CN214255695U - 短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了短路保护电路，属于短路保护电路领域，可以对半桥预驱芯片控制的H桥进行短路保护，反应速度快，本实用新型的短路保护电路，包括由四个MOS管组成的驱动电路，由半桥预驱芯片a和半桥预驱芯片b组成的半桥预驱电路，半桥预驱芯片a与两个MOS管连接，半桥预驱芯片b与另外两个MOS管连接，还包括接入所述半桥预驱电路的MCU信号电路，向所述半桥预驱电路发出PWM信号，还包括短路处理电路，与半桥预驱电路连接，采样电阻，用于对所述驱动电路产生的电流进行采样并转化为电压信号，短路判断电路，与采样电阻和所述短路处理电路连接，用于判断所述采样电阻获取的电压信号并在短路时通过所述短路处理电路使整个电路进入保护状态。

Description

短路保护电路

【技术领域】

本实用新型涉及短路保护电路领域，尤其涉及短路保护电路。

【背景技术】

对直流有刷电机控制需要一些控制电路，其中一种控制电路为H桥电路，由四个MOS管组成，由于MOS管内阻小，在输出线短路时，导致回路会产生极大的电流，进而烧毁MOS。

一般处理方法是使用集成预驱芯片，其具有产生控制4个MOS的PWM信号，并且具有电流检测能力，可实现短路保护功能，但集成预驱芯片价格高昂；或是使用价格更低的半桥预驱芯片，2颗半桥预驱芯片即可控制4个MOS组成的H桥电路，而一路H桥的预驱成本大约只有集成预驱芯片的1/5，但半桥预驱芯片缺少短路保护功能，一般由MCU进行采样电流，再进行保护，然而MCU采集电流需要一定的周期，其时间往往超出MOS所能承受的时间，导致MOS烧毁。

【实用新型内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提出短路保护电路，可以对半桥预驱芯片控制的H桥进行短路保护，反应速度快。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

短路保护电路，包括由四个MOS管组成的驱动电路，由半桥预驱芯片a和半桥预驱芯片b组成的半桥预驱电路，所述半桥预驱芯片a与两个MOS管连接，所述半桥预驱芯片b与另外两个MOS管连接，还包括接入所述半桥预驱电路的MCU信号电路，向所述半桥预驱电路发出PWM信号，还包括短路处理电路，与所述半桥预驱电路连接，采样电阻，用于对所述驱动电路产生的电流进行采样并转化为电压信号，短路判断电路，与所述采样电阻和所述短路处理电路连接，用于判断所述采样电阻获取的电压信号并在短路时通过所述短路处理电路使整个电路进入保护状态。

进一步的，所述短路保护电路还包括接入所述短路判断电路的自锁反馈电路，用于锁定所述保护状态并将所述保护状态信号传递至所述MCU信号电路以警示用户。

进一步的，所述自锁反馈电路包括PNP型的三极管a，所述短路判断电路包括NPN型的三极管b，所述三极管a的C极接入所述三极管b的B极，所述三极管a的E极接入所述三极管b的C极。

进一步的，所述短路判断电路还包括并联的电阻R1和电容C1，用于滤波及调整短路保护的响应时间。

进一步的，所述短路处理电路包括短路处理模块a、短路处理模块b和短路处理模块c，所述短路处理模块b接入所述半桥预驱芯片a，所述短路处理模块c接入所述半桥预驱芯片b，所述短路处理模块a同时接入所述短路处理模块b和所述短路处理模块c，以同时控制所述半桥预驱芯片a和所述半桥预驱芯片b。

进一步的，所述短路处理模块a包括三极管Qa，所述短路处理模块b包括三极管Qb，所述短路处理模块c包括三极管Qc，所述三极管Qa为PNP型，所述三极管Qb和所述三极管Qc为NPN型，所述三极管Qa的C极接入所述三极管Qb和所述三极管Qc的B极，所述三极管Qb的C极和所述三极管Qc的C极接入所述MCU信号电路，在短路时使所述MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平。

进一步的，所述短路处理电路将所述MCU信号电路发出的PWM信号接入所述短路判断电路，以在短路时将所述MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平。

进一步的，所述短路处理电路包括二极管Da和二极管Db，所述二极管Da的正极接入所述MCU信号电路和所述半桥预驱芯片a，所述二极管Db的正极接入所述MCU信号电路和所述半桥预驱芯片b，所述二极管Da和所述二极管Db的负极接入所述短路判断电路。

