CN214337789U - 一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，涉及直流低边驱动技术领域，通过短路保护检测电路将输出状态正反馈至控制电路实现控制电路的打开，进而使驱动电路完全打开，在开关信号输入为低电平，使控制电路实现无信号驱动，驱动电路的驱动回路断开，实现开关关闭功能，在外部负载电路发生短路后，短路保护检测电路使控制电路截止，进而关断驱动电路，实现保护的目的，在外部的负载电路发生过载时，过载保护检测门限反馈电路将过载信息传递至控制电路，实现驱动电路的关断，达到保护目的，实现对输出端与电源端的短路保护，对驱动电流过载时的过载保护，在电路输出短路或过载失效消除后，可重新恢复开关功能。

Description

一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路

技术领域

本实用新型涉及直流低边驱动技术领域，具体涉及一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路。

背景技术

目前，现代汽车电子电路中有许多应用使用到高、低边开关作为驱动输出，这些输出驱动在复杂的汽车电子电器系统中运行，极容易产生输出过载或短路情况发生，致使汽车电子电器系统产生不可逆转的运行失效。虽然现在也有一些半导体公司推出有具有短路保护的驱动IC，然而这些驱动IC在应用中成本价格极其昂贵，使在具有成本限制的应用中造成很大的成本开销。

因此，如何解决上述问题是我们亟需的。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，可以实现对输出端与电源端的短路保护，并且可以实现对驱动电流过载时的过载保护，在电路输出短路或过载失效消除后，可重新恢复开关功能，在电路参数确定后，电路运行免调试，且相对短路保护驱动IC，本电路成本低廉。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，包括启动电路、控制电路、过载保护检测门限反馈电路、保护电路、短路保护检测电路、驱动电路和负载电路；

所述启动电路电路连接所述控制电路，所述启动电路电路连接所述驱动电路，所述负载电路与所述驱动电路电路连接；

所述过载保护检测门限反馈电路电路连接所述驱动电路，所述短路保护检测电路电路连接所述驱动电路、所述控制电路和所述过载保护检测门限反馈电路；

所述保护电路连接所述过载保护检测门限反馈电路、所述短路保护检测电路和驱动电路；

在所述启动电路接受开关信号输入启动驱动输出，所述短路保护检测电路将驱动输出状态正反馈至控制电路，所述控制电路启动，所述驱动电路从而启动；

当所述开关信号输入低电平时，所述控制电路无信号驱动，所述驱动回路断开；

所述驱动电路驱动时，当负载电路发生短路后，所述驱动输出上升；

在电压下降时至短路保护门限时，所述短路保护检测电路使控制电路截止，所述驱动电路关断；

在负载电路过载时，所述过载保护检测门限反馈电路将过载信息传递至控制电路使控制电路截止，所述驱动电路断开。

所述启动电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；所述控制电路包括第一三极管，所述第一三极管为PNP型三极管；所述短路保护检测电路包括第一稳压二极管和第三电阻；所述驱动电路包括第二二极管，所述第二二极管为NPN型三级管；

所述第一电阻的两端和第一电容的两端分别连接所述第一三极管的发射极和集电极，所述第一三极管的集电极与所述第二二极管的基极之间串联所述第二电阻；

所述第一三极管的基极与所述第三电阻、第一稳压二极管和所述第二二极管的集电极依次连接；

所述第一三极管发射极输入开关信号，所述第二三级管集电极输出开关输动输出。

在本方案中，在启动电路接受到开关信号输入后，启动电路启动驱动输出，通过短路保护检测电路将输出状态正反馈至控制电路实现控制电路的打开，进而使驱动电路完全打开；在开关信号输入为低电平(地电平)时，使控制电路实现无信号驱动，驱动电路的驱动回路断开，实现开关关闭功能；驱动电路驱动时，在外部负载电路发生短路后，驱动输出急剧上升，当电压下降到短路保护门限时，短路保护检测电路使控制电路截止，进而关断驱动电路，实现保护的目的，在外部的负载电路发生过载时，过载保护检测门限反馈电路将过载信息传递至控制电路，使控制电路截止，从而实现驱动电路的关断，达到保护目的。

需要说明的是：开关信号为驱动电路开关的控制(激励)信号，其可以是一般的开关量，也可以为连续脉冲信号；保护电路主要用于吸收回路寄生能量，如电路中产生的过压或负向脉冲信号，此外，过载保护检测门限反馈电路其由两部分电路构成，具体为，用于检测开关负载电流情况的过载检测电路和用于将检测到的过载信息传递到控制电路反馈电路，其共同作用以实时控制开关驱动电路过载保护。

