CN116826659A - 一种可调限流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调限流保护电路，涉及电子电路技术领域，以解决现有负载保护电路需要借助CPU进行控制关断，会占用芯片管脚资源的问题。包括：检测模块包括串联在供电电源和负载之间的第一电阻、与第一电阻两端相连的差分放大器；比较模块包括比较器、为比较器提供基准电压的第二电阻和第三电阻，比较器的输入端与差分放大器的输出端相连；双边沿触发器模块的第一触发器的时钟信号输入端与比较器的输出端相连，第二触发器的时钟信号输入端通过反相器与比较器的输出端相连；双边沿触发器模块的输出端与控制模块的输入端相连；控制模块控制负载的供电和断电。本发明提供的可调限流保护电路用于通过纯电路对负载进行保护，节约管脚资源。

Description

一种可调限流保护电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种可调限流保护电路。

背景技术

在电力电子类产品应用场景中，广泛存在电流过载、负载异常短路等情况，一旦发生短路等过载情况，由于电流瞬间增大，容易导致线路、器件等烧毁现象发生，甚至引发火灾等安全事故，为保证相关设备的安全运行，通常会采用专用限流芯片对负载电流进行监测，CPU实时检测控制关断，对于小型化产品来说，会占用芯片管脚资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调限流保护电路，用于通过纯电路对电子产品的负载进行检测和过载保护，并在负载恢复时自动恢复对负载的供电，节约芯片管脚资源。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种可调限流保护电路，包括：检测模块、比较模块、双边沿触发器模块以及控制模块；

所述检测模块包括串联在供电电源和负载之间的第一电阻、与所述第一电阻两端相连的差分放大器；

所述比较模块包括比较器、为所述比较器提供基准电压的第二电阻和第三电阻，所述比较器的输入端与所述差分放大器的输出端相连；

所述双边沿触发器模块至少包括第一触发器、第二触发器和反相器，所述第一触发器的时钟信号输入端与所述比较器的输出端相连，所述第二触发器的时钟信号输入端通过所述反相器与所述比较器的输出端相连；所述双边沿触发器模块的输出端与所述控制模块的输入端相连；

所述负载发生过载或短路时，所述第一触发器触发翻转，驱动所述控制模块控制所述供电电源和所述负载之间的电路断开，所述负载恢复时，所述第二触发器触发翻转，驱动所述控制模块控制所述供电电源和所述负载之间的电路导通。

与现有技术相比，本发明提供的可调限流保护电路包括：检测模块、比较模块、双边沿触发器模块以及控制模块；检测模块包括串联在供电电源和负载之间的第一电阻、与第一电阻两端相连的差分放大器；通过调节第一电阻即可对经过负载的电流进行调节，适用于不同功率的电子产品；比较模块包括比较器、为比较器提供基准电压的第二电阻和第三电阻，比较器的输入端与差分放大器的输出端相连；通过调整第二电阻和第三电阻可以调节保护电压，灵活方便，双边沿触发器模块至少包括第一触发器、第二触发器和反相器，第一触发器的时钟信号输入端与比较器的输出端相连，第二触发器的时钟信号输入端通过反相器与比较器的输出端相连；双边沿触发器模块的输出端与控制模块的输入端相连；实现在负载发生过载或短路时，第一触发器触发翻转，双边沿触发器模块输出高电平，驱动控制模块控制供电电源和所述负载之间的电路断开，在负载恢复时，第二触发器触发翻转，双边沿触发器输出低电平，驱动控制模块控制供电电源和负载之间的电路导通。通过本发明提供的可调限流电路，不需要芯片进行控制，节省了CPU控制信号管脚，可以实现单纯利用电路进行负载电流检测，在负载发生过载或短路时关断供电，防止负载发生过载、短路等异常情况发生烧毁器件的现象，保护设备运行安全，同时在负载恢复正常时自动恢复负载的供电，本发明可广泛应用于有负载电流检测并进行关断控制的应用场景，亦可以封装成单个集成电路，实现单片检测控制。

可选的，所述双边沿触发器模块还包括切换开关，所述第一触发器的Q端以及所述第二触发器的Q端与所述切换开关的输入端相连，所述第一触发器的D端与所述第二触发器的Q反输出端相连，所述第一触发器的Q反输出端与所述第二触发器的D端相连。

可选的，所述双边沿触发器模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容以及第二电容，所述第四电阻的一端与所述第一触发器的CLR端相连，所述第四电阻的另一端与供电电源相连，所述第一电容的一端与所述第一触发器的CLR端相连，所述第一电容的另一端接地，所述第五电阻的一端与供电电源相连，所述第五电阻的另一端与所述第一触发器的PRE端相连；所述第六电阻的一端与所述第二触发器的CLR端相连，所述第六电阻的另一端与供电电源相连，所述第二电容的一端与所述第二触发器的CLR端相连，所述第二电容的另一端接地；所述第七电阻的一端与供电电源相连，所述第七电阻的另一端与所述第二触发器的PRE端相连。

