CN117878828A - 短路保护电路和供电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种短路保护电路和供电装置。短路保护电路适用于包括功率输出端点与功率地端点的供电装置，且包括电感、第一与第二开关单元、限流电阻与稳压电路，电感的一端连接系统地；第一开关单元连接电感的另一端与功率地端点；限流电阻的一端连接功率地端点；第二开关单元连接限流电阻的另一端、系统地与第一开关单元；稳压电路连接电感和第一开关单元之间、第一与第二开关单元之间与功率输出端点。当功率输出端点通电时，稳压电路导通第一开关单元，关断第二开关单元，使得系统地与功率地端点导通；当发生短路时，功率地端点处发生短路电流并流经限流电阻至第二开关单元，导通第二开关单元，关断第一开关单元，电感隔离系统地与功率地端点。

Description

短路保护电路和供电装置

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种短路保护电路和供电装置。

背景技术

目前对供电装置的可靠性以及安全性要求越来越高，因此，供电装置需要设置短路保护电路，以符合安规并加强供电装置的保护。

现有的短路保护电路通常使用软件保护的方法，具体是由专用芯片对采集的信号进行处理、判断后进行后续的控制与操作。这种方法需要精密的设计，存在成本较高、响应时间不够迅速的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种短路保护电路和供电装置，其能够解决现有的短路保护电路因通常采用软件保护方法，而存在成本较高与响应时间不够迅速的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请提供了一种短路保护电路，适用于供电装置，供电装置包括用于对外供电的功率输出端点与功率地端点。短路保护电路包括电感、第一开关单元、第二开关单元、限流电阻与稳压电路，电感的一端连接系统地；第一开关单元连接电感的另一端与功率地端点；限流电阻的一端连接功率地端点；第二开关单元连接限流电阻的另一端、系统地与第一开关单元；稳压电路连接电感的另一端和第一开关单元之间的连接点、第一开关单元和第二开关单元之间的连接点与功率输出端点。稳压电路用于当功率输出端点通电时，导通第一开关单元，关断第二开关单元，使得系统地与功率地端点导通连接，短路保护电路处于正常工作状态；当功率输出端点与功率地端点发生短路时，功率地端点处发生短路电流并流经限流电阻至第二开关单元，使得第二开关单元导通，从而关断第一开关单元，电感隔离系统地与功率地端点。

本申请提供了一种供电装置，其包括：用于对外供电的功率输出端点与功率地端点以及本申请的短路保护电路。

在本申请实施例中，通过电感、第一开关单元、第二开关单元、限流电阻与稳压电路的设置(即通过硬件保护的方法)，实现短路保护的功能，简单可靠，且执行短路保护的动作速度比通过软件保护方法进行短路保护的动作速度快，成本比使用专用芯片便宜(即成本较低)。另外，本申请实施例的短路保护电路可通过简单调整电感和第一开关单元的参数，达到适用于提供不同电源功率的供电装置的目的，灵活多变，适应性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明被配置为解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为应用本申请的短路保护电路的供电装置的一实施例结构示意图；

图2为应用本申请的短路保护电路的供电装置的一实施例电路结构示意图；

图3为应用本申请的短路保护电路的供电装置的另一实施例电路结构示意图；以及

图4为应用本申请的短路保护电路的供电装置的又一实施例电路结构示意图。

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。

必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是被配置为表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件，或以上的任意组合。

必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。

请参阅图1，其为应用本申请的短路保护电路的供电装置的一实施例结构示意图。如图1所示，短路保护电路1适用于供电装置2，供电装置2包括用于对外供电的功率输出端点VB与功率地端点PGND，其中，供电装置2可为但不限于电源适配器。短路保护电路1包括电感11、第一开关单元12、第二开关单元13、限流电阻14与稳压电路15，电感11的一端连接系统地GND；第一开关单元12连接电感11的另一端与功率地端点PGND；限流电阻14的一端连接功率地端点PGND；第二开关单元13连接限流电阻14的另一端、系统地GND与第一开关单元12；稳压电路15连接电感11的另一端和第一开关单元12之间的连接点P1、第一开关单元12和第二开关单元13之间的连接点P2与功率输出端点VB。

