CN208316290U - 一种过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及过流保护电路领域，公开了一种过流保护电路。该过流保护电路包含：PWM产生模块、第一电阻Rg、高边驱动芯片及容性负载；PWM产生模块通过Rg连接高边驱动芯片的使能端；高边驱动芯片的输出端连接容性负载；其中，高边驱动芯片包括MOS管，MOS管的栅极连接该使能端，MOS管的漏极连接供电电源，MOS管的源极连接该输出端；PWM波的周期为Rg*(2*Ciss+Crss)，PWM波的高电平时间大于或等于Rg*Ciss，且小于或等于Rg*(Ciss+Crss)。本实用新型实施方式利用MOS管的导通特性进行电路设计，能够更简单、方便的减小容性负载所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。

Description

一种过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及过流保护电路领域，特别涉及一种过流保护电路。

背景技术

在电路中，给负载通电的一瞬间，通常会产生大电流，这就是冲击电流。冲击电流现象主要体现在容性负载中，容性负载在上电的一瞬间是相当于短路的，因此，电路中会产生非常大的冲击电流。现有技术中，高边驱动芯片在驱动大容性负载时，通常都会在高边驱动芯片的输出端口设置大功率限流电阻或预充电路，来减小容性负载所带来的冲击电流，以达到过流保护的目的。针对在高边驱动芯片的输出端口设置大功率限流电阻的方案，由于在功率回路中，电阻的发热量大，因此其对电阻的寿命和自身的散热要求较高；而针对高边驱动芯片的输出端口设置预充电路的方案，对于集成芯片(高边驱动芯片)而言，外置MOS管串联电阻的电路(预充电路)，会增加控制的复杂性及MOS管失效的风险，因此，其可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种过流保护电路，其利用MOS管的导通特性进行电路设计，能够更简单、方便的减小容性负载所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种过流保护电路，包含：PWM产生模块、第一电阻、高边驱动芯片及容性负载；所述PWM产生模块通过所述第一电阻连接所述高边驱动芯片的使能端，并向所述使能端输出PWM波；所述高边驱动芯片的输出端连接所述容性负载；其中，所述高边驱动芯片包括MOS管，所述MOS管的栅极连接所述使能端，所述MOS管的漏极连接供电电源，所述MOS管的源极连接所述高边驱动芯片的输出端；所述PWM波的周期为Rg*(2*Ciss+Crss)，所述PWM波的高电平时间大于或等于Rg*Ciss，且小于或等于Rg*(Ciss+Crss)；所述Ciss为所述MOS管的输入电容，所述Crss为所述MOS管的米勒电容，所述Rg为所述第一电阻。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，在高边驱动芯片驱动容性负载的电路中，增设了用于产生PWM波的PWM产生模块，并利用该PWM产生模块产生的PWM波使能高边驱动芯片。高边驱动芯片内部的MOS管在该PWM波的作用下，处于周期性的开通与关闭的状态。由于米勒电容的影响，MOS管的源极与漏极之间的阻抗Rds在一段时间内会比较大，较大的Rds的存在，可有效地减小电路接通瞬间电流的大小，从而抑制电路接通瞬间容性负载所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。

另外，所述过流保护电路还包括电压监测模块；所述电压监测模块分别连接所述容性负载及所述PWM产生模块；所述电压监测模块采集所述容性负载的电压，并在所述容性负载的电压达到预设的参考电压时，向所述PWM产生模块输出控制信号；所述PWM产生模块接收所述控制信号，并向所述使能端输出高电平信号。提供了一种控制PWM波输出时长的方式。

另外，所述电压监测模块为比较器；其中，所述比较器的第一输入端连接所述容性负载，以采集所述容性负载的电压；所述比较器的第二输入端输入所述参考电压；所述比较器的输出端连接所述PWM产生模块，以向所述PWM产生模块输出所述控制信号。提供了一种判断容性负载的电压是否达到参考电压的方式。

另外，所述过流保护电路还包括一分压电路；所述电压监测模块通过所述分压电路连接所述容性负载。

另外，所述分压电路包括第二电阻及第三电阻；所述第二电阻的一端分别连接所述高边驱动芯片的输出端及所述容性负载，所述第二电阻的另一端分别连接所述电压监测模块及所述第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端接地。

另外，所述过流保护电路还包括一滤波电路；所述电压监测模块通过所述滤波电路连接所述分压电路。

另外，所述滤波电路包括滤波电容及第四电阻；所述第二电阻的另一端通过所述第四电阻连接所述电压监测模块；所述滤波电容的一端分别连接所述电压监测模块及所述第四电阻，所述滤波电容的另一端接地。

