CN116826657A - 一种限流保护电路和设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种限流保护电路和包含电子元器件的设备，涉及电子元器件过流保护技术领域。其中包括电流阈值单元(101)、第一开关单元(102)、第二开关单元(103)。第二开关单元(103)用于为被保护元器件供电。第一开关单元(102)的两个控制端连接于电流阈值单元(101)两端，电流阈值单元(101)用于设定一个电流阈值，当电流达到电流阈值时，控制第一开关单元(102)导通，而第一开关单元(102)用于在导通状态下控制第二开关单元(103)截止。各个单元可以通过电阻、晶体管等简单器件实现，电流阈值容易设定和调整，适用多种电子元器件的过流保护。

Description

一种限流保护电路和设备

技术领域

本申请涉及电子元器件过流保护技术领域，尤其涉及限流保护电路和设备。

背景技术

现代汽车上集成越来越多的电子组件，对于这些电子组件的供电电源，需要有设计电源的保护功能：比如电压保护(过压、欠压)，电流保护(过流)，过热保护等等。

通常使用两种基础的电流保护措施：

1、使用FUSE(保险丝)过流保护；

2、使用高精度的ADC采样电流保护。

前者使用FUSE可以在大电流情况下将电路供电电源断开，从而达到保护后级电路的效果。这种电流保护的优势在于价格低廉，应用简单方便，在很多场合都可以布置，但由于原理是利用FUSE过流时发热膨胀的原理断开电路，劣势很明显，就是短路时的断开反应速度慢。而且小电流无法使用FUSE做保护。

后者使用高精度ADC采样电流控制电源开启或断开，可以调整电流阈值精度非常高，而且控制响应速度快。但由于使用ADC采集电流，成本也比较昂贵。

因此，如何让过流保护技术具有较高的响应速度和较低的成本优势，是需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种限流保护电路和包含电子元器件的设备，以解决现有技术中如何让过流保护技术具有较高的响应速度和较低的成本优势的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供一种限流保护电路，包括电流阈值单元、第一开关单元、第二开关单元。具有以下连接关系：

所述电流阈值单元的第一端连接电源；

所述第一开关单元的第一控制端与所述电流阈值单元的第二端电连接；

所述第一开关单元的第二控制端与所述电流阈值单元的第一端电连接；

所述第一开关单元的输出端与所述第二开关单元的控制端电连接；

所述第二开关单元的第一端与所述电流阈值单元的第二端电连接。

所述第二开关单元的第二端用于在所述第二开关单元导通状态下输出电源至被保护电子元器件。

所述电流阈值单元用于设定一个电流阈值，当电流达到所述电流阈值时，控制所述第一开关单元导通。

所述第一开关单元用于在导通状态下控制所述第二开关单元截止。

可选地，所述电流阈值单元包括电流阈值电阻，所述电流阈值电阻用于设定一个电流阈值，当所述电流达到所述电流阈值时，控制所述第一开关单元导通。

可选地，所述电流阈值电阻数量为多个，多个电流阈值电阻形成多个电阻支路，每条电阻支路之间并联。

可选地，至少一条所述电阻支路包括开关模块，所述开关模块与该电阻支路的电流阈值电阻串联。

可选地，所有电阻支路包括开关模块，每条电阻支路中，开关模块与电流阈值电阻串联。

可选地，所述第一开关单元包括第一开关管和第一电阻。具有以下连接关系：

所述第一开关管的第一控制端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述电流阈值单元的第二端电连接；

