CN215934445U - 一种过流保护开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种过流保护开关，其开关模块串联连接于被保护线缆的电源输入端与电源输出端之间，其电流采集模块设置于该被保护线缆上，该电流采集模块的输出端与反馈控制模块中比较电路的一个输入端相连，比较电路的另一个输入端与反馈控制模块中基准电路的输出端相连，该比较电路的输出端连接开关模块的控制端。当被保护线缆上的电流过大时，能够被电流采集模块反馈至比较电路进行比较，使反馈控制模块能够控制开关模块关断，以切断被保护线缆上的电流回路，实现对于保险丝熔断特性的模拟；而且，可以通过对该基准电路中的参数进行设置，使得被保护线缆上的电流不会导致比较电路输出信号产生改变，确保开机启动时该开关模块不会误关断。

Description

一种过流保护开关

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种过流保护开关。

背景技术

当前车用驱动线上会串联一个保险丝，用于保护负载，进而起到保护整个整车用电系统的作用。

实际应用中，虽然保险丝的熔断特性曲线表明：保险丝可以短时承担比较大的电流，但在用电设备开机启动时，并不能保证此时较大的冲击电流不会导致保险丝熔断，而此时系统应用上对于该保险丝的希望却是保持电路的连接状态。

而且，保险丝具有损坏即不可恢复的特点，一旦保险丝损坏，整车就一定要去维修；另外，在维修阶段，对于损坏的保险丝还需要逐一确认，增加了维修的工作量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种过流保护开关，以在大电流情况下模拟保险丝的熔断特性，同时确保开机启动时不会误关断。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型提供一种过流保护开关，包括：开关模块、电流采集模块和反馈控制模块；其中：

所述开关模块串联连接于被保护线缆的电源输入端与电源输出端之间；

所述电流采集模块设置于所述被保护线缆上；

所述反馈控制模块的输出端连接所述开关模块的控制端；

所述反馈控制模块中内置有比较电路和基准电路，所述基准电路的输出端与所述比较电路的一个输入端连接，所述电流采集模块的输出端与所述比较电路的另一个输入端连接，所述比较电路的输出端直接或间接的作为所述反馈控制模块的输出端。

可选的，所述电流采集模块设置于所述开关模块与所述电源输出端之间。

可选的，所述开关模块包括：第一开关管、第二开关管和控制芯片；

所述第二开关管与所述第一开关管串联连接于所述电源输入端与所述电源输出端之间，且所述第二开关管与所述电源输入端相连；

所述控制芯片的输入端为所述开关模块的控制端，所述控制芯片的输出端连接所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端。

可选的，所述第一开关管和所述第二开关管均为NMOS管；

所述第二开关管的漏极与所述电源输入端相连，所述第二开关管的源极与所述第一开关管的源极相连，所述控制芯片的输出端连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极。