进一步的，所述短路处理电路包括输入电源VCCA和输出电源VCCB，所述短路处理电路将所述输出电源VCCB接入所述半桥预驱电路并为其供电，以在短路时切断所述输出电源VCCB使所述半桥预驱电路失去供电后进入低压保护。

进一步的，所述短路处理电路包括NPN型的三极管Ma和PNP型的三极管Mb，所述三极管Ma的B极接入所述短路判断电路，所述三极管Ma的C极接入所述三极管Mb的B极，所述输入电源VCCA接入所述三极管Mb的E极，所述三极管Mb的C极输出所述输出电源VCCB。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的短路保护电路，驱动电路即为H桥电路，半桥预驱电路能够控制H桥电路，通过采样电阻采集采集驱动电路中的电流，将电流信号转为电压信号，并将电压信号送入到短路判断电路，短路判断电路判断电压信号，在短路时，产生的电流过大，短路判断电路则可以判断出采集的电流超出阈值，进而通过短路处理电路，使得整个电路进入保护状态，从而可以实现在半桥预驱芯片控制的H桥电路中实现短路保护，这样一来，便可以不需要使用MCU信号电路采样电流再进行保护，反应时间更快，使得驱动电路内的MOS管不会烧毁。

本实用新型的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例中短路保护电路的电路图A；

图2为图1中三极管a和三极管b的连接图；

图3为本实用新型实施例中短路保护电路的电路图B；

图4为本实用新型实施例中短路保护电路的电路图C；

图5为图4中短路处理电路的放大图。

【具体实施方式】

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1和图2，本实用新型实施例提出了短路保护电路，包括由四个MOS管组成的驱动电路，由半桥预驱芯片a和半桥预驱芯片b组成的半桥预驱电路，半桥预驱芯片a与两个MOS管连接，半桥预驱芯片b与另外两个MOS管连接，还包括短路处理电路，与半桥预驱电路连接，采样电阻，用于对驱动电路产生的电流进行采样并转化为电压信号，短路判断电路，与采样电阻和短路处理电路连接，用于判断采样电阻获取的电压信号并在短路时通过短路处理电路使整个电路进入保护状态，还包括接入短路处理电路和半桥预驱电路的MCU信号电路，向半桥预驱电路发出PWM信号，半桥预驱电路将MCU给到的PWM信号转换为驱动驱动电路内MOS管的电压信号，用于处理由短路处理电路传递的电压信号。

本实用新型提出的短路保护电路，驱动电路即为H桥电路，半桥预驱电路能够控制H桥电路，通过采样电阻采集采集驱动电路中的电流，将电流信号转为电压信号，并将电压信号送入到短路判断电路，也将电压信号给运放放大后给MCU采集电压(此部分图中未画出)，短路判断电路判断电压信号，在短路时，产生的电流过大，短路判断电路则可以判断出采集的电流超出阈值，进而通过短路处理电路，使得整个电路进入保护状态，从而可以实现在半桥预驱芯片控制的H桥电路中实现短路保护，这样一来，便可以不需要使用MCU信号电路采样电流再进行保护，反应时间更快，使得驱动电路内的MOS管不会烧毁。

进一步的，短路保护电路还包括接入短路判断电路的自锁反馈电路，用于锁定保护状态并将保护状态信号传递至MCU信号电路以警示用户，自锁反馈电路包括PNP型的三极管a，短路判断电路包括NPN型的三极管b，三极管a的C极接入三极管b的B极，三极管a的E极接入三极管b的C极。自锁反馈电路自锁时MCU信号电路识别为低电平，不自锁为高电平。

短路判断电路还包括并联的电阻R1和电容C1，用于滤波及调整短路保护的响应时间。通过电阻R1和电容C1的滤波后将电压给到三极管a的B极，若电压超出，三极管a导通，通过调节电阻R1和电容C1的数值，调节响应时间。

短路判断电路将电压信号进行滤波后给到三极管b的B极，当B极接受到的电压超过三极管b的三极管开通电压后，三极管b导通，进而使短路处理电路动作，也使自锁反馈电路动作。由三极管a和三极管b组成的自锁电路可将状态自锁，简单来说，三极管a导通后将高电压给到三极管b的B极，三极管b导通，而三极管b导通又将三极管a的B极拉低，使三极管a导通，形成自锁。三极管a的E极的较低电平可被MCU信号电路识别为低电平，区别于为不自锁时的高电平，使MCU信号电路知道电路进入了短路保护。而MCU信号电路又可将三极管a的E极拉低至更低电平，破坏三极管a、三极管b的自锁状态，使其回复初始状态，均不导通。