稳压电路15用于当功率输出端点VB通电时，导通第一开关单元12，关断第二开关单元13，使得系统地GND与功率地端点PGND导通连接，短路保护电路1处于正常工作状态。具体地，当功率输出端点VB通电时，稳压电路15提供高电平给第一开关单元12，使得第一开关单元12导通，且此时第二开关单元13关断，系统地GND与功率地端点PGND之间的元件均导通/正常运作(即系统地GND与功率地端点PGND导通连接；也就是说，功率地端点PGND与系统地GND共地)，短路保护电路1处于正常工作状态，供电装置2正常对外供电。

当功率输出端点VB与功率地端点PGND发生短路时，功率地端点PGND处发生短路电流，所述短路电流流经限流电阻14至第二开关单元13，使得第二开关单元13导通，从而关断第一开关单元12，电感11用于隔离系统地GND与功率地端点PGND，短路保护电路1处于短路保护状态。具体地，当功率输出端点VB与功率地端点PGND发生短路(相当于功率输出端点VB与功率地端点PGND连在一起；也就是说，功率地端点PGND的电压瞬间与功率输出端点VB的电压一致)时，所述短路电流流经限流电阻14至第二开关单元13，使得第二开关单元13导通，从而提供低电平给第一开关单元12而关断第一开关单元12，达到短路保护的作用，且此时限流电阻14用于限制流入第二开关单元13的电流，以减少第二开关单元13因流入的电流过大而受损的情况发生，间接提高使用寿命；电感11用于隔离系统地GND与功率地端点PGND，也就是说，短路保护电路1处于短路保护状态时，功率地端点PGND与系统地GND被电感11隔离开来，功率地端点PGND与系统地GND作为独立的接地点互不干扰。

在一实施例中，第一开关单元12可为NMOS管，所述NMOS管的漏极D1连接功率地端点PGND，所述NMOS管的栅极G1连接第二开关单元13/第二开关单元13的集极C1，所述NMOS管的源极S1连接电感11的另一端(如图2所示，图2为应用本申请的短路保护电路的供电装置的一实施例电路结构示意图)。当所述NMOS管的栅极G1的电平为高电平(即短路保护电路1处于正常工作状态)时，所述NMOS管处于导通状态(即第一开关单元12导通)；所述NMOS管的栅极G1的电平为低电平(即短路保护电路1处于短路保护状态)时，所述NMOS管处于截止状态(即第一开关单元12关断)。

在一实施例中，第二开关单元13可为NPN型晶体管，所述NPN型晶体管的射极E1连接系统地GND，所述NPN型晶体管的基极B1连接限流电阻14的另一端，所述NPN型晶体管的集极C1连接第一开关单元12/第一开关单元12的栅极G1(如图2所示)。

在一实施例中，稳压电路15可包括稳压二极管151与稳压电阻152，稳压电阻152的一端连接功率输出端点VB，稳压电阻152的另一端连接稳压二极管151的阴极与第一开关单元12和第二开关单元13之间的连接点P2，稳压二极管151的阳极连接电感11的另一端和第一开关单元12之间的连接点P1(如图2所示)。

在一实施例中，短路保护电路1还可包括第一电阻16，第一电阻16设置于第一开关单元12与功率地端点PGND之间，第一电阻16用于调整短路保护电路1的正常工作时电流检测的灵敏度，通过检测由第一电阻16，第一开关单元12，电感11组成的回路的电压，通过微控制单元19计算得到实际电流大小(如图3所示，图3为应用本申请的短路保护电路的供电装置的另一实施例电路结构示意图)。

在一实施例中，短路保护电路1还可包括多个第一电阻16，多个第一电阻16之间并联连接且设置于第一开关单元12元与功率地端点PGND之间，多个第一电阻16用于调整短路保护电路1的灵敏度(如图4所示，图4为应用本申请的短路保护电路的供电装置的又一实施例电路结构示意图)。其中，第一电阻16的数量可为但不限于两个，多个第一电阻16的电阻值大小可以相同或不同。

