CN216390481U - 一种数模结合的短路保护电路及供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路保护领域，具体涉及一种数模结合的短路保护电路，用于保护依次串联的第一电源、负载、MOS管和采样电阻，包括：开关元件，集电极与MOS管的栅极连接，发射极接地；第一驱动模块，连接采样电阻的两端，且与所述开关元件的基极连接；处理模块，用于输出驱动MOS管的驱动信号；第二驱动模块，与处理模块、MOS管的栅极分别连接，用于转化并放大驱动信号；短路反馈模块，与处理模块、开关元件的集电极分别连接，用于在发生短路状态下，发送反馈信号至处理模块。短路反馈模块在检测到开关元件导通后立即将反馈信号发送至处理模块，以使处理模块停止输出驱动MOS管的驱动信号，以彻底关闭MOS管，进而确保安全及提高第一电源、负载的寿命。

Description

一种数模结合的短路保护电路及供电系统

技术领域

本实用新型涉及电路保护领域，具体涉及一种数模结合的短路保护电路。

背景技术

在电源充放电保护电路中，短路保护是最基本的保护功能，一旦发生短路，为了确保安全，电路需要立刻将充电/放电的开关关闭，并且希望在故障排除之前不再启动电路，以保护电源与电路的安全，延长电源的寿命。

现有技术中常见的充放电短路保护电路如图1所示，图1所示的短路保护电路直接采用第一三极管1021对MOS管104进行控制，当放电出现短路故障时，采样电阻103上的电流增大，第一三极管1021被导通，从而使得MOS管104的源极电压大于栅极电压，进而使MOS管104关断。

由上述分析可知，第一三极管1021的驱动信号是放电/充电电流给的，一旦关断MOS管104就意味着第一三极管1021驱动信号的消失，从而导致第一三极管1021关断。此时由于MOS管104的驱动模块101仍在继续为MOS 管104提供驱动信号，从而导致MOS管104导通，即第一电源105又继续放电。因此，在驱动模块101持续为MOS管104提供驱动信号的情况下， MOS管104处于时开时闭的状态，第一电源105则处于放电状态，直到触发电源的过放保护，这样不仅减少了第一电源105的寿命，而且会使负载106 处于大电流状态，也减少了负载106的寿命，功耗还特别大。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决现有技术中发生短路时，不能彻底关闭电路的技术问题，从而提供一种数模结合的短路保护电路，用于保护依次串联的第一电源、负载、MOS管和采样电阻，包括：

开关元件，集电极与所述MOS管的栅极连接，发射极接地；第一驱动模块，连接所述采样电阻的两端，且与所述开关元件的基极连接，用于在发生短路状态下，导通所述开关元件；处理模块，用于输出驱动所述MOS 管的驱动信号；第二驱动模块，与所述处理模块、MOS管的栅极分别连接，用于转化并放大所述驱动信号；

短路反馈模块，与所述处理模块、所述开关元件的集电极分别连接，用于在发生短路状态下，发送反馈信号至所述处理模块；其中，所述反馈信号用于使所述处理模块停止输出驱动所述MOS管的驱动信号。

