CN216720890U - 一种自保持短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电路保护技术领域的一种自保持短路保护电路，包括一驱动逻辑控制模块、一电压比较模块、一控制信号输入模块、一保护状态信号输出模块、一MOS管Q1以及一电流采样电阻R10；所述驱动逻辑控制模块的输入端与电压比较模块以及控制信号输入模块连接，输出端与保护状态信号输出模块以及MOS管Q1连接；所述电流采样电阻R10的输入端与MOS管Q1连接，输出端与电压比较模块连接。本实用新型的优点在于：实现对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡，进而极大的提升了电路的安全性。

Description

一种自保持短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及电路保护技术领域，特别指一种自保持短路保护电路。

背景技术

电子电路基本由电源驱动电路及负载组成，以实现各种逻辑控制，电源驱动电路在驱动负载的过程中难免出现过载、短路的情况，此时若未进行限流保护，将会导致电源驱动电路烧毁，甚至发生着火等事故。因此，通常在电源驱动电路的设计中会加入过流、短路的保护，当出现过流或短路时及时切断电源驱动电路与负载间的联系，停止负载的工作，保证电路不损坏。传统上，针对过流、短路的保护措施主要有如下三种方法：

方法一：采用熔断器(保险丝)，当电路中的电流超过熔断器的额定电流时，产生热量将熔断器的低熔点金属丝熔断，以断开电源驱动电路与负载的连接。

方法二：采用自恢复保险丝，利用高温使自恢复保险丝处于高阻状态限制电流。电路中的电流超出自恢复保险丝设定的额定电流时，产生的热量会大于散发出去的热量，使得自恢复保险丝温度骤增，在此阶段，很小的温度变化会造成阻值的大幅提高，这时自恢复保险丝处于高阻保护状态，阻抗的增加限制了电流，电流在很短时间内急剧下降，从而保护电路，只要施加电压所产生的热量大于自恢复保险丝散发出的热量，处于变化状态下的自恢复保险丝便可以一直处于动作状态(高阻)。当故障解除时，电流下降，自恢复保险丝的热量逐渐散发，降低温度后自动恢复低阻导通状态。

方法三：采用由电流采样和比较器组成的过流检测保护电路，一旦电路中的电流超过比较器的参考基准电流时，过流检测保护电路将输出控制信号，控制电源驱动电路与负载间的电子开关断开，降低电流，当电路电流低于参考基准电流时，再导通电子开关。

然而，传统的方法存在如下缺点：方法一的熔断器在熔断后不可恢复，导致排除短路、过载故障时需要专业人员人为的更换熔断器，设备维护麻烦，效率低；方法二通过电流转化为热量令自恢复保险丝进入高阻态，其反应时间较慢，导致在过流升温的过程中，可能还来不及保护，电路就因过流而烧毁，不适用于保护半导体器件；方法三虽然解决了方法一和方法二的问题，但容易产生振荡，当产生过载或短路故障时，电流达到保护设定值将关闭输出的电子开关，关闭输出后电流下降，此时电流采样到电流值低于保护值，将重新开启电子开关，在短时间内，故障未排除，电流将急剧升高，再次达到保护值，电子开关再次关闭，不断重复产生振荡(电路啸叫)，对电路产生不利影响。

因此，如何提供一种自保持短路保护电路，实现对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种自保持短路保护电路，实现对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡。

本实用新型是这样实现的：一种自保持短路保护电路，包括一驱动逻辑控制模块、一电压比较模块、一控制信号输入模块、一保护状态信号输出模块、一MOS管Q1以及一电流采样电阻R10；

所述驱动逻辑控制模块的输入端与电压比较模块以及控制信号输入模块连接，输出端与保护状态信号输出模块以及MOS管Q1连接；所述电流采样电阻R10的输入端与MOS管Q1连接，输出端与电压比较模块连接。

进一步地，所述驱动逻辑控制模块包括一逻辑芯片IC1、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R6、一电阻R9、一二极管D1、一电容C3以及一电容C4；

所述逻辑芯片IC1的引脚1、2均与电阻R1、电容C4以及控制信号输入模块连接，引脚3、4、5均与电阻R2连接，引脚6、13均与电阻R3连接，引脚7接地，引脚8与二极管D1的输入端以及保护状态信号输出模块连接，引脚9、10、11均与电阻R4以及电阻R6连接，引脚12与电阻R9以及二极管D1的输出端连接，引脚14与电容C3连接；

所述电阻R1与电阻R2、电阻R3以及电阻R4连接；所述电容C3以及电容C4均接地；所述电阻R6与MOS管Q1连接；所述电阻R9与电压比较模块连接。

进一步地，所述电压比较模块包括一运放U2B、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电阻R14以及一稳压源UB1；