所述第一开关管的第二控制端与所述电流阈值单元的第一端电连接；

所述第一开关管的输出端与所述第二开关单元的控制端电连接。

可选地，所述第二开关单元包括第二开关管、第二电阻和第三电阻。具有以下连接关系：

所述第二电阻连接于所述第二开关管的第一控制端和第二控制端之间，所述第二电阻用于当电流未达到所述电流阈值时，使所述第二开关管导通；

所述第二开关管的输出端用于在所述第二开关管导通状态下输出电源。

可选地，所述第一开关单元和所述第二开关单元均包括PNP三极管，所述电流阈值单元的第一端连接正压电源。

可选地，所述第一开关单元和/或所述第二开关单元包括功率MOS管。

第二方面，本申请实施例提供一种设备，所述设备包括被保护元器件和第一方面所述的限流保护电路，所述第二开关单元的第二端为所述被保护元器件供电。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的限流保护电路，各个部分能够通过常见的电阻、晶体管等简单器件实现，不需要成本较高的ADC，也不需要保险丝而且响应速度快，电流阈值容易设定和调整，适用多种电子元器件的过流保护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种限流保护电路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种PNP三极管实现的限流保护电路示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电流阈值可调的电流阈值单元示意图；

图4为本申请实施例提供的一种被保护元器件为多个的限流保护电路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种MOS管实现的限流保护电路示意图；

图6为本申请实施例提供的一种MOS管实现的负压电源的限流保护电路示意图；

图7为本申请实施例提供的一种NPN三极管实现的负压电源的限流保护电路示意图。

附图标记说明：

101-电流阈值单元

102-第一开关单元

103-第二开关单元

104-被保护元器件

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

现有的过流保护措施中，使用保险丝进行保护具有滞后性，而且电流阈值不容易调节，使用高精度ADC采样电流控制电源开启或断开，则会带来成本问题。

为了克服以上问题，可参阅图1，本申请实施例提供了一种限流保护电路，包括电流阈值单元101、第一开关单元102、第二开关单元103。

为了对照图1描述各个单元的连接关系，对各端定义如下：

图中电流阈值单元101的左端为第一端，右端为第二端；

图中第一开关单元102的上端为第一控制端，左端为第二控制端，右端为输出端；

图中第二开关单元103的下端为控制端，左端为第一端，右端为第二端。

那么基于上述定义，描述连接关系如下：

电流阈值单元101的第一端连接电源；

第一开关单元102的第一控制端与电流阈值单元101的第二端电连接；

第一开关单元102的第二控制端与电流阈值单元101的第一端电连接；

第一开关单元102的输出端与第二开关单元103的控制端电连接；

第二开关单元103的第一端与电流阈值单元101的第二端电连接。

上述各个单元的作用如下：

第二开关单元103的第二端用于在第二开关单元103导通状态下输出电源；

电流阈值单元101用于设定一个电流阈值，当电流达到电流阈值时，控制第一开关单元102导通；

第一开关单元102用于在导通状态下控制第二开关单元103截止。

限流保护电路有两个状态：

1、正常工作状态，由于正常工作状态下的电流没有过流，电流阈值单元101的电流不大，第一开关单元102的第一控制端和第二控制端能够检测到电流阈值单元101的电流不大，所以第一开关单元102据此不导通，第一开关单元102的输出端对第二开关单元103的控制端没有输出，即对于第二开关单元103来说此时第一开关单元102相当于不存在，第二开关单元103按照正常工作导通即可，电流经过电流阈值单元101到达第二开关单元103的第一端，然后通过第二开关单元103到达第二开关单元103的第二端，为电子元器件供电；

2、过流状态，由于电流过大，电流阈值单元101的电流过大会反映到第一开关单元102的第一控制端和第二控制端，第一开关单元102据此导通，第一开关单元102的输出端对第二开关单元103的控制端有输出，第二开关单元103的控制端接收到第一开关单元102的输出端的信号，第二开关单元103据此截止；电流经过电流阈值单元101到达第二开关单元103的第一端后，不能通过第二开关单元103到达第二开关单元103的第二端，故不为电子元器件供电。

上述各个单元能够通过常见的电阻、晶体管等简单器件实现，不需要成本较高的ADC，也不需要保险丝而且响应速度快，电流阈值容易设定和调整，适用多种电子元器件的过流保护，这是本申请实施例的有益效果所在。

