CN219611336U - 一种电流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电流保护电路，其包括有上开关管、采样电阻、差分放大器、比较器和下开关管，采样电阻连接于电源与负载之间，上开关管用于控制电源与负载之间通路的导通与断开，差分放大器用于将采样电阻两端的电压进行放大输出，比较器用于将差分放大器输出的电压与参考电压进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，下开关管用于根据控制信号控制所述上开关管导通与截止。本实用新型利用差分放大器和比较器搭建电路来进行电流的检测和过流保护，电流检测和执行过流保护的过程无需进行多次采样以及算法比较，当电流过大时，可以快速断开电源与负载之间的通路，防止负载受大电流损害；同时本实用新型可以扩大电流采样和电流监控的范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种电流保护电路。
背景技术
通常来说，在电源给产品供电时，需要对供电电流进行监控。产品在工作中可能出现其他器件突然工作异常从而导致电流急剧增大，这时候可以主动断电，防止因大电流导致损坏甚至击穿产品造成短路。
传统的电流保护电路是通过MCU的ADC(Analog-to-digital converter，模拟数字转换器)进行电压采样，然后通过MCU内部软件算法进行电流监控以及电流保护。如图1所示，正常工作情况下，MCU会打开下开关管(PMOS)，使得上开关管(NMOS)导通，电源给负载产品供电。MCU的ADC1口、ADC2口对采样电阻两端的电压进行多次采样，MCU的ADC将多次采集到的电压转为多组电流数值。MCU通过内部软件算法将多组电流数值与设定的电流阈值进行比较，并计算电流数值超过MCU设定的电流阈值的组数，若组数超过设定值，MCU会控制下开关管截止，使得上开关管断开电源给负载产品供电的通路，达到电流保护的目的。传统的电流保护电路在执行电路保护动作时，需要进行多次采样以及算法比较，花费时间比较长，无法短时间关闭电源来保护产品。此外，MCU的ADC采样支持的电压范围有限，无法做到高电压电源的采样。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电流保护电路，当电流过大时，可以快速断开电源与负载之间的通路，防止负载受大电流损害，同时，可以扩大电流采样和电流监控的范围。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下所述的技术方案：
一种电流保护电路，其包括有上开关管、采样电阻、差分放大器、比较器和下开关管，采样电阻连接于电源与负载之间，上开关管用于控制电源与负载之间通路的导通与断开，差分放大器用于将采样电阻两端的电压进行放大输出，比较器用于将差分放大器输出的电压与参考电压进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，下开关管用于根据所述控制信号控制所述上开关管导通与截止。
优选的，所述上开关管采用PMOS管，所述下开关管采用NMOS管，上开关管的源极与电源连接，上开关管的漏极通过采样电阻与负载连接，下开关管的漏极通过电阻R32、电阻R33与电源连接，上开关管的栅极连接电阻R32、电阻R33之间的联结点，下开关管的源极接地，所述比较器的输出端通过电阻R31、电阻R30接地，电阻R31、电阻R30之间的联结点与下开关管的栅极连接。
优选的，所述电流保护电路还包括有电压变换器，所述比较器的输出端与下开关管之间还连接有一控制电路，该控制电路包括有NPN型三极管Q1、电阻R13、电阻R14和R15，比较器的输出端通过电阻R13与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R15接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R14连接电压变换器，且三极管Q1的集电极通过电阻R31连接下开关管的栅极。
优选的，所述差分放大器采用运算放大器，运算放大器的正输入端通过电阻R1连接采样电阻的一端，运算放大器的负输入端通过电阻R3连接采样电阻的另一端，运算放大器的输出端与所述比较器连接，运算放大器的负输入端与运算放大器的输出端之间还连接电阻R4。
优选的，所述运算放大器的正输入端通过电容C1接地，运算放大器的正输入端通过电阻R2接地，运算放大器的负输入端通过电容C2接地。
优选的，所述比较器的正输入端通过电阻R5与运算放大器的输出端连接，比较器的负输入端通过电阻R10连接电压变换器，且比较器的负输入端通过电阻R11接地。
优选的，所述比较器的负输入端通过电容C3接地，比较器的电源端通过电容C4接地。
本实用新型的有益技术效果在于：上述的电流保护电路，利用差分放大器和比较器搭建电路来进行电流的检测和过流保护，与现有的电流保护电路相比，电流检测和执行过流保护的过程无需进行多次采样以及算法比较，当电流过大时，可以快速断开电源与负载之间的通路，防止负载受大电流损害；同时差分放大器和比较器支持的输入电压范围更广，从而可以扩大电流采样和电流监控的范围。
附图说明
图1为现有技术中的电流保护电路的电路模块框图；
图2为本实用新型的电流保护电路的电路模块框图；
图3为本实用新型的电流保护电路的电路原理图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
如图2所示，在本实用新型一个实施例中，电流保护电路包括有上开关管、采样电阻、差分放大器、比较器和下开关管，采样电阻连接于电源与负载之间，上开关管用于控制电源与负载之间通路的导通与断开，差分放大器用于将采样电阻两端的电压进行放大输出，比较器用于将差分放大器输出的电压与参考电压进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，下开关管用于根据所述控制信号控制所述上开关管导通与截止。
本实施例中的电流保护电路，利用差分放大器和比较器搭建的电路来进行电流的检测和过流保护，与现有的电流保护电路相比，电流检测和执行过流保护的过程无需进行多次采样以及算法比较，当电流过大时，可以快速断开电源与负载之间的通路，防止负载受大电流损害；同时差分放大器和比较器支持的输入电压范围更广，从而可以扩大电流采样和电流监控的范围。