优选地，所述过载保护检测门限反馈电路包括第五电阻、第六电阻、第三三极管、第九电阻、第十电阻和第四三极管；

其中，所述第三三极管为NPN型三级管，所述第四三极管为PNP型三级管；

所述第二二极管的发射极与所述第三三极管的基极之间串联第五电阻和第六电阻；

所述第三三极管的集电极与所述第四三极管的基极之间设置所述第九电阻，所述第十电阻两端分别连接所述第四三极管的发射极和基极；

所述第四三极管的集电极和所述第一三极管的基极之间还串联有一个单向导通的器件。

优选地，所述单向导通的器件为二极管，所述二极管正极连接所述第四三极管的集电极，所述二极管负极连接所述第三电阻和所述第一三极管的基极。

优选地，所述第二三极管的发射极还连接所述第四电阻一端，所述第四电阻另一端接地并构成过载检测电路。

进一步地，所述第一稳压二极管正极连接有第二二极管，所述第二三极管的集电极连接所述第二二极管的正极和第一稳压二极管正极，所述第二二极管负极连接有开关负载，所述开关负载一端分别连接所述第四三极管的发射极和第二二极管负极，另一端连接有第二稳压二极管。

优选地，所述第三三极管发射极接地。

优选地，所述第二稳压二极管正极接地，所述第二稳压二极管负极连接开关输动输出，第二二极管正极输入高电平。

可选地，所述第二稳压二极管可替换为瞬变电压抑制二极管。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，本电路具有过载保护能力，克服了输出端必须对地短路保护的策略，可应用于各种类型负载，其保护门限电压可调，实现不同的过载保护需求，通过使用两级控制电路，快速实现开关启动，能有效解决电子开关驱动电路无输出保护功能，避免由负载电路短路造成的事故，从而提高了电器系统使用的安全性，且本电路对集成度低且具有成本要求的应用具有实用效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中电路结构框图；

图2为本实用新型实施例中电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本实用新型一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，包括启动电路、控制电路、过载保护检测门限反馈电路、保护电路、短路保护检测电路、驱动电路和负载电路，控制电路主要用于驱动开启保持与关断，负载电路主要为能量消耗，主要是实现具体动作的电路或装置，启动电路电路连接控制电路，启动电路电路连接驱动电路，负载电路与驱动电路电路连接；过载保护检测门限反馈电路电路连接驱动电路，短路保护检测电路电路连接驱动电路、控制电路和过载保护检测门限反馈电路；保护电路连接过载保护检测门限反馈电路、短路保护检测电路和驱动电路，实时监测输出端电压情况，以实现输出端对电源短路保护或由于其它原因造成的输出端电压急剧升高时的输出保护，在启动电路接受开关信号输入启动驱动输出，短路保护检测电路将驱动输出状态正反馈至控制电路，控制电路启动，驱动电路从而启动；当开关信号输入低电平时，控制电路无信号驱动，驱动回路断开；驱动电路驱动时，当负载电路发生短路后，驱动输出上升；在电压下降时至短路保护门限时，短路保护检测电路使控制电路截止，驱动电路关断；在负载电路过载时，过载保护检测门限反馈电路将过载信息传递至控制电路使控制电路截止，驱动电路断开，在启动电路接受到开关信号输入后，启动电路启动驱动输出，通过短路保护检测电路将输出状态正反馈至控制电路实现控制电路的打开，进而使驱动电路完全打开；在开关信号输入为低电平(地电平)时，使控制电路实现无信号驱动，驱动电路的驱动回路断开，实现开关关闭功能；驱动电路驱动时，在外部负载电路发生短路后，驱动输出急剧上升，当电压下降到短路保护门限时，短路保护检测电路使控制电路截止，进而关断驱动电路，实现保护的目的，在外部的负载电路发生过载时，过载保护检测门限反馈电路将过载信息传递至控制电路，使控制电路截止，从而实现驱动电路的关断，达到保护目的。

作为上述实施例的优选，如图1与图2所示，启动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；控制电路包括第一三极管Q1，第一三极管Q1为PNP型三极管；短路保护检测电路包括第一稳压二极管DZ1和第三电阻R3；驱动电路包括第二三极管Q2，第二三极管Q2为NPN型三级管；第一电阻R1的两端和第一电容C1的两端分别连接第一三极管Q1的发射极和集电极，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q3的基极之间串联第二电阻R2；第一三极管Q1的基极与第三电阻R3、第一稳压二极管DZ1和第二三极管Q3的集电极依次连接；第一三极管Q1发射极输入开关信号，第二三级管集电极Q3输出开关输动输出。

