CN202930903U

CN202930903U - 一种过压过流保护电路

Info

Publication number: CN202930903U
Application number: CN 201220620159
Authority: CN
Inventors: 苏良勇; 范麟; 王露; 万天才; 陈昆
Original assignee: CHONGQING SOUTHWEST INTEGRATED-CIRCUIT DESIGN Co Ltd
Current assignee: CHONGQING SOUTHWEST INTEGRATED-CIRCUIT DESIGN Co Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-21

Abstract

本实用新型公开了一种过压过流保护电路，包括过流检测电路和过压检测电路，其特征在于：该过压过流保护电路还设置有触发电路、状态保持电路和开关电路；所述触发电路接收过流检测电路和过压检测电路输出的控制信号，当出现过压信号时，过压检测电路输出控制信号控制开关电路断开；当出现过流信号时；过流检测电路输出控制信号控制开关电路断开；所述开关电路连接在电源输出与该保护电路的输出之间，所述开关电路的控制端接收所述触发电路和状态保持电路输出的控制信号；所述开关电路由状态保持电路启动后导通，当出现过压或过流信号时，所述触发电路控制开关电路断开，并且所述状态保持电路使开关电路保持断开状态不变。

Description

一种过压过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路，具体涉及一种过压过流保护电路。

背景技术

不管是芯片、模块、还是整机，为了提高产品的可靠性，在出厂前大多数产品都需要经过老炼过程，有的产品还需要进行寿命试验。然而老炼或寿命试验所用稳压电源的工作电流大、温度高、老炼时间长，老炼过程如果发生过压、过流的情况，轻者造成电路的烧毁，重者引发大的事故。因此，对老炼的电路进行过压和过流保护是非常必要的。

目前市场过压过流保护电路很多，但由于使用场合不一样，用途不一样，要求也就不一样。目前市面上的过压过流保护电路中包含继电器和半导体开关两种，继电器属于机械式开关、具有体积大、成本高、电流小、开关速度慢、寿命短的缺点，制约了应用的范围；

参见图1，图1是一款比较成熟的过压保护电路。图1电路瞬态工作电压最大值为72V，从图中可以看出，MOSFET采用N沟道场效应管，当芯片检测到电压低于设定的阀值时，MOSFET栅极为高电平，MOSFET漏极和源极之间通道打开；当芯片检测到电压高于设定的阀值时，MOSFET栅极电压变低，MOSFET漏极和源极之间通道关断。根据MOSFET的工作原理，Vth通常大于2V，这意味着输入电压要比输出电压高出2V以上才能导通，Vgs电压越高，导通电阻越小。由于电路结构限制，N沟道MOSFET一直处于线性工作区而非饱和区，Vds始终保持2V以上的电压。通常，一块老炼板上需要安装数十只电路，一次需要老化多块老炼板，总的电流少则几安，多则几十安。假定老化板共有10A的电流，Vth为2V，根据公式P=V*A，那么MOSFET的功耗至少在20W以上，功耗太大。因此，受电路结构的影响，图1方案只能用在电流比较小的场合。并且，如果老炼板保护电路采用图1方案，由于使用N沟道MOSFET，电路的结构形式决定了安装在老炼板保护电路的MOSFET功耗特别大，而老炼试验的环境温度本来就较高，这将对MOSFET有更加苛刻的散热要求，每次老炼前，都需要根据电流的大小，重新考虑MOSFET的指标是否满足要求，极大地限制了应用。另外，老炼过程通常需要连续几天甚至一个月，当老炼板发生过压的情况时，需要迅速切断电流回路，为了保护电路后面的电路不会二次烧毁，最为妥当的方法是切断电流回路，待巡查人员检查并排除故障后再恢复通电。由于该电路采用N沟道MOSFET，不包含过流保护电路，也不能在过压情况下持续切断电流回路，因此不适合作为老炼用保护电路。

另外，市面上还有采用保险丝和晶闸管方式实现过压和过流保护，由于使用的保险丝电流规格比较大、品种较多、尺寸也不一样，因此需要根据保险丝尺寸大小制作多种PCB方案；同时，保险丝熔断后由于不可恢复，不能继续重复使用，处理现场情况时必须准备足够数量的保险丝，阀值电压的调试不方便，电路的初期成本虽然较低，但保险丝的电流规格较大，价格也不低，后期维护成本很高。

因此，目前国内和国际市场上还没有一款适合老炼用的专用保护电路，只能依靠电源自身的限流功能达到保护的目的，但由于稳压电源长期工作在非常重的负荷条件，电源输出电压不稳定，电流大小不能精确调整。另外，老化线路存在接触电阻和线路本身电阻，输出电流通常从几安培到几十安培，电流越大，电压变化的范围越大，对于电压适应范围较窄的产品，极有可能被烧毁，并引起连锁反应。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种过压过流保护电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，一种过压过流保护电路，包括过流检测电路和过压检测电路，其特点是：该过压过流保护电路还设置有触发电路、状态保持电路和开关电路；

