一种短路保护电路
技术领域
本实用新型属于电子电路技术领域,尤其涉及一种短路保护电路。
背景技术
在电源给负载供电时,当负载的内部发生短路,会造成负载中电子元器件或电源的损坏,还有可能会引起安全事故。
目前,主要实现短路保护方式是使用保险丝,当电流过大时,保险丝就自动熔断。这种短路保护电路,需要频繁更换保险丝,电路维护成本较高,且操作麻烦,另外保险丝熔断需要一段时间,电流过大时就有可能出现保险丝还没熔断,负载中的器件已经被烧毁的情况。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型实施例提供一种短路保护电路,旨在解决现有的保护电路成本较高,操作复杂的问题。
本实用新型实施例的第一方面提供一种短路保护电路,所述短路保护电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、控制芯片、比较模块、功率电阻和开关模块;
所述功率电阻的第一端与电源连接,所述功率电阻的第二端分别与所述所述第一分压电阻的第一端和所述开关模块的第一端连接,所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端共接于所述比较模块的第一输入端,所述第二分压电阻的第二端接地,所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端共接于所述比较模块的第二输入端,所述第四分压电阻的第二端接地,所述比较模块的输出端与所述控制芯片的输入端连接,所述控制芯片的输出端与所述开关模块的第二端连接,所述开关模块的第三端与负载连接;
当负载短路时,所述比较模块第一输入端的电压小于所述比较模块第二端的电压,所述比较模块输出端输出高电平至所述控制芯片的输入端,所述控制芯片接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片的输出端输出第一控制信号至所述开关模块的第二端,所述开关模块接收到所述第一控制信号时,控制所述开关模块的第一端和所述开关模块的第三端处于断开状态,所述电源停止为所述负载供电。
在一个实施例中,所述开关模块包括第一开关单元和第二开关单元;
所述第一开关单元的第一端为所述开关模块的第二端,所述第一开关单元的第二端接地,所述第一开关单元的第三端与所述第二开关单元的第一端连接;
所述第二开关单元的第二端为所述开关模块的第一端,所述第二开关单元的第三端为所述开关模块的第三端。
在一个实施例中,所述第一开关单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一开关元件;
所述第五电阻的第一端与所述第一开关元件的第一端连接,所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端共接构成所述第一开关单元的第一端;
所述第六电阻的第二端接地;
所述第一开关元件的第二端与所述第七电阻的第一端连接,所述第一开关元件的第三端为所述第一开关单元的第三端;
所述第七电阻的第二端为所述第一开关单元的第二端。
在一个实施例中,所述第二开关单元包括第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二开关元件;
所述第八电阻的第一端为所述第二开关单元的第一端,所述第八电阻的第二端与所述第二开关元件的第一端共接于所述第九电阻的第一端;
所述第九电阻的第二端与所述功率电阻的第二端连接;
所述第二开关元件的第二端为所述第二开关单元的第二端,所述第二开关元件的第三端为所述第二开关单元的第三端;
所述第十电阻的第一端接地,所述第十电阻的第二端与所述第二开关元件的第三端连接。
在一个实施例中,所述开关模块还包括第三开关单元,所述第三开关单元的第一端与所述比较模块的输出端连接,所述第三开关单元的第二端接地,所述第三开关单元的第三端与所述第一开关元件的第一端连接。
在一个实施例中,所述第三开关单元包括第十一电阻、第一电容和第三开关元件;
所述第十一电阻的第一端与所述比较模块的输出端连接,所述第十一电阻的第二端与所述第三开关元件的第一端共接于所述第一电容的第一端;
所述第三开关元件的第二端与所述第一电容的第二端共接于地,所述第三开关元件的第三端为所述第三开关单元的第三端。
在一个实施例中,所述第一开关元件为三极管Q1,所述三极管Q1为NPN型三极管,所述第一开关元件的第一端、第二端以及第三端分别为所述三极管Q1的基极、发射极和集电极。