在一实施例中，短路保护电路1还可包括放电二极管17，放电二极管17与电感11并联，放电二极管17的阴极连接电感11的另一端和第一开关单元12之间的连接点P1，放电二极管17的阳极连接系统地GND，放电二极管17用于当功率输出端点VB与功率地端点PGND发生短路时，为电感11提供放电回路(如图3至图4所示)。

在一实施例中，功率输出端点VB不是受控端点时，功率输出端点VB可自动恢复通电，使得短路保护电路1由短路保护状态恢复至所述正常工作状态。

在一实施例中，功率输出端点VB是受控端点时，当功率输出端点VB与功率地端点PGND发生短路时，第一开关单元12导通，使第二开关单元13关断，功率输出端点VB受控不通电；短路保护电路1还可第三开关单元18与微控制单元19；第三开关单元18连接限流电阻14的另一端和第二开关单元13之间的连接点P3、系统地GND与微控制单元19；微控制单元19连接第一开关单元12和第二开关单元13之间的连接点P2与功率输出端点VB；微控制单元19用于当检测到第一开关单元12关断时，发送脉冲信号至第三开关单元18，以导通第三开关单元18，从而关断第二开关单元13，进而导通第一开关单元12，控制功率输出端点VB恢复通电，使得短路保护电路1恢复至所述正常工作状态(如图3所示)。具体地，当微控制单元19检测到第一开关单元12的栅极G1的电平为低电平(即短路保护电路1处于短路保护状态)时，发送脉冲信号至第三开关单元18，以导通第三开关单元18，从而不提供电流给第二开关单元13的基极B1而关断第二开关单元13，进而提供高电平给第一开关单元12的栅极G1而导通第一开关单元12，并控制功率输出端点VB恢复通电，使得短路保护电路1恢复至所述正常工作状态。

在一实施例中，第三开关单元18可为NPN型晶体管，所述NPN型晶体管的射极E2连接系统地GND，所述NPN型晶体管的基极B2连接微控制单元19，所述NPN型晶体管的集极C2连接限流电阻14的另一端和第二开关单元13之间的连接点P3(如图3所示)。

在一实施例中，微控制单元19可连接功率地端点PGND，以用于短路保护电路1处于所述正常工作状态(即供电装置2正常对外供电)时，通过功率地端点PGND检测第一开关单元12与电感11所组成的回路的电阻值，以计算获取系统电流(如图2所示)。通过调整此回路中第一开关单元12与电感11的电阻值，使得短路保护电路1可适用于不同检测系统电流范围的应用，及适用于提供不同电源功率的供电装置2。需说明的是，电感11的电感值大小与短路保护电路1的灵敏度和所述系统电流的大小成正比关系。

在一实施例中，微控制单元19可连接功率地端点PGND，以用于短路保护电路1处于所述正常工作状态时，通过功率地端点PGND检测第一开关单元12、电感11与第一电阻16/多个第一电阻16所组成的回路的电阻值，以计算获取系统电流(如图3和图4所示)。

综上所述，通过电感、第一开关单元、第二开关单元、限流电阻与稳压电路的设置(即通过硬件保护的方法)，实现短路保护的功能，简单可靠，且执行短路保护的动作速度比通过软件保护方法进行短路保护的动作速度快，成本比使用专用芯片便宜(即成本较低)。另外，本申请实施例的短路保护电路可通过简单调整电感、第一开关单元和/或第一电阻的参数，达到适用于提供不同电源功率的供电装置的目的，及适用于不同检测系统电流范围的应用，灵活多变，适应性强。

虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非被配置为限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (12)