所述触发电路接收过流检测电路和过压检测电路输出的控制信号，当出现过压信号时，过压检测电路输出控制信号控制开关电路断开；当出现过流信号时；过流检测电路输出控制信号控制开关电路断开；

所述开关电路连接在电源输出与该保护电路的输出之间，所述开关电路的控制端接收所述触发电路和状态保持电路输出的控制信号；所述开关电路由状态保持电路启动后导通，当出现过压或过流信号时，所述触发电路控制开关电路断开，并且所述状态保持电路使开关电路保持断开状态不变；当需要使所述开关电路重新导通时，手动控制所述状态保持电路输出控制信号使所述开关电路重新导通。

本实用新型在出现过流或过压状态时，能迅速切断电源，并通过设置状态保持电路在该保护电路发生保护动作后一直保持断开状态，不需要安装保险管，直到巡查人员检查并修复外部故障后，又通过手动控制所述状态保持电路使该保护电路启动恢复通电。本电路结构简单，成本低，使用安全方便。

根据本实用新型所述的一种过压过流保护电路的一种优选方案，所述触发电路为施密特触发电路，可以保证在任何输入电压条件范围，触发电路始终处于开关工作状态，避免开关电路进入线性工作区而烧毁。

根据本实用新型所述的一种过压过流保护电路的一种优选方案，所述状态保持电路包括电阻一、电阻二、电阻七、按钮和开关管二，其中，电阻一、电阻二串联连接，串联后一端接保护电路的输出，另一端接地；电阻一和电阻二的连接节点与开关管二的一端连接，开关管二的二端通过电阻七接地，开关管二的三端连接所述开关电路的控制端；按钮连接电源输出与该保护电路的输出之间。

该状态保持电路设计巧妙，当出现过压或过流信号使开关电路断开后，该状态保持电路能使开关电路保持断开状态不变；并且通过手动按动按钮，又能使开关电路从断开切换到导通状态。

根据本实用新型所述的一种过压过流保护电路的一种优选方案，所述触发电路包括开关管二、开关管三和电阻七，开关管二的一端连接过流检测电路的输出；开关管三的一端连接过压检测电路的输出，开关管三的二端通过电阻七接地，开关管三的三端与开关管二的一端连接。

该触发电路采用施密特触发电路，并且，与状态保持电路共用开关管二，使电路结构更加简单，进一步降低了产品成本。

根据本实用新型所述的一种过压过流保护电路的一种优选方案，所述开关管二、三是三极管；所述电阻一和电阻二的连接节点与三级管二的基级以及三极管三的集电极连接，并同时连接所述过流检测电路的输出；所述三级管二、三极管三的发射极均通过所述电阻七接地，所述三级管二的集电极连接所述开关电路的控制端；所述三极管三的基极连接所述过压检测电路的输出。

根据本实用新型所述的一种过压过流保护电路的一种优选方案，所述开关电路包括P-MOSFET管，P-MOSFET管的源极接电源输入，P-MOSFET管的漏极接该保护电路的输出，P-MOSFET管的栅极连接三级管二的集电极，按钮连接在P-MOSFET管的漏极和源极之间。采用P-MOSFET管，功耗低，通过电流大，电压调整范围宽；对于16A以上的电流，还可以通过简单并联MOSFET管方式扩展电流的大小。

本实用新型所述的一种过压过流保护电路的有益效果是：本实用新型在出现过流或过压状态时，能迅速切断电源，并通过设置状态保持电路在该保护电路发生保护动作后一直保持断开状态，不需要安装保险管，直到巡查人员检查并修复外部故障后，又通过手动控制所述状态保持电路使该保护电路启动恢复通电；本实用新型电路结构简单，使用安全方便，功耗低，可靠性高，保护电流和保护电压能根据需要自行调整，并具有体积小、电流大、电压调整范围宽、调整方便、动作灵敏、成本低廉的特点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是现有技术中过压保护电路。

图2是本实用新型所述的一种过压过流保护电路的原理框图。

图3是本实用新型所述的一种过压过流保护电路的原理图。

具体实施方式

参见图2、图3，一种过压过流保护电路，由过流检测电路1、过压检测电路2、触发电路4、状态保持电路5和开关电路3构成；

所述触发电路4接收过流检测电路1和过压检测电路2输出的控制信号，当出现过压信号时，过压检测电路2输出控制信号控制开关电路3断开；当出现过流信号时；过流检测电路1输出控制信号控制开关电路3断开；

