CN210983123U - Oc输出限流电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种OC输出限流电路及系统；其中，OC输出限流电路包括两两连接的放大比较电路、控制电路及输出电路；输出电路分别与芯片的OC输出管脚及负载连接；输出电路用于基于OC输出管脚输出的电压及负载，输出负载电流；放大比较电路基于输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；控制电路基于该比较信号，控制输出电路输出负载电流。本实用新型中采用较为简单的电路结构实现了对OC输出电路的小信号电流限流功能，实用性较高。

Description

OC输出限流电路及系统

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种OC输出限流电路及系统。

背景技术

相关技术中，OC输出电路大部分采用带自诊断低边驱动芯片实现对OC输出的负载电流的限制功能；该方式可以在限制电流为安培量级时满足限流的需求，但无法实现小信号限流，且结构复杂，成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种OC输出限流电路及系统，以通过较为简单的电路结构实现对OC输出电路的小信号电流限流功能，提高OC输出电路的实用性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种OC输出限流电路，包括两两连接的放大比较电路、控制电路及输出电路；输出电路分别与芯片的OC输出管脚及负载连接；输出电路用于基于OC输出管脚输出的电压及负载，输出负载电流；放大比较电路用于基于输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；控制电路用于基于比较信号，控制输出电路输出负载电流。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述输出电路包括电流偏置电阻、电压偏置电阻及NMOS晶体管；NMOS晶体管的栅极通过电流偏置电阻与OC输出管脚连接；当OC输出管脚输出高电平时，电流偏置电阻为NMOS晶体管提供偏置电流；NMOS晶体管的源极与放大比较电路的放大输入端连接；NMOS晶体管的源极通过电压偏置电阻接地；NMOS晶体管的漏极与负载连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，放大比较电路包括放大电路及比较电路；放大电路用于将电压偏置电阻的对地电压放大设定的倍数，输出第一比较电压；在NMOS晶体管处于导通状态时，电压偏置电阻的对地电压的数值与负载电流和电压偏置电阻的乘积的数值相等；比较电路用于将第一比较电压与预设的阈值电压进行比较，输出比较信号。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述放大电路包括第一三极管及负载电阻。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述比较电路包括比较器及阈值电压生成电路；比较器的第一比较输入端与放大电路的放大输出端连接；比较器的第二比较输入端与阈值电压生成电路连接；阈值电压生成电路为第二比较输入端提供设定的阈值电压；当第一比较电压大于阈值电压时，比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V；当第一比较电压小于阈值电压时，比较器的比较输出端输出的比较信号为0V。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述阈值电压生成电路包括依次连接的第一电源、第一分压电阻及第二分压电阻；第二分压电阻接地；比较器的第二比较输入端通过第二分压电阻接地。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述控制电路包括第二三极管；比较器的比较输出端与第二三极管的基极连接；第二三极管的发射极接地；第二三极管的集电极连接NMOS晶体管的栅极连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述比较器的输出端通过第一电阻与第二三极管的基极连接；当比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V时，第二三极管工作在放大区。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种OC输出限流系统，该系统包括依次连接的芯片、上述OC输出限流电路及负载。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括负载供电电源，负载供电电源与负载连接，为负载供电。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种OC输出限流电路及系统；其中，OC输出限流电路包括两两连接的放大比较电路、控制电路及输出电路；输出电路分别与芯片的OC输出管脚及负载连接；放大比较电路基于输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；控制电路基于该比较信号，控制输出电路输出负载电流。该方式采用较为简单的电路结构实现了对OC输出电路的小信号电流限流功能，实用性较高。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本实用新型的上述技术即可得知。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种OC输出限流电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种OC输出限流电路的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的一种OC输出限流电路的工作逻辑示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种OC输出限流系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

随着科技的发展，单片机、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等集成芯片在工业中的应用越来越广泛。OC(outputcompare，输出比较)通常为单片机相关的概念。输出比较的作用是用程序的方法在特定的时刻输出需要的电平(如两种不同的输出信号，高电平5V为一种输出信号，低电平0V为另一种输出信号，代表不同的信息)，实现对外部电路的控制。同一系统的各个芯片之间可以通过OC输出进行信号传递。

例如，在汽车行业中，ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)的各个模块之间有很多小电流OC输出的数字信号设计输出；以整车控制器VCU(Vehicle ControlUnit)为例，整车控制器就有几路小电流OC数字信号输出。在OC输出功能正常的情况下，需要满足输出短路到电源和短路到地不会损坏VCU控制器内部的电子元器件要求，从而更好的起到内部电路和外部负载的工作安全。

随着汽车行业的发展，对汽车的安全性能要求越来越高，电路设计不仅需要满足产品的功能需求，同时还需要满足一些电气性能试验要求。现有的OC输出电路大部分采用带自诊断低边驱动芯片，该方式可以在一定程度上满足限流的需求，但是限制电流都是安培级的，无法实现小信号限流的功能。

基于此，本实用新型实施例提供了一种噪声转化装置及扫地机器人，可以应用于家庭、会议室或其他公众场合等对噪音分贝要求较高的地面清洁工作。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种噪声转化装置进行详细介绍。