可选的，所述电流采集模块包括：采样电阻及运算放大器；

所述采样电阻设置于所述被保护线缆上；

所述运算放大器的同相输入端连接所述采样电阻的高电位侧；

所述运算放大器的反相输入端连接所述采样电阻的低电位侧；

所述运算放大器的输出端作为所述电流采集模块的输出端。

可选的，所述比较电路包括：比较器；

所述比较器的同相输入端用于连接所述电流采集模块的输出端；

所述比较器的反相输入端连接所述基准电路的输出端；

所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端。

可选的，所述基准电路包括：两个串联连接的分压电阻；

串联后的两端分别与高端电源和低端电源相连；

串联的连接点作为所述基准电路的输出端。

可选的，若所述控制芯片在其禁能信号为低电平时有效，则所述反馈控制模块，还包括：非门，或者，与非门；

所述非门的输入端或者所述与非门的一个输入端，用于连接所述比较电路的输出端；

所述非门的输出端或者所述与非门的输出端，作为所述反馈控制模块的输出端；

所述与非门的另一个输入端接收表征逻辑1的高电平信号。

可选的，所述反馈控制模块，还包括：乘法器；

所述乘法器设置于所述电流采集模块的输出端与所述比较电路的相应输入端之间；

所述乘法器的两个输入端均与所述电流采集模块的输出端相连。

可选的，所述反馈控制模块，还包括：滤波电路；

若所述控制芯片在其禁能信号为高电平时有效，则所述滤波电路设置于所述比较电路的输出端与所述反馈控制模块的输出端之间；

若所述控制芯片在其禁能信号为低电平时有效，则所述滤波电路设置于所述比较电路的输出端与所述非门或所述与非门的相应输入端之间。

本实用新型提供的过流保护开关，其开关模块串联连接于被保护线缆的电源输入端与电源输出端之间，其电流采集模块设置于该被保护线缆上，该电流采集模块的输出端与其反馈控制模块中比较电路的一个输入端相连，该比较电路的另一个输入端与反馈控制模块中基准电路的输出端相连，该比较电路的输出端连接该开关模块的控制端；进而，当被保护线缆上的电流过大时，能够被电流采集模块反馈至该比较电路进行比较，使该反馈控制模块能够控制该开关模块关断，以切断被保护线缆上的电流回路，实现对于保险丝熔断特性的模拟；而且实际应用中，可以通过对该基准电路中的参数进行设置，使得开机启动时被保护线缆上的电流不会导致比较电路输出信号产生改变，进而确保开机启动时该开关模块不会误关断。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种过流保护开关的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种过流保护开关的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种过流保护开关的结构示意图；

图4a和图4b分别为本实用新型实施例提供的两种过流保护开关的电路图；

图5a和图5b分别为本实用新型实施例提供的两种过流保护开关的电路图。

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。

在本实用新型中，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供一种过流保护开关，以在大电流情况下模拟保险丝的熔断特性，同时确保开机启动时不会误关断。

参见图1，该过流保护开关，包括：开关模块101、电流采集模块102和反馈控制模块103；其中：

开关模块101串联连接于被保护线缆的电源输入端与电源输出端之间。该电源输入端用于接入外部的电源，该电源输出端用于连接负载。

电流采集模块102设置于被保护线缆上。在该被保护线缆上，该电流采集模块102可以设置于该开关模块101的前级(未进行图示)，也可以设置于其后级(如图1所示)，优选设置于其后级，也即优选将该电流采集模块102设置于开关模块101与电源输出端之间。

电流采集模块102的输出端与反馈控制模块103的输入端相连；该电流采集模块102能够采集得到该被保护线缆上的电流情况，其输出信号能够表征该被保护线缆上的电流大小，并将其输出至反馈控制模块103。

反馈控制模块103的输出端连接开关模块101的控制端。反馈控制模块103中内置有比较电路301和基准电路302，该基准电路302的输出端与比较电路301的一个输入端连接、为其提供一个预设参考值，比较电路301的另一个输入端作为该反馈控制模块103的输入端、用于连接电流采集模块102的输出端，比较电路301的输出端直接或间接的作为反馈控制模块103的输出端。

反馈控制模块103在收到电流采集模块102的输出信号后，由反馈控制模块103对该被保护线缆上的电流大小进行运算和比较，并通过该运算结果实现对于开关模块101的控制，从而更加精确的模拟保险丝熔断特性曲线的性能。具体的，当电流采集模块102的输出信号所表征的被保护线缆上的电流大于与该预设参考值相对应的阈值时，也即该被保护线缆上出现过流情况时，该反馈控制模块103即可控制开关模块101为关断状态，以切断被保护线缆上的电流回路，实现对于保险丝熔断特性的模拟。

实际应用中，若电流采集模块102的输出信号所表征的被保护线缆上的电流小于等于与预设参考值相对应的阈值时，也即该被保护线缆上没有出现过流情况时，比如设备开机启动时，该反馈控制模块103将通过该控制芯片U1控制开关模块101为导通状态，进而实现对于负载的持续供电，避免误关断。

本实施例提供的该过流保护开关，当其电流采集模块102的输出信号所表征的被保护线缆上的电流大于与该预设参考值相对应的阈值时，该开关模块101为关断状态，进而切断该被保护线缆上的电流回路，实现了对于保险丝熔断特性的模拟；而且实际应用中，可以通过对该预设参考值的设置，使得开机启动时被保护线缆上的电流不会超过相应阈值，进而确保开机启动时该开关模块101不会误关断。

