CN214755483U

CN214755483U - 一种短路保护电路和电源电路

Info

Publication number: CN214755483U
Application number: CN202120830805.4U
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 陈广钦; 邓超; 李娇丽; 职骏涛
Original assignee: Sungrow Shanghai Co Ltd
Current assignee: Sungrow Shanghai Co Ltd
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-04-21

Abstract

本申请公开了一种短路保护电路和电源电路，以实现短路保护电路兼具保护灵敏度高、成本低和自动复位。该短路保护电路包括：第一电阻、主开关、电容、主开关控制电路以及具有转折特性的开关器件；其中，所述具有转折特性的开关器件在外加电压大于等于转折电压时导通，小于所述转折电压时截止，所述转折电压大于零；所述主开关连接在电源电路的正极与输出端之间；所述第一电阻并联在所述主开关上；所述电源电路的输出端经所述开关器件、所述电容接地；所述控制电路，用于在所述电容的电压高于阈值时控制所述主开关开通，在所述电容的电压不高于所述阈值时控制所述主开关关断。

Description

一种短路保护电路和电源电路

技术领域

本实用新型涉及短路保护技术领域，更具体地说，涉及一种短路保护电路和电源电路。

背景技术

短路保护电路用于在电源电路输出短路的情况下，迅速关闭电源电路的输出，从而避免对电源电路或负载造成损坏。

短路保护电路通常采用熔丝实现。熔丝分为非自恢复熔丝和自恢复熔丝两种：非自恢复熔丝在有大电流(如短路电流)流过时发生熔断，从而起到保护作用，但其属于一次性短路保护器件，用户体验差；而自恢复熔丝虽然可以反复使用，但其存在保护电流不准确、动作时间慢且成本较高等缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种短路保护电路和电源电路，以实现短路保护电路兼具保护灵敏度高、成本低和自动复位的优点，从而避开非自恢复熔丝和自恢复熔丝在短路保护时存在的诸多缺陷。

一种短路保护电路，包括：第一电阻、主开关、电容、主开关控制电路以及具有转折特性的开关器件；

其中，所述具有转折特性的开关器件在外加电压大于等于转折电压时导通，小于所述转折电压时截止，所述转折电压大于零；

所述主开关连接在电源电路的正极与输出端之间；

所述第一电阻并联在所述主开关上；

所述电源电路的输出端经所述开关器件、所述电容接地；

所述控制电路，用于在所述电容的电压高于阈值时控制所述主开关开通，在所述电容的电压不高于所述阈值时控制所述主开关关断。

可选的，所述主开关为P型开关管；

所述主开关控制电路包括：N型开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

其中，所述P型开关管的电能输入极接所述第二电阻的一端、所述第一电阻的一端以及电源电路的正极；

所述P型开关管的电能输出极接所述第一电阻的另一端和所述电源电路的输出端；

所述P型开关管的控制极接所述第二电阻的另一端和所述N型开关管的电能输入极；

所述N型开关管的电能输出极接地；

所述第四电阻连接在所述N型开关管的控制极和电能输出极之间；

所述第五电阻与所述具有转折特性的开关器件相串联，此串联结构一端接所述电源电路的输出端，另一端一方面经所述电容接地、一方面经所述第三电阻接所述N型开关管的控制极。

可选的，所述主开关控制电路还包括：连接在所述P型开关管的控制极与所述N型开关管的电能输入级之间的第六电阻。

可选的，所述N型开关管为NPN型晶体三极管或者N沟道场效应管。

可选的，所述P型开关管为PNP型晶体三极管或者P沟道场效应管。

可选的，所述具有转折特性的开关器件为普通二极管或发光二极管，并且所述普通二极管或发光二极管正向串联在电路中。

可选的，所述具有转折特性的开关器件为稳压二极管，并且所述稳压二极管反向串联在电路中。

一种电源电路，包括上述公开的任一种短路保护电路。

可选的，所述电源电路具有一个输出端，上述公开的任一种短路保护电路连接在所述电源电路的正极与所述电源电路的输出端之间。

可选的，所述电源电路具有多个输出端，至少一个输出端独自通过上述公开的任一种短路保护电路连接到所述电源电路的正极。

从上述的技术方案可以看出，电源电路输出短路后端口电压Vout很低，基于这一特征，本实用新型以Vout作为反馈，在Vout低于基准值时快速关闭电源电路的输出，实现短路保护，在Vout不低于该基准值时恢复电源电路的输出，实现自动复位。本实用新型兼具保护灵敏度高、成本低和自动复位的优点，避开了非自恢复熔丝和自恢复熔丝在短路保护时存在的诸多缺陷。