在一个实施例中,所述第二开关元件为PMOS管Q2,所述第二开关元件的第一端、第二端以及第三端分别为所述PMOS管Q2的栅极、源极以及漏极。
在一个实施例中,所述短路保护电路还包括上拉电阻,所述上拉电阻的第一端与电源连接,所述上拉电阻的第二端与所述第十一电阻的第一端连接。
在一个实施例中,所述短路保护电路还包括下拉电阻,所述下拉电阻的第一端与所述第十一电阻的第一端连接,所述下拉电阻的第二端接地。
本实用新型实施例提供的短路保护电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、控制芯片、比较模块、功率电阻和开关模块;所述功率电阻的第一端分别与电源连接,所述功率电阻的第二端分别与所述第一分压电阻的第一端和所述开关模块的第一端连接,所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端共接于所述比较模块的第一输入端,所述第二分压电阻的第二端接地,所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端共接于所述比较模块的第二输入端,所述第四分压电阻的第二端接地,所述比较模块的输出端与所述控制芯片的输入端连接,所述控制芯片的输出端与所述开关模块的第二端连接,所述开关模块的第三端与负载连接;当负载短路时,所述比较模块第一输入端的电压小于所述比较模块第二端的电压,所述比较模块输出端输出高电平至所述控制芯片的输入端,所述控制芯片接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片的输出端输出第一控制信号至所述开关模块的第二端,所述开关模块接收到所述第一控制信号时,控制所述开关模块的第一端和所述开关模块的第三端处于断开状态,所述电源停止为所述负载供电。可以有效的在负载短路时停止供电,防止电源和负载中电子器件的损坏,提高了安全性,且结构简单且易于实现,节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种短路保护电路的结构示意图;
图2是本实用新型实施例提供的另一种短路保护电路的结构示意图;
图3是本实用新型实施例提供的再一种短路保护电路的结构示意图;
图4是本实用新型实施例提供的一种短路保护电路的电子元器件示例图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,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仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
需要说明的是,本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外,术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象,而非用于描述特定顺序。为了说明本实用新型所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
本实用新型实施例提供一种短路保护电路,可集成于电路板构成短路保护设备连接于供电电源与负载之间,如负载是机器人、移动终端(如手机、平板电脑等)等,用于在电源给负载供电过程中负载短路时,防止电源和负载中电子器件的损坏。当然,所述短路保护电路也可集成于所述电源或负载中。
如图1所示,本实施例所示提供的短路保护电路10包括第一分压模块101、第二分压模块102、控制芯片103、比较模块104、功率电阻105和开关模块106。
所述功率电阻105的第一端与电源20连接,所述功率电阻105的第二端分别与所述第一分压模块101的第一端和所述开关模块106的第一端连接,所述第一分压模块101的第二端与所述比较模块104的第一输入端连接,所述第一分压模块101的第三端接地,所述第二分压模块102的第一端与所述电源20连接,所述第二分压模块102的第二端与所述比较模块102的第二输入端连接,所述第二分压模块102的第三端接地,所述比较模块104的输出端与所述控制芯片103的输入端连接,所述控制芯片103的输出端与所述开关模块106的第二端连接,所述开关模块106的第三端与负载30连接。其中,所述第一分压模块包括的分压电阻的阻值大于所述第二分压模块包括的分压电阻的阻值。