另外，所述PWM产生模块及所述电压监测模块集成于MCU中；所述PWM产生模块通过所述MCU的输入输出接口连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述高边驱动芯片的使能端；所述电压监测模块通过所述MCU的ADC接口连接所述容性负载。将PWM产生模块及电压监测模块集成于MCU中，有利于提升集成度。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式的过流保护电路的电路结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的MOS管工作在放大区的示意图；

图3是根据本实用新型第一实施方式的以比较器作为电压监测模块的过流保护电路的电路结构示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式的过流保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种过流保护电路。如图1所示，该过流保护电路包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)产生模块1、高边驱动芯片2以及容性负载3。其中，PWM产生模块1可通过第一电阻Rg连接高边驱动芯片2的使能端(EN)，容性负载3连接高边驱动芯片2的输出端(Vout)。在PWM产生模块1与高边驱动芯片2的使能端之间设置第一电阻Rg，既可减小PWM波上升沿的斜率，也能起到限流保护的作用。

具体而言，高边驱动芯片2包括MOS(metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体)管，该MOS管的栅极(G)连接高边驱动芯片2的使能端，漏极(D)连接供电电源(VDD)，源极(S)连接高边驱动芯片2的输出端。这样，PWM产生模块1产生的PWM波就可经高边驱动芯片2的使能端施加至MOS管的栅极，MOS管就会进入周期性开通与闭合的状态。如图2所示，MOS管刚进入开通状态时，Vds(MOS管的源极与漏极之间的电压)开始下降，Id(MOS管的输出电流)开始上升；但受到米勒电容Crss(Crss＝Cgd，即为MOS管的栅极与漏极之间的电容)的影响，Vgs(MOS管的栅极与源极之间的电压)会持续一段时间不再上升，这就阻止了MOS管的源极与漏极之间的阻抗Rds的减小。较大的Rds的存在，可有效地减小电路接通瞬间电流的大小，从而抑制电路接通瞬间容性负载3所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。由此可见，本实施方式是利用MOS管的米勒效应进行电路设计，以减少容性负载所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。

本实施方式中，PWM波的周期优选为T＝t2+t3；PWM波的高电平时间大于或等于t2，且小于或等于t3。即周期T＝Rg*(2*Ciss+Crss)，高电平的时间大于或等于Rg*Ciss，且小于或等于Rg*(Ciss+Crss)。其中Ciss(Ciss＝Cgd+Cgs)为MOS管的输入电容。

作为一优选实施方式，该过流保护电路还可包括电压监测模块4。电压监测模块4可分别连接容性负载3及PWM产生模块1。电压监测模块4可实时采集容性负载的电压，并将采集的电压与预设的参考电压进行比较。当采集的电压达到预设的参考电压时，电压监测模块4可向PWM产生模块1输出控制信号。PWM产生模块1接收到控制信号时，可向高边驱动芯片2的使能端输出持续的高电平信号。在PWM产生模块1向高边驱动芯片2的使能端输出PWM波的阶段，高边驱动芯片2的输出端向容性负载3输出电流Id，容性负载3处于充电状态，容性负载3的电压慢慢增大。当容性负载3的电压达到一定值时，电路中就不会出现冲击电流，此时就可使PWM产生模块1保持高电平输出。本实施方式中，该参考电压可设置为电路能够承受的电压区间的最小值，如18V。

在实际应用中，可选择比较器作为电压监测模块4。如图3所示，选择比较器作为电压监测模块4时，可使比较器的第一输入端(如反相输入端)连接容性负载3，以采集容性负载3的电压，比较器的第二输入端(如正相输入端)可输入参考电压(V_REF)，比较器的输出端可连接PWM产生模块。当采集的容性负载3的电压小于参考电压时，比较器的输出端可输出一低电平信号至PWM产生模块。当采集的容性负载3的电压等于或大于参考电压时，比较器的输出端可输出一高电平信号(即控制信号)至PWM产生模块，以触发PWM产生模块输出高电平信号。

在一个实施方式中，该过流保护电路还可包括分压电路，电压监测模块4可通过该分压电路连接容性负载3。具体而言，分压电路可包括第二电阻R2及第三电阻R3，其中，第二电阻R2的一端分别连接高边驱动芯片2的输出端及容性负载3，第二电阻R2的另一端分别连接电压监测模块4及第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。此时，电压监测模块是通过监测第三电阻R3两端的电压，来监测容性负载3两端的电压的。用比较器作为电压监测模块时，比较器比较的也是第三电阻R3两端的电压与参考电压的大小关系。而容性负载3两端的电压与第三电阻R3两端的电压之间的关系，则可根据第二电阻R2及第三电阻R3的比例关系得到。设置分压电路，可减少对电压监测模块4的能够采集的最大电压的要求。