此外，本实用新型通过设置该基准值大于零，不仅可以实现Vout＝0V时的短路保护，还可以实现Vout略高于0V时的短路保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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公开的一种短路保护电路结构示意图；

图2示出了图1所示电路中主开关控制电路的结构示意图；

图3示出了图1所示电路中主开关控制电路的又一结构示意图；

图4示出了图1所示电路中具有转折特性的开关器件K1的结构示意图；

图5示出了图1所示电路中具有转折特性的开关器件K1的又一结构示意图；

图6为本实用新型实施例公开的又一种短路保护电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参见图1，本实用新型实施例公开了一种短路保护电路，包括：第一电阻R1、主开关Q1、电容C1、主开关控制电路以及具有转折特性的开关器件K1；

其中，具有转折特性的开关器件K1在外加电压大于等于转折电压时导通，小于所述转折电压时截止，所述转折电压大于零；

主开关Q1连接在电源电路的正极VCC与输出端Vout之间；

第一电阻R1并联在主开关Q1上；

所述电源电路的输出端Vout经开关器件K1、电容C1接地GND；

所述控制电路，用于在电容C1电压高于阈值时控制主开关Q1开通，在电容C1电压不高于所述阈值时控制主开关Q1关断。

图1中的Rin表示电源电路的内阻，图1中的RL表示连接在电源电路的输出端Vout上的负载。

下面，对图1所示实施例的工作原理进行详述。

电源电路的正极VCC上电后，具有转折特性的开关器件K1的外加电压会超过K1的转折电压，此时K1导通；K1导通后，VCC电压通过第一电阻R1、开关器件K1对电容C1充电，电容C1两端电压升高，主开关控制电路在电容C1两端电压高于阈值时控制主开关Q1导通；主开关Q1导通后，VCC电压输出至Vout端口，完成上电过程。

而当Vout端口短路(该短路泛指Vout端口对地电压等于0V或略高于0V的现象)时，Vout端口对地电压小于K1的转折电压，此时开关器件K1截止；K1截止后，电容C1两端电压降低，主开关控制电路控制主开关Q1截止；主开关Q1截止后，VCC电压停止输出至Vout端口，实现了短路保护。

待Vout端口短路现象解除后，具有转折特性的开关器件K1再次导通，VCC电压通过第一电阻R1、开关器件K1再次对电容C1充电，……，重复上述上电过程，从而实现了短路保护电路的自动复位。

由以上描述可以看出，电源电路输出短路后Vout端口电压很低，基于这一特征，本实用新型实施例以Vout端口电压作为反馈，在反馈电压低于基准值(该基准值就是开关器件K1的转折电压)时快速关闭电源电路的输出，实现短路保护，在反馈电压不低于该基准值时恢复电源电路的输出，实现自动复位。可见，本实用新型实施例兼具保护灵敏度高、成本低和自动复位的优点，避开了非自恢复熔丝和自恢复熔丝在短路保护时存在的诸多缺陷。

此外，本实用新型实施例通过设置该基准值大于零，不仅可以实现Vout＝0V时的短路保护，还可以实现Vout略高于0V时的短路保护。

可选的，参见图2，所述主开关Q1为P型开关管Q1；所述主开关控制电路包括N型开关管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；