所述开关电路3连接在电源输出与该保护电路的输出之间，所述开关电路3的控制端接收所述触发电路4和状态保持电路5输出的控制信号；所述开关电路3由状态保持电路5启动后导通，当出现过压或过流信号时，所述触发电路4控制开关电路3断开，并且所述状态保持电路5使开关电路3保持断开状态不变；当需要使所述开关电路3重新导通时，手动控制所述状态保持电路5输出控制信号使所述开关电路3重新导通。

其中，所述触发电路为施密特触发电路，可以保证在任何输入电压条件范围，触发电路4始终处于开关工作状态，避免开关电路3进入线性工作区而烧毁。

所述状态保持电路5包括电阻一、电阻二、电阻七、按钮和开关管二，其中，电阻一、电阻二串联连接，串联后一端接保护电路的输出，另一端接地；电阻一和电阻二的连接节点与开关管二的一端连接，开关管二的二端通过电阻七接地，开关管二的三端连接所述开关电路3的控制端；按钮连接电源输出与该保护电路的输出之间。

所述触发电路4包括开关管二、开关管三和电阻七，开关管二的一端连接所述过流检测电路1的输出；开关管三的一端连接所述过压检测电路2的输出，开关管三的二端通过电阻七接地，开关管三的三端与开关管二的一端连接。

当所述开关管二、三采用三极管时，所述电阻一和电阻二的连接节点与三级管二的基级以及三极管三的集电极连接，并同时连接所述过流检测电路1的输出；所述三级管二、三极管三的发射极均通过所述电阻七接地，所述三级管二的集电极连接所述开关电路3的控制端；所述三极管三的基极连接所述过压检测电路2的输出。

参见图3，在具体实施例中，所述过流检测电路包括取样电阻R6、电容C2、过流检测元件U1，所述过压检测电路包括可调电阻R5、电容C3，所述状态保持电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R7、按钮S1和开关管Q2，所述触发电路包括开关管Q2、Q3、二极管D2、D3和电阻R7，所述开关电路由P-MOSFET管Q1、电阻R4构成；选用HEX P-MOSFET作为电流开关，实现低至1.5V的阀值保护电压和低电阻、大电流条件；使用P-MOSFET方案使开关工作在饱和和截止两种工作方式，降低开关的功耗；保证MOSFET开关管不会工作在线性工作区而烧毁MOSFET开关管。其中，P-MOSFET管Q1的源极接电源输入，P-MOSFET管Q1的漏极接保护电路的输出，P-MOSFET管Q1的栅极接三极管Q2的集电极；电阻R4连接在P-MOSFET管Q1的栅极和漏极之间，按钮S1连接在MOSFET管Q1的漏极和源极之间。

过流检测元件U1选用PT公司生产的PT7M6101，其翻转电平低至100mV，可以大大减小电流取样电阻R6，降低取样电阻的功耗，保证小的取样电阻及小的电阻功耗，满足大电流检测条件。

电阻R1、电阻R2串联接于保护电路的输入和地之间，电阻R1和电阻R2的连接节点同时与三极管Q2的基极、三极管Q3的集电极以及过流检测元件U1的输出端OV连接，三极管Q2的发射极通过电阻R7接地，三极管Q3的基极通过二极管D2、D3连接可调电阻R5的抽头端，三极管Q3的发射极通过电阻R7接地。

将按钮S1与P-MOSFE管Q1T漏源极并联，状态保持电路放在P-MOSFET后级，此电路结构保证电路在保护动作后一直保持断开状态，直到巡查人员检查并修复故障后才恢复通电。

电路工作原理如下：

断开状态维持：当MOSFET管Q1处于断开状态时，过流检测元件U1、电阻R1、R2没有电流，三极管Q3不管是否导通，三极管Q2始终处于截止状态，MOSFET管Q1维持断开状态不变。

导通状态维持：首先通过按钮S1接通MOSFET管Q1漏极和源极，电阻R1、R2得到电源电流，并通过分压向三极管Q2基极供电，三极管Q2处于饱和导通状态，MOSFET管Q1饱和导通。按钮S1放开后，电源通过MOSFET管Q1持续为电阻R1、R2供电，三极管Q2一直处于饱和导通状态，MOSFET管Q1一直保持导通状态。

当过流或过压保护电路动作后，开关电路处于断开状态，需要手工开启按钮S1，开关电路才能重新回到导通状态。

过压保护：电容C2用于调整过流保护的灵敏度，电容C3用于调整过压保护的灵敏度，需要根据电源的波动范围、电压和电流的噪声电平进行调整，可调整的动作时间范围为5uS～100mS。三极管Q2、Q3、电阻R7构成施密特触发电路，控制MOSFET管Q1的关断。

