CN206908273U

CN206908273U - 电源电流检测保护电路

Info

Publication number: CN206908273U
Application number: CN201720751538.5U
Authority: CN
Inventors: 奚志敏; 唐志杰
Original assignee: Giant Micro Power Technology (shenzhen) Co Ltd
Current assignee: Shenzhen giant Microelectronics Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2027-06-26

Abstract

本实用新型所涉及一种电源电流检测保护电路，包括检测电路，差分放大电路，延时保持电路，至少1个比较电路，辅助电源电路，参考基准电路，以及开关机控制信号端。工作时，利用检测电路检测被检测电流或压降，再利用差分放大电路将被检测的电流信号放大为电压信号V1，该电压信号V1通过延时保持电路，送到比较器电路，与参考电压Vref的比较，给出开关机控制信号。在此过程中，通过调整延时保持电路以及参考电压Vref参数，可以控制电源模块打嗝的周期与占空比D2，达到限制平均功率，使得能够使用在多种模块并联应用电源模块以及打嗝保护占空比大的电源模块，不仅能够正常短路过流保护，而且还可以防止短路过流时被控制负载的过载以及模块本身发热。

Description

电源电流检测保护电路

【技术领域】

本实用新型涉及到一种用于电源短路或过流保护方面的电源电流检测保护电路。

【背景技术】

随着社会不断进步和发展，伴随着电子产品日益普及到消费者生活圈。电源是电子产品正常运行过程中比不可少的一部分。然而，多个电子产品运行时难免出现短路故障或过流故障等现象发生。为了实现在短路或过流保护后能自动恢复，一般采用定时重新启动的模式。如图1所示，电源在t1时刻检测到短路或过流故障，t2时刻故障仍未消失则关断输出。电源关断一段时间T2后，t3重新启动，t4再次检测到短路，t5短路仍未消失则关断输出。t6重新启动，t7再次检测到短路，t8短路仍未消失则关断输出，如果故障一直存在，电源模块将开机T1时间，再关断T2时间，并一直以T为周期的打嗝的方式循环启动、保护，直到短路保护故障消失。这种定时重启与保护的模式，称之为打嗝保护模式。在模块过流时，电源模块的输入功率基本都输出给负载，根据其转换效率的不同，模块一般会消耗输入功率的(5％～15％)，但在模块短路时，电源模块的输出功率基本都损耗在模块本身:Ploss≈D1*Pin-max。所以，为了防止短路损耗过大，模块打嗝保护模式的占空比D1一般都很小，以保证模块在短路故障时，模块本身不过热。但这种打嗝保护的占空比D很小的模块，却不适合于并联使用以扩展功率。当负载大于单个模块的最大输出功率时，往往采用两个或多个相同的电源模块并联，组成电源系统，共同向负载供电。以打嗝保护模式进行短路过流保护的模块，在并联使用时，为了保证在最大负载时，电源系统能正常开机，模块打嗝保护的占空比必须大于0.5，即D1>0.5(一般取D1＝0.6)以保证各个模块有一段时间的开机时间是重叠的，可以一起分担后级的负载,从而保障整个电源系统能启动开机。如果各模块的过流保护没有打嗝重叠时间，则会导致多模块并联给大负载供电时，单个模块逐一保护，最终不能开机。如图2及图3所示，当D>0.5时，即使在最极端的条件下，也有一段时间，两个模块是有一段时间是重叠开机的，而在重叠的时间内，两个模块在开机过程中可以共同向负载供电，从而保障整个系统能顺利开机。虽然此种打嗝保护模式能够支持多模块并联的电源模块，但由于打嗝保护的D1>0.5，发生过流或短路时，功耗有两种情况：一种情况为：过流时，电源模块功率基本上输出给了负载，模块本身发热变化较小，但负载消耗了过多的功率，可能导致负载本身损坏或超温的安全事故。另一种情况为：当这种模块在输出短路时，由于短路点消耗功率很小，输入功率基本上被电源模块本身耗掉，此时模块的平均功耗很大，在短路一段时间后，模块本身的温度很快会上升到过温保护点，如果没有过温保护电路，则可能会引发模块本身超温的安全事故。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够使用在多种模块并联应用电源模块以及打嗝保护占空比大的电源模块的电源检测保护电路，该电源检测保护电路不仅能够正常短路过流保护，而且还可以防止短路过流时被控制负载的过载以及模块本身发热的目的。

