CN209134044U - 一种短路保护电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路保护电路及电子产品，短路保护电路包括供电端，供电端为负载端供电，短路保护电路包括开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路；开关电路的开关通路的一端连接供电端，开关电路的开关通路的另一端连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端连接负载端；放大电路的一个输入端连接采样电阻的一端，放大电路的另一个输入端连接采样电阻的另一端，放大电路的输出端连接比较电路的一个输入端，比较电路的另一个输入端连接参考电压，比较电路的输出端连接开关电路的控制端。本实用新型提高了供电的安全性；而且，结构简单，设计灵活，使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

Description

一种短路保护电路及电子产品

技术领域

本实用新型属于电路保护技术领域，具体地说，是涉及一种短路保护电路以及采用所述短路保护电路设计的电子产品。

背景技术

在电路设计当中很多应用场景都需要对电路进行限流。如USB2.0协议规定，兼容USB2.0的设备在标准的下行端口（SDP）上，消耗的电流不能超过500mA，USB3.1中不能超过900mA。USB C的协议中也都有最大电流的规定。从安全方面考虑，电流过大通常会引起电子器件和电路板的过热，这不仅有可能会彻底损坏电路板，还有引发火灾的风险，因此电路中通常都会设计并使用限流或者短路保护电路。但是，目前的短路保护电路，采用的元器件比较多，结构比较复杂，成本较高。

发明内容

本实用新型提供了一种短路保护电路，提高了供电的安全性，且结构简单、成本低。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种短路保护电路，包括供电端，所述供电端为负载端供电，所述短路保护电路包括开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路；所述开关电路的开关通路的一端连接供电端，所述开关电路的开关通路的另一端连接采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接负载端；所述放大电路的一个输入端连接采样电阻的一端，所述放大电路的另一个输入端连接采样电阻的另一端，所述放大电路的输出端连接比较电路的一个输入端，所述比较电路的另一个输入端连接参考电压，所述比较电路的输出端连接开关电路的控制端。

进一步的，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管；所述第一开关管、第二开关管均为低导通压降开关管，所述第三开关管为高导通压降开关管；所述比较电路的输出端连接第三开关管的控制端，所述第三开关管的开关通路的一端接地，所述第三开关管的开关通路的另一端通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的开关通路的另一端连接第二开关管的控制端，所述第二开关管的开关通路的一端连接供电端，所述第二开关管的开关通路的另一端通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的开关通路的另一端连接第一开关管的控制端；所述第一开关管的开关通路的一端连接供电端，所述第一开关管的开关通路的另一端连接采样电阻的一端。

又进一步的，所述第一开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第三开关管为NMOS管或NPN三极管；当所述第一开关管、第二开关管为PMOS管，第三开关管为NPN三极管时，所述比较电路的输出端连接第三开关管的基极，所述第三开关管的发射极接地，所述第三开关管的集电极通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的集电极连接第二开关管的栅极，所述第二开关管的源极连接供电端，所述第二开关管的漏极通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的漏极连接第一开关管的栅极；所述第一开关管的源极连接供电端，所述第一开关管的漏极连接采样电阻的一端。

更进一步的，所述第一开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第三开关管为NMOS管或NPN三极管；当所述第一开关管、第二开关管为PNP管，第三开关管为NMOS三极管时，所述比较电路的输出端连接第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的漏极连接第二开关管的基极，所述第二开关管的发射极连接供电端，所述第二开关管的集电极通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的集电极连接第一开关管的基极；所述第一开关管的发射极连接供电端，所述第一开关管的集电极连接采样电阻的一端。

再进一步的，所述放大电路包括放大器；所述放大器的同相输入端通过第一分压电阻连接采样电阻的一端，并通过第二分压电阻接地；所述放大器的反相输入端通过匹配电阻连接采样电阻的另一端；所述放大器的输出端与反相输入端之间串联有反馈电阻；所述放大器的输出端通过下拉电阻接地；所述放大器的输出端连接比较电路的同相输入端，所述比较电路的反相输入端连接参考电压，所述比较电路的输出端连接第三开关管的控制端。