接下来举例说明各个单元的实施方式，如图2，电流阈值单元101可以由一个电流阈值电阻R10实现。电流阈值电阻R10用于设定一个电流阈值，当电流达到电流阈值时，控制第一开关单元102导通。接下来将举一个具有数值的例子说明。

图2中，第一开关单元设置了PNP三极管作为第一开关管Q1，以及第一电阻R1。PNP三极管的基极和发射极之间的导通电压为0.7V。第一电阻R1可以设置为较大的电阻，让电流主要流经PNP三极管的集电极而非基极，第一电阻R1的电流可以忽略，那么第一电阻R1两端的电压也可忽略。PNP三极管的基极和发射极之间的电压可以视为电流阈值电阻R10的电压。

若将电流阈值电阻R10的电阻设置为1.5欧姆，假设Q1为硅管，可以计算在0.7V导通时，电流阈值电阻R10的电流：

I_R10＝0.7/1.5＝466mA。

可以看出，此时电流阈值为446mA。可以根据以下公式设置电流阈值电阻R10的电阻：

R10＝V_eb/I_R10

其中，I_R10为想要设定的电流阈值，V_eb为第一开关管单元的导通电压。

图2的示例中，电流阈值电阻只有一个R10，为了精准灵活地设置电流阈值，可以用多个电流阈值电阻形成串并联结构作为电流阈值单元101。

为了能够实现调节电流阈值的功能，如图3，多个电流阈值电阻形成多个电阻支路，每条电阻支路之间并联，并且至少一条电阻支路包括开关模块，开关模块与该电阻支路的电流阈值电阻串联。

这样的话，通过开关模块的闭合与断开两个状态，就可以调整电流阈值单元101接入回路的电阻，从而调整电流阈值的大小。

图3的示例中，共有三条支路，各个支路上的电阻分别为R101、R102、R103，其中R101所在的支路没有开关模块，R102、R103所在的支路有开关模块。那么电路有以下状态：

R102、R103所在的支路的开关模块均为断开；

R102所在的支路的开关模块导通，R103所在的支路的开关模块断开；

R102所在的支路的开关模块断开，R103所在的支路的开关模块导通；

R102、R103所在的支路的开关模块均为导通。

可见，这样电流阈值单元101最多可以设置4种电流阈值。

当然还可以为R101所在的支路添加开关模块，即每一路都对应一个开关模块。这样可以按照每一路对应一个电流阈值的原理进行设计，任选一路开关模块导通，都可以实现该路所对应设计的电流阈值。

上述的可调电流阈值的电流阈值单元101可以设置在负载变化的情况下，例如负载是多个需要保护的元器件，当不同数量的元器件接入时，需要保护的电流阈值不同，或者被保护的元器件有不同的工作状态，不同的状态需要保护的电流阈值不同。例如图4，被保护元器件104有R401、R402、R403，可以设置对应的电流阈值单元101有R101、R102、R103，当R402接入电路时，将电流阈值单元101的R102接入电路，当R403接入电路时，将电流阈值单元101的R103接入电路。

结合图2～图4，第二开关单元103包括第二开关管Q2、第二电阻R2和第三电阻R3。上述的第一开关管Q1、第二开关管Q2，可以是PNP三极管如图2的示例，也可以是增强型PMOS管如图5的示例，这样可以连接正压电源。使用功率MOS管，可以明显地提高电流阈值的设定。若是负压电源或连接到电源负极时，可以使用增强型NMOS管或NPN三极管代替，如图6、图7，其中V1的正负极与图5相反。

将控制开关管导通电压的两端(例如三极管的基极和发射极，或MOS管的栅极和源极)分别命名为第一控制端和第二控制端，剩余一端命名为输出端，则连接关系参考描述如下：

1、对于第一开关单元102，第一开关管Q1的第一控制端与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与电流阈值单元101的第二端电连接；第一开关管Q1的第二控制端与电流阈值单元101的第一端电连接；第一开关管Q1的输出端与第二开关单元103的控制端电连接。