也即，为了避免开机启动时的冲击电流不会导致开关模块101的误关断，实际应用中可以对该基准电路302中的参数设置，也即对该预设参考值进行合适的设置，使其对应的阈值大于该冲击电流而小于过流保护限值，确保该过流保护开关既能够模拟保险丝熔断特性，又不会导致开机误关断；该预设参考值的具体取值可以视其应用环境而定，此处不做限定，均在本实用新型的保护范围内。

值得说明的是，该过流保护开关可以应用于车用驱动线上，也可以用于其他线缆上，只要能够代保险丝的熔断特性，同时确保开机启动时不会误关断即可，均在本实用新型的保护范围内。

在上一实施例的基础之上，可选的，该过流保护开关如图2所示，其开关模块101包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2和控制芯片U1。

该第一开关管Q1和第二开关管Q2串联连接于电源输入端与电源输出端之间。并且，第二开关管Q2设置于电源输入端一侧，而第一开关管Q1设置于电源输出端一侧；如图2所示，该电源输入端与该电源输出端之间，依次设置有第二开关管Q2、第一开关管Q1以及该电流采集模块102。

该第一开关管Q1的控制端和第二开关管Q2的控制端相连，连接点与控制芯片U1的输出端相连。

控制芯片U1的输入端作为该开关模块101的控制端，该控制芯片U1用于对反馈控制模块103输出的信号进行放大，实现对于开关管的驱动。

该第一开关管Q1用于控制正常工作时该过流保护开关实现打开或者关闭。

实际应用中，该第一开关管Q1可以任意种类的开关管，只要能够受控实现通断即可，优选为NMOS管。该第二开关管Q2也可以为NMOS管。此时，参见图2：

第二开关管Q2的漏极与电源输入端相连，第二开关管Q2的源极与第一开关管Q1的源极相连，第一开关管Q1的漏极通过该电流采集模块102连接电源输出端。

第一开关管Q1的栅极作为第一开关管Q1的控制端，第二开关管Q2的栅极作为第二开关管Q2的控制端，第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极均连接控制芯片U1的输出端。

该第二开关管Q2用于反接保护，当电源输入端所接的外部电源的电源端和地端反接时，第二开关管Q2无法打开，从而阻断了电流从该过流保护开关内部流过，从而起到反接保护的作用。可以理解的是，在其他实施方式中，开关模块也可以不包括第二开关管Q2。

该过流保护开关的其余结构及原理与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

在上述实施例的基础之上，可选的，该过流保护开关如图3所示(以在图2的基础上为例进行展示)，其电流采集模块102包括：采样电阻RS1及运算放大器AP1；其中：

采样电阻RS1设置于该被保护线缆上。

运算放大器AP1的同相输入端连接采样电阻RS1的高电位侧；运算放大器AP1的反相输入端连接采样电阻RS1的低电位侧；运算放大器AP1的输出端作为电流采集模块102的输出端。

该采样电阻RS1，用于采集流过该过流保护开关的电流，通过IV转换为电压值，用于后级控制。该运算放大器AP1用于将采集到的电流放大，放大到后级能使用的范围内。

实际应用中也不排除采用相应传感器来实现对于该被保护线缆的电流采样功能，只要能够实现相应功能即可，其他形式的采样设备也在本实用新型的保护范围内。

该过流保护开关的其余结构及原理与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

在上述实施例的基础之上，本实施例对该过流保护开关内反馈控制模块103的具体结构给出了几种示例：

如图4a和图4b所示，其比较电路301包括：比较器COMP1。其中：

比较器COMP1的同相输入端用于连接电流采集模块102的输出端；比较器COMP1的反相输入端连接基准电路302的输出端，接收预设参考值；比较器COMP1的输出端作为比较电路301的输出端。

如图4a和图4b所示，其基准电路302包括：两个串联连接的分压电阻R3和R4；其中：

分压电阻R3和R4串联后的两端分别与高端电源Vdd和低端电源Vss相连。

分压电阻R3和R4串联的连接点作为基准电路302的输出端，输出该预设参考值；也即，该预设参考值来源于高端电源Vdd与低端电源Vss之间分压电阻R3和R4的连接点。

