CN219843423U - 一种过流短路保护电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种过流短路保护电路和电子设备，保护电路用于分别与Boost电路和负载电连接，其中，Boost电路用于将输入电压进行升压后输出；保护电路包括：电压采样电路、比较电路和可控开关；电压采样电路用于采集Boost电路的输出电压，得到采样电压，并将采样电压传输至比较电路；比较电路用于比较采样电压和输入电压，并将比较后的结果信号传输至可控开关，以控制可控开关的导通和关断。可控开关位于用于在导通时，使Boost电路和负载之间的通路接通，以及在关断时，断开Boost电路和负载之间的通路。本申请可以在负载过流或短路时自动断开主电路，以避免造成负载和其它电路器件的损坏。

Description

一种过流短路保护电路和电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种过流短路保护电路和电子设备。

背景技术

现有的过流保护电路中，一般是通过在负载回路串入一个阻值很小的检测电阻，通过运放等方法去检测电阻两端的电压，电阻两端的电压越大则代表通过该电阻的电流越大，通过设定电流阈值去控制对应的电源以达到过流保护或者短路保护的功能。

例如市面上Boost升压型DC-DC转换电路，当电路出现过流或短路情况时，仅仅只能保护Boost芯片内部的器件，而无法保护升压电压后的负载。这样会造成电路器件的损坏，甚至长时间发热。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提出一种过流短路保护电路和电子设备。

本申请实施例提出一种过流短路保护电路，所述保护电路用于分别与Boost电路和负载电连接，其中，所述Boost电路用于将输入电压进行升压后输出；所述保护电路包括：电压采样电路、比较电路和可控开关；

所述电压采样电路用于采集所述Boost电路的输出电压，得到采样电压，并将所述采样电压传输至所述比较电路；

所述比较电路用于比较所述采样电压和所述输入电压，并将比较后的结果信号传输至所述可控开关，以控制所述可控开关的导通和关断；

所述可控开关用于在导通时，使所述Boost电路和所述负载之间的通路接通，以及在关断时，断开所述Boost电路和所述负载之间的通路。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，还包括充放电路，所述电压采样电路、充放电路和比较电路依次串联；

所述充放电路用于获取所述电压采样电路中的所述采样电压和所述输入电压，以根据所述采样电压和所述输入电压进行充放电；

其中，当所述采样电压大于所述输入电压时，则所述充放电路进行充电，当所述采样电压小于所述输入电压时，则所述充放电路进行放电。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述充放电路包括：第一电阻、电容和第一比较器；

所述第一电阻的一端分别与所述电压采样电路和所述第一比较器的正相输入端电连接，所述第一电阻的另一端分别与所述电容的一端、所述第一比较器的输出端和所述比较电路电连接，所述电容的另一端接地，所述第一比较器的反相输入端分别与所述Boost电路和所述比较电路电连接。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述电压采样电路包括：第二电阻和第三电阻；

所述第二电阻的一端分别与所述Boost电路和所述可控开关电连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述充放电路电连接，所述第三电阻的另一端接地。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述充放电路电连接，所述第二比较器的正相输入端分别与所述充放电路和所述Boost电路电连接，所述第二比较器的输出端与所述可控开关电连接。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述可控开关包括一PMOS管，所述PMOS管的栅极与所述第二比较器的输出端电连接，所述PMOS管的源极分别与所述Boost电路和所述电压采样电路电连接，所述PMOS管的漏极与所述负载电连接。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述可控开关包括一升压电路和一NMOS管，所述NMOS管的漏极与所述Boost电路电连接，所述NMOS管的源极与所述负载电连接，所述NMOS管的栅极与所述升压电路电连接；

其中，所述升压电路用于接收到所述比较电路输出的高电平信号时，则控制所述NMOS管关断，并当接收到所述比较电路输出的低电平信号时，则控制所述NMOS管导通。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述可控开关包括一继电器，所述继电器分别与所述比较电路、所述Boost电路和所述负载电连接；