为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所采用一种电源电流检测保护电路，其包括检测电路，差分放大电路，延时保持电路，至少1个比较电路，辅助电源电路，参考基准电路，以及开关机控制信号端；所述检测电路输出端与差分放大电路输入端连接，所述的差分放大电路输出端与延时保持电路输入端连接；所述延时保持电路输出端与比较电路输出端连接；所述的辅助电源分别与差分放大电路和比较电路连接；所述的参考基准电路与比较电路连接；所述开关机控制信号端与比较电路连接。

依据主要技术特征所述，所述检测电路包括负载电阻R27，分别连接于负载电阻R27上的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。

依据主要技术特征所述，所述检测电路包括MOS管Q1，并联于MOS管Q1两端的MOS管寄生二极管D9，分别连接于MOS管寄生二极管D9和MOS管Q1两端的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。

依据主要技术特征所述，所述差分放大电路包括运算放大器U3A,并联连接于运算放大器U3A负极端与输出端之间的电阻R30，运算放大器U3A正极端连接在电阻R23与电阻R24之间。

依据主要技术特征所述，所述延时保持电路包括连接于运算放大器U3A输出端上的二极管D9，连接在二极管D9上的电阻R32，连接于电阻R32上的电容C17，并联于电容C17两端的电阻R31。

依据主要技术特征所述，所述比较电路包括比较器U4A,连接于比较器U4A输入端上的电阻R34，电阻35，并联连接于电阻R35两端的电容C18，连接于电阻R34一端的电阻R36，该电阻R36另一端与参考基准电路连接，连接于电容C18一端的电阻R37,连接于电阻R37一端的开关机控制信号端ON\OFF。

依据主要技术特征所述，辅助电源电路包括信号端AUX1,信号端AUX0；连接于信号端AUX1上的二极管D7,连接于二极管D7上的电阻R21,连接于信号端AUX0上的二极管D8,连接于二极管D8上的电阻R22，分别连接于电阻R22另一端，电阻R21另一端上的电容C12，所述电容C12另一端接地，同时连接于电阻R21另一端上的电容C16，该电容C16另一端接地。

依据主要技术特征所述，参考基准电路包括MOS管寄生二极管ZD2，分别并联连接在MOS管寄生二极管ZD2两端的电阻R39，电容C19，连接于电阻R39另一端与MOS管寄生二极管ZD2之间的电阻R38，所述电容C19另一端接地。

本实用新型有益技术效果为：因所述检测电路输出端与差分放大电路输入端连接，所述的差分放大电路输出端与延时保持电路输入端连接；所述延时保持电路输出端与比较电路输出端连接；所述的辅助电源分别与差分放大电路和比较电路连接；所述的参考基准电路与比较电路连接；所述开关机控制信号端与比较电路连接。工作时，利用检测电路检测被检测电流或压降，再利用差分放大电路将被检测的电流信号放大为电压信号V1，该电压信号V1通过延时保持电路，送到比较器电路，通过被检测的电压与参考电压Vref的比较，给出开关机控制信号。在此过程中，通过调整延时保持电路以及参考电压Vref的参数，可以控制电源模块打嗝的周期与占空比D2，从而达到限制平均功率的目的。使得本实施例中所述电源电流检测保护电路能够使用在多种模块并联应用电源模块以及打嗝保护占空比大的

电源模块，该电源模块不仅能够正常短路过流保护，而且还可以防止短路过流时被控制负载的过载以及模块本身发热的目的。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为现有技术1个电源模块的打嗝保护的示意图；

图2为现有技术2个串联电源模块的打嗝保护的示意图。

图3为现有技术2个并联电源模块的打嗝保护的示意图；

图4为本实用新型中叠加系统打嗝保护的示意图；

图5为图4中系统打嗝保护的对应功率输出的示意图；

图6为本实用新型中一种模块与系统的打嗝保护叠加后的是示意图；

图7为本实用新型中另一种模块与系统的打嗝保护叠加后的是示意图；

图8为本实用新型中电源电流检测保护电路的方框图；

图9为本实用新型中第一种实施例电源电流检测保护电路的电路图；

图10为本实用新型中第二种实施例电源电流检测保护电路的电路图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图4至图9所示，下面结合第一种实施例说明一种电源电流检测保护电路，其包括检测电路，差分放大电路，延时保持电路，至少1个比较电路，辅助电源电路，参考基准电路，以及开关机控制信号端。所述检测电路输出端与差分放大电路输入端连接，所述的差分放大电路输出端与延时保持电路输入端连接；所述延时保持电路输出端与比较电路输出端连接；所述的辅助电源分别与差分放大电路和比较电路连接；所述的参考基准电路与比较电路连接；所述开关机控制信号端与比较电路连接。