所述运放U2B的引脚5与电流采样电阻R10连接，引脚6与电阻R13 以及电阻R14连接，引脚7与电阻R12以及驱动逻辑控制模块连接；所述稳压源UB1的一端与电阻R14连接并接地，另一端与电阻R11以及电阻R13 连接。

进一步地，所述控制信号输入模块包括一三极管Q2、一电阻R7、一电阻R8以及一接线端子J3；

所述三极管Q2的集电极与驱动逻辑控制模块连接，基极与电阻R7以及电阻R8连接，发射极接地；所述接线端子J3的引脚1接地，引脚2与电阻 R8连接；所述电阻R7接地。

进一步地，所述保护状态信号输出模块包括一运放U2A、一电阻R15、一电阻R16、一电阻R17一电阻R18、一电阻R19、一发光二极管LED1以及一接线端子J4；

所述运放U2A的引脚1与电阻R17连接，引脚2与电阻R16以及电阻 R19连接，引脚3与电阻R15以及电阻R18连接，引脚4接地；所述发光二极管LED1的输入端与接线端子J4的引脚2连接，输出端与接线端子J4的引脚1以及电阻R17连接；所述电阻R16与驱动逻辑控制模块连接；所述电阻R18以及电阻R19均接地。

进一步地，所述MOS管Q1为N沟道MOS管，且栅极与驱动逻辑控制模块连接，源极与电流采样电阻R10连接。

进一步地，所述电流采样电阻R10的材质为康铜丝，且一端与电压比较模块以及MOS管Q1连接，另一端接地。

本实用新型的优点在于：

通过设置电流采样电阻R10对MOS管Q1输入的电流进行采样并转换为电压，设置电压比较模块比较采样电压与预设电压，当采样电压大于预设电压时向驱动逻辑控制模块输出高电平，进而断开MOS管Q1；再次导通MOS 管Q1，需要向控制信号输入模块输入高电平，进而触发驱动逻辑控制模块导通MOS管Q1，避免流经电流采样电阻R10的电流变小时MOS管Q1的自动导通，即实现对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡，且相对于传统的熔断器和自恢复保险丝，不仅响应速度快，还免维修，最终极大的提升了电路的安全性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种自保持短路保护电路的电路原理框图。

图2是本实用新型一种自保持短路保护电路的电路图。

图3是本实用新型一种自保持短路保护电路的使用状态示意图。

标记说明：

100-一种自保持短路保护电路，1-驱动逻辑控制模块，2-电压比较模块， 3-控制信号输入模块，4-保护状态信号输出模块，5-控制器，6-电源驱动模块，7-负载。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种自保持短路保护电路100，解决了现有技术中通过过流检测保护电路对电路进行保护时容易出现电子开关频繁通断，进而导致电路震荡的技术问题，实现了对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡，进而极大的提升了电路的安全性的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：设置控制信号输入模块3，当MOS管Q1基于电压比较模块2的触发信号断开后，需要向控制信号输入模块3输入高电平，进而触发驱动逻辑控制模块1导通 MOS管Q1，避免流经电流采样电阻R10的电流变小时MOS管Q1的自动导通，以实现对电路进行自保持短路保护的同时，避免电路震荡。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参照图1至图3所示，本实用新型一种自保持短路保护电路100的较佳实施例，包括一驱动逻辑控制模块1、一电压比较模块2、一控制信号输入模块3、一保护状态信号输出模块4、一MOS管Q1以及一电流采样电阻 R10；所述驱动逻辑控制模块1用于基于控制信号输入模块3以及电压比较模块2的触发信号通断MOS管Q1，并向所述保护状态信号输出模块4输出保护状态的指示信号；所述电压比较模块2用于比较采样电压与预设电压的大小，当采样电压大于预设电压时，说明回路中的电流过大，此时向所述驱动逻辑控制模块1输出高电平；所述控制信号输入模块3用于将控制器5 输入的控制信号传递给驱动逻辑控制模块1，进而导通所述MOS管Q1，避免所述MOS管Q1在回路没有电流时自动导通；所述保护状态信号输出模块4 用于指示自保持短路保护电路100的工作状态；所述MOS管Q1用于通断负载7与电源驱动模块6的连接；所述电流采样电阻R10用于将回路中的电流信号转换为电压信号；

所述驱动逻辑控制模块1的输入端与电压比较模块2以及控制信号输入模块3连接，输出端与保护状态信号输出模块4以及MOS管Q1连接；所述电流采样电阻R10的输入端与MOS管Q1连接，输出端与电压比较模块2连接。

