CN206834717U

CN206834717U - 一种直流过流保护电路

Info

Publication number: CN206834717U
Application number: CN201720715497.4U
Authority: CN
Inventors: 王龙林
Original assignee: Shenzhen Zhengtong Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhengtong Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-19

Abstract

本实用新型公开了一种直流过流保护电路，本实用新型通过将第一分压电路与第二分压电路的输出电压作为电压比较器的输入端，使所述电压比较器输出相应的电平，由所述电压比较器的输出电平来决定开关电路的通断，从而实现对待保护电路的过流保护。本实用新型设计原理简单，并且由于通过电压比较器的输出电平来决定开关电路的通断，具有快速响应和设计成本低的特点。

Description

一种直流过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其一种直流过流保护电路。

背景技术

在传统电路技术领域，过流保护电路是一种可以在流经电流过大的情况下对整个电路进行保护的一种电路。常用的过流保护电路方案有NTC电阻方案、保险丝方案、限流保护芯片方案以及限流MOSFET方案。

NTC电阻方案，这种方案是在待保护电路中串联负温度系数热敏电阻，这样在冷启动时，由于温度低，电阻大，启动电流较小；启动之后电阻温度上升，阻值下奖，不会影响正常运行，但NTC电阻方案，仅仅是针对冷启动有效，对电源中断后马上启动的情况无效；况且所承受的电流有限，一般在4A以下。

保险丝方案，这种方案是在待保护电路输入前端串联自恢复保险丝或熔断型保险丝，这种设计简单，也是最常用的一种处理方式，但保险丝方案，响应速度不够快，当有多个电路或设备并联在同一个电源上使用时，其中一个电路出现过流时会影响到其他电路的正常工作；比如，当过流保护电路1出现短路时，因保险丝的响应速度不够快，所以在保险丝还未完全起作用时，过流保护电路2/3/n已经待影响至电源异常，从而导致过流保护电路2/3/n工作异常。同时，当待保护电路的电压偏高、电流偏大时，所需要的成本也会过高。

限流保护芯片方案，在待保护电路前端增加特殊的限流保护芯片，但限流保护芯片方案，该方案采用限流保护芯片设计简单，稳定可靠，各个待保护电路或设备之间不会相互影响。但是，当待保护电路的电压高于12V，电流大于2A时(比如：24V/2A)，限流保护芯片几乎无法做到，即使有这样的保护芯片，价格也是相当昂贵，不切合实际应用。

限流MOSFET方案，使MOS管工作在线性区域，使电压维持在设定电压处，以起到限制输出电流的作用，但限流MOSFET方案，在线性区域工作时间较长，就可能超过参数表安全工作区中规定的时间，造成MOS管损坏，所以限流MOSFET方案一般只用在小功率电路中，且设计原理较为复杂。

上述各种方案，限流保护电路响应速度不够快，实现高压大电流保护的设计成本高。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种直流过流保护电路，旨在解决限流保护电路响应速度不够快，实现高压大电流保护的设计成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种直流过流保护电路，一种直流过流保护电路，其特征在于，所述直流过流保护电路包括：电压比较器、第一阻抗电路、第一分压电路、第二分压电路和开关电路；

所述开关电路的第一端与电源电压相连，所述第一阻抗电路的第一端及所述开关电路的第二端分别与所述第一分压电路的第一端相连，所述第一阻抗电路的第二端与所述第二分压电路的第一端相连，所述第一分压电路的第二端和所述第二分压电路的第二端分别接地，所述第二分压电路的分压输出端与所述电压比较器的正输入端相连，所述第一分压电路的分压输出端与所述电压比较器的负输入端相连，所述电压比较器的输出端与所述开关电路的控制端相连，所述第一阻抗电路的第二端和所述第二分压电路的第一端之间的连接点作为待保护电路的输入端。

优选地，所述第一分压电路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一电阻R1的第一端和所述第二电阻R2的第一端相连，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间的连接点作为所述第一分压电路的分压输出端；

所述第一阻抗电路的第一端及所述开关电路的第二端分别与所述第一电阻R1的第二端相连，所述第二电阻R2的第二端接地。

优选地，所述第二分压电路包括：第三电阻R3和第四电阻R4；

所述第三电阻R3的第一端和所述第四电阻R4的第一端相连，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间的连接点作为所述第二分压电路的分压输出端；

