CN217824251U - Pwm电路的短路保护结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了PWM电路的短路保护结构，包括：单片机，用于输出PWM波；控制转换电路，控制转换电路根据PWM波形导通或断开负载回路；短路保护电路，短路保护电路用于在负载回路出现过流情况时输出高电平信号给单片机，使单片机停止输出PWM波；硬件保护电路，硬件保护电路用于把短路保护电路输出的高电平信号转换为低电平信号输出给控制转换电路，使控制转换电路断开负载回路。本申请的PWM电路的短路保护结构，在短路情况下，通过硬件保护电路的低电平输出取代PWM波对控制转换电路的控制，无需等待单片机处理，控制转换电路直接断开负载回路，缩短了响应处理时间，提高了电路对电子元件保护的可靠性。

Description

PWM电路的短路保护结构

技术领域

本申请涉及电路保护技术领域，特别是涉及一种PWM电路的短路保护结构。

背景技术

申请人既有的PWM控制电路的基础结构，包括有PWM控制装置、负载和短路保护电路。其中，PWM控制装置包括有用于输出PWM波的单片机，单片机通过输出PWM波，控制负载和短路保护电路所在的负载回路的电流大小。当负载回路出现短路时，由短路保护电路把反馈高电平信号到PWM控制装置中的单片机，单片机收到高电平信号后，进入中断，关闭PWM波的输出，进而使负载回路关断，保护电路中的电子元件。但现有的PWM控制电路必须要通过单片机处理，才会关闭PWM波的输出。发生短路时，单片机从接收到信号到关闭输出需要使用4uS—7uS左右的时间，在此期间，主电路的电子元件会有可能因为短路造成的大电流和大功率而损坏。因此，现有PWM控制电路的短路保护由于采用了单片机控制的方式，导致时间不可控和响应时间长的问题，在发生短路时，电子元件依然存在损坏的风险，不能起到确切的短路保护效果。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的技术问题之一，本申请提供一种PWM电路的短路保护结构，在负载回路短路的情况下能快速响应，切断负载回路的电流，实现对电子元件的确切保护。

根据本实用新型第一方面实施例的一种PWM电路的短路保护结构，包括：

单片机，用于输出PWM波；

控制转换电路，连接在所述单片机和负载回路之间，所述控制转换电路根据PWM波形导通或断开负载回路；

短路保护电路，所述短路保护电路的输入端与负载回路相连接，所述短路保护电路的输出端连接所述单片机，所述短路保护电路用于在负载回路出现过流情况时输出高电平信号给所述单片机，使所述单片机停止输出PWM波；

硬件保护电路，所述硬件保护电路的输入端连接所述短路保护电路的输出端，所述硬件保护电路的输出端连接所述控制转换电路，所述硬件保护电路用于把所述短路保护电路输出的高电平信号转换为低电平信号输出给所述控制转换电路，使所述控制转换电路断开负载回路。

