CN211266448U - 一种限流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种限流保护电路，设于电源端与设备端之间，包括含有第一开关件的第一回路以及含有第二开关件的第二回路，第一回路接通电源端与设备端并且由第一开关件控制其通断，第二回路连接电源端与地并由第二开关件控制其通断，上述第一开关件采用PMOS管，由并联在其源极和栅极之间的触发电阻R5提供导通电压，第二开关件采用开关三极管Q2，其电阻模块串接于第一回路中，当第一回路中的电流升高至设定值后，上述开关三极管Q2导通，触发电阻R5被短接，第一开关件断开，第一回路断开，由此实现限流保护的目的，由于电阻模块设置为多个第一电阻并联的形式且其中至少一个第一电阻设置为可调电阻，由此可以调节限流保护电路限流的上限值。

Description

一种限流保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路，更具体地说，它涉及一种限流保护电路。

背景技术

在利用外部电源给多个设备（如芯片）进行供电时，如果设备出现短路或功耗突然增大，将导致外部电源的输出增大，由此便会对其它设备造成影响。由于每个设备都需要在额定的功率下才能正常运行，因此，当电流突然增大时，需要对外部电源与设备之间的电流进行限制。

现有技术中的限流电路，如图1所示，当电流小于设定值时，由R1提供Q1的偏置电流，Q1饱和导通，对电流不起控制作用；当电流大于或等于设定值时，R上的压降增大，R上的压降与三极管结压的和接近R2的压降，于是开始限制Q1通过的电流,这样就把电流限制在一定的水平。但是，从上述限流电路也可以看出，上述限流的电流大小并不便于判断与调节。

实用新型内容

针对实际运用中的问题，本实用新型目的在于提出一种限流保护电路，其能够对限流的上限值加以调节，并且能够减少单个电阻的发热量，提升电路的稳定性,具体方案如下：

一种限流保护电路，设置于电源端与设备端之间，包括：

第一回路，其一端与所述电源端电连接，另一端依次连接第一开关件、设备端输入接口、设备端输出接口后接地，所述第一开关件连接配置有第一触发件，所述第一开关件响应于所述第一触发件的触发状态控制所述第一回路的通断；

第二回路，其一端与所述电源端电连接，另一端连接第二开关件后接地，所述第二开关件连接配置有第二触发件，所述第二开关件响应于第二触发件的触发状态控制所述第二回路的通断，其中，当所述第二回路导通时，所述第二触发件关断所述第二开关件；

其中，所述第二开关件配置为集电极与发射极串接入所述第二回路的开关三极管Q2，所述第二触发件包括串联设置于所述第一回路中的电阻模块，所述电阻模块的两端分别与所述开关三极管Q2的基极与发射极耦接，所述电阻模块包括多个并联设置的第一电阻，其中至少一个所述第一电阻配置为可调电阻。

通过上述技术方案，正常情况下第一回路导通，而当电流突然增大后，由于电阻模块的分压作用，使得开关三极管Q2导通，由此使得第二回路导通接地，第一回路断开，进而对设备端加以保护。由于电阻模块采用多个电阻并联设置，使得通过电阻模块的电流被多个第一电阻分流，当其中一个第一电阻在电流突然增大发生损坏后，其余第一电阻依然能够正常工作，当电流恢复正常后，上述限流保护电路仍然能够起到限流的作用。

进一步的，所述第一开关件配置为PMOS管，所述PMOS管的源极经所述电阻模块与所述电源端电连接，所述PMOS管的栅极接地，所述PMOS管的漏极与设备端接口电连接；

所述第一触发件配置为一触发电阻R5，所述触发电阻R5与所述PMOS管源极以及栅极并联设置。

通过上述技术方案，当电流正常时，电流经第一回路传输，此时电阻模块的分压作用不明显，开关三极管Q2不导通，此时触发电阻R5为PMOS管提供导通电压。而当上述开关三极管Q2导通后，相当于上述触发电阻R5被短接，其两端的电压迅速下降，使得PMOS管关断。

进一步的，所述开关三极管Q2的集电极与所述PMOS管的栅极相连接后经第三开关件接地；

其中，所述第三开关件配置为一导通三极管，所述导通三极管的基极与一控制信号耦接，响应于所述控制信号控制所述导通三极管的集电极以及所述PMOS管的栅极的接地状态。

通过上述技术方案，可以通过外部的控制器件控制上述限流保护电路是否能够工作。

进一步的，所述限流保护电路中还配置有：

过流检测组件，配置为用于检测第一回路中电流的过流值，输出检测值信号；

过流判定组件，配置为接收所述检测值信号并将其与一参考电压相比较，基于比较结果输出所述控制信号。

通过上述技术方案，当第一回路中的电流值超过设定值后，随即输出一控制信号，控制上述导通三极管的开断，由此使得第一回路能够在回路电流超过设定值后关断。

进一步的，所述过流检测组件包括一串接于所述第一回路中的第三电阻R7以及一与所述第三电阻R7并联且基于第一比较器D1设置的减法器电路，所述减法器电路采集并输出所述第三电阻R7两端的电压差值，即所述检测值信号；