所述检测电路包括负载电阻R27，分别连接于负载电阻R27上的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。

所述差分放大电路包括运算放大器U3A,并联连接于运算放大器U3A负极端与输出端之间的电阻R30，运算放大器U3A正极端连接在电阻R23与电阻R24之间。

所述延时保持电路包括连接于运算放大器U3A输出端上的二极管D9，连接在二极管D9上的电阻R32，连接于电阻R32上的电容C17，并联于电容C17两端的电阻R31。

所述比较电路包括比较器U4A,连接于比较器U4A输入端上的电阻R34，电阻35，并联连接于电阻R35两端的电容C18，连接于电阻R34一端的电阻R36，该电阻R36另一端与参考基准电路连接，连接于电容C18一端的电阻R37,连接于电阻R37一端的开关机控制信号端ON\OFF。

所述辅助电源电路包括信号端AUX1,信号端AUX0；连接于信号端AUX1上的二极管D7,连接于二极管D7上的电阻R21,连接于信号端AUX0上的二极管D8,连接于二极管D8上的电阻R22，分别连接于电阻R22另一端，电阻R21另一端上的电容C12，所述电容C12另一端接地，同时连接于电阻R21另一端上的电容C16，该电容C16另一端接地。

参考基准电路包括MOS管寄生二极管ZD2，分别并联连接在MOS管寄生二极管ZD2两端的电阻R39，电容C19，连接于电阻R39另一端与MOS管寄生二极管ZD2之间的电阻R38，所述电容C19另一端接地。

在本实施例中，有所述信号端AXU0，信号端AXU1，现以信号端AUX1表示给保护电路供电的辅助电源或待机电源。主电源主输出电流I从信号端IN，通过检测的电阻R27输出到OUT端。在电阻R27两端产生的与电流成正比的检测电压:Vin1＝I*R27,运算放大器U3A将检出的电压信号Vin1经过差分放大电路放大信号为电压信号Vin，该电压信号Vin从运算放大器U3A的PIN1端输出，该电压信号Vin与比较器U4A的参考基准电源Vref进行比较，从比较器U4A的PIN1端输出保护打嗝信号ON/OFF。二极管D9，电阻R32，电阻R31以及电容C17构成延时保持电路，通过调整电阻R32，电阻R31与电容C17，则可以通过延时保持电路控制打嗝保护的周期与占空比D2。

在短路条件下，所述电阻R27两端产生很高电压，该电压被差分放大电路中的运算比较器U3A放大后，信号Vin从运算比较器U3A的PIN1端输出，通过二极管D9的单向导通，由电容C17对电阻R27两端的高电压进行保持。当所述电阻R27两端的高电压大于设定的参考电压Vref后，则比较器U4A给ON/OFF端输出关机信号。当电容C17被电阻R31缓慢放电至低于参考电压Vref后，比较器U4A重新给ON/OFF端输出开机信号。这种关机、开机的间隔就组成开关机控制信号的占空比D2。这种由打嗝电路产生的占空比D2的短路过流保护的开关机控制信号，就叠加于系统的开关机控制信号上，从而使得短路过流条件下的输入功率为：Ploss’＝D2*D1*Pin-max。

通过调节延时保持电路中各种参数，则根据具体的应用场景进行调整。本实施例中所述的电源电流检测保护电路可以检测单个模块的输出电流，也可以是多个模块输出的总电流。在某些时候，某些大电流场景中，取样电阻R27可能会被铜箔或铜排替代，也可能会被多模块并联时用作模块隔离用途的ORING MOSFET替代。当不同大小的电流流经ORINGMOSFET时，因为MOSFET的RDSON的存在会产生压降，这个压降一样可以放检出来做为短路过流的依据。特别是ORING MOSFET没有被正常驱动时，MOSFET两端的压降会突然增大，这种电路可以检出这种故障，用来防止ORING MOSFET发热烧毁。