所述第一阻抗电路的第二端与所述第三电阻R3的第二端相连，所述第四电阻R4的第二端接地。

优选地，所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值等于所述第四电阻R4的阻值。

优选地，所述电压比较器的输出端连接第五电阻R5的第一端，所述第五电阻R5的第二端连接稳压电压。

优选地，所述开关电路包括：MOS管M1、三极管Q1、第三分压电路、第二阻抗电路和第三阻抗电路；

所述MOS管M1的源极与电源电压连接，所述MOS管M1的漏极与所述第一阻抗电路的第一端相连，所述MOS管M1的栅极与所述第二阻抗电路的第一端相连，所述第二阻抗电路的第二端与所述三极管Q1的集电极相连，所述三极管Q1的基极作为开关电路的控制端、且与所述电压比较器的输出端相连，所述三极管Q1的发射极接地，所述第三分压电路的第一端与所述电源电压相连，所述第三分压电路的第二端接地，所述第三分压电路的分压输出端与所述三极管Q1的基极相连，所述第三阻抗电路的第一端与所述电源电压相连，所述第三阻抗电路的第二端与所述MOS管M1的栅极相连。

优选地，所述第二阻抗电路包括第六电阻R7；

所述MOS管M1的栅极与所述第六电阻R7的第一端相连，所述第六电阻R7的第二端与所述三极管Q1的集电极相连。

优选地，所述第三分压电路包括：第七电阻R6和第八电阻R8；

所述第七电阻R6的第一端和所述第八电阻R8的第一端相连，所述第七电阻R6和所述第八电阻R8之间的连接点作为所述第三分压电路的分压输出端，所述第八电阻R8的第二端接地，所述第七电阻R6的第二端与所述电源电压相连。

优选地，所述第三阻抗电路包括：第九电阻R9；

所述电源电压与所述第九电阻R9的第一端相连，所述第九电阻R9的第二端与所述MOS管M1的栅极相连。

优选地，所述第一阻抗电路包括第十电阻R10，所述第十电阻R10的第一端与所述开关电路的第二端相连，所述第十电阻R10的第二端与所述第二分压电路的第一端相连。

附图说明

图1为本实用新型一种直流过流保护电路第一实施例的电路框图；

图2为本实用新型一种直流过流保护电路第二实施例的电路原理图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，图1为本实用新型一种直流过流保护电路第一实施例的电路框图。

如图1所示，所述直流过流保护电路包括：电压比较器101、第一阻抗电路102、第一分压电路103、第二分压电路104和开关电路105；

所述开关电路105的第一端与电源电压相连，所述第一阻抗电路102的第一端及所述开关电路105的第二端分别与所述第一分压电路103的第一端相连，所述第一阻抗电路102的第二端与所述第二分压电路104的第一端相连，所述第一分压电路103的第二端和所述第二分压电路104的第二端分别接地，所述第二分压电路104的分压输出端与所述电压比较器101的正输入端相连，所述第一分压电路103的分压输出端与所述电压比较器101的负输入端相连，所述电压比较器101的输出端与所述开关电路105的控制端相连，所述第一阻抗电路102的第二端和所述第二分压电路104的第一端之间的连接点作为待保护电路的输入端。

可理解的是，所述第一分压电路103对所述第一阻抗电路102的第一端处的电压VO1进行分压，所述第一分压电路103的分压输出端输出第一电压V2，即V2＝K*VO1，K为所述第一分压电路103的分压输出端处的分压比例；所述第二分压电路104对所述待保护电路的输入端的电压VOUT进行分压，所述第二分压电路104的分压输出端输出第二电压V1，即V1＝L*VOUT，L为所述第二分压电路104的分压输出端处的分压比例。

在具体实现时，可以通过设置所述第一分压电路103的分压输出端处的分压比例K等于所述第二分压电路104的分压输出端处的分压比例L，即K＝L，那么，所述第一分压电路103输出端输出的第一电压V2和所述第二分压电路104输出端输出的第二电压V1之间的差值：

