CN216625279U - 短路自动保护电路及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种短路自动保护电路及系统，短路自动保护系统包括电源模块和短路自动保护电路。短路自动保护电路包括电源输入端、负载连接端、检测模块以及开关模块。检测模块和开关模块分别连接于电源输入端与负载连接端之间，开关模块还与检测模块连接。检测模块用于检测负载是否发生短路，并在检测到负载处于正常状态时导通开关模块，使电源模块向负载供电；以及在检测到负载处于短路状态时断开开关模块，使电源模块停止向负载供电。本申请提供的短路自动保护电路不仅能实现在负载发生短路时自动、及时地切断电源模块向负载的供电的功能，还能在负载的短路故障解除时自动恢复电源模块向负载的供电，并避免了额外的人工操作。

Description

短路自动保护电路及系统

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种短路自动保护电路及系统。

背景技术

在一些电路中，电源通过供电通道向负载供电，在电源给负载供电的过程中，若电源在负载发生短路时仍为负载供电，则可能会导致电源和负载的损坏。因此，在电源的输出端需要设置一个能检测负载是否发生短路的保护电路，在负载发生短路的时候能迅速且可靠地断开电源对负载的供电通路，防止损坏电源及负载，以及在负载的短路故障解除的时候自动恢复电源对负载的供电。

实用新型内容

本申请实施例提供一种结构简单的短路自动保护电路及系统，能够在负载发生短路时自动断开电源对负载的供电通路，以及在负载的短路故障解除时自动恢复电源对负载的供电。

本申请第一方面提供了一种短路自动保护电路，所述短路自动保护电路包括电源输入端、负载连接端、检测模块以及开关模块。所述电源输入端用于与电源模块连接。所述负载连接端用于与负载连接。所述检测模块和所述开关模块分别连接于所述电源输入端与所述负载连接端之间，所述开关模块还与所述检测模块连接。所述检测模块用于检测所述负载是否发生短路，并在检测到所述负载处于正常状态时导通所述开关模块，使所述电源模块向所述负载供电；以及在检测到所述负载处于短路状态时断开所述开关模块，使所述电源模块停止向所述负载供电。

本申请第二方面提供了一种短路自动保护系统，所述短路自动保护系统包括电源模块以及上述短路自动保护电路。所述电源模块与所述短路自动保护电路的电源输入端连接，所述电源模块通过所述短路自动保护电路向负载提供电能。

本申请提供的短路自动保护电路通过控制电源模块向负载供电的通路的导通或者断开来实现短路自动保护的功能。当负载发生短路时，检测模块断开开关模块，从而使电源模块向负载供电的通路断开，进而电源模块停止向负载供电；当负载的短路故障解除的时候，检测模块导通开关模块，从而使电源模块向负载供电的通路导通，进而自动恢复电源模块对负载的供电。本申请提供的短路自动保护电路不仅具有在负载发生短路时能及时切断电源模块向负载的供电的功能，还具有在负载恢复正常时自动恢复电源模块对负载的供电的功能，因而在电源模块向负载供电时不需要额外的人工操作即可实现短路自动保护的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请一实施例提供的短路自动保护系统的结构框图，所述短路自动保护系统包括短路自动保护电路。

图2是图1中短路自动保护电路的一种电路结构示意图。

图3是图1中短路自动保护电路的另一种电路结构示意图。

主要元件符号说明

短路自动保护系统 1

短路自动保护电路 2

电源模块 10

检测模块 20

开关模块 30

负载 40

滤波单元 50

电源输入端 101

负载连接端 401

检测信号输出端 21

第一开关管 301

第二开关管 302

控制端 31

第一连接端 32

第二连接端 33

控制端 34

限流电阻 R10

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1是本申请一实施例提供的短路自动保护系统1，短路自动保护系统1包括电源模块10以及短路自动保护电路2。电源模块10通过短路自动保护电路2向负载40提供电能。短路自动保护电路2在负载40发生短路的时候自动断开电源模块10和负载40的连接，以及在负载40的短路故障解除的时候自动恢复电源模块10和负载40的连接。如此，本申请提供的短路自动保护电路2在实现短路保护的同时，还可以减少额外的人工操作。