所述过流判定组件包括一第二比较器D2，所述第二比较器D2接收所述电压差值并将其与所述参考电压相比较，基于比较结果输出所述控制信号。

通过上述技术方案，当第一回路中的电流突然增大时，上述第三电阻R7两端的电压差值增大，减法器电路采集并输出上述电压差值，若上述电压差值不超过第二比较器D2预设的设定值，则上述比较器输出低电平信号关断所述第三开关件，由此实现当电流过载后关断整个第一回路与第二回路的效果。

进一步的，所述电阻模块与电源端之间串联设置有上拉电阻R3；

所述设备端输出接口串联设置下拉电阻R4后接地；

所述上拉电阻R3远离所述电源端一端与所述下拉电阻R4靠近设备端输出接口一端之间串联有一电容；

所述电容的正极与所述上拉电阻R3相接，负极与所述下拉电阻R4相接。

通过上述技术方案，当电流突然发生变化后，电路中的电压相应的也会发生变化，通过设置电容，可以缓冲上述变化对电路造成的影响。

进一步的，所述电容包括多个并联设置的子电容。

通过上述技术方案，由于大电流是瞬时发生的，多个并联的电容有助于电容的快速充放电，实现电容的快速反应。

进一步的，所述导通三极管配置为PNP型三极管，所述导通三极管的集电极与所述开关三极管Q2的集电极以及所述PMOS管的栅极相连接，发射极串联一第二电阻R6后接地；

其中，所述上拉电阻R3与第二电阻R6的阻值之和不大于所述触发电阻R5的阻值。

通过上述技术方案，能够保证第一回路的持续稳定导通。

进一步的，所述第一触发件配置为一第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的稳压值不小于所述PMOS管的导通电压。

通过上述技术方案，能够提升PMOS管导通的稳定性。

进一步的，所述电阻模块的阻值大小为0.5-2.0Ω,所述上拉电阻R3、下拉电阻R4的阻值不低于3KΩ。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

（1）通过在开关三极管Q2的基极与发射极之间接入阻值可调的电阻模块，可以调节限流保护电路限流的上限值，并且采用多个第一电阻并联的形式，降低单个第一电阻的电流流量，减少第一电阻的发热量，保证电路的稳定可靠；

（2）通过在第一回路中设置过流检测组件以及过流判定组件，并基于过流判定组件的判定结果确定是否长时间关断第一回路，扩大了整个限流电路的适用范围；当第一回路中的电流在设定时间段内连续超过设定值后，关断第一回路，也提升了整个限流电路的安全性与可靠性。

附图说明

图1为现有技术中限流电路的示意图；

图2为本实用新型限流电路的结构示意图（实施例一）；

图3为本实用新型限流电路的结构示意图（实施例二）。

附图标记：1、电源端；2、第一开关件；3、设备端输入接口；4、设备端输出接口；5、第一触发件；6、第二开关件；8、电阻模块；9、第三开关件；10、第一稳压二极管；11、电容；12、过流检测组件；13、过流判定组件。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

实施例一

一种限流保护电路，设置于电源端1与设备端之间，如图2所示，主要包括第一回路以及第二回路。在第一回路中，电流经电源端1流向设备端，第二回路直接接地，避免瞬时大电流对设备端造成影响。

详述的，第一回路其一端与电源端1电连接，另一端依次连接第一开关件2、设备端输入接口3、设备端输出接口4后接地。第一开关件2连接配置有第一触发件5，第一开关件2响应于第一触发件5的触发状态控制第一回路的通断。

在本实施例中，上述电源端1配置为12V直流电压，由外部电源装置供电。第一开关件2配置为PMOS管，PMOS管的源极经电阻模块8与电源端1电连接，PMOS管的栅极接地，PMOS管的漏极与设备端接口电连接。对应的，第一触发件5配置为一触发电阻R5。上述触发电阻R5的一端与电源端1电连接，另一端接地，其两端与PMOS管源极以及栅极并联设置。在本实施例中，上述PMOS管可以采用SSM3J340R，其导通电压，即Vgs=-4.0V。触发电阻R5的阻值大小满足其自身分压大小不低于上述导通电压的需求即可。

在另一实施方式中，上述第一触发件5也可以配置为一第二稳压二极管，第二稳压二极管的稳压值满足PMOS管的导通电压即可，相较于触发电阻R5，其导通效果更为稳定。

第二回路的一端与电源端1电连接，另一端连接第二开关件6后接地，第二开关件6连接配置有第二触发件，第二开关件6响应于第二触发件的触发状态控制第二回路的通断。其中，当第二回路导通时，第二触发件关断第二开关件6。