如图2所示,上述第一分压模块101包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2,所述第二分压模块102包括第三分压电阻R3和第四分压电阻R4;所述功率电阻105的第一端与电源连接,所述功率电阻105的第二端分别与所述第一分压电阻R1的第一端和所述开关模块106的第一端连接,所述第一分压电阻R1的第二端与所述第二分压电阻R2的第一端共接于所述比较模块104的第一输入端,所述第二分压电阻R2的第二端接地,所述第三分压电阻R3的第二端与所述第四分压电阻R4的第一端共接于所述比较模块104的第二输入端,所述第四分压电阻R4的第二端接地,所述比较模块104的输出端与所述控制芯片103的输入端连接,所述控制芯片103的输出端与所述开关模块106的第二端连接,所述开关模块106的第三端与负载30连接。
在具体应用场景中,上述第一分压电阻R2的阻值和上述第三分压电阻R3的阻值相等,上述第二分压电阻R2的阻值大于上述第四分压电阻R4的阻值。当然,可根据实际应用具体设置使得上述第一分压模块包括的分压电阻值大于上述第二分压模块包括的分压电阻值即可,对此不做限定。
在本实施例中,上述第一分压电阻R2的阻值和上述第三分压电阻R3的阻值相等,上述第二分压电阻R2的阻值大于上述第四分压电阻R4的阻值,当电源20对负载30正常供电时,经功率电阻105和第一分压模块分压后上述比较模块104的第一输入端的电压大于经第二分压模块102分压后比较模块104的第二输入端的电压。所述比较模块104第一输入端的电压大于所述比较模块104第二输入端的电压时,所述比较模块104输出端输出低电平信号至所述控制芯片103的输入端,所述控制芯片103在接收到所述低电平信号时控制所述控制芯片103输出端输出第二控制信号至所述开关模块106的第二端,所述开关模块106接收到所述第二控制信号时,所述开关模块106的第一端和所述开关模块106的第三端处于导通状态,所述电源20对所述负载30正常供电。
在本实施例中,当所述负载30短路时,电流瞬间增大,上述第一分压模块101的第二端的电压会瞬间减少,从而所述比较模块104第一输入端的电压会瞬间减少,当所述比较模块104第一输入端的电压减少至小于所述比较模块104第二端的电压时,所述比较模块104输出端输出高电平至所述控制芯片103的输入端,所述控制芯片103接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片103的输出端输出第一控制信号至所述开关模块106的第二端,所述开关模块106接收到所述第一控制信号时,所述开关模块106的第一端和所述开关模块106的第三端处于断开状态,所述电源20停止为所述负载30供电。
由此可见,在本实用新型实施例中,由于当负载短路时,所述比较模块第一输入端的电压小于所述比较模块第二端的电压,所述比较模块输出端输出高电平至所述控制芯片的输入端,所述控制芯片接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片的输出端输出第一控制信号至所述开关模块的第二端,所述开关模块接收到所述第一控制信号时,控制所述开关模块的第一端和所述开关模块的第三端处于断开状态,所述电源停止为所述负载供电,可以有效的在负载短路时停止供电,防止电源和负载中电子器件的损坏,提高了安全性,且结构简单且易于实现,节约了成本。
实施例二
本实施例是对实施例一的进一步说明,基于实施例一实现,本实施例与实施例一相同或相似的地方,具体可参见实施例一的相关描述,此处不再赘述。如图3所示,在本实施例中上述开关模块106包括第一开关单元1061和第二开关单元1062。
所述第一开关单元1061的第一端为所述开关模块106的第二端,所述第一开关单元1061的第二端接地,所述第一开关单元1061的第三端与所述第二开关单元1062的第一端连接;所述第二开关单元1062的第二端为所述开关模块106的第一端,所述第二开关单元1062的第三端为所述开关模块106的第三端。