可选的，所述比较模块还包括第八电阻，所述比较器的第一输入端与所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端与所述差分放大器的输出端相连，所述比较器的第二输入端接入所述第二电阻和所述第三电阻之间的电路，所述第二电阻的一端与供电电源相连，所述第三电阻的一端接地。

可选的，所述控制模块包括三极管、MOS管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第十二电阻，所述第九电阻的一端与所述切换开关的输出端相连，所述第九电阻的另一端与所述三极管的基极相连，所述三极管的发射极接地，所述第十电阻的一端与所述三极管的基极相连，所述第十电阻的另一端接地，所述三极管的集电极与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端与供电电源相连，所述第十二电阻的一端与所述三极管的集电极相连，所述第十二电阻的另一端与所述MOS管的栅极相连，所述MOS管的漏极与供电电源相连，所述MOS管的源极与所述第一电阻相连。

可选的，所述检测模块采集的第一电阻的电压放大后，与所述比较器的基准电压进行比较，放大后的电压大于所述基准电压时，所述比较器输出高电平，放大后的电压小于所述基准电压时，所述比较器输出低电平。

可选的，所述双边沿触发器模块预置低电平，接通电源后，所述双边沿触发器模块输出低电平至所述控制模块，所述三极管截止，所述MOS管导通，所述供电电源给所述负载供电。

可选的，所述负载发生过载或短路时，所述比较器输出高电平，所述切换开关将所述第一触发器的输出切换为所述双边沿触发器模块的输出，所述第一触发器的时钟信号输入从低电平跳变到高电平，所述第一触发器触发翻转，输出高电平至所述控制模块，所述三极管导通，所述MOS管截止，所述供电电源停止给负载的供电，在负载恢复正常时，所述比较器输出低电平，所述切换开关将所述第二触发器的输出切换为所述双边沿触发器模块的输出，所述第二触发器的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，所述第二触发器触发翻转，输出低电平至所述控制模块，所述三极管截止，所述MOS管导通，所述供电电源恢复给所述负载供电。

可选的，通过调节所述第一电阻的大小调节经过负载的电流，通过调整第二电阻和第三电阻的值调整基准电压的大小。

可选的，通过调节所述第一电阻的大小调节经过所述负载的电流。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的一种可调限流保护电路结构图。

附图标记：

1-检测模块，2-比较模块，3-双边沿触发器模块，4-控制模块，5-负载。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有负载保护电路通常采用专用限流芯片对负载进行检测，CPU实时检测控制，会占用芯片管脚资源，且纯电路的负载保护电路不能自动恢复负载通电，需要人工或者软件操作恢复供电，会产生额外成本。

为解决上述问题，本发明提供一种可调限流保护电路，通过检测模块输出相关电压信号和预设电压信号进行比较，比较结果作为双边沿触发器模块的脉冲输入源，进而控制双边沿触发器模块的输出，双边沿触发器模块的输出再驱动控制模块，实现纯电路级自动检测和控制保护。

请参阅图1，本发明提供的可调限流保护电路，包括：检测模块1、比较模块2、双边沿触发器模块3以及控制模块4；

检测模块1包括串联在供电电源VDD和负载5之间的第一电阻R1、与第一电阻R1两端相连的差分放大器U1；第一电阻R1可以为高精密电阻，通过调节第一电阻R1的大小调节经过负载5的电流，检测模块1将第一电阻R1的电压通过差分放大器U1放大后传输给比较模块2；负载5为要保护电子元器件或电路。

比较模块2包括比较器U2、为比较器U2提供基准电压的第二电阻R2和第三电阻R3，比较器U2的输入端与差分放大器U1的输出端相连；通过调整第二电阻R2和第三电阻R3的值可以调整基准电压的大小，即可以根据需要调节保护电压的大小；比较模块2用于将检测模块1输出的电压与基准电压进行比较，检测模块1输出电压大于基准电压时，比较器U2输出高电平，检测模块1输出电压小于基准电压时，比较器U2输出低电平；

双边沿触发器模块3至少包括第一触发器U4、第二触发器U5、反相器U3以及切换开关MUX，第一触发器U4的时钟信号输入端CP与比较器U2的输出端相连，第二触发器U5的时钟信号输入端CP通过反相器U3与比较器U2的输出端相连；双边沿触发器模块3的输出端与控制模块4的输入端相连；第一触发器U4的Q端以及第二触发器U4的Q端与切换开关MUX的输入端相连，第一触发器的D端与第二触发器U5的Q反输出端相连，第一触发器U4的Q反输出端与第二触发器U5的D端相连。