V2-V1＝K*VO1-L*VOUT＝K*(VO1-VOUT)。

需要说明的是，可以通过设置所述第一分压电路103的总电阻比所述第一阻抗电路102的总电阻R大(比如：大六个数量级)，使所述第一分压电路103的电流相对于所述第一阻抗电路102的电流可以忽略不计，则所述第一阻抗电路102的电流等于待保护电路的负载电流I，那么，VO1-VOUT＝R*I，则，V2-V1＝K(VO1-VOUT)＝K*R*I，可知，所述第一分压电路103输出端输出的第一电压V2与所述第二分压电路104输出端输出的第二电压V1之间的差值与所述待保护电路的负载电流I成比例关系，比例系数为K*R。

可理解的是，设计电路时，可以通过设置所述第一阻抗电路102的总电阻R的值，使得当所述待保护电路的负载电流I等于所述待保护电路的最大负载电流I_max时，所述第一分压电路103输出端输出的第一电压V2与所述第二分压电路104输出端输出的第二电压V1之间的差值等于电压比较器101的翻转电压V_ov，所述电压比较器101的翻转电压V_ov可以通过阅读所述电压比较器101的芯片资料获取，则所述第一分压电路103的分压输出端处的分压比例K及所述第二分压电路104的分压输出端处的分压比例L也可以相应的计算出来，从而设计出相应的所述第一分压电路103和所述第二分压电路104。

应理解的是，所述开关电路，可设计为通过高低电平来控制所述开关电路的通断，在实际运用时，可以是实现此功能的电子元器件，也可以是实现此功能的电路设计。

在上述方案设计的电路中，当所述待保护电路的负载电流I超过所述待保护电路的最大负载电流I_max时，所述第二电压V2和所述第一电压V1之间的差值超过所述电压比较器101的翻转电压V_ov，所述电压比较器101输出低电平，所述开关电路105断开，使所述待保护电路的输入电压VOUT为零，所述待保护电路停止工作。

本实施例，通过将所述第一分压电路103的分压输出端输出的第一电压V2与所述第二分压电路104的分压输出端输出的第二电压V1之间的差值与所述电压比较器101的翻转电压V_ov进行比较，在所述第一分压电路103的分压输出端输出的电压与所述第二分压电路104的分压输出端输出的电压之间的差值超过所述电压比较器101的翻转电压V_ov时，电压比较器101输出低电平，所述开关电路105断开，使所述待保护电路的输入电压为零，所述待保护电路停止工作，从而实现所述待保护电路的过流保护。

本实施例通过将第一分压电路与第二分压电路的输出电压作为电压比较器的输入端，使所述电压比较器输出相应的电平，由所述电压比较器的输出电平来决定开关电路的通断，从而实现对待保护电路的过流保护。本实施例设计原理简单，并且通过电压比较器的输出电平来决定开关电路的通断，具有快速响应和设计成本低的特点。

进一步地，如图2所示，基于第一实施例提出本实用新型一种直流过流保护电路第二实施例。

在本实施例中，所述第一分压电路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；

为了减少设计成本，本实施例中，所述第一分压电路由所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联而成，通过设置所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值，来实现分压比例的调整。

可理解的是，所述第一分压电路的分压输出端输出的第一电压为V2，V2＝VO1*R2/(R1+R2)，可知，改变R1或R2的阻值，可以得到不同比例的分压，所述第一分压电路的分压输出端输出的第一电压V2作为所述电压比较器U1A的负输入端的输入。

应理解的是，通过第一分压电路将所述第一阻抗电路的第一端处的电压VO1进行分压转化成能适用于所述电压比较器U1A的电压，因为电源电压VIN可能通常比较大，不能直接作为所述电压比较器U1A的负输入端，通过所述第一分压电路的分压，可以输出合适的电压，作为所述电压比较器U1A的负输入端的输入，保证所述电压比较器U1A的正常工作。

为了减少设计成本，本实施例中，所述第二分压电路包括：第三电阻R3和第四电阻R4；

所述第二分压电路由所述第三电阻R3和所述第四电阻R4串联而成，通过设置所述第三电阻R3的阻值和所述第四电阻R4的阻值，来实现分压比例的调整。

可理解的是，所述第二分压电路的分压输出端输出的第二电压为V1，V1＝VOUT*R4/(R3+R4),所述第二分压电路的分压输出端输出的第二电压V1作为所述电压比较器U1A的正输入端的输入。

应理解的是，通过第二分压电路将所述待保护电路的输入端的电压VOUT进行分压转化成能适用于所述电压比较器U1A的电压，因为所述待保护电路的输入端的电压VOUT可能通常比较大，不能直接作为所述电压比较器U1A的正输入端，通过所述第二分压电路的分压，可以输出合适的电压，作为所述电压比较器U1A的正输入端的输入，保证所述电压比较器U1A的正常工作。