其中，P型开关管Q1的电能输入极3接第二电阻R2的一端、第一电阻R1的一端以及电源电路的正极VCC；

P型开关管Q1的电能输出极2接第一电阻R1的另一端和所述电源电路的输出端Vout；

P型开关管Q1的控制极1接第二电阻R2的另一端和N型开关管Q2的电能输入极3'；

N型开关管Q2的电能输出极2'接地GND；

第四电阻R4连接在N型开关管Q2的控制极1'和电能输出极2'之间；

第五电阻R5与具有转折特性的开关器件K1相串联，此串联结构一端接所述电源电路的输出端Vout，另一端一方面经电容C1接地、一方面经第三电阻R3接N型开关管Q2的控制极1'。

下面，对图2所示实施例的工作原理进行详述。

电源电路的正极VCC上电后，具有转折特性的开关器件K1的外加电压会超过K1的转折电压，此时K1导通；K1导通后，VCC电压通过第一电阻R1、第五电阻R5、开关器件K1对电容C1充电，电容C1两端电压升高，将N型开关管Q2控制极的电压抬高，驱动N型开关管Q2导通；N型开关管Q2导通后，P型开关管Q1控制极的电压被拉低，驱动P型开关管Q1导通；P型开关管Q1导通后，VCC电压输出至Vout端口，完成上电过程。

而当Vout端口短路(该短路泛指Vout端口对地电压等于0V或略高于0V的现象)时，Vout端口对地电压小于K1的转折电压，此时开关器件K1截止；K1截止后，电容C1两端电压降低，N型开关管Q2控制极的电压被拉低，N型开关管Q2截止；N型开关管Q2截止后，P型开关管Q1控制极的电压升高，驱动P型开关管Q1截止；P型开关管Q1截止后，VCC电压停止输出至Vout端口，实现了短路保护。

待Vout端口短路现象解除后，具有转折特性的开关器件K1再次导通，VCC电压通过第一电阻R1、第五电阻R5、开关器件K1再次对电容C1充电，……，重复上述上电过程，从而实现了短路保护电路的自动复位。

另外，在图2所示实施例中，可通过调节第五电阻R5和电容C1的参数来调节延时时间常数，实现短路现象解除后自动复位时间的调节。时间常数越大，对应的复位时间越长，在短路现象解除后对电容C1充电时电容C1两端电压上升越慢，自动复位时间也就越长。技术人员可结合实际应用场景下需要的自动恢复时间合理设置第五电阻R5、电容C1的参数大小。

可选的，所述主开关控制电路还包括：连接在P型开关管Q1的控制极1与N型开关管Q2的电能输入级3'之间的第六电阻R6，如图3所示。

第六电阻R6的作用在于限制P型开关管Q1控制极的电流大小，避免出现P型开关管Q1控制极电流不受控的现象。

可选的，在图2或图3所示实施例中，N型开关管Q2可以采用NPN型晶体三极管或者N沟道场效应管等，并不局限；图2、图3在绘制时仅以N型开关管Q2采用NPN型晶体三极管作为示例。

具体的，当N型开关管Q2为N沟道场效应管时，N型开关管Q2的三个引脚1'、2'、3'分别为N沟道场效应管的栅极、源极、漏极。当N型开关管Q2为NPN型晶体三极管时，N型开关管Q2的三个引脚1'、2'、3'分别为NPN型晶体三极管的基极、发射极、集电极。

其中，当N型开关管Q2采用NPN型晶体三极管时，其导通原理具体为：当电容C1充电至电容C1两端电压也即NPN型晶体三极管Q2的发射结电压超过PN结的导通电压(约为0.7V)时，NPN型晶体三极管Q2的基极产生电流，随着该基极电流的增大，NPN型晶体三极管Q2由截至区快速进入饱和导通区，此时NPN型晶体三极管Q2导通。

当N型开关管Q2采用N沟道场效应管时，其导通原理具体为：当电容C1充电至电容C1两端电压也即N沟道场效应管Q2的栅源电压超过N沟道场效应管Q2的门槛电压时，N沟道场效应管Q2导通。

可选的，在图2或图3所示实施例中，P型开关管Q1可以采用PNP型晶体三极管或者P沟道场效应管等，并不局限；图2、图3在绘制时仅以P型开关管Q1采用P沟道场效应管作为示例。