请参阅图2，图2是短路自动保护电路2的一种电路结构示意图。短路自动保护电路2包括电源输入端101、负载连接端401、检测模块20以及开关模块30。电源输入端101用于与电源模块10连接。负载连接端401用于与负载40连接。检测模块20和开关模块30均连接于电源输入端101与负载连接端401之间。其中，开关模块30还与检测模块20连接。检测模块20用于检测负载40是否发生短路，并在检测到负载40处于正常状态时导通开关模块30，使电源模块10向负载40供电；以及在检测到负载40处于短路状态时断开开关模块30，使电源模块10停止向负载40供电。

在本实施例中，检测模块20包括第一电阻R1、第二电阻R2和检测信号输出端21。第一电阻R1和第二电阻R2串联在电源输入端101和负载连接端401之间。第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接节点构成了检测信号输出端21。检测模块20通过检测信号输出端21与开关模块30连接。检测模块20在电源模块10连接到电源输入端101且负载40连接到负载连接端401时，与负载40一起构成分压回路。在一些实施例中，检测模块20还可以包括多个电阻，通过多个电阻与负载40构成分压回路。检测模块20和负载40构成的分压回路用于对电源模块10输出的电压进行分压。

具体地，在负载40连接到负载连接端401之前，开关模块30处于断开状态。在负载40连接到负载连接端401时，电源模块10通过第一电阻R1和第二电阻R2与负载40连接，此时，若接入的负载40处于正常状态，则检测模块20通过检测信号输出端21向开关模块30输出第一电压信号，其中，由于负载处于正常状态时的等效电阻大于零，因此，第一电压信号等同于电源模块10的输出电压经过第二电阻R2和负载40而产生的压降。若负载40处于短路状态时，则检测模块20通过检测信号输出端21向开关模块30输出第二电压信号，其中，由于负载40在短路状态时的等效电阻可视为零，因此，第二电压信号等同于电源模块10的输出电压经过第二电阻R2而产生的压降。如此，可以理解的是，第一电压信号的电压值高于第二电压信号的电压值，其中，第一电压信号用于导通开关模块30，第二电压信号用于断开开关模块30。

在本实施例中，开关模块30包括第一开关管301和第二开关管302，其中，在本实施例中，第一开关管301和第二开关管302均为晶体管开关。第二开关管302连接于电源输入端101与负载连接端401之间，第二开关管302的控制端34通过电阻R3与电源输入端101连接。

第一开关管301连接于第二开关管302的控制端34与接地端之间，第一开关管301的控制端31与检测信号输出端21连接。具体地，第一开关管301的第一连接端32连接于第二开关管302的控制端34，第一开关管301的第二连接端33连接于接地端。在一些实施例中，如图3所示，第一开关管301的控制端31通过电阻R4与检测信号输出端21连接。第二开关管302的控制端34通过电阻R6与第一开关管301的第一连接端32连接。第一开关管301的第二连接端33通过电阻R5与接地端连接。可以理解的是，所述电阻R4、R5、R6中的至少一个是可以省略的。

在本实施例中，第一开关管301采用高电平导通的晶体管开关，第二开关管302采用低电平导通的晶体管开关。在电源模块10和负载40连接到短路自动保护电路2后，当负载40处于正常状态时，如上文所述，检测模块20通过检测信号输出端21输出第一电压信号，第一开关管301基于第一电压信号导通，使第二开关管302的控制端34通过第一开关管301连接到接地端。由于第二开关管302是低电平导通的晶体管，于是第二开关管302导通，从而使电源模块10能够通过导通的第二开关管302向负载40供电。当负载40处于短路状态时，如上文所述，检测模块20通过检测信号输出端21输出第二电压信号，第一开关管301基于第二电压信号断开，使第二开关管302的控制端34通过电阻R3连接到电源输入端101，于是第二开关管302断开，从而使电源模块10停止向负载40供电。