基于上述，在本实施例中所述的电源电流检测保护电路是由电流或压降检测电路，放大电路，比较电路以及打嗝的周期与占空比控制电路组成。所述的电源电流检测保护电路可用于控制或减小单电源模块或多模块并联的电源系统，在短路过流保护时的输入平均功率。尤其特别是用于多个模块并联的电源系统，其模块打嗝保护的占空比大于0.5，需要采用这种叠加的打嗝保护电路来防止短路过流时，模块和电源系统的输入平均功率过大。也就是说，本实施例中的电源电流检测电路是用于恢复的短路过流保护电路之中，灵活控制短路过流状态下输入平均功率。同时，所述的电源电流检测保护电路，可以检出短路过流状态，也可以检测出ORING MOSFET的异常驱动状态，给出周期性的打嗝保护信号。

综上所述，因所述检测电路输出端与差分放大电路输入端连接，所述的差分放大电路输出端与延时保持电路输入端连接；所述延时保持电路输出端与比较电路输出端连接；所述的辅助电源分别与差分放大电路和比较电路连接；所述的参考基准电路与比较电路连接；所述开关机控制信号端与比较电路连接。工作时，利用检测电路检测被检测回路的电流或压降，再利用差分放大电路将被检测的电流信号放大为电压信号V1，被检出的电压通过延时保持电路，送到比较器电路，通过被检测的电压与参考电压Vref的比较，给出开关机控制信号。在此过程中，通过调整延时保持电路以及参考电压Vref的参数，可以控制电源模块打嗝的周期与占空比D2，

从而达到限制平均功率的目的。使得本实施例中所述电源电流检测保护电路能够使用在多种模块并联应用电源模块以及打嗝保护占空比大的电源模块，该电源模块不仅能够正常短路过流保护，而且还可以防止短路过流时被控制负载的过载以及模块本身发热的目的。

请参考图10所示，第二种实施例与第一种实施例不同点为：所述检测电路包括MOS管Q1，并联于MOS管Q1两端的MOS管寄生二极管D9，分别连接于MOS管寄生二极管D9和MOS管Q1两端的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。同样可以达到第一种实施例所述的技术优点。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。

Claims

1.一种电源电流检测保护电路，其包括检测电路，差分放大电路，延时保持电路，至少1个比较电路，辅助电源电路，参考基准电路，以及开关机控制信号端；其特征在于：所述检测电路输出端与差分放大电路输入端连接，所述的差分放大电路输出端与延时保持电路输入端连接；所述延时保持电路输出端与比较电路输出端连接；所述的辅助电源分别与差分放大电路和比较电路连接；所述的参考基准电路与比较电路连接；所述开关机控制信号端与比较电路连接。

2.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：所述检测电路包括负载电阻R27，分别连接于负载电阻R27上的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。

3.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：所述检测电路包括MOS管Q1，并联于MOS管Q1两端的MOS管寄生二极管D9，分别连接于MOS管寄生二极管D9和MOS管Q1两端的电阻R23，电阻R29；连接于电阻R23上的电阻R24，连接于电阻R29上的电容C14，并联连接在电阻R24两端上的电容C13，所述的电阻R24一端接地。

4.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：所述差分放大电路包括运算放大器U3A,并联连接于运算放大器U3A负极端与输出端之间的电阻R30，运算放大器U3A正极端连接在电阻R23与电阻R24之间。

5.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：所述延时保持电路包括连接于运算放大器U3A输出端上的二极管D9，连接在二极管D9上的电阻R32，连接于电阻R32上的电容C17，并联于电容C17两端的电阻R31。

6.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：所述比较电路包括比较器U4A,连接于比较器U4A输入端上的电阻R34，电阻35，并联连接于电阻R35两端的电容C18，连接于电阻R34一端的电阻R36，该电阻R36另一端与参考基准电路连接，连接于电容C18一端的电阻R37,连接于电阻R37一端的开关机控制信号端ON\OFF。

7.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：辅助电源电路包括信号端AUX1,信号端AUX0；连接于信号端AUX1上的二极管D7,连接于二极管D7上的电阻R21,连接于信号端AUX0上的二极管D8,连接于二极管D8上的电阻R22，分别连接于电阻R22另一端，电阻R21另一端上的电容C12，所述电容C12另一端接地，同时连接于电阻R21另一端上的电容C16，该电容C16另一端接地。

8.如权利要求1所述的电源电流检测保护电路，其特征在于：参考基准电路包括MOS管寄生二极管ZD2，分别并联连接在MOS管寄生二极管ZD2两端的电阻R39，电容C19，连接于电阻R39

另一端与MOS管寄生二极管ZD2之间的电阻R38，所述电容C19另一端接地。