进一步的，所述采样电阻的一端通过滤波电容接地。

基于上述短路保护电路的设计，本实用新型还提出了一种电子产品，包括所述的短路保护电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的短路保护电路及电子产品，通过设计开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路，在供电端提供的电流超过限流值时，切断供电端与负载端之间的供电线路，避免负载端由于电流过大而损毁，起到限流、短路保护的作用，提高了供电的安全性；而且，本实用新型的短路保护电路，结构简单，设计灵活，使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的短路保护电路的一种实施例的电路结构框图；

图2是本实用新型所提出的短路保护电路的一种实施例的电路原理图；

图3是本实用新型所提出的短路保护电路的另一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例提出了一种短路保护电路，包括供电端，供电端为负载端供电；还包括开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路等，参见图1所示；开关电路的开关通路的一端连接供电端，开关电路的开关通路的另一端连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端连接负载端；放大电路的一个输入端连接采样电阻的一端，放大电路的另一个输入端连接采样电阻的另一端，放大电路的输出端连接比较电路的一个输入端，比较电路的另一个输入端连接参考电压，比较电路的输出端连接开关电路的控制端，控制开关电路的通断。

当电流从供电端流向负载端时，流经采样电阻，在采样电阻上产生压差，该电压信号经放大电路放大后，作为后端比较电路的输入信号，与参考电压共同作用于比较电路，比较电路产生通断控制信号，控制开关电路的通断。电流越大，采样电阻上的压差越大，放大电路的输出信号也越大。

当供电端输出的电流小于限流值时，采样电阻R1两端的压差较小，经放大电路放大后输出至比较电路，比较电路输出通断控制信号至开关电路的控制端，控制开关电路导通，供电端为负载端继续供电。

当供电端输出的电流大于限流值时，采样电阻R1两端的压差较大，经放大电路放大后输出至比较电路，比较电路输出通断控制信号至开关电路的控制端，控制开关电路关断，从而切断供电端与负载端之间的供电线路，避免负载端由于电流过大而损毁，起到限流、短路保护的作用，提高了供电的安全性。可以通过设置参考电压的大小来改变限流值的大小。

因此，本实施例的短路保护电路，通过设计开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路，在供电端提供的电流超过限流值时，切断供电端与负载端之间的供电线路，避免负载端由于电流过大而损毁，起到限流、短路保护的作用，提高了供电的安全性；而且，本实施例的短路保护电路，结构简单，设计灵活，使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

在本实施例中，开关电路主要包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3，参见图2所示；第一开关管Q1、第二开关管Q2均为低导通压降开关管，第三开关管Q3为高导通压降开关管；比较电路的输出端通过限流电阻R7连接第三开关管Q3的控制端，第三开关管Q3的开关通路的一端接地，第三开关管Q3的开关通路的另一端通过第一限流电阻R14连接供电端；第三开关管Q3的开关通路的另一端连接第二开关管Q2的控制端，第二开关管Q2的开关通路的一端连接供电端，第二开关管Q2的开关通路的另一端通过第二限流电阻R9接地，第二开关管Q2的开关通路的另一端连接第一开关管Q1的控制端；第一开关管Q1的开关通路的一端连接供电端，第一开关管Q1的开关通路的另一端连接采样电阻R1的一端。

当供电端输出的电流大于限流值时，采样电阻R1两端的压差较大，经放大电路放大后输出至比较电路，比较电路输出高电平的通断控制信号至第三开关管Q3的控制端，第三开关管Q3饱和导通，供电端提供的电流经第一限流电阻R14、第三开关管Q3的开关通路流入地，第二开关管Q2饱和导通，供电端提供的电流经第二开关管Q2的开关通路、第二限流电阻R9流入地；第一开关管Q1关断，切断供电端与负载端之间的供电线路，避免负载端由于电流过大而损毁，起到限流、短路保护的作用。通过设计上述三个开关管实现供电端与负载端之间供电线路的通断，提高了供电的安全性；而且，结构简单、使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