实际应用中，通过调整电阻R3和R4的阻值分配即可实现对该预设参考值的调整。可以理解的是，在实际应用中，基准电路也可以是其他能够提供预设参考值的电路，如基准电路可以是DCDC转换器。

需要说明的是，控制芯片U1可以在其禁能信号为高电平时有效，也可以在其禁能信号为低电平时有效；此处不做具体限定，不同的是：

若控制芯片U1在其禁能信号为高电平时有效，则该过流保护开关如图4a所示(以在图3的基础上为例进行展示)，其反馈控制模块103，包括：比较器COMP1和基准电路302；其比较器COMP1的输出端直接作为反馈控制模块103的输出端。

若控制芯片U1在其禁能信号为低电平时有效，则该过流保护开关如图4b所示(以在图3的基础上为例进行展示)，其反馈控制模块103，包括：比较器COMP1，基准电路302，以及一个非门(未进行图示)或者与非门NOR1(如图4b中所示)；具体的：

增加一个非门时，该非门的输入端与比较器COMP1的输出端相连，其输出端作为反馈控制模块103的输出端。

增加一个与非门NOR1时，参见图4b，该与非门NOR1的一个输入端与比较器COMP1的输出端相连，另一个输入端接收表征逻辑1的高电平信号；高端电源Vdd通过电阻R2即可提供该表征逻辑1的高电平信号。该与非门NOR1的输出端作为该反馈控制模块103的输出端。

该与非门NOR1将比较器COMP1的输出信号与逻辑1相与，输出结果取非，然后输出到控制芯片U1使其控制开关管动作。该与非门NOR1也可以直接用非门来代替，只是减少一个表征逻辑1的高电平信号输入。如果控制芯片U1内控制芯片的禁能信号是高电平有效，则将与非门NOR1删除，可以直接由比较器COMP1来反馈控制控制芯片U1。

可选的，如图5a和图5b，该反馈控制模块103内还可以包括：乘法器MUL1。

乘法器MUL1的两个输入端分别与电流采集模块102的输出端相连；乘法器MUL1的输出端与比较器COMP1的同相输入端相连。

该乘法器MUL1用于将运算放大器AP1的输出信号进行平方，然后输出到比较器COMP1。

该比较器COMP1将运算放大器AP1输出的电流平方信号与目标电压值(也即该预设参考值)相比，高于目标电压值时输出为高，未达到目标电压值时输出为低。

另外，该反馈控制模块103内还可以包括：滤波电路303，以实现对于比较器COMP1输出信号的滤波。

参见图5a和图5b，该滤波电路303的输入端与比较器COMP1的输出端相连，输出端与该反馈控制模块103的输出端相连。

实际应用中，该滤波电路303可以是图5a和图5b中所述的RC电路，包括：滤波电阻R1和滤波电容C1；但并不仅限于此，还可以视其具体应用环境而改变，均在本实用新型的保护范围内。

该反馈控制模块103内可以同时增加该乘法器MUL1和滤波电路303，如图5a和图5b所示。

也即，若控制芯片U1在其禁能信号为高电平时有效，则该过流保护开关如图5a所示，其反馈控制模块103，包括：乘法器MUL1、比较器COMP1、基准电路302和滤波电路303；其连接关系如图5a所示。

若控制芯片U1在其禁能信号为低电平时有效，则该过流保护开关如图5b所示，其反馈控制模块103，包括：乘法器MUL1，比较器COMP1，基准电路302，滤波电路303，以及，一个非门(未进行图示)或者与非门NOR1(如图5b中所示)；其连接关系如图5b所示。

以图5b为例对该反馈控制模块103的工作原理进行说明：

正常工作时，控制芯片U1控制第一开关管Q1与第二开关管Q2正常打开。采样电阻RS1采集流过该过流保护开关的电流，运算放大器AP1将该电流信号乘以采样电阻RS1阻值后的电压信号进行放大。调整放大倍数可以使运算放大器AP1的输出信号在乘法器MUL1的输入范围内。

乘法器MUL1的X端和Y端连在一起，其kXY端的输出信号即为运算放大器AP1输出信号的平方值。这一步的本质即为将流过该过流保护开关的电流进行了平方。由于保险丝的熔断时间与流过保险丝的电流的平方成正比，因此，使用上述电路就可以很好的模拟保险丝的熔断曲线。