优选地，所述开关元件包括第一三极管。

优选地，所述短路反馈模块包括：第一二极管，阳极与所述处理模块的I/O口连接，阴极与所述第一三极管的集电极连接；

第一电阻，一端连接在所述第一二极管、处理模块之间，另一端连接第二电源。

优选地，所述短路反馈模块还包括：电容，一端连接在所述第一电阻、第一二极管之间，另一端接地；

第二电阻，一端连接在所述第一电阻、第一二极管之间，另一端接地。

优选地，所述短路保护电路还包括：第二二极管，阳极与所述第二驱动模块的输出端连接，阴极与所述第一二极管的负极连接。

优选地，所述开关元件包括：第一三极管，集电极与所述MOS管的栅极连接，发射极接地；第二三极管，集电极与所述处理模块的I/O口连接，发射极接地；

所述短路反馈模块包括：第一电阻，一端连接在所述处理模块、第二三极管之间，另一端连接第二电源。

优选地，所述短路反馈模块还包括：电容，一端连接在所述第一电阻、第二三极管之间，另一端接地；第二电阻，一端连接在所述第一电阻、第二三极管之间，另一端接地。

优选地，所述第一驱动模块包括：放大器，同相输入端连接在所述MOS 管、采样电阻之间，反相输入端连接在所述采样电阻、接地端之间，输出端与所述第一三极管的基极连接；

第三电阻，一端连接在所述第一三极管的基极、放大器之间，另一端接地。

优选地，所述第一驱动模块包括：第一连接支路，一端连接在所述MOS 管、采样电阻之间，另一端连接所述第一三极管的基极连接；

第二连接支路，一端连接在所述采样电阻、接地端之间，另一端接地。

本实施例还提供了一种供电系统，包括上述的短路保护电路。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的数模结合的短路保护电路，当发生短路时第一驱动模块驱动第一三极管(开关元件)导通，使得MOS管被关闭，从而阻断电路中产生大电流造成危险。短路反馈模块在检测到第一三极管导通后立即将反馈信号发送至处理模块，以使处理模块停止输出驱动MOS管的驱动信号，以彻底关闭MOS管，进而确保安全及提高第一电源、负载的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为现有技术中短路保护电路的电路图；

图2为本实用新型实施例1数模结合的短路保护电路的电路图；

图3为本实用新型实施例1数模结合的短路保护电路的又一总电路图；

图4为本实用新型实施例1数模结合的短路保护电路的另一总电路图；

图5为本实用新型实施例2供电系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

常见的放电保护电路如图1所示，包括依次串联的第一电源105、负载106、MOS管104和采样电阻103，第一电源105的正极与负载106连接，以对负载106进行供电。当发生短路时流经MOS管104、采样电阻103的电流增大，采样电阻103两端的电压也随时变大。由于第一三极管1021的栅极连接在MOS管104与采样电阻103之间，此时第一三极管1021被导通，随即将MOS管104的栅极拉低接地，从而使得MOS管104的源极电压大于栅极电压，进而使得MOS管104被关断，限制了电路中电流的最大值。

由此可知，第一三极管1021的驱动信号是电路发生短路产生的大电流提供的，在MOS管104被关闭的状态下，第一三极管1021的驱动信号也随之消失。驱动模块101的输出端与MOS管104的栅极连接，驱动模块101 转化并输出的驱动信号被MOS管104接收，从而使得MOS管104被导通。由于处理模块109(如图2-图4)在发生短路状态下，仍然向驱动模块101提供驱动MOS管104的驱动信号，导致在第一三极管1021被关闭后MOS管 104继续导通。在故障未排除之前启动电路，很大可能会继续出现短路的状况，这不仅会减少第一电源105的寿命，而且会减少负载106的寿命，同时还有可能出现安全事故。

为确保安全及提高第一电源105、负载106的寿命，需使MOS管104在发生短路后保持关断状态，由于驱动MOS管104的驱动信号是由处理模块 109输出的，所以必须通过处理模块109将驱动MOS管104的驱动信号彻底关闭。

实施例1

本实施例提供了一种数模结合的短路保护电路，如图2-图4所示，用于保护依次串联的第一电源105、负载106、MOS管104和采样电阻103，以确保使用安全及提高负载106、第一电源105的寿命。其中，MOS管104 为场效应管，MOS管104的漏极与负载106连接，MOS管104的源极与采样电阻103连接，负载106可以为待充电电池或电子元件。第一电源105的负极、采样电阻103均与接地端连接。