当供电端输出的电流小于限流值时，采样电阻R1两端的压差较小，经放大电路放大后输出至比较电路，比较电路输出低电平的通断控制信号至第三开关管Q3的控制端，第三开关管Q3关断，第二开关管Q2关断，第一开关管Q1饱和导通，供电端与负载端之间供电线路导通，供电端为负载端继续供电。

在本实施例中，第一开关管Q1为PMOS管或PNP三极管，第二开关管Q2为PMOS管或PNP三极管，第三开关管Q3为NMOS管或NPN三极管。

作为本实施的一种优选设计方案，当第一开关管Q1、第二开关管Q2为PMOS管，第三开关管Q3为NPN三极管时，参见图2所示；比较电路U3的输出端通过限流电阻R7连接第三开关管Q3的基极，第三开关管Q3的发射极接地，第三开关管Q3的集电极通过第一限流电阻R14连接供电端；第三开关管Q3的集电极连接第二开关管Q2的栅极，第二开关管Q2的源极连接供电端，第二开关管Q2的漏极通过第二限流电阻R9接地，第二开关管Q2的漏极连接第一开关管Q1的栅极；第一开关管Q1的源极连接供电端，第一开关管Q1的漏极连接采样电阻R1的一端。通过将第一开关管Q1、第二开关管Q2选为PMOS管，第三开关管Q3选为NPN三极管，从而便于实现供电端与负载端之间供电线路的通断控制，而且，性能稳定，成本低。

作为本实施的另一种优选设计方案，当第一开关管Q1、第二开关管Q2为PNP管，第三开关管Q3为NMOS三极管时，参见图3所示；比较电路U3的输出端通过限流电阻R7连接第三开关管Q3的栅极，第三开关管Q3的源极接地，第三开关管Q3的漏极通过第一限流电阻R14连接供电端；第三开关管Q3的漏极连接第二开关管Q2的基极，第二开关管Q2的发射极连接供电端，第二开关管Q2的集电极通过第二限流电阻R9接地，第二开关管Q2的集电极连接第一开关管Q1的基极；第一开关管Q1的发射极连接供电端，第一开关管Q1的集电极连接采样电阻R1的一端。通过将第一开关管Q1、第二开关管Q2选为PNP管，第三开关管Q3选为NMOS三极管，从而便于实现供电端与负载端之间供电线路的通断控制，而且，性能稳定，成本低。

在本实施例中，放大电路包括放大器U2；放大器U2的同相输入端通过第一分压电阻R5连接采样电阻R1的一端，放大器U2的同相输入端通过第二分压电阻R10接地；放大器U2的反相输入端通过匹配电阻R13连接采样电阻R1的另一端；放大器U2的输出端与反相输入端之间串联有反馈电阻R6；放大器U2的输出端通过下拉电阻R8接地；放大器U2的输出端连接比较电路U3的同相输入端，比较电路U3的反相输入端连接参考电压VREF，比较电路U3的输出端连接第三开关管Q3的控制端。通过设计上述放大电路，实现把采样电阻R1两端的压差稳定放大，而且，电路结构简单、易于搭建、成本低、便于实现。

在本实施例中，采样电阻R1的一端通过滤波电容C1接地，以滤除杂波，避免影响放大电路的稳定运行。

假设，供电端输出的电压为5V，供电线路限流700mA，即限流值为700mA，R1=200mΩ，放大电路的放大倍数为10，比较电路的参考电压为1.4V。

当供电端输出的电流＞700mA时，采样电阻R1两端的压差＞0.14V，放大电路将压差放大10倍后，输出大于1.4V的电平至比较电路的同相输入端，比较电路输出高电平至第三开关管Q3，第三开关管Q3饱和导通，第二开关管Q2饱和导通，第一开关管Q1关断，切断供电端与负载端之间的供电线路，避免负载端由于电流过大而损毁，起到限流、短路保护的作用，提高了供电安全性。