其中，所述继电器用于当接收到所述比较电路输出的高电平信号时断开，及当接收到所述比较电路输出的低电平信号时导通。

进一步地，在上述的过流短路保护电路中，所述Boost电路包括Boost芯片、二极管和电感；

所述Boost芯片的一端与所述电感的一端电连接；

所述Boost芯片的另一端分别与所述电感的另一端和所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极分别与所述电压采样电路和所述可控开关电连接。

本申请的另一实施例还提出一种电子设备，包括上述的过流短路保护电路。

本申请的实施例具有以下的有益效果：

本申请实施例提出一种过流短路保护电路，电压采样电路用于采集Boost电路的输出电压，得到采样电压，并将采样电压传输至比较电路，比较电路用于比较采样电压和输入电压，并将比较后的结果信号传输至可控开关，以控制可控开关的导通和关断。可控开关位于用于在导通时，使Boost电路和负载之间的通路接通，以及在关断时，断开Boost电路和负载之间的通路。本申请的电路可以在负载过流或短路时自动断开主电路，以避免造成负载和其它电路器件的损坏，同时当Boost电路恢复正常工作后，自动接通主电路使负载继续正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了现有一些实施方式中Boost电路的结构示意图；

图2示出了本申请一些实施方式的过流短路保护电路的第一结构示意图；

图3示出了本申请一些实施方式的过流短路保护电路的第二结构示意图；

图4示出了本申请一些实施方式的过流短路保护电路的第三结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1所示，该电路图为常见的Boost电路，从Vin输入电压，并将调节后的电压从Vout输出至负载，由于Vin到Vout的路径无法被“切断”，所以当负载短路或者过流时，即使Boost芯片不再进行升压，Vin还在持续接入电压然后直接从Vout输出传输至负载，这样负载依然会继续工作，在短路或过流情况下，虽然Boost芯片内部的模块不受影响，但时间过长会导致其他功率器件严重发热直至损坏，甚至还会发生火灾等事故。

因此，为了解决上述问题，本申请提出一种过流短路保护电路和电子设备。

请参照图2，为本申请实施例提出的过流短路保护电路100的一种结构示意图。示范性地，该过流短路保护电路100应用于各种电子设备中，例如，行车记录仪、平板、LED电流源、数码相机、电视机或手机等。

在一些实施方式中，如图2所示，一种过流短路保护电路中，保护电路100用于分别与Boost电路200和负载300电连接，保护电路100包括：电压采样电路110、比较电路120和可控开关130，电压采样电路110的一端分别与Boost电路200和可控开关130电连接，电压采样电路110的另一端与比较电路120电连接，比较电路120还分别与可控开关130和Boost电路200电连接。

具体地，Boost电路200用于将输入电压进行升压后输出。电压采样电路110用于采集Boost电路200的输出电压，得到采样电压，并将采样电压传输至比较电路120。比较电路120用于比较采样电压和输入电压，并将比较后的结果信号传输至可控开关130，以控制可控开关130的导通和关断。可控开关130用于在导通时，使Boost电路200和负载300之间的通路接通，以及在关断时，断开Boost电路200和负载300之间的通路。

在一些实施方式中，如图3所示，过流短路保护电路100还包括充放电路140，电压采样电路110、充放电路140和比较电路120依次串联，且充放电路140还与Boost电路200电连接。

具体地，充放电路140用于获取电压采样电路110中的采样电压和Boost电路200的输入电压，以根据采样电压和输入电压进行充放电。

当采样电压大于输入电压时，则充放电路140进行充电，当采样电压小于输入电压时，则充放电路140进行放电。

具体地，当负载300处于过流或短路时，主干电路中的电流会增大，当Boost电路200检测到电流过大而无法提供时，则控制输出较低的电压，使得电压采样电路110输出至充放电路140的采样电压变低，而Boost电路200的输入电压不变，所以充放电路140会接收采样电压和输入电压并得到采样电压小于输入电压的结果，并迅速进行放电，将低电压传输至比较电路120中，比较电路120接收到充放电路140的低电压，并将低电压和Boost电路200的输入电压进行比较，并输出关闭可控开关130的信号，从而使得负载300停止工作。当Boost电路200输出的电压恢复至正常电压时，使得采样电压变大超过输入电压，则充放电路140比较采样电压和输入电压后，输出高电压至比较电路120，比较电路120比较高电压和输入电压后，输出导通可控开关130的信号，从而使得负载300恢复工作。其中，充放电路140放电的过程加快了可控开关130的断开过程，使得电路保护得更加迅速。

