CN218569819U - 一种供电端口保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及保护电路的技术领域，更具体地，涉及一种供电端口保护电路。其设置在供电模块和端口负载模块之间，包括开关模块、保护模块和主控模块；供电模块通过开关模块与端口负载模块连接，主控模块连接在开关模块的控制端上；保护模块包括第一三极管、第二三极管以及启动模块，供电模块通过启动模块与第一三极管的发射极连接，主控模块与启动模块的控制端连接；第一三极管的基极与开关模块的输出端连接，集电极与第二三极管的基极连接；第二三极管的集电极与主控模块连接，发射极接地；第一三极管和第二三极管分别设置有偏置电阻。本实用新型应用场景更加广泛，解决了开关管不容易损坏的问题，成本大幅度降低，经济效益明显。

Description

一种供电端口保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路的技术领域，更具体地，涉及一种供电端口保护电路。

背景技术

在供电系统中，最容易发生的故障是短路、过载、接地和雷击等。为了保证供电系统能够安全可靠地运行，电力电子开关器件在选用时要留有一定的裕度，必须设置有保护电路。其中，保护电路主要包括过流保护、过压保护及过热保护。

在现有技术中，保护电路中的限流保护和短路保护主要是在负载的负端做电流检测，开关管使用MOS管，属于常规电流采样，通过电流采样去控制开关管，这种方法会导致输出外设负载的地电平跟机器本身的电平不一致，达到限流保护条件的时候最高有0.7V的压降，而要求一般会在0.2V左右；当短路发生时，MOS管D极电压需要升高到设定的阈值才会保护，而在这个过程中MOS管是处于导通状态，瞬时的功耗在几十瓦以上，很快就会损坏，使用成本高。

实用新型内容

本实用新型为克服上述背景技术中所述当短路发生时，MOS管容易损坏的问题，提供一种供电端口保护电路。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种供电端口保护电路，所述电路设置在供电模块和端口负载模块之间，其至少包括开关模块、保护模块和主控模块；

所述供电模块的输出端通过所述开关模块与所述端口负载模块的输入端连接，所述主控模块的输出端连接在所述开关模块的控制端上；所述保护模块包括第一三极管、第二三极管以及启动模块，所述启动模块的输入端与所述供电模块的输出端连接，输出端与所述第一三极管的发射极连接，控制端与所述主控模块的输出端连接；所述第一三极管的基极与所述开关模块的输出端连接，集电极与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的集电极与所述主控模块的输出端连接，发射极接地；所述第一三极管和第二三极管分别设置有偏置电阻。

优选地，所述启动模块包括第三三极管、第四三极管，所述第三三极管的基极与所述主控模块的输出端连接，集电极与所述第四三极管的基极连接，发射极接地；所述第四三极管的发射极与所述供电模块的输出端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接；所述第三三极管和第四三极管分别设置有偏置电阻。

优选地，所述启动模块还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第三三极管的基极连接，另一端接地。

优选地，所述开关模块包括第五三极管和第六三极管，所述第五三极管的发射极与所述供电模块的输出端连接，集电极与所述端口负载模块的输入端连接，基极与所述第六三极管的集电极连接；所述第六三极管的基极与所述主控模块的输出端连接，发射极接地；所述第五三极管和第六三极管分别设置有偏置电阻。

优选地，所述保护模块还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的输入端分别与所述供电模块的输出端和所述启动模块的输入端连接，另一端与第五三极管的发射极连接；所述第二电阻连接在所述第五三极管的集电极和所述第一电阻的基极之间。

优选地，所述保护模块还包括用于过滤瞬间超额电流的第二电容，所述第二电容并联在所述第一三极管的基极和发射极的两端。

优选地，所述电路设置有第一二极管，所述开关模块的输出端通过所述第一二极管与所述端口负载模块的输入端连接且正向导通。

优选地，所述电路还设置有若干防静电电容，所述防静电电容的一端连接在所述第一二极管与所述端口负载模块的输入端之间，另一端接地。

优选地，所述供电模块包括供电端口和第一电感，所述供电端口通过所述第一电感分别与所述第五三极管的发射极和所述启动模块的输入端连接。

优选地，所述供电模块还包括若干滤波电容，所述滤波电容一端连接在所述第一电感的输出端，另一端接地。

其有益效果在于：

1、本实用新型主要采用三极管的通断特性来实现电路的过流保护。在三极管实现电路通断的基础上，只需要保护模块中的电压状态达到三极管的导通值时就可以拉低电路电压，实现电路的过流保护。

2、本实用新型采用三极管代替MOS管来对电路进行过流保护，使用三极管的放大特性进行一级限流保护，在输出电压下降后再检测进行二级关断保护，不会出现压降差过大和地偏移的情况，其应用场景更加广泛，而且不需要用到温度保护器件，不使用大功率MOS管，解决了开关管不容易损坏的问题，成本大幅度降低，经济效益明显。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构框图。