本实用新型实施例提供了一种OC输出限流电路，如图1所示，该电路包括两两连接的放大比较电路10、控制电路20及输出电路30；输出电路分别与芯片40的OC输出管脚及负载50连接。

输出电路用于基于OC输出管脚输出的电压及负载，输出负载电流；放大比较电路用于基于输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；控制电路用于基于比较信号，控制输出电路输出负载电流。

上述放大比较电路可以将输出电路的负载电流通过电路结构转化为可以进行比较的电压形式，如使负载电流流经设定阻值的电阻，将负载电流对应的电压与设定的阈值电压进行比较；该阈值电压根据限制电流及输出电路转化为对应电压过程中的电阻计算得到。当负载电流对应的电压大于或等于阈值电压时，可以认为负载电流大于或等于限制电流，放大比较电路此时输出一种比较信号；当负载电流对应的电压小于阈值电压时，可以认为负载电流小于限制电流，放大比较电路此时输出另一种比较信号。

控制电路在接收到表示负载电流大于或等于限制电流的比较信号时，可以采用增大输出电路中的电阻的方式控制输出电路输出负载电流减小；在接收到表示负载电流小于限制电流的比较信号时，可以不进行工作。当输出电路中包括晶体管或三极管时，控制电路可以改变晶体管或三极管所处的工作状态来改变输出电路中的电阻。

本实用新型实施例提供了一种OC输出限流电路；其中，OC输出限流电路包括两两连接的放大比较电路、控制电路及输出电路；输出电路分别与芯片的OC输出管脚及负载连接；放大比较电路基于输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；控制电路基于该比较信号，控制输出电路输出负载电流。该方式采用较为简单的电路结构实现了对OC输出电路的小信号电流限流功能，实用性较高。

本实用新型实施例还提供了另一种OC输出限流电路，该电路在图1所示的电路基础上实现；该电路包括由电流偏置电阻和电压偏置电阻及NMOS晶体管组成的输出电路、放大电路、比较电路及可以实现控制电路功能的三极管。

在具体实现过程中，上述输出电路中，NMOS晶体管的栅极通过电流偏置电阻与OC输出管脚连接；当OC输出管脚输出高电平时，电流偏置电阻为NMOS晶体管提供偏置电流；NMOS晶体管的源极与放大比较电路的放大输入端连接；NMOS晶体管的源极通过电压偏置电阻接地；NMOS晶体管的漏极与负载连接。

在具体实现过程中，放大电路用于将电压偏置电阻的对地电压放大设定的倍数，输出第一比较电压；在NMOS晶体管处于导通状态时，电压偏置电阻的对地电压的数值与负载电流和电压偏置电阻的乘积的数值相等；比较电路用于将第一比较电压与预设的阈值电压进行比较，输出比较信号。

在具体实现过程中，上述放大电路包括第一三极管及负载电阻；该放大电路可以为由三极管及负载电阻组成的常见放大电路；其中，三极管可以由场效应管代替，负载电阻的不同取值可以改变放大电路的放大倍数。

在具体实现过程中，上述比较电路包括比较器及阈值电压生成电路；比较器的第一比较输入端与放大电路的放大输出端连接；比较器的第二比较输入端与阈值电压生成电路连接；阈值电压生成电路为第二比较输入端提供设定的阈值电压；当第一比较电压大于阈值电压时，比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V；当第一比较电压小于阈值电压时，比较器的比较输出端输出的比较信号为0V。

上述阈值电压生成电路包括依次连接的第一电源、第一分压电阻及第二分压电阻；第二分压电阻接地；比较器的第二比较输入端通过第二分压电阻接地；第二分压电阻的对地电压为比较器的第二比较输入端提供用与第一比较电压进行比较的阈值电压；比较器的比较输出端与上述实现控制电路功能的三极管(为了与上述第一三极管进行区别，也称为第二三极管)的基极连接；第二三极管的发射极接地；第二三极管的集电极连接NMOS晶体管的栅极连接。

进一步地，上述比较器的输出端通过第一电阻与第二三极管的基极连接；当比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V时，第二三极管工作在放大区；当比较器输出的比较信号为Vc时，第一电阻的电阻值为R1时，第二三极管的基极的偏置电流为Vc/R1，该偏置电流可以使得第二三极管工作在放大区。当第二三极管工作在方法区时，由于第二三极管的集电极连接NMOS集体管的栅极，且通过电流偏置电阻与OC输出管脚连接；通过电流偏置电阻的一部分电流会分流至第二三极管，提供给NMOS晶体管的栅极的偏置电流减小，使得NMOS晶体管工作于放大区，源极和漏极之间的电阻增大，使得负载电流减小，实现限流功能。

上述OC输出限流电路可以应用于应用于整车控制器VCU数字OC输出，该方式不仅可以实现控制功能，而且可以防止输出短接电源而损坏控制器内部电子元器件的情况，确保了电路输出模块的正常工作，又确保了电路输出的安全，具体电路图如图2所示。