如图2-图4所示，所述数模结合的短路保护电路包括开关元件、第一驱动模块、处理模块109、第二驱动模块101和短路反馈模块107。开关元件的集电极与MOS管104的栅极连接，发射极接地。第一驱动模块连接在采样电阻103的两端，且连接在开关元件的基极，即在发生短路状态下，第一驱动模块通过采样电阻103两端电压的增大来驱动开关元件的导通。其中，处理模块109可以为单片机等控制端，用于实现对各种信息的处理。在本实施例中，如图2和图3所示，开关元件包括第一三极管1021，即第一三极管1021的集电极与MOS管104的栅极连接，第一三极管1021的发射极接地，第一驱动模块与第一三极管1021的基极连接，以在发生短路时，第一驱动模块驱动第一三极管1021导通，进而拉低MOS管104栅极电压，使MOS管104关闭。

第二驱动模块101的输入端与处理模块109的输出端连接，第二驱动模块101的输出端与MOS管104的栅极连接，处理模块109用于输出驱动所述MOS管104的驱动信号，第二驱动模块101用于将驱动所述MOS管104 的数字驱动信号转化为所述MOS管104能接收的模拟驱动信号，并将所述模拟驱动信号放大，其中，所述模拟驱动信号用于导通所述MOS管104。

短路反馈模块107的一端与处理模块109连接，另一端与第一三极管 1021(开关元件)的集电极连接，在发生短路时第一三极管1021被导通，短路反馈模块107在检测到第一三极管1021被导通后立即将反馈信号发送至处理模块109，以使得处理模块109立即停止输出驱动所述MOS管104的驱动信号，从而在故障被排除前彻底关闭所述MOS管104。

在上述实施例中，当发生短路时第一驱动模块驱动第一三极管1021(开关元件)导通，使得MOS管104被关闭，从而阻断电路中产生大电流造成危险。短路反馈模块107在检测到第一三极管1021导通后立即将反馈信号发送至处理模块109，以使处理模块109停止输出驱动MOS管104的驱动信号，以彻底关闭MOS管104，进而确保安全及提高第一电源105、负载106 的寿命。

在一个或多个实施例中，如图2和图3所示，短路反馈模块107包括第一二极管1074和第一电阻1071。第一二极管1074的阳极与处理模块109 的I/O口连接，第一二极管1074的阴极与第一三极管1021的集电极连接，第一电阻1071的一端连接在第一二极管1074、处理模块109之间，另一端连接第二电源(未示出)。其中，第二电源提供有预设电压，预设电压可以为3V、5V或7V等，本领域技术人员可根据实际情况进行合理选择，在此不作限定。

处理模块109的I/O口可被配置为下降沿触发外部中断，在未出现短路故障时，I/O口由第二电源提供的预设电压进行供电，不会触发外部中断；而当出现短路故障时，由于第一三极管1021导通使得I/O口出现由预设电压到0V的下降沿，触发处理模块109的外部中断，即将出现短路故障的信号作为反馈信号发送至处理模块109，使得处理模块109在极短时间内停止输出驱动MOS管104的驱动信号，以彻底关闭MOS管104。

第一二极管1074的阳极与处理模块109的I/O口连接、阴极与第一三极管1021的集电极连接可以避免驱动MOS管104的驱动信号对短路反馈模块107的影响。在一些实施例中，如图2和图3所示，所述短路保护电路还可包括第二二极管108。第二二极管108的阳极与第二驱动模块101的输出端连接，第二二极管108的阴极与第一二极管1074的负极连接，从而避免短路反馈模块107中的预设电压对MOS管104产生影响。

在一个或多个实施例中，如图2和图3所示，短路反馈模块107还包括电容1072和第二电阻1073。电容1072的一端连接在第一电阻1071、第一二极管1074之间，另一端接地；第二电阻1073的一端连接在第一电阻 1071、第一二极管1074之间，另一端接地。电容1072和第二电阻1073形成滤波电路，从而起到滤波的作用，使输入I/O口的电压信号更加平滑。在第一三极管1021被导通后，短路反馈模块107将出现短路故障的信号输入至处理模块109，然后过段时间后，处理模块109将输出至第二驱动模块 101的驱动信号彻底关闭，如此MOS管104就不会再导通，需重新上电才可再次导通。其中，处理模块109从接收到反馈信号至停止输出驱动信号的时间最小值取决于处理模块109的特性和电容1072容值的大小，也可以通过程序改变时间。