详述的，第二开关件6配置为集电极与发射极串接入第二回路的开关三极管Q2，上述开关三极管Q2采用PNP型三极管，其导通电压设定为5V。详述的，上述开关三极管Q2的发射极与电源端1电连接，上述开关三极管Q2的集电极接地，上述开关三极管Q2的基极与上述PMOS管的源极耦接。第二触发件包括串联设置于第一回路中的电阻模块8，电阻模块8的两端分别与上述开关三极管Q2的基极与发射极耦接。在本实施例中，电阻模块8包括多个并联设置的第一电阻，其中至少一个第一电阻配置为可调电阻。

进一步的，如图2所示，开关三极管Q2的集电极与PMOS管的栅极相连接后经第三开关件9接地。其中，第三开关件9配置为一导通三极管，导通三极管的基极与一控制信号耦接，响应于所述控制信号控制导通三极管的集电极以及PMOS管的栅极的接地状态。上述技术方案可以通过外部的控制器件控制上述限流保护电路是否能够工作。

进一步的，导通三极管配置为PNP型三极管，导通三极管的集电极与开关三极管Q2的集电极以及PMOS管的栅极相连接，发射极串联一第二电阻R6后接地。

基于上述方案，当电流正常时，电流经第一回路传输，此时电阻模块8的分压作用不明显，开关三极管Q2不导通，此时触发电阻R5为PMOS管提供导通电压。而当上述开关三极管Q2导通后，相当于上述触发电阻R5被短接，其两端的电压迅速下降，使得PMOS管关断。当第一回路中电流突然增大后，由于电阻模块8的分压作用，使得开关三极管Q2导通，由此使得第二回路导通接地。此时触发电阻R5被短路，PMOS管关断使得第一回路断开，进而对设备端加以保护。由于电阻模块8采用多个电阻并联设置，使得通过电阻模块8的电流被多个第一电阻分流，当其中一个第一电阻在电流突然增大发生损坏后，其余第一电阻依然能够正常工作，当电流恢复正常后，上述限流保护电路仍然能够起到限流的作用。

为了能够稳定设备端输入输出接口两端的电压，第一回路中位于设备端输入接口3及设备端输出接口4间并联设置有第一稳压二极管10。

进一步详述的，上述电阻模块8与电源端1之间串联设置有上拉电阻R3。设备端输出接口4串联设置下拉电阻R4后接地。在上拉电阻R3远离电源端1一端与下拉电阻R4靠近设备端输出接口4一端之间串联有一电容11，电容11的正极与上拉电阻R3相接，负极与下拉电阻R4相接。当电流突然发生变化后，电路中的电压相应的也会发生变化，通过设置电容11，可以缓冲上述变化对电路造成的影响。

优化的，电容11包括多个并联设置的子电容11。由于大电流是瞬时发生的，多个并联的电容11有助于电容11的快速充放电，实现电容11的快速反应。

为了保证整个限流保护电路的优化运行，其中，上拉电阻R3与第二电阻R6的阻值之和不大于触发电阻R5的阻值。在本实施例中，上拉电阻R3与第二电阻R6的阻值不小于3KΩ，触发电阻R5的阻值不小于9KΩ，电阻模块8的阻值大小为0.5-2.0Ω，优选为1.0Ω。

实施例二

一种限流保护电路，与实施例一不同之处在于：

所述限流保护电路中还配置有过流检测组件12以及过流判定组件13。

过流检测组件12配置为用于检测第一回路中电流是否超过设定值，输出检测值信号。过流判定组件13检测值信号配置为接收所述检测值信号并将其与一参考电压相比较，输出所述控制信号。

详述的，如图3所示，所述过流检测组件12包括一串接于所述第一回路中的第三电阻R7以及一与所述第三电阻R7并联且基于第一比较器D1设置的减法器电路，图3中电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电阻R11均设定为1KΩ，第三电阻R7设定为0.5-2.0Ω，优选为1.0Ω。

上述第三电阻R7靠近设备端输入接口3的一端与所述减法器电路的同向输入端电连接，另一端与减法器电路的反向输入端电连接。

所述过流判定组件13包括一第二比较器D2，所述第二比较器D2的同向输入端与所述减法器电路的输出端耦接，反向输入端耦接于一参考电压Uref，比较输出端输出所述控制信号。

所述减法器电路采集并输出所述第三电阻R7两端的电压差值。上述减法器电路的输出电压差值为其同向输入端与第三电阻R7连接处的电压减去其反向输入端与第三电阻R7连接处的电压。