在一些实施方式中，如图4所示，过流短路保护电路100中的充放电路140包括：第一电阻R1、电容C和第一比较器U1。第一电阻R1的一端分别与电压采样电路110和第一比较器U1的正相输入端电连接，第一电阻R1的另一端分别与电容C的一端、第一比较器U1的输出端和比较电路120电连接，电容C的另一端接地，第一比较器U1的反相输入端分别与Boost电路200和比较电路120电连接。

具体地，当负载300正常工作时，电容C进行充电并到达稳定状态。当负载300出现短路或过流，则电压采样电路110的采样电压会降低，使得输入至第一比较器U1的正相输入端的电压小于反相输入端的电压，从而第一比较器U1输出很低的电压，此时电容C放电，加快低电压传输至比较电路120，加快控制可控开关130的关断。其中，电阻和电容C组成RC积分电路。当Boost电路200输出高电压时，由于采样电压也会变高，超过输入电压，从而使得电容C充电，并到达稳态。电容C充电则会延缓传输至比较电路120的高电压，从而延缓可控开关130的导通。

以上，充放电路140起到放电快速关断可控开关130和充电延时导通可控开关130的两种作用，使得发生故障时立马进行断电保护，以及增加负载300恢复的时间，同时降低可控开关130的开关次数频率，增加可控开关130和电路的寿命。

在一些实施方式中，如图4所示，过流短路保护电路100中的电压采样电路110包括：第二电阻R2和第三电阻R3。第二电阻R2的一端分别与Boost电路200和可控开关130电连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和充放电路140电连接，第三电阻R3的另一端接地。

具体地，本实施方式中的采样电阻功率小，结构简单，两个电阻依次串联，用于分压采样。

在一些实施方式中，如图4所示，过流短路保护电路100中的比较电路120包括第二比较器U2，第二比较器U2的反相输入端与充放电路140电连接，第二比较器U2的正相输入端分别与充放电路140和Boost电路200电连接，第二比较器U2的输出端与可控开关130电连接。

具体地，当负载300短路或过流时，则充放电路140会将低电压传输至第二比较器U2的反向输入端，由于第二比较器U2的正向输入端输入的是Boost电路200的输入电压，所以第二比较器U2会输出Boost电路200的输入电压，使得可控开关130断开。当Boost电路200正常输出电压时，充放电路140会传输高电压至第二比较器U2的反相输入端，而正相输入端的电压低于反相输入端，则第二比较器U2会输出很低的电压，从而使得可控开关130导通。

在一些实施方式中，如图4所示，过流短路保护电路100中，可控开关130包括一PMOS管，PMOS管的栅极与第二比较器U2的输出端电连接，PMOS管的源极分别与Boost电路200和电压采样电路110电连接，PMOS管的漏极与负载300电连接。

具体地，PMOS管的特性为栅极电压小于源极电压，并且栅极与源极之间的电压达到PMOS管开启电压时，则开启PMOS管，PMOS管的载流子为空穴对，由于空穴对的流向为源极到漏极，因此电流方向为源极到漏极，PMOS管的源极输入电流，漏极输出电流。因此综合PMOS管与本申请中保护电路100的特性，得到PMOS管的源极的电压来自Boost电路200的输出电压，而PMOS管的栅极为比较电路120输出端输出的电压，所以栅极电压小于源极电压在本实施方式的电路中比较容易做到，把栅极电压控制到低电压就能开启PMOS管。