2、对于第二开关单元103，第二电阻R2连接于第二开关管Q2的第一控制端和第二控制端之间，第二开关管Q2的第一控制端与电流阈值单元101的第二端电连接，第二开关管Q2的第二控制端与第一开关单元102的输出端电连接。第二电阻R2用于当电流未达到电流阈值时，使第二开关管Q2导通。第二开关管Q2的输出端用于在第二开关管Q2导通状态下输出电源。

基于上述实施例，本申请实施例还提供一种包含被保护元器件和上述限流保护电路的设备，即在第二开关单元103的第二端连接被保护元器件，被保护元器件可以是汽车的电子元器件，例如IMU等，则设备可以指汽车或汽车的导航系统等。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅为本申请较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种限流保护电路，其特征在于，包括电流阈值单元(101)、第一开关单元(102)、第二开关单元(103)；

所述电流阈值单元(101)的第一端连接电源；

所述第一开关单元(102)的第一控制端与所述电流阈值单元(101)的第二端电连接；

所述第一开关单元(102)的第二控制端与所述电流阈值单元(101)的第一端电连接；

所述第一开关单元(102)的输出端与所述第二开关单元(103)的控制端电连接；

所述第二开关单元(103)的第一端与所述电流阈值单元(101)的第二端电连接；

所述第二开关单元(103)的第二端用于在所述第二开关单元(103)导通状态下输出电源；

所述电流阈值单元(101)用于设定一个电流阈值，当电流达到所述电流阈值时，控制所述第一开关单元(102)导通；

所述第一开关单元(102)用于在导通状态下控制所述第二开关单元(103)截止。

2.如权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述电流阈值单元(101)包括电流阈值电阻，所述电流阈值电阻用于设定一个电流阈值，当所述电流达到所述电流阈值时，控制所述第一开关单元(102)导通。

3.如权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述电流阈值电阻数量为多个，多个所述电流阈值电阻形成多个电阻支路，每条所述电阻支路之间并联。

4.如权利要求3所述的限流保护电路，其特征在于，至少一条所述电阻支路包括开关模块，所述开关模块与该电阻支路的所述电流阈值电阻串联。

5.如权利要求4所述的限流保护电路，其特征在于，所有所述电阻支路包括开关模块，每条所述电阻支路中，所述开关模块与所述电流阈值电阻串联。

6.如权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一开关单元(102)包括第一开关管(Q1)和第一电阻(R1)；

所述第一开关管(Q1)的第一控制端与所述第一电阻(R1)的第一端电连接，所述第一电阻(R1)的第二端与所述电流阈值单元(101)的第二端电连接；

所述第一开关管(Q1)的第二控制端与所述电流阈值单元(101)的第一端电连接；

所述第一开关管(Q1)的输出端与所述第二开关单元(103)的控制端电连接。

7.如权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第二开关单元(103)包括第二开关管(Q2)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；

所述第二电阻(R2)连接于所述第二开关管(Q2)的第一控制端和第二控制端之间，所述第二电阻(R2)用于当电流未达到所述电流阈值时，使所述第二开关管(Q2)导通；

所述第二开关管(Q2)的第一控制端与所述电流阈值单元(101)的第二端电连接，所述第二开关管(Q2)的第二控制端与第一开关单元(102)的输出端电连接；

所述第二开关管(Q2)的输出端用于在所述第二开关管(Q2)导通状态下输出电源。

8.如权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一开关单元(102)和所述第二开关单元(103)均包括PNP三极管，所述电流阈值单元(101)的第一端连接正压电源。

9.如权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一开关单元(102)和/或所述第二开关单元(103)包括功率MOS管。

10.一种设备，其特征在于，所述设备包括被保护元器件和权利要求1-9任一项所述的限流保护电路，所述第二开关单元(103)的第二端为所述被保护元器件供电。