所述驱动逻辑控制模块1包括一逻辑芯片IC1、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R6、一电阻R9、一二极管D1、一电容C3以及一电容C4；所述逻辑芯片IC1由4通道与非门构成，用于对所述控制信号输入模块3和电压比较模型2输入的信号进行逻辑控制，实现自保持并锁定保护状态，型号优选为74HC00；

所述逻辑芯片IC1的引脚1、2均与电阻R1、电容C4以及控制信号输入模块3连接，引脚3、4、5均与电阻R2连接，引脚6、13均与电阻R3 连接，引脚7接地，引脚8与二极管D1的输入端以及保护状态信号输出模块4连接，引脚9、10、11均与电阻R4以及电阻R6连接，引脚12与电阻 R9以及二极管D1的输出端连接，引脚14与电容C3连接；

所述电阻R1与电阻R2、电阻R3以及电阻R4连接；所述电容C3以及电容C4均接地；所述电阻R6与MOS管Q1连接；所述电阻R9与电压比较模块2连接。

所述电压比较模块2包括一运放U2B、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电阻R14以及一稳压源UB1；

所述运放U2B的引脚5与电流采样电阻R10连接，引脚6与电阻R13 以及电阻R14连接，引脚7与电阻R12以及驱动逻辑控制模块1连接；所述稳压源UB1的一端与电阻R14连接并接地，另一端与电阻R11以及电阻R13 连接。

所述控制信号输入模块3包括一三极管Q2、一电阻R7、一电阻R8以及一接线端子J3；

所述三极管Q2的集电极与驱动逻辑控制模块1连接，基极与电阻R7 以及电阻R8连接，发射极接地；所述接线端子J3的引脚1接地，引脚2 与电阻R8连接；所述电阻R7接地。

所述保护状态信号输出模块4包括一运放U2A、一电阻R15、一电阻R16、一电阻R17一电阻R18、一电阻R19、一发光二极管LED1以及一接线端子 J4；所述发光二极管LED1用于指示自保持短路保护电路100的工作状态，即指示保护状态；

所述运放U2A的引脚1与电阻R17连接，引脚2与电阻R16以及电阻 R19连接，引脚3与电阻R15以及电阻R18连接，引脚4接地；所述发光二极管LED1的输入端与接线端子J4的引脚2连接，输出端与接线端子J4的引脚1以及电阻R17连接；所述电阻R16与驱动逻辑控制模块1连接；所述电阻R18以及电阻R19均接地。

所述MOS管Q1为N沟道MOS管，且栅极与驱动逻辑控制模块1连接，源极与电流采样电阻R10连接，漏极与负载7的负极连接，由所述驱动逻辑控制电路1控制通断，作为电源驱动模块6与负载7之间的开关。

所述电流采样电阻R10的材质为康铜丝，具有阻值小、损耗低、温度稳定性好、不易产生温漂的优点，且一端与电压比较模块2以及MOS管Q1连接，另一端接地；所述电流采样电阻R10用于将电流信号转换为电压信号 (V＝I*R)。

本实用新型工作原理：

正常工作：电源驱动模块6与负载7的正极直连，所述自保持短路保护电路100串联于电源驱动模块6与负载7的负极之间，控制负载7的负极与电源驱动模块6的负极之间的通断。所述控制信号输入模块3的接线端子 J3输入低电平，所述三极管Q2截止，输入高电平到所述逻辑芯片IC1的引脚1、2(第1通道与非门)，所述逻辑芯片IC1的引脚3输出低电平到引脚4、5(第2通道与非门)，所述逻辑芯片IC1的引脚6输出高电平到引脚13；由于正常工作时回路电流较小，所述电流采样电阻R10两端的电压小于电压比较模块2的参考电压，所述电压比较模块2通过电阻R9向逻辑芯片IC1的引脚12输入低电平；由于所述逻辑芯片IC1的引脚12为低电平，引脚13为高电平，使得引脚11输出高电平，经过所述电阻R6控制MOS管 Q1导通。

过流保护：当回路电流较大时，所述电流采样电阻R10两端产生的电压大于电压比较模块2的参考电压，所述电压比较模块2通过电阻R9向逻辑芯片IC1的引脚12输入高电平；由于所述逻辑芯片IC1的引脚12为高电平，引脚13为高电平，使得引脚11输出低电平，经过所述电阻R6控制MOS管 Q1关断，等效于电源驱动模块6与负载7的负极断开连接，电流为0。

自保持保护：所述逻辑芯片IC1的引脚11向引脚9、10(第3通道与非门)输出低电平，进而使引脚8输出高电平，并通过所述二极管D1传递到引脚12，最终使所述逻辑芯片IC1的引脚11保持输出低电平，让所述MOS 管Q1保持关断。

