参照图3，所述保护电路应用于电子烟，包括保护单元100和多路模拟开关单元200。

参照图3，所述保护单元100包括功率模块101、比较模块102和调节模块103，所述功率模块101设置于电源Ubat与负载RL之间，所述比较模块102用于比较负载RL电压与参考电压Uref，所述调节模块103用于根据所述比较模块102的比较结果控制所述功率模块101的导通与关断。所述多路模拟开关单元200与所述电源Ubat和所述比较模块102连接，用于输出不同大小的参考电压Uref。

参照图3，所述多路模拟开关单元200包括选择模块201、电流源I1和若干第一电阻R1，若干所述第一电阻R1串联在所述电源Ubat与所述电流源I1的负极之间，所述电流源I1的正极接地，所述选择模块201与若干所述第一电阻R1连接，用于选择连通不同的第一电阻R1。具体地，所述第一电阻R1的数量为5，不同的N值代表连通不同的第一电阻R1，提供不同的参考电压Uref。

参照图3，所述多路模拟开关单元200还包括第一NMOS管N1，所述第一NMOS管N1的漏极与串联的最后一个第一电阻R1连接，所述第一NMOS管N1的源极与所述电流源I1的负极连接，所述第一NMOS管N1的栅极用于接控制信号。

参照图3，所述第一电阻R1的阻值大小为大于或等于9kΩ，且小于或等于11kΩ，所述电流源I1的电流大小为大于或等于9μA，且小于或等于11μA。具体地，所述第一电阻R1的阻值大小为10KΩ，所述电流源I1的电流大小为10μA。

参照图3，所述功率模块101包括PMOS管P1和第二电阻R2，所述PMOS管P1的源极和所述第二电阻R2的一端均与所述电源Ubat连接，所述PMOS管P1的漏极与所述负载RL连接，所述第二电阻R2的另一端与所述PMOS管P1的栅极连接。

参照图3，所述比较模块102包括比较器1021、第三电阻R3和电容C，所述比较器1021的正相输入端与所述PMOS管P1的漏极连接，所述比较器1021的负相输入端与所述第三电阻R3的一端和所述电容C的一端连接，所述电容C的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端用于接不同大小的参考电压Uref。

参照图3，所述调节模块103包括PWM模块1031和第二NMOS管N2，所述PWM模块1031与所述比较器1021的输出端和所述第二NMOS管N2的栅极连接，所述第二NMOS管N2漏极与所述PMOS管P1的栅极连接，所述第二NMOS管N2的源极接地。

参照图3，电能从电源正端经过所述PMOS管给所述负载RL提供能量，负载RL包括但不限于发热丝、电机。

参照图3，通过所述PWM模块1031的输出信号控制所述第二NMOS管N2的导通与关断，进而控制所述PMOS管P1的导通与关断，进而实现不同电能大小的传递。当所述负载RL出现短路时，短路电流I2会急剧增大，从而到导致Ubat-I2×Rdson急剧减小，其中Rdson为所述PMOS管的导通阻抗，当所述负载电压Ua小于Ubat-I2×Rdson时，所述比较器1021翻转，输出“刹车”信号，则所述PWM模块1031接收“刹车”信号，输出低电平，则所述第二NMOS管N2关断，所述PMOS管P1的栅极电压被拉高，所述PMOS管P1关断，从而实现短路保护。

参照图3，所述比较器1021的负相输入端接参考电压Uref，Uref＝Ubat-100mV×N，短路保护触发时，100mV×N＝I2×Rdson，推出I2＝100mV×N/Rdson，Rdson相对不变，因此不同的N值对应不同的短路，即可以通过配置不同的N来设置不同的参考电压，在不同的短路时均能起到短路保护。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (8)

1.一种保护电路，应用于电子烟，其特征在于，包括：

保护单元，包括功率模块、比较模块和调节模块，所述功率模块设置于电源与负载之间，所述比较模块用于比较负载电压与参考电压，所述调节模块用于根据所述比较模块的比较结果控制所述功率模块的导通与关断；以及

多路模拟开关单元，与所述电源和所述比较模块连接，用于输出不同大小的参考电压。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述多路模拟开关单元包括选择模块、电流源和若干第一电阻，若干所述第一电阻串联在所述电源与所述电流源的正极之间，所述电流源的负极接地，所述选择模块与若干所述第一电阻连接，用于选择连通不同的第一电阻。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述多路模拟开关单元还包括第一NMOS管，所述第一NMOS管的漏极与串联的最后一个第一电阻连接，所述第一NMOS管的源极与所述电流源的正极连接，所述第一NMOS管的栅极用于接控制信号。

4.根据权利要求2或3所述的保护电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值大小为大于或等于9kΩ，且小于或等于11kΩ。

5.根据权利要求2或3所述的保护电路，其特征在于，所述电流源的电流大小为大于或等于9μA，且小于或等于11μA。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述功率模块包括PMOS管和第二电阻，所述PMOS管的源极和所述第二电阻的一端均与所述电源连接，所述PMOS管的漏极与所述负载连接，所述第二电阻的另一端与所述PMOS管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述比较模块包括比较器、第三电阻和电容，所述比较器的正相输入端与所述PMOS管的漏极连接，所述比较器的负相输入端与所述第三电阻的一端和所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端用于接不同大小的参考电压。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述调节模块包括PWM模块和第二NMOS管，所述PWM模块与所述比较器的输出端和所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管漏极与所述PMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地。