示范性地，若Boost电路200的输入电压为5V，负载300正常工作的电压为12V，电流为1A，则Boost电路200输出电压为12V，此时，电压采样电路110的采样电压大于12V，第二比较器U2的正相输入端接到为5V电压，反相输入端接到大于5V电压，因此第二比较器U2的输出端会输出很小的电压(接近0V)，即PMOS管的栅极电压为0V，而源极也为12V，则PMOS管会导通。当负载300过流或短路时，由于Boost电路200无法提供短路时候的大电流，导致Vout电压逐渐下降，则采样电压也会随之下降，当电压采样电路110输出的采样电压低于5V时，则第一比较器U1输出0V至第二比较器U2的反相输入端，则第二比较器U2输出高电平控制PMOS管进行关断，使得Boost电路200停止向负载300供电。其中，采样电压会随着Boost电路200的输出电压的变换而变化，但是也可以同时通过调节第二电阻R2和第三电阻R3的阻值来改变采样电压的大小。当负载300与Boost电路200断开后并经过一段时间延时，Boost电路200的输出电压会逐渐回升到正常电压，此时PMOS管再次被闭合，由于负载300仍然处于短路状态，此时Boost电路200的输出电压会继续被拉低至低于设定电压，第二比较器U2继续控制PMOS管处于断开状态，如此往复，直到负载300恢复正常(退出过流或者短路)状态。

可选择地，可控开关130包括一升压电路和一NMOS管，NMOS管的漏极与Boost电路200电连接，NMOS管的源极与负载300电连接，NMOS管的栅极与升压电路电连接；

其中，升压电路用于接收到比较电路120输出的高电平信号时，则控制NMOS管关断，并当接收到比较电路120输出的低电平信号时，则控制NMOS管导通。

具体地，NMOS管的特性为栅极电压大于源极电压，并栅极与源极之间的电压达到NMOS管开启电压时，则开启NMOS管，NMOS管的载流子为电子，由于电子的流向为源极到漏极，因此电流方向为漏极到源极，NMOS管的漏极输入电流，源极输出电流。因此综合NMOS管与本申请中保护电路100的特性，得到NMOS管的漏极的电压来自Boost电路200的输出电压，而NMOS管的栅极为比较电路120输出端输出的电压。由于需要NMOS管的栅极电压大于源极电压，而本实施方式中的电路源极的电压接近于漏极的电压，即接近于Boost电路200输出的电压，所以栅极电压还需要连接一个升压电路进行升压，即可使得NMOS管开启。但是还需要考虑当Boost电路200输出正常电压时，则升压电路进行升压开启NMOS管，当负载300短路或过流状态时，则升压电路不进行升压，则输出为0V(小于NMOS的源极电压)，则NMOS管源极和栅极之间的电压无法达到开启电压，则NMOS管关断。

可选择地，可控开关130包括一继电器，继电器分别与比较电路120、Boost电路200和负载300电连接；

当接收到比较电路120输出的高电平信号时，则继电器断开，当接收到比较电路120输出的低电平信号时，则继电器导通。

具体地，当接收到比较电路120输出的高电平信号时，则吸取开关关断主电路，当接收到比较电路120输出的低电平信号时，则无法吸取开关断开，主电路继续导通。

可选择地，上述所有提到的第二比较器U2的正相输入端可以将输入的电压由Boost电路200的输入电压改成预设设定电压，其中预设设定电压可以根据具体电路情况来任意设置，这里不做限定。容易理解的是，本方案中利用Boost电路200的输入电压作为预设设定电压是为了减少元器件，使得电路更小。

在一些实施方式中，过流短路保护电路100中的Boost电路200包括Boost芯片、二极管D和电感L，Boost芯片的一端与电感L的一端电连接，Boost芯片的另一端分别与电感L的另一端和二极管D的阳极电连接，二极管D的阴极分别与电压采样电路110和可控开关130电连接。

Boost芯片、电感L和二极管D组成的升压电路原理可参考现有技术。当然本申请的升压电路可替换成其它现有的，且包含当负载300过流或短路时降低输出电压特性的升压电路，这里不做限定。