此外，该过流保护电路还可包括滤波电路，该滤波电路可包括第四电阻R4及滤波电容C，该第二电阻R2的另一端可通过第四电阻R4连接至电压监测模块4。滤波电容C的一端分别连接电压监测模块4及第三电阻R3，滤波电容C的另一端接地。设置滤波电路可起到滤波的作用，从而除去电路的干扰信号。

本实施方式相对于现有技术而言，在高边驱动芯片驱动容性负载的电路中，增设了用于产生PWM波的PWM产生模块，并使该PWM产生模块连接高边驱动芯片的使能端；这样，PWM产生模块产生的PWM波就可经高边驱动芯片的使能端施加至MOS管的栅极，MOS管就会处于周期性的开通与关闭的状态。受到米勒电容的影响，MOS管进入开通状态后，MOS管的栅极与源极之间的电压Vgs在一段时间内会保持不变，这就阻止了MOS管的源极与漏极之间的阻抗Rds的减小。较大的Rds的存在，可有效地减小电路接通瞬间电流的大小，从而抑制电路接通瞬间容性负载所带来的冲击电流，达到过流保护的目的。

本实用新型的第二实施方式涉及一种过流保护电路。第二实施方式是在第一实施方式的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于：本实施方式中，PWM产生模块及电压监测模块均集成于MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)中。

具体而言，如图4所示，本实施方式，PWM产生模块1集成于MCU5中，并通过MCU5的输入输出接口(I/0)连接至第一电阻Rg的一端，第一电阻Rg的另一端连接高边驱动芯片2的使能端。也就是说，PWM产生模块1通过MCU5的输入输出接口向高边驱动芯片2的使能端输出PWM波；PWM产生模块1接收到电压监测模块4输出的控制信号时，将控制该输入输出接口输出持续的高电平信号。

电压监测模块4也集成于MCU5中，并通过MCU5的ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)接口连接容性负载3。

本实施方式相对于第一实施方式而言，将PWM产生模块及电压监测模块均集成于MCU中，有利于提高MCU的集成度。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包含：PWM产生模块、第一电阻、高边驱动芯片及容性负载；

所述PWM产生模块通过所述第一电阻连接所述高边驱动芯片的使能端，并向所述使能端输出PWM波；所述高边驱动芯片的输出端连接所述容性负载；

其中，所述高边驱动芯片包括MOS管，所述MOS管的栅极连接所述使能端，所述MOS管的漏极连接供电电源，所述MOS管的源极连接所述高边驱动芯片的输出端；所述PWM波的周期为Rg*(2*Ciss+Crss)，PWM波的高电平时间大于或等于Rg*Ciss，且小于或等于Rg*(Ciss+Crss)；所述Ciss为所述MOS管的输入电容，所述Crss为所述MOS管的米勒电容，所述Rg为所述第一电阻。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括电压监测模块；所述电压监测模块分别连接所述容性负载及所述PWM产生模块；

所述电压监测模块采集所述容性负载的电压，并在所述容性负载的电压达到预设的参考电压时，向所述PWM产生模块输出控制信号；

所述PWM产生模块接收所述控制信号，并向所述使能端输出高电平信号。

3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述电压监测模块为比较器；其中，所述比较器的第一输入端连接所述容性负载，以采集所述容性负载的电压；所述比较器的第二输入端输入所述参考电压；所述比较器的输出端连接所述PWM产生模块，以向所述PWM产生模块输出所述控制信号。

4.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括一分压电路；

所述电压监测模块通过所述分压电路连接所述容性负载。

5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于，所述分压电路包括第二电阻及第三电阻；

所述第二电阻的一端分别连接所述高边驱动芯片的输出端及所述容性负载，所述第二电阻的另一端分别连接所述电压监测模块及所述第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括一滤波电路；

所述电压监测模块通过所述滤波电路连接所述分压电路。

7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容及第四电阻；

所述第二电阻的另一端通过所述第四电阻连接所述电压监测模块；所述滤波电容的一端分别连接所述电压监测模块及所述第四电阻，所述滤波电容的另一端接地。

8.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述PWM产生模块及所述电压监测模块集成于MCU中；

所述PWM产生模块通过所述MCU的输入输出接口连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述高边驱动芯片的使能端；

所述电压监测模块通过所述MCU的ADC接口连接所述容性负载。