CN212343312U - 一种输出保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路技术领域。本实用新型公开了一种输出保护电路，包括输出回路、第一开关电路、第二开关电路、单向导通电路、电流采样电路、放大电路、短路判断电路和主控电路，第一开关电路、单向导通电路和电流采样电路依次串接在输出回路中，第一开关电路的控制端接主控电路的输出端，电流采样电路的输出端分别接放大电路和短路判断电路的输入端，放大电路和短路判断电路的输出端分别接主控电路，主控电路用于根据放大电路和短路判断电路输出的信号相应地控制第一开关电路的通断，第二开关电路被配置为当短路判断电路判断到输出回路短路时，控制第一开关电路断开。本实用新型具有输出过载，输出短路，甚至输出接口误用的保护功能。

Description

一种输出保护电路

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，具体地涉及一种输出保护电路。

背景技术

在很多移动电子产品或储能产品(如移动电源)中，都会有一输入口和多个输出口，输入口主要是供外部充电器或适配器给内部电池(主要是锂电池)充电使用，输出口主要是通过内部DC/DC转换电路将内部电池电压转换成需要的电压或通过MOS管开关电路将内部电池直接输出，以供外部电子设备使用。而目前市场上电子设备功率大小、质量好坏各不相同，在使用过程中经常会出现设备过载、短路问题；另外，市场上各种充电器、适配器、配套插头、插座种类繁多，插头和插座的通用性很强，用户有意或无意地将充电器、适配器或者太阳能板等具有电源输出的产品误接入产品输出口的可能性很大，甚至于直接将输出口与充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品反向连接，造成产品输出电路损坏，甚至内部电池损坏、起火、燃烧的风险。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种输出保护电路用以至少解决上述的部分或全部技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种输出保护电路，包括输出回路、第一开关电路、第二开关电路、单向导通电路、电流采样电路、放大电路、短路判断电路和主控电路，输出回路用于接在电源与输出接口之间，第一开关电路、单向导通电路和电流采样电路依次串接在输出回路中，第一开关电路的控制端接主控电路的输出端，电流采样电路的输出端分别接放大电路和短路判断电路的输入端，放大电路和短路判断电路的输出端分别接主控电路，主控电路用于根据放大电路和短路判断电路输出的信号相应地控制第一开关电路的通断，第二开关电路被配置为当短路判断电路判断到输出回路短路时，控制第一开关电路断开。

进一步的，所述单向导通电路由二极管来实现。

更进一步的，还包括第三开关电路和比较电路，第三开关电路与单向导通电路并联设置，第三开关电路的控制端接比较电路的输出端，比较电路的输入端接放大电路的输出端。

更进一步的，所述单向导通电路和第三开关电路包括PMOS管Q1和NMOS管Q6，PMOS管Q1和NMOS管Q6组成二级开关电路，PMOS管Q1的栅极接比较电路的输出端，NMOS管Q6串接在输出回路中。

进一步的，还包括输出接口反接检测电路，输出接口反接检测电路用于当检测到输出接口反接时，输出信号控制第一开关电路断开，并输出信号给主控电路。

更进一步的，所述输出接口反接检测电路采用光耦来实现。

进一步的，所述第一开关电路由NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5构成的三级开关电路来实现。

进一步的，所述第二开关电路采用NPN三极管Q4来实现。

进一步的，所述短路判断电路采用比较器来实现。

进一步的，还包括报警电路，报警电路与主控电路连接，所述电源为锂电池。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型具备输出过载保护，短路保护以及外部误插充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品的保护功能，避免造成产品损坏，杜绝内部电池损坏、起火、燃烧的风险，提高安全性和可靠性。

此外，本实用新型还具有输出接口反接外部充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品的保护功能，进一步提高安全性和可靠性。

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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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一的具体电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种输出保护电路，包括输出回路、第一开关电路、第二开关电路、单向导通电路、电流采样电路、放大电路、短路判断电路和主控电路，输出回路用于接在电源与输出接口X1之间，本具体实施例中，电源为可充电的锂电池，锂电池的正极BAT+通过输出回路的正输出回路接输出接口X1的正极1，锂电池的负极接地，输出接口X1的负极2通过输出回路的负输出回路接地，但并不限于此，在其它实施例中，电源也可以是其它电池或电源等。

第一开关电路、单向导通电路和电流采样电路依次串接在输出回路中，本具体实施例中，第一开关电路、单向导通电路和电流采样电路依次串接在输出回路的负输出回路中，但并不限于此，在一些实施例中，也可以串接在输出回路的其它位置。

第一开关电路的控制端接主控电路的输出端，电流采样电路的输出端分别接放大电路和短路判断电路的输入端，放大电路和短路判断电路的输出端分别接主控电路，主控电路用于根据放大电路和短路判断电路输出的信号相应地控制第一开关电路的通断，第二开关电路被配置为当短路判断电路判断到输出回路短路时，控制第一开关电路断开。