可选地，在本实施例中，第二开关管302采用P型MOS管Q2。P型MOS管Q2包括栅极G、源极S和漏极D。其中，P型MOS管Q2的栅极G构成了第二开关管302的控制端34。P型MOS管Q2的源极S与电源输入端101连接，漏极D与负载连接端401连接。

在一些实施例中，如图3所示，开关模块30还包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1连接在电源输入端101和第二开关管302的控制端34之间，第二电容C2连接在第二开关管302的控制端34和负载连接端401之间。第一电容C1和第二电容C2用于减少P型MOS管Q2的米勒电容，以提高第二开关管302的开关性能。

可以理解的是，在其他实施例中，第二开关管302也可以采用PNP型三极管。

在本实施例中，第一开关管301采用NPN型三极管Q1。三极管Q1包括基极B、集电极C和发射极E。第一开关管301的第一连接端32、第二连接端33、以及控制端31与三极管Q1的集电极C、发射极E以及基极B一一对应。可以理解的是，在其他实施例中，第一开关管301也可以采用N型MOS管。

在本实施例中，短路自动保护电路2通过检测模块20来对电源模块10的输出电压进行分压，并依据该分压的变化情况来判断负载40是否发生短路。当负载40处于正常状态时，检测信号输出端21输出的电压为电源模块10的输出电压经过第二电阻R2和负载40而产生的压降，这时，检测信号输出端21输出的电压即为第一电压信号。第一电压信号的电压值为：U1＝U*(R2+RL)/(R1+R2+RL)，其中，R1为第一电阻R1的阻值，R2为第二电阻R2的阻值，RL为负载40的等效阻值，U为电源模块10的输出电压值。在预先的设置中，通过设置第一电阻R1和第二电阻R2的阻值大小，使负载40接入负载连接端401后，且负载40处于正常状态时，第一电压信号的电压值U1大于三极管Q1的导通电压。于是三极管Q1在第一电压信号的作用下导通，从而集电极C和发射极E之间的通路处于连通状态，进而P型MOS管Q2的栅极G通过导通的三极管Q1与接地端连接。由于P型MOS管的源极S与电源输入端101连接，所以P型MOS管栅极G的电压低于源极S的电压，因而P型MOS管导通。于是，电源模块10能够通过导通的P型MOS管向负载40提供电能。

当负载40发生短路故障时，负载40的等效阻值趋向于零，负载40上的产生的压降也可忽略不计，这时，检测信号输出端21输出的电压为电源模块10的输出电压经过第二电阻R2而产生的压降，这时，检测信号输出端21输出的电压即为第二电压信号。第二电压信号的电压值为：U2＝U*R2/(R1+R2)。在预先的设置中，通过设置第一电阻R1和第二电阻R2的阻值大小，使第二电压信号的电压值U2小于三极管Q1的导通电压。于是三极管Q1在第二电压信号的作用下断开，集电极C和发射极E之间的通路断开，从而P型MOS管Q2的栅极G通过电阻R3连接到与电源输入端101。由于P型MOS管Q2的源极S与电源输入端101连接，所以P型MOS管Q2栅极G的电压和源极S的电压相同，均为电源模块10的输出电压，因而P型MOS管断开。于是，电源模块10与负载40之间的通路断开，电源模块10停止向负载40提供电能。

当负载恢复正常状态时，短路自动保护电路2在检测模块20输出的分压信号的作用下又能自动导通三极管Q1和P型MOS管Q2，从而恢复电源模块10向负载40的供电。本申请提供的短路自动保护电路2不仅能实现在负载40发生短路时自动、及时地切断电源模块10向负载40的供电的功能，还能在负载40的短路故障解除时自动恢复电源模块10向负载40的供电，并避免了额外的人工操作。

在本实施例中，当负载40发生短路时，第二开关管302断开，电源模块10虽然无法通过第二开关管302向负载40供电，但电源模块10仍会通过检测模块20向负载40供电。因此，在预先的设置中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值大小要能使电源模块10的输出电流小于电源模块10所允许的最大电流。可选地，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值可以设置的尽可能大些，以减小电源模块10通过检测模块20向负载40输出的电流。