根据本实用新型第一方面实施例的PWM电路的短路保护结构，至少具有如下有益效果：本实用新型在PWM控制电路中设置有硬件保护电路，硬件保护电路连接短路保护电路和控制转换电路，当负载回路出现过流情况时，短路保护电路输出高电平信号，信号同时给到单片机和硬件保护电路，触发硬件保护电路，硬件保护电路把短路保护电路输出的高电平转换为低电平信号输出给控制转换电路，使控制转换电路断开负载回路。本申请的PWM电路的短路保护结构，在短路情况下，通过硬件保护电路的低电平输出取代PWM波对控制转换电路的控制，无需等待单片机处理，控制转换电路直接断开负载回路，缩短了响应处理时间，提高了电路对电子元件保护的可靠性。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述控制转换电路包括驱动电路和开关组件，所述驱动电路的输入端连接所述单片机和所述硬件保护电路，所述驱动电路的输出端连接所述开关组件，所述开关组件串接在负载回路上。驱动电路用于把PWM波转换为控制开关组件的信号，从而使开关组件动作，导通或断开负载回路。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述开关组件为MOS管，MOS管具有成本低、容易获得以及控制效果好的优势。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述短路保护电路包括电流采样电路、比较器和基准电压电路，所述电流采样电路和所述基准电压电路分别连接所述比较器的两个输入端，所述比较器的输出端设置有信号输出电路，所述信号输出电路设有第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端用于连接所述单片机，所述第二信号输出端用于连接所述硬件保护电路。电流采样电路采集负载回路的电流，并转换为电压信号反馈到比较器，和基准电压电路的输出电压进行比较，比较器根据比较结果输出信号给到单片机和硬件保护电路。平时采样电流转换的电压信号不高于基准电压，比较器的两个信号输出端输出低电平；当负载回路发生短路时，由于短路流过电流采样电路的电流会很大，转换的电压信号大于基准电压，比较器的两个信号输出端输出高电平。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述信号输出电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，所述第一电容连接所述比较器的输出端和所述基准电压电路，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻依次串接在低压电源端和接地端之间，所述比较器的输出端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第一信号输出端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间。第一信号输出端位于第二电阻和第三电阻之间，平时该处信号为低电平；当比较器输出高电平时，信号输出电路的输出端电平为高电平。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述硬件保护电路包括有第一三极管、第二三极管、第四电阻、第五电阻和第二电容；所述第一三极管的基极连接所述比较器的输出端，所述第一三极管的集电极通过所述第四电阻连接低压电源端，所述第一三极管的发射极通过所述第二电容连接接地端，所述比较器输出高电平时，所述第一三极管导通，为所述第二电容充电；所述第二三极管的基极连接所述第一三极管的发射极和所述第二电容，所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻连接低压电源端，所述第二三极管的集电极连接所述控制转换电路，所述第二三极管的发射极连接接地端，所述第二电容充电后，所述第二三极管导通，所述第二三极管的集电极向所述控制转换电路输出低电平。硬件保护电路的原理如下：当比较器输出高电平时，硬件保护电路中的第一三极管导通，当第二电容上的电压达到第二三极管的导通电压时，第二三极管导通，第二三极管导通后，第二三极管的集电极为低电平，即控制转换电路的输入信号为低电平，从而断开负载回路，保护负载回路中的电子元件，该方式直接控制控制转换电路动作，相较于通过单片机的输出进行控制，时间更短，更快速切断短路的负载回路，有效保护电子元件。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述第二三极管的集电极和所述控制转换电路之间设置有稳压二极管，稳压二极管保证输出的电平信号的稳定。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述第一三极管的发射极处设置有单向二极管，单向二极管用于稳定第一三极管的输出。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极处分别设置有限流电阻，限流电阻用于限制三极管基极处的电流，避免过大的电流损坏三极管。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述第二三极管的基极和接地端之间通过第六电阻连接。，第六电阻能保证第二电容的电压，同时构成第二电容的放电回路。

根据本实用新型第一方面所述的PWM电路的短路保护结构，所述负载回路上设置有短路识别电路。当负载回路导通时，短路识别电路向单片机输出低电平，当负载回路因为短路而关断后，短路识别电路向单片机输出高电平信号。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是申请人既有的多路输出PWM调光电路的示意图；

图2是采用本申请的短路保护结构的多路输出PWM调光电路的示意图；

图3是图2中单片机和驱动电路的示意图；

图4是图2中其中一个负载回路的示意图；

图5是短路保护电路的示意图；

图6是基准电压电路的示意图；

图7是硬件保护电路的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介、中间结构间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。

在本申请的描述中，需要说明的是，若干的含义是一个或者多个，多个(或多项)的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

参照图1，图1所示的多路输出PWM调光电路是申请人既有的一种PWM控制电路，包括有单片机100、控制转换电路200、负载回路300以及短路保护电路400。

单片机100连接控制转换电路200，单片机100用于输出PWM波。优选的，PWM波的频率为100KHz左右。

控制转换电路200包括MOS管驱动电路U2和多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4分别串接在不同的负载回路300上。MOS管驱动电路U2连接多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，分别控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的导通和关闭，进而改变该负载回路300中的LED光源的亮度。

负载回路300包括串接的LED光源和MOS管。LED光源中优选设置有限流电阻。进一步的，负载回路300上还设置有短路识别电路310。当负载回路300的MOS管导通时，短路识别电路310向单片机100输出低电平，当负载回路300因为短路而关断MOS管后，短路识别电路310向单片机100输出高电平信号。单片机100根据短路识别电路310的反馈，显示负载回路300正常运作还是出现异常情况。

短路保护电路400包括电流采样电路、比较器和基准电压电路。电流采样电路和基准电压电路分别连接比较器U3的两个输入端，比较器U3的输出端设置有信号输出电路，信号输出电路连接单片机100。电流采样电路采集负载回路的电流，并转换为电压信号反馈到比较器U3，和基准电压电路的输出电压进行比较，比较器U3根据比较结果输出信号给到单片机100。当负载回路的电流过大时，比较器U3输出高电平，单片机100接收到比较器U3输出的高电平后，单片机100进入中断，关闭PWM波的输出，进而关断MOS管，保护负载回路中的电子元件，同时短路识别电路310输出高电平。但是，短路保护电路400必须要通过单片机100处理，才会关闭PWM输出。发生短路时，由于瞬间电流很大，MOS管上又承受很高的电压，因此短路时MOS管上承受了很大的功率。单片机100从接收到信号到关闭输出需要使用4uS—7uS左右的时间，响应时间较长且不可控，在此期间，MOS管会有可能损坏，因此现有的PWM控制电路的短路保护是有风险的。