所述第一分压电路和所述第二分压电路可以是其他的电路设计，本实施例对此不加以限制。

为了简化电路设计，所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值等于所述第四电阻R4的阻值，从而所述第一分压V2及所述第二分压V1之间的差值与所述待保护电路的负载电流成比例关系。

所述第一分压电路对所述第一阻抗电路的第一端处的电压VO1进行分压，所述第一分压电路的分压输出端输出的第一电压V2，即：V2＝VO1*R2/(R1+R2)，R2/(R1+R2)为所述第一分压电路的分压输出端处的分压比例；所述第二分压电路对所述待保护电路的输入端的电压VOUT进行分压，所述第二分压电路的分压输出端输出的第二电压V1，即：V1＝VOUT*R4/(R3+R4)，R4/(R3+R4)为所述第二分压电路的分压输出端处的分压比例。

可理解的是，所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值等于所述第四电阻R4的阻值，则所述第一分压电路的分压输出端处的分压比例等于所述第二分压电路的分压输出端处的分压比例，即：R2/(R1+R2)＝R4/(R3+R4)，那么，所述第一分压电路输出端输出第一电压V2和所述第二分压电路输出端输出第二电压V1之间的差值：V2-V1＝VO1*R2/(R1+R2)-VOUT*R4/(R3+R4)＝(VO1-VOUT)*R2/(R1+R2)。

可以通过设置所述第二分压电路的总电阻(R3+R4)比所述第一阻抗电路总电阻值R大(比如：大六个数量级)，使所述第二分压电路的电流相对于所述第一阻抗电路的电流可以忽略不计，则所述第一阻抗电路的电流近似等于待保护电路的负载电流I，那么，VO1-VOUT＝I*R。

则，V2-V1＝(VO1-VOUT)*R2/(R1+R2)＝I*R*R2/(R1+R2)，可知，所述第一分压电路输出端输出第一电压V2与所述第二分压电路输出端输出第二电压V1之间的差值与所述待保护电路的负载电流成比例关系，比例系数为R*R2/(R1+R2)。

通过设计所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值等于所述第四电阻R4的阻值，使得所述第一分压电路输出端输出第一电压V2和所述第二分压电路输出端输出第二电压V1之间的差值与所述第一阻抗电路的第一端处的电压VO1和所述待保护电路的输入端的电压VOUT之间的差值成比例关系，而所述第一阻抗电路的第一端处的电压VO1和所述待保护电路的输入端的电压VOUT之间的差值与所述待保护电路的负载电流I成比例关系，从而使得所述第一分压电路输出端输出第一电压V2和所述第二分压电路输出端输出第二电压V1之间的差值与所述待保护电路的负载电流I成比例关系。

为了保证所述电压比较器U1A的输出端输出的电压VOUT_EN能输出稳定的高电平，所述电压比较器的输出端连接第五电阻R5的第一端，所述第五电阻R5的第二端连接稳压电压。

可理解的是，设计在所述电压比较器的输出端连接上拉电阻，即所述第五电阻R5，所述第五电阻R5的第二端连接稳压电压(可以为5V)，保证所述电压比较器U1A的输出端输出的电压VOUT_EN能输出稳定的高电平。

为了实现由高低电平来控制所述开关电路的通断，所述开关电路包括：MOS管M1、三极管Q1、第三分压电路、第二阻抗电路和第三阻抗电路；

当电源电压VIN首次输入时，所述第三分压电路的分压输出电压大于所述三极管Q1的导通电压，所述三极管Q1导通，此时所述MOS管M1的栅极电压小于所述MOS管M1的源极电压，满足所述MOS管M1的导通条件，所述MOS管M1导通，即所述开关电路导通，所述MOS管M1的压降可忽略，此时所述第一阻抗电路的第一端处的电压VO1等于电源电压VIN，所述电压比较器U1A输出端输出的电压VOUT_EN为高电平，所述待保护电路的输入端的电压VOUT正常输入，所述待保护电路正常工作。