在一些实施例中，如图3所示，短路自动保护电路2还包括滤波单元50。滤波单元50包括，但不限于电容C3。滤波单元50连接在负载连接端401和接地端之间。滤波单元50用于滤除电路中的干扰信号，防止干扰信号影响短路自动保护电路2对电源模块10和负载40的保护作用。

在一些实施例中，如图3所示，开关模块30还包括连接在第二开关管302与负载连接端401之间的限流电阻R10。限流电阻R10用于在负载40发生短路时，将电源模块10的输出电流限制在电源模块10所允许的最大电流范围内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的，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申请的范围。

Claims (10)

1.一种短路自动保护电路，其特征在于，包括：

电源输入端，用于与电源模块连接；

负载连接端，用于与负载连接；

检测模块，连接于所述电源输入端与所述负载连接端之间；以及

开关模块，连接于所述电源输入端与所述负载连接端之间，所述开关模块还与所述检测模块连接；

所述检测模块用于检测所述负载是否发生短路，并在检测到所述负载处于正常状态时导通所述开关模块，使所述电源模块向所述负载供电；以及在检测到所述负载处于短路状态时断开所述开关模块，使所述电源模块停止向所述负载供电。

2.根据权利要求1所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述检测模块在所述电源模块连接到所述电源输入端且所述负载连接到所述负载连接端时，与所述负载一起构成分压回路来对所述电源模块输出的电压进行分压；

所述检测模块包括检测信号输出端，所述检测模块在所述负载处于正常状态时通过所述检测信号输出端输出第一电压信号，所述第一电压信号用于导通所述开关模块；

所述检测模块在所述负载处于短路状态时通过所述检测信号输出端输出第二电压信号，所述第二电压信号用于断开所述开关模块。

3.根据权利要求2所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述开关模块包括第一开关管和第二开关管；

所述第二开关管连接于所述电源输入端与所述负载连接端之间，所述第二开关管的控制端通过电阻与所述电源输入端连接；

所述第一开关管连接于所述第二开关管的控制端与接地端之间，所述第一开关管的控制端与所述检测信号输出端连接。

4.根据权利要求3所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述第一开关管采用高电平导通的晶体管开关，所述第二开关管采用低电平导通的晶体管开关；

所述第一开关管基于所述第一电压信号导通，使所述第二开关管的控制端通过导通的所述第一开关管连接到所述接地端，从而使所述第二开关管导通；

所述第一开关管还基于所述第二电压信号断开，使所述第二开关管的控制端通过所述电阻连接到所述电源输入端，从而使所述第二开关管断开。

5.根据权利要求2所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述检测模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联在所述电源输入端和所述负载连接端之间，所述第一电阻和所述第二电阻之间的连接节点构成所述检测信号输出端。

6.根据权利要求4所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述第一开关管的控制端通过电阻与所述检测信号输出端连接；和/或

所述第二开关管的控制端通过电阻与所述第一开关管的第一连接端连接；和/或

所述第一开关管的第二连接端通过电阻与所述接地端连接。

7.根据权利要求4所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述开关模块还包括限流电阻；

所述第二开关管通过所述限流电阻与所述负载连接端连接；

所述限流电阻用于在所述负载发生短路时，将所述电源模块的输出电流限制在所述电源模块允许的最大电流范围内。

8.根据权利要求4或7所述的短路自动保护电路，其特征在于，所述开关模块还包括第一电容和第二电容；

所述第一电容连接在所述电源输入端和所述第二开关管的控制端之间；

所述第二电容连接在所述第二开关管的控制端和所述负载连接端之间；

所述第一电容和所述第二电容用于减少所述第二开关管的米勒电容，以提高所述第二开关管的开关性能。

9.根据权利要求1所述的短路自动保护电路，其特征在于，还包括滤波单元，所述滤波单元连接在所述负载连接端和接地端之间，所述滤波单元用于滤除电路中的干扰信号。

10.一种短路自动保护系统，其特征在于，包括：

电源模块；以及

如权利要求1-9任意一项所述的短路自动保护电路；

所述电源模块与所述短路自动保护电路的电源输入端连接，所述电源模块通过所述短路自动保护电路向负载提供电能。

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