本申请提出一种过流短路保护电路100，可以在负载300过流或短路时自动断开主电路，以避免造成负载300和其它电路器件的损坏，同时当Boost电路200恢复正常工作后，自动接通主电路使负载300继续正常工作。并且，还通过充放电路140延时可控开关130的导通，以及放电加快可控开关130的关断，多重功能合并，延长电路的使用寿命。

本实施例还提出一种电子设备，包括上述的过流短路保护电路。

该电子设备包括行车记录仪、平板、LED电流源、数码相机、电视机或手机等。

可以理解，本实施例的电路结构对应于上述实施例中的过流短路保护电路结构，其中，上述过流短路保护电路结构的可选项同样适用于本实施例，这里不再重复描述。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过流短路保护电路，其特征在于，所述保护电路用于分别与Boost电路和负载电连接，其中，所述Boost电路用于将输入电压进行升压后输出；所述保护电路包括：电压采样电路、比较电路和可控开关；

所述电压采样电路用于采集所述Boost电路的输出电压，得到采样电压，并将所述采样电压传输至所述比较电路；

所述比较电路用于比较所述采样电压和所述输入电压，并将比较后的结果信号传输至所述可控开关，以控制所述可控开关的导通和关断；

所述可控开关用于在导通时，使所述Boost电路和所述负载之间的通路接通，以及在关断时，断开所述Boost电路和所述负载之间的通路。

2.根据权利要求1所述的过流短路保护电路，其特征在于，还包括充放电路，所述电压采样电路、充放电路和比较电路依次串联；

所述充放电路用于获取所述电压采样电路中的所述采样电压和所述输入电压，以根据所述采样电压和所述输入电压进行充放电；

其中，当所述采样电压大于所述输入电压时，则所述充放电路进行充电，当所述采样电压小于所述输入电压时，则所述充放电路进行放电。

3.根据权利要求2所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述充放电路包括：第一电阻、电容和第一比较器；

所述第一电阻的一端分别与所述电压采样电路和所述第一比较器的正相输入端电连接，所述第一电阻的另一端分别与所述电容的一端、所述第一比较器的输出端和所述比较电路电连接，所述电容的另一端接地，所述第一比较器的反相输入端分别与所述Boost电路和所述比较电路电连接。

4.根据权利要求3所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述电压采样电路包括：第二电阻和第三电阻；

所述第二电阻的一端分别与所述Boost电路和所述可控开关电连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述充放电路电连接，所述第三电阻的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述充放电路电连接，所述第二比较器的正相输入端分别与所述充放电路和所述Boost电路电连接，所述第二比较器的输出端与所述可控开关电连接。

6.根据权利要求5所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述可控开关包括一PMOS管，所述PMOS管的栅极与所述第二比较器的输出端电连接，所述PMOS管的源极分别与所述Boost电路和所述电压采样电路电连接，所述PMOS管的漏极与所述负载电连接。

7.根据权利要求5所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述可控开关包括一升压电路和一NMOS管，所述NMOS管的漏极与所述Boost电路电连接，所述NMOS管的源极与所述负载电连接，所述NMOS管的栅极与所述升压电路电连接；

其中，所述升压电路用于接收到所述比较电路输出的高电平信号时，则控制所述NMOS管关断，并当接收到所述比较电路输出的低电平信号时，则控制所述NMOS管导通。

8.根据权利要求5所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述可控开关包括一继电器，所述继电器分别与所述比较电路、所述Boost电路和所述负载电连接；

其中，所述继电器用于当接收到所述比较电路输出的高电平信号时断开，及当接收到所述比较电路输出的低电平信号时导通。

9.根据权利要求1～8中任一所述的过流短路保护电路，其特征在于，所述Boost电路包括Boost芯片、二极管和电感；

所述Boost芯片的一端与所述电感的一端电连接；

所述Boost芯片的另一端分别与所述电感的另一端和所述二极管的阳极电连接，所述二极管的阴极分别与所述电压采样电路和所述可控开关电连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的过流短路保护电路。