当供电端输出的电流＜700mA时，采样电阻R1两端的压差＜0.14V，放大电路将压差放大10倍后，输出小于1.4V的电平至比较电路的同相输入端，比较电路输出低电平至第三开关管Q3，第三开关管Q3关断，第二开关管Q2关断，第一开关管Q1饱和导通，供电端与负载端之间供电线路导通，供电端为负载端继续供电。

基于上述短路保护电路的设计，本实施例还提出了一种电子产品，在电子产品中设计有所述的短路保护电路，提高了供电的安全性。

通过在电子产品中设计所述的短路保护电路，提高了电子产品的用电安全。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种短路保护电路，包括供电端，所述供电端为负载端供电，其特征在于：所述短路保护电路包括开关电路、采样电阻、放大电路、比较电路；

所述开关电路的开关通路的一端连接供电端，所述开关电路的开关通路的另一端连接采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接负载端；

所述放大电路的一个输入端连接采样电阻的一端，所述放大电路的另一个输入端连接采样电阻的另一端，所述放大电路的输出端连接比较电路的一个输入端，所述比较电路的另一个输入端连接参考电压，所述比较电路的输出端连接开关电路的控制端。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管；所述第一开关管、第二开关管均为低导通压降开关管，所述第三开关管为高导通压降开关管；

所述比较电路的输出端连接第三开关管的控制端，所述第三开关管的开关通路的一端接地，所述第三开关管的开关通路的另一端通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的开关通路的另一端连接第二开关管的控制端，所述第二开关管的开关通路的一端连接供电端，所述第二开关管的开关通路的另一端通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的开关通路的另一端连接第一开关管的控制端；所述第一开关管的开关通路的一端连接供电端，所述第一开关管的开关通路的另一端连接采样电阻的一端。

3.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述第一开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第三开关管为NMOS管或NPN三极管；

当所述第一开关管、第二开关管为PMOS管，第三开关管为NPN三极管时，所述比较电路的输出端连接第三开关管的基极，所述第三开关管的发射极接地，所述第三开关管的集电极通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的集电极连接第二开关管的栅极，所述第二开关管的源极连接供电端，所述第二开关管的漏极通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的漏极连接第一开关管的栅极；所述第一开关管的源极连接供电端，所述第一开关管的漏极连接采样电阻的一端。

4.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述第一开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第二开关管为PMOS管或PNP三极管，所述第三开关管为NMOS管或NPN三极管；

当所述第一开关管、第二开关管为PNP管，第三开关管为NMOS三极管时，所述比较电路的输出端连接第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极通过第一限流电阻连接供电端；所述第三开关管的漏极连接第二开关管的基极，所述第二开关管的发射极连接供电端，所述第二开关管的集电极通过第二限流电阻接地，所述第二开关管的集电极连接第一开关管的基极；所述第一开关管的发射极连接供电端，所述第一开关管的集电极连接采样电阻的一端。

5.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述放大电路包括放大器；

所述放大器的同相输入端通过第一分压电阻连接采样电阻的一端，并通过第二分压电阻接地；所述放大器的反相输入端通过匹配电阻连接采样电阻的另一端；所述放大器的输出端与反相输入端之间串联有反馈电阻；所述放大器的输出端通过下拉电阻接地；

所述放大器的输出端连接比较电路的同相输入端，所述比较电路的反相输入端连接参考电压。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的短路保护电路，其特征在于：所述采样电阻的一端通过滤波电容接地。

7.一种电子产品，其特征在于：包括如权利要求1至6中任一项所述的短路保护电路。