图2是本实用新型实施例一的电路结构图。

图3是本实用新型实施例三的电路结构图。

其中：供电模块10、开关模块20、端口负载模块30、主控模块40、保护模块50。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种供电端口保护电路，其设置在供电模块10与端口负载模块30之间，至少包括开关模块20、主控模块40和保护模块50。

具体的，请参考图2，开关模块20设置有输入端、输出端和控制端，其中，供电模块10与开关模块20的输入端连接，端口负载模块30与开关模块20的输出端连接，主控模块40与开关模块20的控制端连接。开关模块20主要用于导通供电模块10和端口负载模块30，主控模块40主要用于控制开关模块20的导通。当供电模块10输出电压时，主控模块40可以输出高电压给到开关模块20的控制端，使开关模块20可以导通，从而将供电模块10与端口负载模块30导通连接。

保护模块50主要是对过流的电路起到保护作用，其主要包括第一三极管Q1、第二三极管Q2以及启动模块。其中，启动模块设置有输入端、输出端、控制端，输入端连接在供电模块10与开关模块20之间，输出端与第一三极管Q1的发射极连接，控制端与主控模块40连接。第一三极管Q1的基极与开关模块20的输出端连接，集电极与第二三极管Q2的基极连接。第二三极管Q2的集电极与主控模块40连接，发射极接地。启动模块主要用于使保护模块50处于待机状态，当电路电流过大时，保护模块50可以及时保护电路。

在本实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2分别设置有偏置电阻。第一三极管Q1的基极与发射极连接有第一偏置电阻Rb1，第二三极管Q2的基极与发射极之间连接有第二偏置电阻Rb2。第一偏置电阻Rb1和第二偏置电阻Rb2的主要作用是调节基极的偏置电流，提供三极管的导通电压，使三极管处在适当的静态工作点。

在本实施例中，第一三极管Q1为PNP三极管，第二三极管Q2为NPN三极管。当电路开始工作时，主控模块40发出高电压给到启动模块和第二三极管Q2的集电极，启动模块导通给到第一三极管Q1的发射极电压，此时，第一三极管Q1和第二三极管Q2处于待导通状态；当电流过流时，开关模块20输出端给到第一三极管Q1的基极一个导通电压，第一三极管Q1从而导通，使第二三极管Q2也导通。

通过以上各元器件的连接，在电路工作时，保护模块50可以实现两个工作状态，即等待触发的状态和触发保护的状态。

等待触发的状态：供电模块10供电，主控模块40发出高电平分别给到开关模块20的控制端、启动模块的控制端和第二三极管Q2的发射极，使供电模块10通过开关模块20与端口负载模块30导通，短延迟时间后，保护模块50便处于等待触发状态。

触发保护的状态：在等待触发状态的基础上，当电路的负载过流时，开关模块20的输出端也表现为高电平，此时与开关模块20的输出端连接的第一三极管Q1的基极接入达到导通的电压值，第一三极管Q1导通，使第二三极管Q2也导通，电流通过第一三极管Q1和第二三极管Q2的引流导入地下，从而达到保护电路的效果。

本实用新型的使用步骤如下：首先通过上述保护模块50、开关模块20和主控模块40的连接方式将供电模块10和端口负载模块30连接起来，在供电模块10开启后，电路即可开始正常工作，保护模块50也处于等待触发状态。当电路过流时，触发保护模块50保护电路，在电路故障清除时，即不发生过流时，电路可重新正常工作。此结构不需要用到温度保护器件，不使用大功率MOS管，在电路过流解除后保护电路不会损坏，不需要更换保护器件，成本大幅度降低。

实施例二：

在第一个实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

本实施例的启动模块包括第三三极管Q3、第四三极管Q4，其中，第三三极管Q3的基极与主控模块40连接，集电极与第四三极管Q4的基极连接，发射极接地。第四三极管Q4的发射极与供电模块10连接，集电极与第一三极管Q1的发射极连接。当主控模块40发出高电平给到第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3导通，第四三极管Q4也导通，从而给第一三极管Q1的发射极一个电压状态。

开关模块20包括第五三极管Q5和第六三极管Q6，其中，第五三极管Q5的发射极与供电模块10连接，集电极与端口负载模块30连接，基极与第六三极管Q6的集电极连接。第六三极管Q6的基极与主控模块40连接，发射极接地。当主控模块40发出高电平给到第六三极管Q6的基极，第六三极管Q6导通，第五三极管Q5也导通，从而通过开关模块20的导通实现供电模块10与端口负载模块30的导通。

保护模块50还包括第一电阻R1、第二电阻R2，其中，第一电阻R1的输入端分别与供电模块10和启动模块的输入端连接，另一端与第五三极管Q5的发射极连接。第二电阻R2连接在第五三极管Q5的集电极和第一电阻R1的基极之间。第一电阻R1和第二电阻R2主要起到分压作用，为保护模块50的触发提供参考值。