当第一回路中的电流处于正常值时，上述第二比较器D2同向输入端处的电平不低于反向输入端处电压，此时上述控制信号为高电平信号，使得第三开关件9始终处于导通的状态。

当第一回路中的电流突然增大后，上述第三电阻R7两端的电压增大，上述减法的输出减小，上述第二比较器D2同向输入端处的电平低于反向输入端处电压，此时上述控制信号为低电平信号，使得第三开关件9变为关断状态。

上述实施例二与实施例一的方案相比较，实施例一中的方案，当电流超过设定值后，第一回路关断，而当电流恢复到正常值时，第一回路自动再次导通。而实施例二的方案，当第一回路中的电流超过设定值后，由于第三开关件9的关断，使得第一回路中的第一开关件2无法自动再次导通，由此使得第一回路与第二回路全部关断且不可恢复。

在特定实施例中，上述过流检测组件12以及过流判定组件13可以通过选通件选择性的接入第一回路和/或第二回路中，如在电阻R9与第三电阻R7之间设置一自锁开关并在第三开关件9的导通三极管基极处可拆卸设置一干电池等，以根据不同的使用场景，如燃气阀的控制中选择限流保护电路的运作方式。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种限流保护电路，设置于电源端(1)与设备端之间，其特征在于，包括：

第一回路，其一端与所述电源端(1)电连接，另一端依次连接第一开关件(2)、设备端输入接口(3)、设备端输出接口(4)后接地，所述第一开关件(2)连接配置有第一触发件(5)，所述第一开关件(2)响应于所述第一触发件(5)的触发状态控制所述第一回路的通断；

第二回路，其一端与所述电源端(1)电连接，另一端连接第二开关件(6)后接地，所述第二开关件(6)连接配置有第二触发件，所述第二开关件(6)响应于第二触发件的触发状态控制所述第二回路的通断，当所述第二回路导通时，所述第二触发件关断所述第二开关件(6)；

其中，所述第二开关件(6)配置为集电极与发射极串接入所述第二回路的开关三极管Q2，所述第二触发件包括串联设置于所述第一回路中的电阻模块(8)，所述电阻模块(8)的两端分别与所述开关三极管Q2的基极与发射极耦接，所述电阻模块(8)包括多个并联设置的第一电阻，其中至少一个所述第一电阻配置为可调电阻。

2.根据权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一开关件(2)配置为PMOS管，所述PMOS管的源极经所述电阻模块(8)与所述电源端(1)电连接，所述PMOS管的栅极接地，所述PMOS管的漏极与设备端接口电连接；

所述第一触发件(5)配置为一触发电阻R5，所述触发电阻R5与所述PMOS管源极以及栅极并联设置。

3.根据权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述开关三极管Q2的集电极与所述PMOS管的栅极相连接后经第三开关件(9)接地；

其中，所述第三开关件(9)配置为一导通三极管，所述导通三极管的基极与一控制信号耦接，响应于所述控制信号控制所述导通三极管的集电极以及所述PMOS管栅极的接地状态。

4.根据权利要求3所述的限流保护电路，其特征在于，所述限流保护电路中还配置有：

过流检测组件(12)，配置为用于检测第一回路中电流的过流值，输出检测值信号；

过流判定组件(13)，配置为接收所述检测值信号并将其与一参考电压相比较，基于比较结果输出所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的限流保护电路，其特征在于，

所述过流检测组件(12)包括一串接于所述第一回路中的第三电阻R7以及一与所述第三电阻R7并联且基于第一比较器D1设置的减法器电路，所述减法器电路采集并输出所述第三电阻R7两端的电压差值，即所述检测值信号；

所述过流判定组件(13)包括一第二比较器D2，所述第二比较器D2接收所述电压差值并将其与所述参考电压相比较，基于比较结果输出所述控制信号。

6.根据权利要求3所述的限流保护电路，其特征在于，所述电阻模块(8)与电源端(1)之间串联设置有上拉电阻R3；

所述设备端输出接口(4)串联设置下拉电阻R4后接地；

所述上拉电阻R3远离所述电源端(1)一端与所述下拉电阻R4靠近设备端输出接口(4)一端之间串联有一电容(11)；

所述电容(11)的正极与所述上拉电阻R3相接，负极与所述下拉电阻R4相接。

7.根据权利要求6所述的限流保护电路，其特征在于，所述电容(11)包括多个并联设置的子电容(11)。

8.根据权利要求6所述的限流保护电路，其特征在于，所述导通三极管配置为PNP型三极管，所述导通三极管的集电极与所述开关三极管Q2的集电极以及所述PMOS管的栅极相连接，发射极串联一第二电阻R6后接地；

其中，所述上拉电阻R3与第二电阻R6的阻值之和不大于所述触发电阻R5的阻值。

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