具体的，当P型开关管Q1为P沟道场效应管时，P型开关管Q1的三个引脚1、2、3分别为P沟道场效应管的栅极、漏极、源极。当P型开关管Q1为PNP型晶体三极管时，P型开关管Q1的三个引脚1、2、3分别为PNP型晶体三极管的基极、集电极、发射极。

其中，当P型开关管Q1为P沟道场效应管时，其导通原理具体为：N型开关管Q2导通后，P沟道场效应管Q1的栅极电压被拉低，此时P沟道场效应管Q1的栅源电压高于P沟道场效应管Q1的门槛电压，驱动P沟道场效应管Q1导通。

当P型开关管Q1为PNP型晶体三极管时，其导通原理具体为：N型开关管Q2导通后，PNP型晶体三极管Q1的基极电压被拉低，PNP型晶体三极管Q1的发射结电压增大；当PNP型晶体三极管Q1的发射结电压超过PN结的导通电压(约为0.7V)时，PNP型晶体三极管Q1的基极产生电流，随着该基极电流的增大，PNP型晶体三极管Q1由截至区快速进入饱和导通区，此时PNP型晶体三极管Q1导通。

可选的，在上述公开的任一实施例中，具有转折特性的开关器件K1可以是普通二极管(例如图4所示)、发光二极管或稳压二极管(例如图5所示)等，并不局限。

当具有转折特性的开关器件K1为普通二极管或发光二极管时，所述普通二极管或发光二极管正向串联在电路中，具有转折特性的开关器件K1的转折电压即为PN结导通电压。

当具有转折特性的开关器件K1为稳压二极管时，稳压二极管反向串联在电路中，具有转折特性的开关器件K1的转折电压即为稳压二极管的反向击穿电压。

此外，本实用新型实施例还公开了一种电源电路，包括上述公开的任一种短路保护电路。

可选的，所述电源电路可以只具有一个输出端，上述公开的任一种短路保护电路就连接在所述电源电路的正极VCC与所述电源电路的输出端Vout之间。

或者，所述电源电路也可以具有多个输出端，至少一个输出端独自通过上述公开的任一种短路保护电路连接到所述电源电路的正极VCC，如图6所示，当一个输出端短路时，并不会影响对其他输出端负载的正常供电。图6仅以电源电路具有2个输出端和2个短路保护电路作为示例；这2个输出端分别为Vout1端口和Vout2端口；这2个短路保护电路分别是连接在所述电源电路的正极VCC与Vout1端口之间的短路保护电路1，以及连接在所述电源电路的正极VCC与Vout2端口之间的短路保护电路2；图6中的RL1表示连接在Vout1端口上的负载，RL2表示连接在Vout2端口上的负载。

可选的，所述电源电路例如为开关电源。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种短路保护电路，其特征在于，包括：第一电阻、主开关、电容、主开关控制电路以及具有转折特性的开关器件；

所述主开关连接在电源电路的正极与输出端之间；

所述第一电阻并联在所述主开关上；

所述电源电路的输出端经所述开关器件、所述电容接地；

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述主开关为P型开关管；

所述N型开关管的电能输出极接地；

3.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述主开关控制电路还包括：连接在所述P型开关管的控制极与所述N型开关管的电能输入级之间的第六电阻。

4.根据权利要求2或3所述的短路保护电路，其特征在于，所述N型开关管为NPN型晶体三极管或者N沟道场效应管。

5.根据权利要求2或3所述的短路保护电路，其特征在于，所述P型开关管为PNP型晶体三极管或者P沟道场效应管。

6.根据权利要求1、2或3所述的短路保护电路，其特征在于，所述具有转折特性的开关器件为普通二极管或发光二极管，并且所述普通二极管或发光二极管正向串联在电路中。

7.根据权利要求1、2或3所述的短路保护电路，其特征在于，所述具有转折特性的开关器件为稳压二极管，并且所述稳压二极管反向串联在电路中。

8.一种电源电路，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的短路保护电路。

9.根据权利要求8所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路具有一个输出端，所述短路保护电路连接在所述电源电路的正极与所述电源电路的输出端之间。

10.根据权利要求8所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路具有多个输出端，至少一个输出端独自通过所述短路保护电路连接到所述电源电路的正极。