本具体实施例中，主控电路采用MCU处理器U3来实现，具体电路结构请详见图1，此不再细说，当然，在其它实施例中，主控电路也可以采用其它处理器来实现。

本具体实施例中，所述第一开关电路由NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5构成的三级开关电路来实现，具体的，NPN三极管Q3的集电极串联电阻R8和R2接正输出回路，NPN三极管Q3的发射极接负输出回路，NPN三极管Q3的基极串联电阻R14接MCU处理器U3的第8脚(输出端)，PMOS管Q2的栅极接电阻R8和R2之间的节点，PMOS管Q2的源极接正输出回路，PMOS管Q2的漏极依次串联电阻R11和R17接负输出回路，NMOS管Q5串接在负输出回路中，NMOS管Q5的栅极串联电阻R15接电阻R11和R17之间的节点，更详细的电路结构请详见图1。采用该开关电路，驱动稳定性好，功耗低，成本低，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用其它开关电路来实现，如NPN三极管Q3采用MOS管来代替、PMOS管Q2采用三极管来代替等的开关电路。

本具体实施例中，电流采样电路采用电流采样电阻RS1来实现，结构简单，成本低，但并不限于此。具体的，电流采样电阻RS1串接在负输出回路中，电流采样电阻RS1的第一端接地，电流采样电阻RS1的第二端串联NMOS管Q5接输出接口X1的负极2。

本具体实施例中，所述短路判断电路采用由比较器组成的比较电路来实现，放大电路采用放大器来实现，电路结构简单，但并不限于此。

优选的，本具体实施例中，短路判断电路和放大电路采用型号为LM258的运算放大器U1来实现，使得电路结构更简单，器件更少。具体的，运算放大器U1的第5脚为放大电路的输入端接电流采样电阻RS1的第二端(电流采样电路的输出端)，运算放大器U1的第7脚为放大电路的输出端串联电阻R5接MCU处理器U3的第6脚(输入端)，运算放大器U1的第3脚为短路判断电路的输入端接电流采样电阻RS1的第二端，运算放大器U1的第1脚为短路判断电路的输出端，一路串联二极管D1接MCU处理器U3的第6脚，另一路接第二开关电路的控制端，更具体的电路结构请详见图1，此不再细说。

当然，在其它实施例中，短路判断电路和放大电路也可以是两个分开的电路模块。

本具体实施例中，所述第二开关电路采用NPN三极管Q4来实现，NPN三极管Q4的基极串联电阻R20接运算放大器U1的第1脚，NPN三极管Q4的集电极接NPN三极管Q3的基极，NPN三极管Q4的发射极接地。采用该开关电路，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在其它实施例中，第二开关电路也可以采用现有的其它开关电路来实现。

本具体实施例，所述单向导通电路由二极管来实现，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用现有的其它单向导通电路来实现。

进一步的，本实施例中，还包括第三开关电路和比较电路，第三开关电路与单向导通电路并联设置，第三开关电路的控制端接比较电路的输出端，比较电路的输入端接放大电路的输出端，使得在检测到负输出回路中具有一定电流时，导通第三开关电路，避免二极管长期工作而发热，甚至损坏，既降低能耗，又提高安全性和可靠性。

本具体实施例中，所述单向导通电路和第三开关电路包括PMOS管Q1和NMOS管Q6，PMOS管Q1和NMOS管Q6组成二级开关电路，PMOS管Q1的栅极接比较电路的输出端，NMOS管Q6串接在负输出回路中，且位于NMOS管Q5与输出接口X1的负极1之间，具体电路连接详见图1，此不再细说，本实施例中，采用NMOS管Q6的内部二极管来作为单向导通电路，电路结构简单，器件少，成本低，但并不限于此。

本具体实施例中，比较电路采用型号为LMV331的比较器U4来实现，比较器U4的第4脚(输出端)接PMOS管Q1的栅极，比较器U4的第3脚(输入端)串联电阻R5接运算放大器U1的第7脚，更具体的电路结构请详见图1，此不再细说。当然，在其它实施例中，比较电路也可以采用现有的其它比较电路来实现。

进一步的，本具体实施例中，还包括输出接口反接检测电路，输出接口反接检测电路用于当检测到输出接口X1反接外部充电器、适配器或太阳能板等用于输出电源的产品时，输出信号控制第一开关电路断开，并输出信号给MCU处理器U3。

本具体实施例中，输出接口反接检测电路采用光耦U2来实现，电路结构简单，且具有隔离作用，避免干扰，提高稳定性和可靠性，但并不限于此。

具体的，光耦U2采用光敏三极管型的光耦，光耦U2的发光二极管的正端串联电阻R3接二极管D3的负端，二极管D3的正端接输出接口X1的负极2，光耦U2的发光二极管的负端接输出接口X1的正极1，光耦U2的光敏三极管的发射极接地，光耦U2的光敏三极管的集电极接NPN三极管Q3的基极和MCU处理器U3的第10脚(输入端)。

本具体实施例中，还包括报警电路，报警电路与MCU处理器U3连接，用于进行异常警报，具体的，报警电路由蜂鸣器B1和NPN三极管Q7组成，具体电路请详见图1，此不再细说。