在具体应用中,当上述控制芯片103在接收到上述低电平信号时控制上述控制芯片103输出端输出第二控制信号至上述第一开关单元1061的第一端,如所述第二控制信号可以是高电平信号,所述第一开关单元1061的第一端可是第一开关单元1061的控制端,当所述第一开关单元1061的第一端接收到所述第二控制信号时进行导通,因此所述第一开关单元1061的第二端和所述第一开关单元1061的第三端导通,由于所述第一开关单元1061的第二端接地,因此所述第一开关单元1061的第三端为低电平信号并输出至所述第二开关单元1062的第一端,所述第二开关单元1062的第一端可为所述第二开关单元1062的控制端,当所述第二开关单元1062的第一端接收到所述低电平信号时进行导通,因此所述第二开关单元1062的第二端和所述第二开关单元1062的第三端导通,所述电源20对所述负载30正常供电。
在具体应用中,在上述控制芯片103在接收到上述高电平信号时控制上述控制芯片103输出端输出第一控制信号至上述第一开关单元1061的第一端,如所述第一控制信号可以是低电平信号,所述第一开关单元1061的第一端可是所述第一开关单元1061的控制端,当所述第一开关单元1061的第一端接收到所述第一控制信号时进行截止,所述第一开关单元1061的第三端为高电平信号并输出至所述第二开关单元1062的第一端,所述第二开关单元1062的第一端接收到所述高电平信号处于进行截止,因此所述第二开关单元1062的第二端与所述第二开关单元1062的第三端断开,所述电源20对所述负载30停止供电。
在一个实施例中,所述开关模块106还包括第三开关单元,所述第三开关单元的第一端与所述比较模块104的输出端连接,所述第三开关单元的第二端接地,所述第三开关单元的第三端与所述第一开关单元的第一端连接。
由此可见,在本实用新型实施例中,由于当负载短路时,所述比较模块第一输入端的电压小于所述比较模块第二端的电压,所述比较模块输出端输出高电平至所述控制芯片的输入端,所述控制芯片接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片的输出端输出第一控制信号至所述开关模块的第二端,所述开关模块接收到所述第一控制信号时,控制所述开关模块的第一端和所述开关模块的第三端处于断开状态,所述电源停止为所述负载供电,可以有效的在负载短路时停止供电,防止电源和负载中电子器件的损坏,提高了安全性,且结构简单且易于实现,节约了成本。
实施例三
图4是本实施例提供的一种短路保护电路的电子元器件示例图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,与前述实施例相关的部分可参见前述实施例的相关描述,此处不在赘述,如图4所示:本实施例中,所述第一开关单元1061包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一开关元件Q1。
所述第五电阻R5的第一端与所述第一开关元件Q1的第一端连接,所述第五电阻R5的第二端与所述第六电阻R6的第一端共接构成所述第一开关单元Q1的第一端;所述第六电阻R6的第二端接地;所述第一开关元件Q1的第二端与所述第七电阻R7的第一端连接,所述第一开关元件Q1的第三端为所述第一开关单元Q1的第三端;所述第七电阻R7的第二端为所述第一开关单元Q1的第二端。
在一个实施例中,所述第二开关单元包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第二开关元件Q2。
所述第八电阻R8的第一端为所述第二开关单元Q2的第一端,所述第八电阻R8的第二端与所述第二开关元件Q2的第一端共接于所述第九电阻R9的第一端;所述第九电阻R9的第二端与所述功率电阻105的第二端连接;所述第二开关元件Q2的第二端为所述第二开关单元1062的第二端,所述第二开关元件Q2的第三端为所述第二开关单元1062的第三端;所述第十电阻的第一端接地,所述第十电阻的第二端与所述第二开关元件Q2的第三端连接。
在一个实施例中,所述第一分压模块102包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2,所述第二分压模块102包括第三分压电阻R3和第四分压电阻R4。
所述第一分压电阻R1的第一端为所述第一分压模块102的第一端,所述第一分压电阻R1的第二端与所述第二分压电阻R2的第一端共接所述比较模块104的第一输入端(反相输入端);所述第二分压电阻R2的第二端接地;所述第三分压电阻R3的第一端为所述第二分压模块102的第一端,所述第三分压电阻R3的第二端与所述第四分压电阻R4的第一端共接所述比较模块104的第二输入端(同相输入端);所述第四分压电阻R4的第二端接地。