作为上述实施例的优选，如图1与图2所示，过载保护检测门限反馈电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第三三极管Q3、第九电阻R9、第十电阻R10和第四三极管Q4；其中，第三三极管Q3为NPN型三级管，第四三极管Q4为PNP型三级管；第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的基极之间串联第五电阻R5和第六电阻R6；第三三极管Q3的集电极与第四三极管Q4的基极之间设置第九电阻R9，第十电阻R10两端分别连接第四三极管Q4的发射极和基极，第四三极管Q4的集电极和第一三极管Q1的基极之间还串联有一个单向导通的器件。

作为上述实施例的优选，如图2所示，单向导通的器件为第一二极管D1，第一二极管D1正极连接第四三极管Q3的集电极，第一二极管D1负极连接第三电阻R3和第一三极管Q1的基极。

作为上述实施例的优选，如图所示，第二三极管Q2的发射极还连接第四电阻R4一端，第四电阻R4另一端接地并构成过载检测电路。

作为上述实施例的优选，如图2所示，第一稳压二极管DZ1正极连接有第二二极管D2，第二三极管Q3的集电极连接第二二极管D2的正极和第一稳压二极管正极DZ1，第二二极管D2负极连接有开关负载RL，开关负载RL一端分别连接第四三极管Q4的发射极和第二二极管D2负极，另一端连接有第二稳压二极管DZ2。

作为上述实施例的优选，如图2所示，第三三极管Q3发射极接地。

此外，如图2所示，第二稳压二极管DZ2正极接地，第二稳压二极管DZ2负极连接开关输动输出，第二二极管DZ2正极输入高电平。

此外，如图2所示，第二稳压二极管可替换为瞬变电压抑制二极管TVS。

工作过程：

如图2所示：

在正常工作过程中：当Input输出入高电平(VCC)时，输入高电平通过第一电容C1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第四电阻R4到地，使第二三极管Q2基极产生电流，使第二三极管Q2的集电极与发射极预导通；在第二三极管Q2的预导通阶段，第二三极管Q2集电极电压被拉低，将会造成Input输入高电平通过第一三极管Q1、第三电阻R3、第一稳压二极管DZ1、第二三极管Q2、第四电阻R4到地，使第一三极管Q1产生基极电流，引起使第一三极管Q1发射极与集电极导通。经过上述过程，第二三极管Q2将被Input输入高电平持续加载驱动，使第二三极管Q2处于导通状态。当Input输入高电平撤消时，第二三极管Q2的基极电流失电，第二三极管Q2截止，驱动关闭。

在处于输出端对电源短路或输出端电压异常偏高时，按正常工作过程中将低边开关打开时，第二三极管Q2导通。当输出端与电源VCC发生短路时，由于第二三极管Q2及第四电阻R4的作用，使第二三极管Q2的输出端电压短时间急剧达到VCC或使第一稳压二极管DZ1两端电压差小于第一稳压二极管DZ1的稳压电压时，第一三极管Q1基极电流失电，第一三极管Q1截止，从而使第二三极管Q2基极回路电流失电，使第二三极管Q2输出截止。

输出端电压异常升高的原理同上，主要是使输出端电压上升到第一稳压二极管DZ1两端电压小于第一稳压二极管DZ1稳压电压，使第一三极管Q1基极电流失电。

当第二三极管Q2输出载止时，第一电容C1通过第一电阻R1进行放电，将第一电容C1的储能释放，以备下次开关时第一电容C1能再次起到启动电容的作用。

此外，第一稳压二极管DZ1起到了短路保护门限电压的阀值控制作用，可以使用不同的稳压值，可以调整短路保护的反应速度。

在处于输出电路电流过载时，按上述正常工作过程将低边开关打开时，第二三极管Q2导通。当输出端过载时，第四电阻R4上电压大于0.6V时，第三三极管Q3导通，从而使第四三极管Q4导通，使第一三极管Q1基极电压升高，第一三极管Q1基极电流失电，第一三极管Q1截止，从而使第二三极管Q2基极回路电流失电，使第二三极管Q2截止。