比较器U2输出为高电平时，切换开关MUX将双边沿触发器模块3的输出切换为第一触发器U4的输出，第一触发器U4的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，第一触发器U4触发翻转；比较器U2输出为低电平时，切换开关MUX将双边沿触发器模块的输出切换为第二触发器U5的输出，第二触发器U5的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，第二触发器U5触发翻转。

控制模块4可以由三极管T2和MOS管T1组成，MOS管T1串联在供电电源VDD和负载5之间，双边沿触发器模块3输出高电平至控制模块4时，三极管T2导通时，MOS管T1截止，供电电源和负载之间的电路断开，双边沿触发器模块3输出低电平至控制模块4时，三极管T2截止，MOS管T1导通，供电电源和负载之间的电路导通。

在实际应用中，将双边沿触发器模块3预置低电平，接通电源后，比较器U2输出低电平，切换开关MUX将双边沿触发器模块3的输出切换为第二触发器U5的输出，由于第二触发器U5的时钟信号输入一直是高电平，第二触发器U5不触发翻转，双边沿触发器模块3输出低电平至控制模块4，此时三极管T2截止，MOS管T1导通，控制模块4控制供电电源VDD和负载5之间的电路导通，供电电源VDD给负载5供电；在负载5发生过载或短路时，检测模块1的输出电压大于比较器U2的基准电压，比较器U2输出高电平，切换开关MUX将双边沿触发器模块的输出切换为第一触发器U4的输出，第一触发器U4的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，第一触发器U4触发翻转，双边沿触发器模块3输出低电平至控制模块4，驱动控制模块4中的三极管T2导通，MOS管T1截止，从而控制供电电源VDD和负载5之间的电路断开，供电电源停止给负载5供电；负载5移除或恢复正常时，检测模块1的输出电压小于比较器U2的基准电压，比较器U2输出低电平，切换开关将双边沿触发器模块的输出切换为第二触发器U5的输出，第二触发器U5的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，第二触发器U5触发翻转，双边沿触发器模块3输出低电平，驱动控制模块4中的三极管T2截止，MOS管导通，从而控制供电电源VDD和负载5之间的电路导通，供电电源恢复给负载供电，实现对负载的保护。

作为一种可选的方式，上述结构中的双边沿触发器模块3还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1以及第二电容C2；第四电阻R4的一端与第一触发器U4的CLR端相连，第四电阻R4的另一端与供电电源VDD相连，第一电容C1的一端与第一触发器U4的CLR端相连，第一电容C1的另一端接地，第五电阻R5的一端接供电电源VDD，第五电阻R5的另一端与第一触发器U4的PRE端相连；第六电阻R6的一端与第二触发器U5的CLR端相连，第六电阻R6的另一端与供电电源VDD相连，第二电容C2的一端与第二触发器U5的CLR端相连，第二电容C2的另一端接地，第七电阻R7的一端接供电电源VDD，第七电阻R7的另一端与第二触发器U5的PRE端相连。

作为一种可选的方式，上述结构中比较模块2还包括第八电阻R8，比较器U2的第一输入端与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端与差分放大器U1的输出端相连，比较器U2的第二输入端接入第二电阻R2和第三电阻R3之间的电路，第二电阻R2的一端与供电电源VDD相连，第三电阻R3的一端接地，第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的另一端相连。第二电阻R2和第三电阻R3组成的基准电压Vref=R3/（R2+R3）*VDD。

作为一种可选的方式，上述结构中的控制模块4还可以包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第十二电阻R12，第九电阻R9的一端与切换开关的输出端相连，第九电阻R9的另一端与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极接地，第十电阻R10的一端与三极管T2的基极相连，第十电阻R10的另一端接地，三极管T2的集电极与第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端与供电电源VDD相连，第十二电阻R12的一端与三极管T2的集电极相连，第十二电阻R12的另一端与MOS管T1的栅极相连，MOS管T1的漏极与供电电源VDD相连，MOS管T1的源极与第一电阻R1相连。

通过本发明提供的可调限流电路，无需CPU及专用保护芯片等额外资源即可实现相关保护功能，节省了CPU控制信号管脚，可以实现单纯利用电路进行负载电流检测，在负载发生过载或短路时关断供电，防止负载发生过载、短路等异常情况发生烧毁器件的现象，保护设备运行安全，同时在负载恢复正常时自动恢复负载的供电，另外通过调节第一电阻即可对经过负载的电流进行调节，通过调整第二电阻和第三电阻可以调节保护电压，因此仅需调整第一电阻、第二电阻以及第三电阻的值即可适用于不同功率的电子产品，灵活方便。本发明可广泛应用于有负载电流检测并进行关断控制的应用场景，特别是CPU资源有限的小型化电子设备中，亦可以封装成单个集成电路，实现单片检测控制。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可调限流保护电路，其特征在于，包括：检测模块、比较模块、双边沿触发器模块以及控制模块；