在一个实施例中,功率电阻105、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4满足R2/(R1+R2+R105)的比值大于R4/(R3+R4)的关系。
在一个实施例中,上述开关模块106还包括第三开关单元1063,所述第三开关单元1063的第一端与所述比较模块104的输出端连接,所述第三开关单元1063的第二端接地,所述第三开关单元1063的第三端与所述第一开关元件Q1的第一端连接。所述第三开关单元1063包括第十一电阻R11、第一电容C1和第三开关元件Q3。
所述第十一电阻R11的第一端与比较模块104的输出端连接,所述第十一电阻R11的第二端与所述第三开关元件Q3的第一端共接于所述第一电容C1的第一端;所述第三开关元件Q3的第二端与所述第一电容C1的第二端共接于地,所述第三开关元件Q3的第三端为所述第三开关单元1063的第三端。
在一个实施例中,所述短路保护电路还包括上拉电阻R12和下拉电阻R13,所述上拉电阻R12的第一端与电源连接,所述上拉电阻R12的第二端与所述第十一电阻R11的第一端连接,所述下拉电阻R13的第一端与所述第十一电阻R11的第一端连接,所述下拉电阻R13的第二端接地。
在具体应用中,当负载30短路时,比较模块104的输出端输出高电平信号至第三开关单元1063的第一端时,如第三开关的单元1063的第一端为控制端。当第三开关单元1063的第一端接收到高电平信号时进行导通,所述第三开关单元1063的第二端和第三端导通,从而所述第三开关单元1063的第三端为低电平信号,使得所述第一开关单元1061的第一端为低电平信号,所述第一开关单元1061的第一端可是所述第一开关单元1061的控制端,当所述第一开关单元1061的第一端接收到所述第一控制信号时进行截止,所述第一开关单元1061的第三端为高电平信号并输出至所述第二开关单元1062的第一端,所述第二开关单元1062的第一端接收到所述高电平信号进行截止,因此所述第二开关单元1062的第二端与所述第二开关单元1062的第三端断开,所述电源20对所述负载30停止供电。通过第三开关单元1063和控制芯片103可在负载短路时,实现双重保护,从而进一步保证了安全性。
在一个实施例中,上述控制芯片103具体可以是单片机中央处理单元(CentralProcessing Unit,CPU)等能够实现数据处理和控制功能的任意器件,还可以是其他通用控制芯片、数字信号控制芯片(Digital Signal Processor,DSP)、ARM微处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制芯片可以是微控制芯片或者该控制芯片也可以是任何常规的控制芯片等。
在一个实施例中,上述第一开关元件优选为三极管Q1(在其它实施例中,第一开关元件也可以为其它开关管),所述三极管Q1具体可为NPN型三极管,所述第一开关元件的第一端、第二端以及第三端分别为所述三极管Q1的基极、发射极和集电极。上述第三开关元件优选为三极管Q3(在其它实施例中,第三开关元件也可以为其它开关管),所述三极管Q3具体可为NPN型三极管,所述第三开关元件的第一端、第二端以及第三端分别为所述三极管Q3的基极、发射极和集电极。
在一个实施例中,所述第二开关元件优选为PMOS管Q2(在其它实施例中,第二开关元件也可以为其它开关管),所述第二开关元件的第一端、第二端以及第三端分别为所述PMOS管Q2的栅极、源极以及漏极。
在一个实施例中,上述比较模块104包括比较器U1,所述比较器U1具体可为型号LM393的比较器,或其他型号的比较器。
由此可见,本实用新型实施例,当负载短路时,所述比较模块第一输入端的电压小于所述比较模块第二端的电压,所述比较模块输出端输出高电平至所述控制芯片的输入端,所述控制芯片接收到所述高电平信号时控制所述控制芯片的输出端输出第一控制信号至所述开关模块的第二端,所述开关模块接收到所述第一控制信号时,控制所述开关模块的第一端和所述开关模块的第三端处于断开状态,所述电源停止为所述负载供电,可以有效的在负载短路时停止供电,防止电源和负载中电子器件的损坏,提高了安全性,且结构简单且易于实现,节约了成本。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本实用新型的保护范围之内。