具体的，自锁反馈电路接入有电源VCC0,由于三极管b导通，三极管a的B极被拉低，使得三极管a导通，由于三极管b的B极被三极管b的BE钳位在约0.7V，三极管a导通时EC之间的电压差约0.2V，最终MCU信号电路可接受到约0.9V的电压，认为是低电平；而在三极管a未导通时(即未短路保护时)，MCU信号电路接受到的电压约为电源VCC0的电压，认为是高电平，这样就将两种状态进行了区分，因此可将短路状态反馈给MCU信号电路，进而告知用户进行相关检查。

由于三极管b导通时，使VCC0可通过三极管b的EC将三极管a的BE一直维持在导通电压之上，而无需采样电阻产生的电压来维持导通，从而实现了自锁，这样就不会因为短路电流的消失而保护消失。自锁反馈电路内还包括并联的电阻R2和电容C2，当MCU信号电路需要撤销短路保护状态时，只需将三极管b的E极拉低接近于0V维持一段时间，这样就没有电压能够维持三极管a的BE高于导通电压，进而使三极管a不导通，当MCU不再拉低后，三极管b的B极由于电阻R2将其拉高至VCC3，进而三极管b的BE未超过导通电压，三极管b不导通，从而实现解锁，电容C2的作用是在初始上电或解锁的过程中，维持三极管b的B极电压稳定。

作为优选的，短路处理电路包括短路处理模块a、短路处理模块b和短路处理模块c，短路处理模块b接入半桥预驱芯片a，短路处理模块c接入半桥预驱芯片b，短路处理模块a同时接入短路处理模块b和短路处理模块c，以同时控制半桥预驱芯片a和半桥预驱芯片b，短路处理模块a包括三极管Qa，短路处理模块b包括三极管Qb，短路处理模块c包括三极管Qc，三极管Qa为PNP型，三极管Qb和三极管Qc为NPN型，三极管Qa的C极接入三极管Qb和三极管Qc的B极，三极管Qb的C极和三极管Qc的C极接入MCU信号电路，在短路时使MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平。

本实施例的短路处理电路通过三极管Qb和三极管Qc拉低MCU信号电路的PWM的信号，具体的，短路处理电路在三极管a导通时，由三极管Qa将VCC0的电压给到三极管Qb和三极管Qc，使三极管Qb和三极管Qc导通，从而使MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平，进而使半桥预驱芯片停止将MCU的PWM信号转换为驱动MOS的信号。直接切断半桥预驱芯片的输入信号，进而使半桥预驱芯片停止输出，响应速度极快，在不到1个PWM脉冲的情况下即可实现保护。

上述实施例中，提出了拉低MCU信号电路的PWM信号来实现短路保护的方法，参照图3，在本实用新型的另一个实施例中，还提出了另一种可以拉低PWM信号的短路处理电路，具体的：

短路处理电路将MCU信号电路发出的PWM信号接入短路判断电路，以在短路时将MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平，短路处理电路包括二极管Da和二极管Db，二极管Da的正极接入MCU信号电路和半桥预驱芯片a，二极管Db的正极接入MCU信号电路和半桥预驱芯片b，二极管Da和二极管Db的负极接入短路判断电路。

本实施例的短路处理电路通过二极管Da和二极管Db拉低MCU信号电路的PWM信号，具体的，通过二极管Da和二极管Db，将MCU信号电路的PWM信号接入到短路判断电路的三极管a上，使三极管a导通时将MCU信号电路的PWM维持低电平。通过此电路，可以直接通过二极管拉低PWM信号，相比上述的优选方案，元器件的数量更少，但由于二极管压降比三极管导通压降高，无法将PWM信号拉到非常低的程度，在一些干扰的情况下，错误的使半桥预驱电路识别到高电平，进而继续产生控制驱动电路内的MOS管的电压。

参照图4和图5，与上述实施例的不同，在本实用新型的另一个实施例中，还提出了另一种通过切断半桥预驱电路供电电压来实现短路保护的短路处理电路，具体的：

短路处理电路包括输入电源VCCA和输出电源VCCB，短路处理电路将输出电源VCCB接入半桥预驱电路并为其供电，以在短路时切断输出电源VCCB使半桥预驱电路失去供电后进入低压保护，短路处理电路包括NPN型的三极管Ma和PNP型的三极管Mb，三极管Ma的B极接入短路判断电路，三极管Ma的C极接入三极管Mb的B极，输入电源VCCA接入三极管Mb的E极，三极管Mb的C极输出输出电源VCCB。