工作过程：

产品开机后，系统上电自检正常后，MCU处理器U3的第8脚输出高电平，通过电阻R14使NPN三极管Q3导通，PMOS管Q2和NMOS管Q5随后导通，因运算放大器U1和光耦U2均未检测到异常而无输出，所以NPN三极管Q4和光耦U2均不导通，锂电池电压可通过输出接口X1、NMOS管Q6内部二极管和导通的NMOS管Q5正常输出；当外部是正常的用电设备插入工作时，电流采样电阻RS1上会取样电流产生电压，通过运算放大器U1的第5脚输入，进行放大运算后，由第7脚输出，一路输出给比较器U4，与比较器U4的第1脚的基准电压比较，超过第1脚基准后，由第4脚输出低电平开启PMOS管Q1和NMOS管Q6，从而将锂电池电压加在用电设备上，设备正常工作(比较器U4的第1脚基准电压可以调整，设定有一定的正常工作电流后开启PMOS管Q1和NMOS管Q6，提高可靠性)；另一路输出给MCU处理器U3的第6脚，由MCU处理器U3进行相应的处理运算。

过载(过流)保护：当外部连接的设备功率超过该输出接口X1的设定功率时，MCU处理器U3判断到运算放大器U1的第7脚输出的电压超过设定值，则MCU处理器U3的第8脚输出低电平，从而关闭NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5，关断输出，实现过载(过流)保护，此时MCU处理器U3通过蜂鸣器B1蜂鸣告警。

短路保护：当外部连接的设备故障短路时，通过电流采样电阻RS1取样电流产生电压，并输出给运算放大器U1的第3脚，运算放大器U1将其与第2脚短路基准比较后，通过第1脚输出高电平，一路通过电阻R20直接开启NPN三极管Q4，强制关闭NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5，关断输出；另外，通过二极管D1、D2和D5自锁运算放大器U1并通知MCU处理器U3，MCU处理器U3识别到短路信号后关闭第8脚高电平，实现短路保护，此时MCU处理器U3通过蜂鸣器B1蜂鸣告警。

外部充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品误插入保护：当外部插入的不是负载设备，而是充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品，且极性正确时，因NMOS管Q6不导通，NMOS管Q6内部二极管反向，所以，外部充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品的电压不会给锂电池充电，也不会损坏产品输出电路。

外部充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品反向误插入保护：当外部插入的不是负载设备，而是充电器、适配器或太阳能板等具有电源输出的产品，且正负极性反向时，此时，反向电压通过二极管D3、电阻R3使光耦U2工作、输出低电平，强制关闭NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5，切断输出和反向输入的回路，同时通知MCU处理器U3外部有电源反向接入，从而告警并杜绝锂电池和外部电源造成的大电流短路和失控问题。

关机保护：产品在关机状态下，因NMOS管Q5和NMOS管Q6均处于关断状态，所以，外部充电器、适配器或太阳能板不管是正向插入还是反向插入，都不会对输出电路造成损坏。

实施二

本实施例与实施例一的区别为：本实施例中，采用二极管与NPN三极管并联电路来替代实施例一的NMOS管Q6。

本实用新型具备输出过载保护，短路保护、外部误插充电器、适配器或太阳能板等以及输出接口反接外部充电器、适配器或太阳能板等的保护功能，避免造成产品损坏，杜绝内部电池损坏、起火、燃烧的风险，提高安全性和可靠性。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种输出保护电路，其特征在于：包括输出回路、第一开关电路、第二开关电路、单向导通电路、电流采样电路、放大电路、短路判断电路和主控电路，输出回路用于接在电源与输出接口之间，第一开关电路、单向导通电路和电流采样电路依次串接在输出回路中，第一开关电路的控制端接主控电路的输出端，电流采样电路的输出端分别接放大电路和短路判断电路的输入端，放大电路和短路判断电路的输出端分别接主控电路，主控电路用于根据放大电路和短路判断电路输出的信号相应地控制第一开关电路的通断，第二开关电路被配置为当短路判断电路判断到输出回路短路时，控制第一开关电路断开。

2.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：所述单向导通电路由二极管来实现。

3.根据权利要求2所述的输出保护电路，其特征在于：还包括第三开关电路和比较电路，第三开关电路与单向导通电路并联设置，第三开关电路的控制端接比较电路的输出端，比较电路的输入端接放大电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的输出保护电路，其特征在于：所述单向导通电路和第三开关电路包括PMOS管Q1和NMOS管Q6，PMOS管Q1和NMOS管Q6组成二级开关电路，PMOS管Q1的栅极接比较电路的输出端，NMOS管Q6串接在输出回路中。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的输出保护电路，其特征在于：还包括输出接口反接检测电路，输出接口反接检测电路用于当检测到输出接口反接时，输出信号控制第一开关电路断开，并输出信号给主控电路。

6.根据权利要求5所述的输出保护电路，其特征在于：所述输出接口反接检测电路采用光耦来实现。

7.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：所述第一开关电路由NPN三极管Q3、PMOS管Q2和NMOS管Q5构成的三级开关电路来实现。

8.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：所述第二开关电路采用NPN三极管Q4来实现。

9.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：所述短路判断电路采用比较器来实现。

10.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：还包括报警电路，报警电路与主控电路连接，所述电源为锂电池。

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