在一个或多个实施例中，如图4所示，开关元件包括第一三极管1021 和第二三极管1022。其中，第一三极管1021的集电极与MOS管104的栅极连接，第一三极管1021的发射极接地；第二三极管1022的集电极与处理模块109的I/O口连接，第二三极管1022的发射极接地。所述短路反馈模块107包括第一电阻1071，第一电阻1071的一端连接在所述处理模块109、第二三极管1022之间，另一端与第二电源(未示出)连接。

第一三极管1021和第二三极管1022的基极均与第一驱动模块连接，在出现短路故障时，第一驱动模块驱动第一三极管1021和第二三极管1022 导通，第一三极管1021导通后使MOS管104断开，从而阻断电路中出现的大电流。第二三极管1022导通后使得处理模块109的I/O口出现由预设电压到0V的下降沿，触发处理模块109的外部中断，即将出现短路故障的信号作为反馈信号发送至处理模块109，使得处理模块109在极短时间内停止输出驱动MOS管104的驱动信号，以彻底关闭MOS管104。采用两个三极管并联，同样可以避免短路反馈模块107中预设电压、第二驱动模块101中驱动信号的相互干扰。

短路反馈模块107可以包括电容1072和第二电阻1073，电容1072的一端连接在第一电阻1071、第二三极管1022之间，另一端接地；第二电阻 1073的一端连接在第一电阻1071、第二三极管1022之间，另一端接地。电容1072和第二电阻1073形成滤波电路，从而起到滤波的作用，使输入 I/O口的电压信号更加平滑。需要说明的是，在短路反馈模块107中，为避免第二三极管1022和处理模块109被误触发，第一电阻1071和第二电阻 1073的阻值需要相对更小些，本领域技术人员可根据实际情况进行合理选择，在此不作限定。

在电路出现短路障碍时，由于流经采样电阻103的短路电流较大，导致采样电阻103上的功耗较大，为降低采样电阻103的损耗，可采用电阻值较小的采样电阻103。而当采样电阻103的电阻值变小后，会导致采样电阻103两端的电压变小，进而可能导致无法导通三极管102。

在一个或多个实施例中，如图3所示，第一驱动模块包括放大器110 和第三电阻1111，放大器110的同相输入端连接在MOS管104的漏极、采样电阻103之间，放大器110的反向输入端连接在采样电阻103、接地端之间，放大器110的输出端与第一三极管1021的基极连接；第三电阻1111 的一端连接在第一三极管1021的基极、放大器110的输出端之间，另一端接地。采用放大器110连接在采样电阻103的两端，将采样电阻103两端的电压放大后再输入至第一三极管1021中，不仅可降低采样电阻103的电阻值以降低功耗(选择电阻值小的电阻作为采样电阻)，还可以确保三极管102能够导通，以保证安全。

如图4所示，由于开关元件包括第一三极管1021和第二三极管1022，放大器110的输出端不仅连接第一三极管1021的基极，还连接第二三极管 1022的基极。同时，还包括第四电阻1112，第三电阻1111的一端连接在第一三极管1021的基极、放大器110的输出端之间，另一端接地，第四电阻1112的一端连接在第二三极管1022的基极、放大器110的输出端之间，另一端接地。

在一些实施例中，如图2所示，第一驱动模块包括第一连接支路和第二连接支路，第一连接支路的一端连接在MOS管104的源极、采样电阻103 之间，另一端连接第一三极管1021的基极；第二连接支路一端连接在采样电阻103、接地端之间，另一端接地。第一驱动模块根据采样电阻103两端的电压值对三极管102进行导通，当出现短路障碍时采样电阻103两端的电压增大，第一驱动模块使得第一三极管1021导通。