保护状态指示：所述逻辑芯片IC1的引脚8输出高电平到运放U2A的引脚2，使得所述运放U2A的引脚1输出低电平，进而导通所述发光二极管 LED1，让所述所述发光二极管LED1亮起，并通过所述接线端子J4向控制器 5发送低电平信号。

撤销保护控制：负载故障恢复后，所述控制信号输入模块3接收控制器 5输入的高电平导通三极管Q2，向所述逻辑芯片IC1的引脚1、2输入低电平，进而通过引脚3向引脚4、5输入高电平，使得引脚6向引脚13输入低电平，由于引脚12为高电平，将使引脚11输出高电平，通过所述电阻R6 导通MOS管Q1。所述逻辑芯片IC1的引脚11同时向引脚9、10输出高电平，使引脚8输出低电平，由于所述二极管D1的反向截止特性，使得引脚8输出的低电平不起作用，即撤销了保护控制，恢复电路的正常工作。

综上所述，本实用新型的优点在于：

通过设置电流采样电阻R10对MOS管Q1输入的电流进行采样并转换为电压，设置电压比较模块比较采样电压与预设电压，当采样电压大于预设电压时向驱动逻辑控制模块输出高电平，进而断开MOS管Q1；再次导通MOS 管Q1，需要向控制信号输入模块输入高电平，进而触发驱动逻辑控制模块导通MOS管Q1，避免流经电流采样电阻R10的电流变小时MOS管Q1的自动导通，即实现对电路进行自保持短路保护，避免电路震荡，且相对于传统的熔断器和自恢复保险丝，不仅响应速度快，还免维修，最终极大的提升了电路的安全性。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种自保持短路保护电路，其特征在于：包括一驱动逻辑控制模块、一电压比较模块、一控制信号输入模块、一保护状态信号输出模块、一MOS管Q1以及一电流采样电阻R10；

所述驱动逻辑控制模块的输入端与电压比较模块以及控制信号输入模块连接，输出端与保护状态信号输出模块以及MOS管Q1连接；所述电流采样电阻R10的输入端与MOS管Q1连接，输出端与电压比较模块连接。

2.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述驱动逻辑控制模块包括一逻辑芯片IC1、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R6、一电阻R9、一二极管D1、一电容C3以及一电容C4；

所述逻辑芯片IC1的引脚1、2均与电阻R1、电容C4以及控制信号输入模块连接，引脚3、4、5均与电阻R2连接，引脚6、13均与电阻R3连接，引脚7接地，引脚8与二极管D1的输入端以及保护状态信号输出模块连接，引脚9、10、11均与电阻R4以及电阻R6连接，引脚12与电阻R9以及二极管D1的输出端连接，引脚14与电容C3连接；

所述电阻R1与电阻R2、电阻R3以及电阻R4连接；所述电容C3以及电容C4均接地；所述电阻R6与MOS管Q1连接；所述电阻R9与电压比较模块连接。

3.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述电压比较模块包括一运放U2B、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电阻R14以及一稳压源UB1；

所述运放U2B的引脚5与电流采样电阻R10连接，引脚6与电阻R13以及电阻R14连接，引脚7与电阻R12以及驱动逻辑控制模块连接；所述稳压源UB1的一端与电阻R14连接并接地，另一端与电阻R11以及电阻R13连接。

4.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述控制信号输入模块包括一三极管Q2、一电阻R7、一电阻R8以及一接线端子J3；

所述三极管Q2的集电极与驱动逻辑控制模块连接，基极与电阻R7以及电阻R8连接，发射极接地；所述接线端子J3的引脚1接地，引脚2与电阻R8连接；所述电阻R7接地。

5.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述保护状态信号输出模块包括一运放U2A、一电阻R15、一电阻R16、一电阻R17一电阻R18、一电阻R19、一发光二极管LED1以及一接线端子J4；

所述运放U2A的引脚1与电阻R17连接，引脚2与电阻R16以及电阻R19连接，引脚3与电阻R15以及电阻R18连接，引脚4接地；所述发光二极管LED1的输入端与接线端子J4的引脚2连接，输出端与接线端子J4的引脚1以及电阻R17连接；所述电阻R16与驱动逻辑控制模块连接；所述电阻R18以及电阻R19均接地。

6.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述MOS管Q1为N沟道MOS管，且栅极与驱动逻辑控制模块连接，源极与电流采样电阻R10连接。

7.如权利要求1所述的一种自保持短路保护电路，其特征在于：所述电流采样电阻R10的材质为康铜丝，且一端与电压比较模块以及MOS管Q1连接，另一端接地。

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