参照图2，图2的实施例提供了一种采用本申请的短路保护结构的多路输出PWM调光电路，包括有单片机100、控制转换电路200、负载回路300、短路保护电路400以及硬件保护电路500。

如图2所示，在本实施例中，显示的负载回路300设置有四个，四个负载回路300并联连接。容易想到的是，本申请并没有对负载回路的具体数量进行限定，本领域人员还可以根据实际需要设置单个负载回路，或者设置与附图1不同数量的多个负载回路。

如图2所示，在本实施例中，负载回路300中的负载为多个LED光源。容易想到的是，本申请并没有对负载的具体类型进行限定，本领域人员还可以根据实际情况设置不同的负载，例如设置电机作为负载，利用单片机输出的PWM波对负载电机进行调速控制。

如图2和图3所示，单片机100连接控制转换电路200，单片机100用于输出PWM波。在本实施例中，硬件保护电路500的输出端连接控制转换电路200的输入端。

如图2、图3和图4所示，控制转换电路200包括MOS管驱动电路U2和多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4分别串接在不同的负载回路300上。MOS管驱动电路U2连接多个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，分别控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的导通和关闭，进而改变该负载回路300中的LED光源的亮度。

如图2和图4所示，负载回路300包括串接的LED光源和MOS管，以及短路识别电路310。其中，LED光源中优选设置有限流电阻。如图4所示，其中一个短路识别电路310包括有电阻R3、电阻R11、电阻R19和电容C3。电阻R3一端连接VCC电源，电阻R3另一端连接MOS管Q3的集电极；电阻R11、电阻R19和电容C3设置在MOS管Q3的集电极和接地端之间；当MOS管Q3导通时，MOS管Q3的集电极为低电平，短路识别电路310向单片机100输出低电平信号；当负载回路300因为短路而关断MOS管后，MOS管Q3的集电极为高电平，短路识别电路310向单片机100输出高电平信号；此外，当PWM波形的占空比过小时，例如占空比小于15％时，短路识别电路310也会向单片机100输出高电平信号。单片机100根据短路识别电路310的反馈，显示负载回路300正常运作还是出现异常情况。

短路保护电路400包括电流采样电路、比较器和基准电压电路。如图2和图5所示，电流采样电路由电阻R21、电阻R23、电阻R27和电容C5构成，电阻R21用于采集负载回路的电流，电阻R23、电阻R27和电容C7用于将采集的电流信号转换为电压信号。如图6所示，基准电压电路由电阻R31、稳压管U5、电容C9、电阻R34和电阻R35构成。电流采样电路和基准电压电路分别连接比较器U3的两个输入端，比较器U3的输出端设置有信号输出电路。信号输出电路包括电阻R24、电阻R28、电阻R31和电容C6，电容C6连接比较器的输出端和基准电压电路，电阻R24、电阻R28和电阻R31依次串接在低压电源端和接地端之间，比较器的输出端连接在电阻R24和电阻R28之间，信号输出电路连接单片机的输出端位于电阻R28和电阻R31之间。电流采样电路采集负载回路的电流，并转换为电压信号反馈到比较器U3，和基准电压电路的输出电压进行比较，比较器U3根据比较结果输出信号给到单片机100和硬件保护电路500。

硬件保护电路500用于把短路保护电路400输出的高电平信号转换为低电平信号输出给控制转换电路200，使控制转换电路200动作，断开负载回路300，在短路情况下保护电子元件。参照图2和图7，硬件保护电路500包括有三极管Q5、三极管Q6、电阻R22、电阻R25和电容C7。三极管Q5的基极连接比较器U3的输出端，三极管Q5的集电极通过电阻R22连接低压电源端，三极管Q5的发射极通过电容C7连接接地端，比较器U3输出高电平时，三极管Q5导通，为电容C7充电；三极管Q6的基极连接三极管Q5的发射极和电容C7，三极管Q6的集电极通过电阻R25连接低压电源端，三极管Q6的集电极连接MOS管驱动电路U2的输入端，即三极管Q6的集电极连接于单片机U1和MOS管驱动电路U2之间，三极管Q6的发射极连接接地端，电容C7充电并达到三极管Q6的导通电压后，三极管Q6导通，三极管Q6的集电极向控制转换电路输出低电平。