如图3所示，PMOS管Q3为所述上开关管，NMOS管Q2为所述下开关管，PMOS管Q3的源极与电源连接，PMOS管Q3的漏极通过采样电阻R100与负载连接，NMOS管Q2的漏极通过电阻R32、电阻R33与电源连接，PMOS管Q3的栅极连接电阻R32、电阻R33之间的联结点，NMOS管Q2的源极接地，所述比较器的输出端通过电阻R31、电阻R30接地，电阻R31、电阻R30之间的联结点与NMOS管Q2的栅极连接。
所述电流保护电路还包括有电压变换器，该电压变换器采用DC/DC变换器或者低压降稳压器(LDO)，该电压变换器与电源连接，并提供一个3.3V电压。所述比较器U2的输出端与下开关管之间还连接有一控制电路，该控制电路包括有NPN型三极管Q1、电阻R13、电阻R14和R15，比较器U2的输出端通过电阻R13与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R15接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R14连接电压变换器，且三极管Q1的集电极通过电阻R31连接NMOS管Q2的栅极。
所述差分放大器采用运算放大器U1，运算放大器U1的正输入端通过电阻R1连接采样电阻R100的一端，运算放大器U1的负输入端通过电阻R3连接采样电阻R100的另一端，运算放大器U1的输出端与所述比较器U2的正输入端连接，运算放大器U1的负输入端与运算放大器U1的输出端之间还连接电阻R4。运算放大器U1的正输入端通过电容C1接地，运算放大器U1的正输入端通过电阻R2接地，运算放大器U1的负输入端通过电容C2接地。
所述比较器U2的正输入端通过电阻R5与运算放大器U1的输出端连接，比较器U2的电源端通过电容C4接地，比较器的负输入端通过电容C3接地，比较器U2的负输入端通过电阻R10连接电压变换器(3V3)，且比较器U2的负输入端通过电阻R11接地。电阻R10、电阻R11将电压变换器提供的3.3V电压进行分压后，为比较器U2的负输入端提供一个参考电压。
产品上电时，Power_IN给3V3网络供电，三极管Q1处于截止状态，3V3通过电阻R14、电阻R31、电阻R30分压让OCP_Trigger信号变为高电平，使得下开关管(NMOS管Q2)的VGS电压超过阈值开启电压，NMOS管Q2导通，此时Power_IN通过电阻R33、电阻R32对GND形成回路，电阻R33两端电压Vgs超过上开关管(PMOS管Q3)的阈值开启电压，使得PMOS管Q3导通，Power_IN通过采样电阻R100流经Power_OUT，给负载供电。运算放大器U1的正输入端(IN+)和负输入端(IN-)每时每刻都在接收采样电阻R100两端的电压，通过运算放大器U1将电流等效的电压值进行放大输出，运算放大器U1放大输出的电压(等效电流值)流经比较器U2的IN+引脚，并与比较器U2的IN-引脚设定的参考电压(设定的等效电流保护值)进行比较。若比较器U2的IN+引脚的电压<比较器U2的IN-引脚电压，比较器U2的OUT引脚输出低电平；若负载电流增大，采样电阻R100两端的电压差会突然变大，此时比较器U2的IN+引脚电压>比较器U2的IN-引脚电压，比较器U2的OUT引脚输出高电平，此时三极管Q1导通，将OCP_Trigger信号变为低电平，此时NMOS管Q2的VGS＝0V，NMOS管Q2截止，PMOS管Q3也截止，电源停止向负载供电。运算放大器U1、比较器U2的IN+和IN-引脚支持的输入电压范围更广，从而可以扩大电流采样和电流监控的范围；运算放大器U1、比较器U2内部集成逻辑器件，利用运算放大器U1、比较器U2的逻辑功能可以跳过软件算法，快速判断是否需要断开电源与负载之间的通路，大大缩短保护时间。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种电流保护电路，其特征在于，所述电流保护电路包括有：
上开关管，用于控制电源与负载之间通路的导通与断开；
采样电阻，其连接于电源与负载之间；
差分放大器，用于将采样电阻两端的电压进行放大输出；
比较器，用于将差分放大器输出的电压与参考电压进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号；
下开关管，用于根据所述控制信号控制所述上开关管导通与截止；
所述上开关管采用PMOS管，所述下开关管采用NMOS管，上开关管的源极与电源连接，上开关管的漏极通过采样电阻与负载连接，下开关管的漏极通过电阻R32、电阻R33与电源连接，上开关管的栅极连接电阻R32、电阻R33之间的联结点，下开关管的源极接地，所述比较器的输出端通过电阻R31、电阻R30接地，电阻R31、电阻R30之间的联结点与下开关管的栅极连接；
所述电流保护电路还包括有电压变换器，所述比较器的输出端与下开关管之间还连接有一控制电路，该控制电路包括有NPN型三极管Q1、电阻R13、电阻R14和R15，比较器的输出端通过电阻R13与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R15接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R14连接电压变换器，且三极管Q1的集电极通过电阻R31连接下开关管的栅极；
所述差分放大器采用运算放大器，运算放大器的正输入端通过电阻R1连接采样电阻的一端，运算放大器的负输入端通过电阻R3连接采样电阻的另一端，运算放大器的输出端与所述比较器连接，运算放大器的负输入端与运算放大器的输出端之间还连接电阻R4；
所述运算放大器的正输入端通过电容C1接地，运算放大器的正输入端通过电阻R2接地，运算放大器的负输入端通过电容C2接地；
所述比较器的正输入端通过电阻R5与运算放大器的输出端连接，比较器的负输入端通过电阻R10连接电压变换器，且比较器的负输入端通过电阻R11接地；
所述比较器的负输入端通过电容C3接地，比较器的电源端通过电容C4接地。
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2023
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