1.一种短路保护电路，其特征在于，适用于供电装置，所述供电装置包括用于对外供电的功率输出端点与功率地端点，包括：

电感，所述电感的一端连接系统地；

第一开关单元，连接所述电感的另一端与所述功率地端点；

限流电阻，所述限流电阻的一端连接所述功率地端点；

第二开关单元，连接所述限流电阻的另一端、所述系统地与所述第一开关单元；以及

稳压电路，连接所述电感的另一端和所述第一开关单元之间的连接点、所述第一开关单元和所述第二开关单元之间的连接点与所述功率输出端点，所述稳压电路用于当所述功率输出端点通电时，导通所述第一开关单元，关断所述第二开关单元，使得所述系统地与所述功率地端点导通连接，所述短路保护电路处于正常工作状态；

其中，当所述功率输出端点与所述功率地端点发生短路时，所述功率地端点处发生短路电流，所述短路电流流经所述限流电阻至所述第二开关单元，使得所述第二开关单元导通，从而关断所述第一开关单元，所述电感用于隔离所述系统地与所述功率地端点。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二开关单元为NPN型晶体管，所述NPN型晶体管的射极连接所述系统地，所述NPN型晶体管的基极连接所述限流电阻的另一端，所述NPN型晶体管的集极连接所述第一开关单元。

3.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一开关单元为NMOS管，所述NMOS管的漏极连接所述功率地端点，所述NMOS管的栅极连接所述第二开关单元，所述NMOS管的源极连接所述电感的另一端。

4.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述稳压电路包括稳压二极管与稳压电阻，所述稳压电阻的一端连接所述功率输出端点，所述稳压电阻的另一端连接所述稳压二极管的阴极与所述第一开关单元和所述第二开关单元之间的连接点，所述稳压二极管的阳极连接所述电感的另一端和所述第一开关单元之间的连接点。

5.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，还包括第一电阻，设置于所述第一开关单元与所述功率地端点之间，用于调整所述短路保护电路的灵敏度。

6.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，还包括放电二极管，与所述电感并联；所述放电二极管的阴极连接所述电感的另一端和所述第一开关单元之间的连接点，所述放电二极管的阳极连接所述系统地；所述放电二极管用于当所述功率输出端点与所述功率地端点发生短路时，为所述电感提供放电回路。

7.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，还包括第三开关单元与微控制单元；所述第三开关单元连接所述限流电阻的另一端和所述第二开关单元之间的连接点、所述系统地与所述微控制单元；所述微控制单元连接所述第一开关单元和所述第二开关单元之间的连接点与所述功率输出端点；当所述功率输出端点与所述功率地端点发生短路时，所述第一开关单元导通，使所述第二开关单元关断，所述功率输出端点受控不通电；所述微控制单元用于检测到所述第一开关单元关断时，发送脉冲信号至所述第三开关单元，以导通所述第三开关单元，从而关断所述第二开关单元，进而导通第一开关单元，控制所述功率输出端点恢复通电，使得所述短路保护电路恢复至所述正常工作状态。

8.根据权利要求7所述的短路保护电路，其特征在于，所述第三开关单元为NPN型晶体管，所述NPN型晶体管的射极连接所述系统地，所述NPN型晶体管的基极连接所述微控制单元，所述NPN型晶体管的集极连接所述限流电阻的另一端和所述第二开关单元之间的连接点。

9.根据权利要求7所述的短路保护电路，其特征在于，所述微控制单元连接所述功率地端点，以用于所述短路保护电路处于所述正常工作状态时，通过所述功率地端点检测所述第一开关单元与所述电感所组成的回路的电阻值，以计算获取系统电流。

10.根据权利要求7所述的短路保护电路，其特征在于，还包括第一电阻，设置于所述第一开关单元与所述功率地端点之间，用于调整所述短路保护电路的灵敏度。

11.根据权利要求10所述的短路保护电路，其特征在于，所述微控制单元连接所述功率地端点，以用于通过所述功率地端点检测所述第一开关单元、所述电感与所述第一电阻所组成的回路的电阻值，以计算获取系统电流。

12.一种供电装置，其特征在于，包括：用于对外供电的功率输出端点与功率地端点以及如权利要求1至11中任一项所述的短路保护电路。