当第二三极管Q2输出载止时，第一电容C1通过第一电阻R1进行放电，将第一电容C1的储能释放，以备下次开关时第一电容C1能再次起到启动电容的作用。

调整第四电阻R4电阻值的大小，可以调整过载保护电流的大小，即调节开关的带负载能力。第五电阻R5、第二电容C2、第六电阻R6组成第三三极管Q3的基极驱动，第二电容C2在电路中主要作用滤除第二三极管Q2打开瞬间，冲击电流的影响，该冲击主要是灯泡负载的影响。其它纯阻性或感性负载，该电容可以不接入使用。接入了第二电容C2时，会造成保护电路动作延迟，第二三极管Q2过载能力时间应大于加入第二电容C2时的延迟时间。

此外，电路中第二二极管D2的作用是对感性负载RL进行放电续流。

电路中第一二极管D1的作用，对第一三极管Q1控制进行单向控制，防止第一三极管Q1电流反串造成电路失效。

第二稳压二极管DZ2主要用于若输出端有瞬间高脉冲或负向脉冲时，对第二三极管Q2进行过压保护或负向脉冲保护。正向时对高脉冲钳位，负向时进行续流。该器件可以选择成瞬变电压抑制二极管TVS器件。

本实用新型一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路中，未明确给定相关参数，电路参数可以根据需求进行调整，从而使电路匹配到相应功率输出的保护。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，包括启动电路、控制电路、过载保护检测门限反馈电路、保护电路、短路保护检测电路、驱动电路和负载电路；

所述启动电路电路连接所述控制电路，所述启动电路电路连接所述驱动电路，所述负载电路与所述驱动电路电路连接；

所述过载保护检测门限反馈电路电路连接所述驱动电路，所述短路保护检测电路电路连接所述驱动电路、所述控制电路和所述过载保护检测门限反馈电路；

所述保护电路连接所述过载保护检测门限反馈电路、所述短路保护检测电路和驱动电路；

在所述启动电路接受开关信号输入启动驱动输出，所述短路保护检测电路将驱动输出状态正反馈至控制电路，所述控制电路启动，所述驱动电路启动；

所述启动电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；所述控制电路包括第一三极管，所述第一三极管为PNP型三极管；所述短路保护检测电路包括第一稳压二极管和第三电阻；所述驱动电路包括第二三极管，所述第二三极管为NPN型三级管；

所述第一电阻的两端和第一电容的两端分别连接所述第一三极管的发射极和集电极，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极之间串联所述第二电阻；

所述第一三极管的基极与所述第三电阻、第一稳压二极管和所述第二三极管的集电极依次连接；

所述第一三极管发射极输入开关信号，所述第二三极管集电极输出开关输动输出。

2.根据权利要求1所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述过载保护检测门限反馈电路包括第五电阻、第六电阻、第三三极管、第九电阻、第十电阻和第四三极管；

其中，所述第三三极管为NPN型三级管，所述第四三极管为PNP型三级管；

所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的基极之间串联第五电阻和第六电阻；

所述第三三极管的集电极与所述第四三极管的基极之间设置所述第九电阻，所述第十电阻两端分别连接所述第四三极管的发射极和基极；

所述第四三极管的集电极和所述第一三极管的基极之间还串联有一个单向导通的器件。

3.根据权利要求2所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述单向导通的器件为第一二极管，所述第一二极管正极连接所述第四三极管的集电极，所述二极管负极连接所述第三电阻和所述第一三极管的基极。

4.根据权利要求3所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第二三极管的发射极还连接有第四电阻，所述第四电阻接地并构成过载检测电路。

5.根据权利要求3所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第二电阻一端还分别连接第一电阻和第一电容，第五电阻和第六电阻之间还连接有第二电容，所述第二电容一端分别连接所述第五电阻和第六电阻，所述第二电容另一端接地。

6.根据权利要求3所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第一稳压二极管正极连接有第二二极管，所述第二三极管的集电极连接所述第二二极管的正极和第一稳压二极管正极，所述第二二极管负极连接有开关负载，所述开关负载一端分别连接所述第四三极管的发射极和第二二极管负极，另一端连接有第二稳压二极管。

7.根据权利要求3所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第三三极管发射极接地。

8.根据权利要求6所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第二稳压二极管正极接地，所述第二稳压二极管负极连接开关输动输出，第二二极管正极输入高电平。

9.根据权利要求6所述的一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路，其特征在于，所述第二稳压二极管可替换为瞬变电压抑制二极管。

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