在被保护电流的负载电流I超过所述待保护电路的最大负载电流I_max时，所述第二电压V2和所述第一电压V1之间的差值超过所述电压比较器U1A的翻转电压V_ov，所述电压比较器U1A的输出端输出的电压VOUT_EN为低电平，所述三极管Q1截止，所述第二阻抗电路和所述第三阻抗电路无电流，从而不满足所述MOS管M1的导通条件，所述MOS管M1截止，即所述开关电路断开，使所述待保护电路的输入电压VOUT为零，所述待保护电路停止工作，从而实现了过流保护。

所述开关电路通过采用MOS管的导通及截止来实现所述开关电路的通断，具有能承受高电压、大电流的特点。

为了简化设计，所述所述第二阻抗电路包括第六电阻R7；

所述第六电阻R7，可起到限流保护作用，在电流过大时能保护所述三极管Q1不被烧坏，延长三极管Q1的寿命。

为了降低设计成本，所述第三分压电路包括：第七电阻R6和第八电阻R8；

所述第三分压电路也可以是其他的电路设计，本实施例对此不加以限制。

当电源电压VIN首次输入时，所述第三分压电路的分压输出端输出电压为VIN*R8/(R6+R8)，通过设计所述第七电阻R6和所述第八电阻R8的阻值，使得所述第三分压电路的分压输出端输出电压为VIN*R8/(R6+R8)大于所述三极管Q1的导通电压，从而所述三极管Q1导通，所述MOS管M1导通，所述待保护电路的输入端的电压VOUT正常输入，所述待保护电路正常工作。

为了简化设计及降低成本，所述第三阻抗电路包括：第九电阻R9；

所述第九电阻R9为保证所述MOS管M1能输出稳态电压，从而保证在所述MOS管M1导通时，能输出稳定的电压至所述待保护电路，保证所述待保护电路的正常工作。

所述第一阻抗电路包括第十电阻R10，所述第十电阻R10的第一端与所述开关电路的第二端相连，所述第十电阻R10的第二端与所述第二分压电路的第一端相连。

可以通过设置所述第二分压电路的总电阻(R3+R4)比所述第十电阻R10的阻值大(比如：大六个数量级)，使所述第二分压电路的电流相对于所述第一阻抗电路的电流可以忽略不计，则所述第十电阻R10上的电流等于待保护电路的负载电流I，那么，VO1-VOUT＝I*R10。

则，V2-V1＝(VO1-VOUT)*R2/(R1+R2)＝I*R10*R2/(R1+R2)，可知，所述第一分压电路输出端输出第一电压V2与所述第二分压电路输出端输出第二电压V1之间的差值与所述待保护电路的负载电流成比例关系，比例系数为R10*R2/(R1+R2)。

在具体实现时，也可以根据第一电阻R1、所述第三电阻R3、所述第二电阻R2和所述第四电阻R4的预设阻值及所述待保护电路的最大负载电流I_max，计算所述第十电阻R10的阻值，从而设计出所述过流直流保护电路。

本实施例公开了一种直流过流保护电路，本实施例的第一分压电路及第二分压电路采用简单的电阻串联实现分压，开关电路通过采用MOS管的导通及截止来实现所述开关电路的通断，具有设计原理简单，能承受高电压、大电流，快速响应和设计成本低的特点。

上述内容仅仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种直流过流保护电路，其特征在于，所述直流过流保护电路包括：电压比较器、第一阻抗电路、第一分压电路、第二分压电路和开关电路；

2.如权利要求1所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第一分压电路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；

3.如权利要求2所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第二分压电路包括：第三电阻R3和第四电阻R4；

4.如权利要求3所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第二电阻R2的阻值等于所述第四电阻R4的阻值。

5.如权利要求1～4中任一项所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述电压比较器的输出端连接第五电阻R5的第一端，所述第五电阻R5的第二端连接稳压电压。

6.如权利要求1～4中任一项所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述开关电路包括：MOS管M1、三极管Q1、第三分压电路、第二阻抗电路和第三阻抗电路；

7.如权利要求6所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第二阻抗电路包括第六电阻R7；

8.如权利要求6所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第三分压电路包括：第七电阻R6和第八电阻R8；

9.如权利要求6所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第三阻抗电路包括：第九电阻R9；

10.如权利要求1～4中任一项所述的直流过流保护电路，其特征在于，所述第一阻抗电路包括第十电阻R10，所述第十电阻R10的第一端与所述开关电路的第二端相连，所述第十电阻R10的第二端与所述第二分压电路的第一端相连。