本实施例中，短路处理电路通过切断半桥预驱电路内的半桥预驱芯片的供电电压，使半桥预驱电路不再输出控制驱动电路内MOS管的电压，具体的，在此电路中，输出电源VCCB由输入电源VCCA通过三极管Mb提供，当发生短路保护时，短路保护处理电路关断三极管Ma，使得三极管Mb关断，以此切断输出电源VCCB，使半桥预驱电路失去供电后进入低压保护，停止向驱动电路内的MOS管输出控制电压，以此达到短路保护的目的。

本实施例提出的短路处理电路，通过对半桥预驱电路的供电进行控制的方式实现保护，响应时间受VCCB电压下降时间及半桥预驱电路内的半桥预驱芯片低压保护响应时间影响，整个电路响应短路保护的时间被拉长，无法相对于优选方案那样极速保护，使完成保护时对应的电流偏大。在元器件能够承受的情况下，此电路在多路电机输出的情况下，实现最少的元器件数量需求。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.短路保护电路，包括由四个MOS管组成的驱动电路，由半桥预驱芯片a和半桥预驱芯片b组成的半桥预驱电路，所述半桥预驱芯片a与两个MOS管连接，所述半桥预驱芯片b与另外两个MOS管连接，还包括接入所述半桥预驱电路的MCU信号电路，向所述半桥预驱电路发出PWM信号，其特征在于，还包括短路处理电路，与所述半桥预驱电路连接，采样电阻，用于对所述驱动电路产生的电流进行采样并转化为电压信号，短路判断电路，与所述采样电阻和所述短路处理电路连接，用于判断所述采样电阻获取的电压信号并在短路时通过所述短路处理电路使整个电路进入保护状态。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括接入所述短路判断电路的自锁反馈电路，用于锁定所述保护状态并将所述保护状态信号传递至所述MCU信号电路以警示用户。

3.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述自锁反馈电路包括PNP型的三极管a，所述短路判断电路包括NPN型的三极管b，所述三极管a的C极接入所述三极管b的B极，所述三极管a的E极接入所述三极管b的C极。

4.根据权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路判断电路还包括并联的电阻R1和电容C1，用于滤波及调整短路保护的响应时间。

5.根据权利要求1至4中任一所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理电路包括短路处理模块a、短路处理模块b和短路处理模块c，所述短路处理模块b接入所述半桥预驱芯片a，所述短路处理模块c接入所述半桥预驱芯片b，所述短路处理模块a同时接入所述短路处理模块b和所述短路处理模块c，以同时控制所述半桥预驱芯片a和所述半桥预驱芯片b。

6.根据权利要求5所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理模块a包括三极管Qa，所述短路处理模块b包括三极管Qb，所述短路处理模块c包括三极管Qc，所述三极管Qa为PNP型，所述三极管Qb和所述三极管Qc为NPN型，所述三极管Qa的C极接入所述三极管Qb和所述三极管Qc的B极，所述三极管Qb的C极和所述三极管Qc的C极接入所述MCU信号电路，在短路时使所述MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平。

7.根据权利要求1至4中任一所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理电路将所述MCU信号电路发出的PWM信号接入所述短路判断电路，以在短路时将所述MCU信号电路发出的PWM信号维持在低电平。

8.根据权利要求7所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理电路包括二极管Da和二极管Db，所述二极管Da的正极接入所述MCU信号电路和所述半桥预驱芯片a，所述二极管Db的正极接入所述MCU信号电路和所述半桥预驱芯片b，所述二极管Da和所述二极管Db的负极接入所述短路判断电路。

9.根据权利要求1至4中任一所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理电路包括输入电源VCCA和输出电源VCCB，所述短路处理电路将所述输出电源VCCB接入所述半桥预驱电路并为其供电，以在短路时切断所述输出电源VCCB使所述半桥预驱电路失去供电后进入低压保护。

10.根据权利要求9所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路处理电路包括NPN型的三极管Ma和PNP型的三极管Mb，所述三极管Ma的B极接入所述短路判断电路，所述三极管Ma的C极接入所述三极管Mb的B极，所述输入电源VCCA接入所述三极管Mb的E极，所述三极管Mb的C极输出所述输出电源VCCB。

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