VCU主微处理器(Micro-Controller)TC277(即上述芯片)的GPIO PIN脚(即上述OC输出管脚)输出一路5V或0V的数字信号，控制NMOS Q3(即上述NMOS晶体管)的导通与闭合，来实现输出OC输出。电路中的R10(即上述电流偏置电阻)是提供Q3的偏置电流，Q2(即上述实现控制电路功能的三极管)是用来钳位Q3基极的电压。

该电路的工作逻辑如图3所示，当TC277的GPIO PIN脚输出5V时，Q3饱和导通时，Q3的源极和漏极两端电压近似为0V，负载供电电源为12V时，此时的负载电流为12V/(R9+Rload)；电阻R9(即上述电压偏置电阻)上的电压V1(电压偏置电阻的对地电压)也会较大，电压V1通过第一级运放(即上述放大电路)放大为电压V2(即上述第一比较电压)，V2为V1值的两倍(根据放大电路的电阻R7和R8可以确定)；然后通过和第二级运放和输入端负极电压V3(即上述阈值电压)进行比较；如果负载Rload较小，则通过负载的电流(即负载电流)较大，则V2较大；如果V2的电压大于或等于V3，即负载电流大于或等于V3/2R9，那么比较后二级运放输出V4(即上述比较信号)，并控制三极管Q2工作在放大区，从而控制Q3的源极和漏极之间的电阻处于可变状态，输出的电流受到限制。如果V2的电压低于V3(负载电流小于限制电流时，即负载电流小于V3/2R9)，那么二级运放输出V4为0V，Q2处于关断状态，不进行工作，Q3进入饱和区，为开关状态，负载电流不受限制。

根据图3的各个电阻的阻值，该电路限流计算为：

Ilimit＝5V*(R8/(R8+R7))/(2*R9)＝(5*(4.7K/20K+4.7K))/(2*R9)

≈47.6mA

其中，*表示乘法运算。根据设计需求，可以通过变更电阻R7,R8,R9来实现限流大小的变更。若限流较大需要考虑Q3 MOS管的功率问题。

本实用新型的电路结构简单，实时性高；电路成本低，可移植性强；限流值稳定性较高，且变更限流值较为简单、便捷。

结合上述实用新型实施例，本实用新型实施例还提供了一种OC输出限流系统；如图4所示，该系统包括依次连接的芯片40、上述OC输出限流电路1及负载50。

进一步，上述系统还包括负载供电电源，负载供电电源与负载连接，为负载供电。

本实用新型实施例提供的OC输出限流系统，与上述实施例提供的OC输出限流电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种OC输出限流电路，其特征在于，包括两两连接的放大比较电路、控制电路及输出电路；所述输出电路分别与芯片的OC输出管脚及负载连接；

所述输出电路用于基于所述OC输出管脚输出的电压及负载，输出负载电流；

所述放大比较电路用于基于所述输出电路的负载电流及预设的阈值电压，输出比较信号；

所述控制电路用于基于所述比较信号，控制所述输出电路输出负载电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出电路包括电流偏置电阻、电压偏置电阻及NMOS晶体管；

所述NMOS晶体管的栅极通过所述电流偏置电阻与所述OC输出管脚连接；当所述OC输出管脚输出高电平时，所述电流偏置电阻为所述NMOS晶体管提供偏置电流；

所述NMOS晶体管的源极与所述放大比较电路的放大输入端连接；所述NMOS晶体管的源极通过所述电压偏置电阻接地；

所述NMOS晶体管的漏极与所述负载连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述放大比较电路包括放大电路及比较电路；

所述放大电路用于将所述电压偏置电阻的对地电压放大设定的倍数，输出第一比较电压；在NMOS晶体管处于导通状态时，所述电压偏置电阻的对地电压的数值与所述负载电流和电压偏置电阻的乘积的数值相等；

所述比较电路用于将所述第一比较电压与预设的阈值电压进行比较，输出比较信号。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述放大电路包括第一三极管及负载电阻。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器及阈值电压生成电路；

所述比较器的第一比较输入端与所述放大电路的放大输出端连接；

所述比较器的第二比较输入端与所述阈值电压生成电路连接；所述阈值电压生成电路为所述第二比较输入端提供设定的阈值电压；

当所述第一比较电压大于所述阈值电压时，所述比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V；

当所述第一比较电压小于所述阈值电压时，所述比较器的比较输出端输出的比较信号为0V。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述阈值电压生成电路包括依次连接的第一电源、第一分压电阻及第二分压电阻；所述第二分压电阻接地；所述比较器的第二比较输入端通过所述第二分压电阻接地。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括第二三极管；所述比较器的比较输出端与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极连接所述NMOS晶体管的栅极连接。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述比较器的输出端通过第一电阻与所述第二三极管的基极连接；当所述比较器的比较输出端输出的比较信号不为0V时，所述第二三极管工作在放大区。

9.一种OC输出限流系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的芯片、如权利要求1-8任一项所述的OC输出限流电路及负载。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括负载供电电源，所述负载供电电源与所述负载连接，为所述负载供电。

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