乘法器MUL1将输出信号输出到比较器COMP1中。电阻R3、R4用来设置电流平方的阈值。比较器COMP1将乘法器MUL1的输出信号与设定阈值进行比较，当电流超过设定阈值的时候，比较器COMP1输出逻辑1。

由于控制芯片U1常见的禁能信号为低电平有效，需要将比较器COMP1输出的逻辑1转换为逻辑0。使用与非门NOR1，将比较器COMP1的输出信号与逻辑1进行与非运算，就可以将比较器COMP输出的逻辑1转换为逻辑0。

该过流保护开关能够替代当前保险丝的功能，具备模拟保险丝熔断特性的功能，而且还能够避免在负载启动时的大电流所导致的系统异常断电。

该过流保护开关的其余结构及原理与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，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 (10)

1.一种过流保护开关，其特征在于，包括：开关模块、电流采集模块和反馈控制模块；其中：

所述开关模块串联连接于被保护线缆的电源输入端与电源输出端之间；

所述电流采集模块设置于所述被保护线缆上；

所述反馈控制模块的输出端连接所述开关模块的控制端；

所述反馈控制模块中内置有比较电路和基准电路，所述基准电路的输出端与所述比较电路的一个输入端连接，所述电流采集模块的输出端与所述比较电路的另一个输入端连接，所述比较电路的输出端直接或间接的作为所述反馈控制模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的过流保护开关，其特征在于，所述电流采集模块设置于所述开关模块与所述电源输出端之间。

3.根据权利要求1所述的过流保护开关，其特征在于，所述开关模块包括：第一开关管、第二开关管和控制芯片；

所述第二开关管与所述第一开关管串联连接于所述电源输入端与所述电源输出端之间，且所述第二开关管与所述电源输入端相连；

所述控制芯片的输入端为所述开关模块的控制端，所述控制芯片的输出端连接所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端。

4.根据权利要求3所述的过流保护开关，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为NMOS管；

所述第二开关管的漏极与所述电源输入端相连，所述第二开关管的源极与所述第一开关管的源极相连，所述控制芯片的输出端连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极。

5.根据权利要求1至4任一项所述的过流保护开关，其特征在于，所述电流采集模块包括：采样电阻及运算放大器；

所述采样电阻设置于所述被保护线缆上；

所述运算放大器的同相输入端连接所述采样电阻的高电位侧；

所述运算放大器的反相输入端连接所述采样电阻的低电位侧；

所述运算放大器的输出端作为所述电流采集模块的输出端。

6.根据权利要求1至4任一项所述的过流保护开关，其特征在于，所述比较电路包括：比较器；

所述比较器的同相输入端用于连接所述电流采集模块的输出端；

所述比较器的反相输入端连接所述基准电路的输出端；

所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端。

7.根据权利要求1至4任一项所述的过流保护开关，其特征在于，所述基准电路包括：两个串联连接的分压电阻；

串联后的两端分别与高端电源和低端电源相连；

串联的连接点作为所述基准电路的输出端。

8.根据权利要求3或4所述的过流保护开关，其特征在于，若所述控制芯片在其禁能信号为低电平时有效，则所述反馈控制模块，还包括：非门，或者，与非门；

所述非门的输入端或者所述与非门的一个输入端，用于连接所述比较电路的输出端；

所述非门的输出端或者所述与非门的输出端，作为所述反馈控制模块的输出端；

所述与非门的另一个输入端接收表征逻辑1的高电平信号。

9.根据权利要求8所述的过流保护开关，其特征在于，所述反馈控制模块，还包括：乘法器；

所述乘法器设置于所述电流采集模块的输出端与所述比较电路的相应输入端之间；

所述乘法器的两个输入端均与所述电流采集模块的输出端相连。

10.根据权利要求8所述的过流保护开关，其特征在于，所述反馈控制模块，还包括：滤波电路；

若所述控制芯片在其禁能信号为高电平时有效，则所述滤波电路设置于所述比较电路的输出端与所述反馈控制模块的输出端之间；

若所述控制芯片在其禁能信号为低电平时有效，则所述滤波电路设置于所述比较电路的输出端与所述非门或所述与非门的相应输入端之间。

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