在本实施例中，第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第六三极管Q6分别设置有偏置电阻。第三三极管Q3的基极与发射极连接有第三偏置电阻Rb3，第四三极管Q4的基极与发射极之间连接有第四偏置电阻Rb4，第五三极管Q5的基极与发射极连接有第五偏置电阻Rb5，第六三极管Q6的基极与发射极之间连接有第六偏置电阻Rb6。第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5和第六三极管Q6的主要作用是调节基极的偏置电流，提供三极管的导通电压，使三极管处在适当的静态工作点。

通过以上的元器件连接，本实施例的限流值Ilimit由第一三极管Q1的导通电压V1eb、第一电阻R1、第二电阻R2、第一偏置电阻Rb1和第二偏置电阻Rb2决定，计算公式如下：Ilimit = {(R2+Rb1)*V1eb/Rb1}/(R1+Rb2)。当开关模块20的输出端电流达到限流值Ilimit时，第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，保护模块50触发保护，形成负反馈使开关模块20的输出端电流降低到关闭。

实施例三：

在第二个实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

如图3所示，本实施例的启动模块还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与第三三极管Q3的基极连接，另一端接地。第一电容C1主要是对通入第三三极管Q3基极的电压起到滤波的作用。

保护模块50设置有第二电容C2，其主要用于过滤瞬间超额的电流，放置保护模块50瞬间过载。第二电容C2并联在第一三极管Q1的基极和发射极的两端。

电路设置有第一二极管D1，开关模块20的输出端与第一二极管D1的阳极连接，端口负载模块30与第一二极管D1的阴极连接。电路电流由开关模块20的输出端通过第一二极管D1正向导通端口负载模块30，第一二极管D1主要起到短路保护，同时防止端口负载模块30的浪涌电压反向冲击，损坏电路。如果端口负载模块30有浪涌脉冲测试需求，则此第一二极管D1需要用高反向电压的管子。

电路还设置有若干防静电电容，主要起到静电防护的作用。防静电电容的一端连接在第一二极管D1与端口负载模块30之间，另一端接地。

供电模块10包括供电端口、第一电感L1和若干滤波电容，供电端口通过第一电感L1分别与第五三极管Q5的发射极和启动模块的输入端连接、滤波电容一端连接在第一电感L1的输出端，另一端接地。第一电感L1和滤波电容主要起到滤波抗干扰的作用，两者一起使用效果更好。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种供电端口保护电路，其特征在于，所述电路设置在供电模块和端口负载模块之间，其至少包括开关模块、保护模块和主控模块；

所述供电模块的输出端通过所述开关模块与所述端口负载模块的输入端连接，所述主控模块的输出端连接在所述开关模块的控制端上；所述保护模块包括第一三极管、第二三极管以及启动模块，所述启动模块的输入端与所述供电模块的输出端连接，输出端与所述第一三极管的发射极连接，控制端与所述主控模块的输出端连接；所述第一三极管的基极与所述开关模块的输出端连接，集电极与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的集电极与所述主控模块的输出端连接，发射极接地；所述第一三极管和第二三极管分别设置有偏置电阻。

2.根据权利要求1所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述启动模块包括第三三极管、第四三极管，所述第三三极管的基极与所述主控模块的输出端连接，集电极与所述第四三极管的基极连接，发射极接地；所述第四三极管的发射极与所述供电模块的输出端连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接；所述第三三极管和第四三极管分别设置有偏置电阻。

3.根据权利要求2所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述启动模块还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第三三极管的基极连接，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述开关模块包括第五三极管和第六三极管，所述第五三极管的发射极与所述供电模块的输出端连接，集电极与所述端口负载模块的输入端连接，基极与所述第六三极管的集电极连接；所述第六三极管的基极与所述主控模块的输出端连接，发射极接地；所述第五三极管和第六三极管分别设置有偏置电阻。

5.根据权利要求4所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述保护模块还包括第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的输入端分别与所述供电模块的输出端和所述启动模块的输入端连接，另一端与第五三极管的发射极连接；所述第二电阻连接在所述第五三极管的集电极和所述第一电阻的基极之间。

6.根据权利要求1所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述保护模块还包括用于过滤瞬间超额电流的第二电容，所述第二电容并联在所述第一三极管的基极和发射极的两端。

7.根据权利要求1所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述电路设置有第一二极管，所述开关模块的输出端通过所述第一二极管与所述端口负载模块的输入端连接且正向导通。

8.根据权利要求7所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述电路还设置有若干防静电电容，所述防静电电容的一端连接在所述第一二极管与所述端口负载模块的输入端之间，另一端接地。

9.根据权利要求4所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述供电模块包括供电端口和第一电感，所述供电端口通过所述第一电感分别与所述第五三极管的发射极和所述启动模块的输入端连接。

10.根据权利要求9所述的供电端口保护电路，其特征在于，所述供电模块还包括若干滤波电容，所述滤波电容一端连接在所述第一电感的输出端，另一端接地。

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