过压保护的阀值电压为：

Vt=Vd1+Vd2+Vbe+Vr7；

其中：

①Vr7为三极管Q2饱和时电阻R7上的电压，电压值为：(Vin-Vsat)*(R7/(R7+R4))，Vsat≈0.3V，Vsat为三极管Q2饱和压降；Vin为电源输入电压；

②Vd1≈Vd2≈Vbe≈0.7V，V d1、Vd2分别为二极管D2、D3的正向压降，Vbe为三极管Q3的be结正向压降；串联的二极管数量可以根据过压保护阀值电压的大小增减，或用稳压二极管代替。

阀值电压调整方法：将稳压电源输出电压调整到动作电压，按动按钮S1使MOSFET管Q1导通，然后调整可调电阻R5，直到保护电路动作，MOSFET管Q1关断，LED灯D4熄灭，调试过程结束。

过流保护：过流检测元件U1采用PT7M6101，动作电压为100mV，在没有动作时，过流检测元件U1输出端处于高阻状态，不影响过压保护电路。电路中电阻R6为电流取样电阻，当电阻R6两端的电压达到100mV以上时，PT7M6101动作，PT7M6101的输出端将由高阻状态转换为‘0’电平，三极管Q2截止，MOSFET管Q1开关断开。取样电阻的大小由电路的最大电流值来决定，采用以下公式进行计算：

R=0.1V/Imax。

本方案MOSFET开关在正常工作时处于深度饱和导通状态，功耗低，通过电流大，可调整的保护电压可以低至1.5V以下，调整方便，对于16A以上的电流，MOSFET管Q1还可以通过简单并联方式扩展电流的大小。保护电路动作后MOSFET管Q1持续保持断开状态，必须通过按钮S1重新开启保护电路，这符合保护要求的特点。由于本方案具有体积小、电流大、电压调整范围宽、调整方便、动作灵敏、成本低廉的特点，可以满足大多数老炼板保护电路的应用。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但是，本实用新型保护的不仅限于具体实施方式的范围。

Claims

1.一种过压过流保护电路，包括过流检测电路(1)和过压检测电路(2)，其特征在于：该过压过流保护电路还设置有触发电路(4)、状态保持电路(5)和开关电路(3)；

所述触发电路(4)接收过流检测电路(1)和过压检测电路(2)输出的控制信号，当出现过压信号时，过压检测电路(2)输出控制信号控制开关电路(3)断开；当出现过流信号时；过流检测电路(1)输出控制信号控制开关电路(3)断开；

所述开关电路(3)连接在电源输出与该保护电路的输出之间，所述开关电路(3)的控制端接收所述触发电路(4)和状态保持电路(5)输出的控制信号；所述开关电路(3)由状态保持电路(5)启动后导通，当出现过压或过流信号时，所述触发电路(4)控制开关电路(3)断开，并且所述状态保持电路(5)使开关电路(3)保持断开状态不变；当需要使所述开关电路(3)重新导通时，手动控制所述状态保持电路(5)输出控制信号使所述开关电路(3)重新导通。

2.根据权利要求1所述的一种过压过流保护电路，其特征在于：所述触发电路(4)为施密特触发电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种过压过流保护电路，其特征在于：所述状态保持电路(5)包括电阻一、电阻二、电阻七、按钮和开关管二，其中，电阻一、电阻二串联连接，串联后一端接保护电路的输出，另一端接地；电阻一和电阻二的连接节点与开关管二的一端连接，开关管二的二端通过电阻七接地，开关管二的三端连接所述开关电路(3)的控制端；按钮连接电源输出与该保护电路的输出之间。

4.根据权利要求3所述的一种过压过流保护电路，其特征在于：所述触发电路(4)包括开关管二、开关管三和电阻七，开关管二的一端连接所述过流检测电路(1)的输出；开关管三的一端连接所述过压检测电路(2)的输出，开关管三的二端通过电阻七接地，开关管三的三端与开关管二的一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种过压过流保护电路，其特征在于：所述开关管二、三是三极管；所述电阻一和电阻二的连接节点与三级管二的基级以及三极管三的集电极连接，并同时连接所述过流检测电路(1)的输出；所述三级管二、三极管三的发射极均通过所述电阻七接地，所述三级管二的集电极连接所述开关电路(3)的控制端；所述三极管三的基极连接所述过压检测电路(2)的输出。

6.根据权利要求5所述的一种过压过流保护电路，其特征在于：所述开关电路包括P-MOSFET管，P-MOSFET管的源极接电源输入，P-MOSFET管的漏极接该保护电路的输出，P-MOSFET管的栅极连接三级管二的集电极，按钮连接在P-MOSFET管的漏极和源极之间。