硬件保护电路500的原理如下：当比较器U3输出高电平时，硬件保护电路500中的三极管Q5导通，当电容C7上的电压达到三极管Q6的导通电压时，三极管Q6导通，三极管Q6导通后，三极管Q6的集电极为低电平，即MOS管驱动电路U2的输入信号为低电平，从而断开负载回路，保护负载回路中的电子元件。该方式直接控制控制转换电路200动作，相较于通过单片机的输出进行控制，时间更短，更快速切断短路的负载回路，有效保护电子元件。

进一步的，本实施例中采用的低压电源端，优选为5V电源。

进一步的，三极管Q6的集电极和MOS管驱动电路U2的输入端之间设置有稳压二极管D1、D2、D3、D4，稳压二极管D1、D2、D3、D4保证输出的电平信号的稳定。

进一步的，三极管Q5的发射极处设置有单向二极管D5，单向二极管D5用于稳定三极管Q5的输出。

进一步的，三极管Q5的基极和三极管Q6的基极处分别设置有限流电阻R26、R29，限流电阻R26、R29用于限制三极管基极处的电流，避免过大的电流损坏三极管Q5、Q6。

进一步的，三极管Q6的基极和接地端之间通过电阻R32连接，电阻32能保证电容C7的电压，同时构成电容C7的放电回路。

本实用新型在PWM控制电路中设置有硬件保护电路500，硬件保护电路500连接短路保护电路400和控制转换电路200，当负载回路300出现过流情况时，短路保护电路400输出高电平信号，信号同时给到单片机100和硬件保护电路500，触发硬件保护电路500，硬件保护电路500把短路保护电路400输出的高电平转换为低电平信号输出给控制转换电路200，使控制转换电路200断开负载回路300。本申请的PWM电路的短路保护结构，在短路情况下，通过硬件保护电路500的低电平输出取代PWM波对控制转换电路200的控制，无需等待单片机100处理，控制转换电路200直接断开负载回路300，缩短了响应处理时间，提高了电路对电子元件保护的可靠性。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种PWM电路的短路保护结构，其特征在于，包括：

单片机，用于输出PWM波；

控制转换电路，连接在所述单片机和负载回路之间，所述控制转换电路根据PWM波形导通或断开负载回路；

短路保护电路，所述短路保护电路的输入端与负载回路相连接，所述短路保护电路的输出端连接所述单片机，所述短路保护电路用于在负载回路出现过流情况时输出高电平信号给所述单片机，使所述单片机停止输出PWM波；

硬件保护电路，所述硬件保护电路的输入端连接所述短路保护电路的输出端，所述硬件保护电路的输出端连接所述控制转换电路，所述硬件保护电路用于把所述短路保护电路输出的高电平信号转换为低电平信号输出给所述控制转换电路，使所述控制转换电路断开负载回路。

2.根据权利要求1所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述控制转换电路包括驱动电路和开关组件，所述驱动电路的输入端连接所述单片机和所述硬件保护电路，所述驱动电路的输出端连接所述开关组件，所述开关组件串接在负载回路上。

3.根据权利要求2所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述开关组件为MOS管。

4.根据权利要求1至3任一所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述短路保护电路包括电流采样电路、比较器和基准电压电路，所述电流采样电路和所述基准电压电路分别连接所述比较器的两个输入端，所述比较器的输出端设置有信号输出电路，所述信号输出电路设有第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端用于连接所述单片机，所述第二信号输出端用于连接所述硬件保护电路。

5.根据权利要求4所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述信号输出电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，所述第一电容连接所述比较器的输出端和所述基准电压电路，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻依次串接在低压电源端和接地端之间，所述比较器的输出端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第一信号输出端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间。

6.根据权利要求4所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述硬件保护电路包括有第一三极管、第二三极管、第四电阻、第五电阻和第二电容；

所述第一三极管的基极连接所述比较器的输出端，所述第一三极管的集电极通过所述第四电阻连接低压电源端，所述第一三极管的发射极通过所述第二电容连接接地端，所述比较器输出高电平时，所述第一三极管导通，为所述第二电容充电；

所述第二三极管的基极连接所述第一三极管的发射极和所述第二电容，所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻连接低压电源端，所述第二三极管的集电极连接所述控制转换电路，所述第二三极管的发射极连接接地端，所述第二电容充电并达到所述第二三极管的导通电压后，所述第二三极管导通，所述第二三极管的集电极向所述控制转换电路输出低电平。

7.根据权利要求6所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述第二三极管的集电极和所述控制转换电路之间设置有稳压二极管。

8.根据权利要求6所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述第一三极管的发射极处设置有单向二极管。

9.根据权利要求6所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极处分别设置有限流电阻。

10.根据权利要求6所述的PWM电路的短路保护结构，其特征在于，所述第二三极管的基极和接地端之间通过第六电阻连接。

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