本实施例提供的数模结合的短路保护电路可应用于手机、平板电脑、计算机、智能手表等电子产品中，能够在发生短路后极短时间内彻底关闭 MOS管104，延长第一电源105(如电池)与电路元器件(如负载106)的寿命，使得电池包更加安全。

实施例2

本实施例提供了一种供电系统，如图5所示，包括控制芯片201、处理模块109、负载/充电器检测模块202、温度检测模块203、电量显示/故障灯模块204、放电过流保护模块205、充电过流保护模块206、充电电流短路保护模块207、第三驱动模块208、第二驱动模块101和放电电流短路保护模块209，其中，处理模块109与控制芯片201、负载/充电器检测模块 202、温度检测模块203、电量显示/故障灯模块204、放电过流保护模块205、充电过流保护模块206、充电电流短路保护模块207、第三驱动模块208、第二驱动模块101和放电电流短路保护模块209分别连接，第三驱动模块 208为充电MOSFET驱动模块，控制芯片201用于均衡充电。

处理器109、第二驱动模块101和放电电流短路保护模块209形成实施例1所述的数模结合的短路保护电路，当供电系统在放电过程中出现短路，处理器109停止输出驱动信号，以彻底关闭供电系统，以保障安全。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种数模结合的短路保护电路，用于保护依次串联的第一电源、负载、MOS管和采样电阻，其特征在于，包括：

开关元件，集电极与所述MOS管的栅极连接，发射极接地；

第一驱动模块，连接所述采样电阻的两端，且与所述开关元件的基极连接，用于在发生短路状态下，导通所述开关元件；

处理模块，用于输出驱动所述MOS管的驱动信号；

第二驱动模块，与所述处理模块、MOS管的栅极分别连接，用于转化并放大所述驱动信号；

短路反馈模块，与所述处理模块、所述开关元件的集电极分别连接，用于在发生短路状态下，发送反馈信号至所述处理模块；其中，所述反馈信号用于使所述处理模块停止输出驱动所述MOS管的驱动信号。

2.如权利要求1所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述开关元件包括第一三极管。

3.如权利要求2所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述短路反馈模块包括：

第一二极管，阳极与所述处理模块的I/O口连接，阴极与所述第一三极管的集电极连接；

第一电阻，一端连接在所述第一二极管、处理模块之间，另一端连接第二电源。

4.如权利要求3所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述短路反馈模块还包括：

电容，一端连接在所述第一电阻、第一二极管之间，另一端接地；

第二电阻，一端连接在所述第一电阻、第一二极管之间，另一端接地。

5.如权利要求3所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括：

第二二极管，阳极与所述第二驱动模块的输出端连接，阴极与所述第一二极管的负极连接。

6.如权利要求1所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述开关元件包括：

第一三极管，集电极与所述MOS管的栅极连接，发射极接地；

第二三极管，集电极与所述处理模块的I/O口连接，发射极接地；

所述短路反馈模块包括：

第一电阻，一端连接在所述处理模块、第二三极管之间，另一端连接第二电源。

7.如权利要求6所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述短路反馈模块还包括：

电容，一端连接在所述第一电阻、第二三极管之间，另一端接地；

第二电阻，一端连接在所述第一电阻、第二三极管之间，另一端接地。

8.如权利要求2-5任一所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述第一驱动模块包括：

放大器，同相输入端连接在所述MOS管、采样电阻之间，反相输入端连接在所述采样电阻、接地端之间，输出端与所述第一三极管的基极连接；

第三电阻，一端连接在所述第一三极管的基极、放大器之间，另一端接地。

9.如权利要求2-5任一所述的数模结合的短路保护电路，其特征在于，所述第一驱动模块包括：

第一连接支路，一端连接在所述MOS管、采样电阻之间，另一端连接所述第一三极管的基极连接；

第二连接支路，一端连接在所述采样电阻、接地端之间，另一端接地。

10.一种供电系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的短路保护电路。

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