所述检测模块包括串联在供电电源和负载之间的第一电阻、与所述第一电阻两端相连的差分放大器；

所述比较模块包括比较器、为所述比较器提供基准电压的第二电阻和第三电阻，所述比较器的输入端与所述差分放大器的输出端相连；

所述双边沿触发器模块至少包括第一触发器、第二触发器和反相器，所述第一触发器的时钟信号输入端与所述比较器的输出端相连，所述第二触发器的时钟信号输入端通过所述反相器与所述比较器的输出端相连；所述双边沿触发器模块的输出端与所述控制模块的输入端相连；

所述负载发生过载或短路时，所述第一触发器触发翻转，所述双边沿触发器模块输出高电平，驱动所述控制模块控制所述供电电源和所述负载之间的电路断开，所述负载恢复时，所述第二触发器触发翻转，所述双边沿触发器模块输出低电平，驱动所述控制模块控制所述供电电源和所述负载之间的电路导通。

2.根据权利要求1所述可调限流保护电路，其特征在于，所述双边沿触发器模块还包括切换开关，所述第一触发器的Q端以及所述第二触发器的Q端与所述切换开关的输入端相连，所述第一触发器的D端与所述第二触发器的Q反输出端相连，所述第一触发器的Q反输出端与所述第二触发器的D端相连。

3.根据权利要求2所述可调限流保护电路，其特征在于，所述双边沿触发器模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容以及第二电容，所述第四电阻的一端与所述第一触发器的CLR端相连，所述第四电阻的另一端与供电电源相连，所述第一电容的一端与所述第一触发器的CLR端相连，所述第一电容的另一端接地，所述第五电阻的一端与供电电源相连，所述第五电阻的另一端与所述第一触发器的PRE端相连；所述第六电阻的一端与所述第二触发器的CLR端相连，所述第六电阻的另一端与供电电源相连，所述第二电容的一端与所述第二触发器的CLR端相连，所述第二电容的另一端接地；所述第七电阻的一端与供电电源相连，所述第七电阻的另一端与所述第二触发器的PRE端相连。

4.根据权利要求1所述可调限流保护电路，其特征在于，所述比较模块还包括第八电阻，所述比较器的第一输入端与所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端与所述差分放大器的输出端相连，所述比较器的第二输入端接入所述第二电阻和所述第三电阻之间的电路，所述第二电阻的一端与供电电源相连，所述第三电阻的一端接地。

5.根据权利要求2所述可调限流保护电路，其特征在于，所述控制模块包括三极管、MOS管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第十二电阻，所述第九电阻的一端与所述切换开关的输出端相连，所述第九电阻的另一端与所述三极管的基极相连，所述三极管的发射极接地，所述第十电阻的一端与所述三极管的基极相连，所述第十电阻的另一端接地，所述三极管的集电极与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端与供电电源相连，所述第十二电阻的一端与所述三极管的集电极相连，所述第十二电阻的另一端与所述MOS管的栅极相连，所述MOS管的漏极与供电电源相连，所述MOS管的源极与所述第一电阻相连。

6.根据权利要求1所述可调限流保护电路，其特征在于，所述检测模块采集的第一电阻的电压放大后，与所述比较器的基准电压进行比较，放大后的电压大于所述基准电压时，所述比较器输出高电平，放大后的电压小于所述基准电压时，所述比较器输出低电平。

7.根据权利要求5所述可调限流保护电路，其特征在于，所述双边沿触发器模块预置低电平，接通电源后，所述双边沿触发器模块输出低电平至所述控制模块，所述三极管截止，所述MOS管导通，所述供电电源给所述负载供电。

8.根据权利要求7所述可调限流保护电路，其特征在于，所述负载发生过载或短路时，所述比较器输出高电平，所述切换开关将所述第一触发器的输出切换为所述双边沿触发器模块的输出，所述第一触发器的时钟信号输入从低电平跳变到高电平，所述第一触发器触发翻转，输出高电平至所述控制模块，所述三极管导通，所述MOS管截止，所述供电电源停止给负载的供电，在负载恢复正常时，所述比较器输出低电平，所述切换开关将所述第二触发器的输出切换为所述双边沿触发器模块的输出，所述第二触发器的时钟信号输入从低电平跳变为高电平，所述第二触发器触发翻转，输出低电平至所述控制模块，所述三极管截止，所述MOS管导通，所述供电电源恢复给所述负载供电。

9.根据权利要求1所述可调限流保护电路，其特征在于，通过调整第二电阻和第三电阻的值调整基准电压的大小。

10.根据权利要求1所述可调限流保护电路，其特征在于，通过调节所述第一电阻的大小调节经过所述负载的电流。