CN219843425U - 一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路，包括MOS管、三极管、电容和二极管，MOS管的源极与输入电源连接，MOS管的漏极与输出电源连接，输入电源和输出电源均接地，MOS管的栅极和源极并联一个电阻R1，栅极串联一个电阻R2与三极管集电极相连，三极管发射极接地；三极管基极串联一个电阻R3，电阻R3的另一端串联一个电容与输入电源正极相连，同时串联一个二极管与输出电源正极相连，二极管正极与输出电源正极连接，负极连接与电阻R3连接。本实用新型能在电路短路时快速切断电源，实现短路保护；重新上电即可解除保护状态；具有电路简单、成本低、无检测电阻、线路损耗小、故障隔离度高等特点。

Description

一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及短路保护电路技术领域，具体涉及一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路。

背景技术

在电子电路中，短路是一种常见的故障类型。当电路中的电源及线路出现短路时，其电流会突然增大，可能会导致电路元件和线路受损，甚至发生火灾等安全隐患。为了避免这种现象的发生，短路保护被广泛的应用于电子电路中。

短路保护能防止电路中因短路而造成的过载现象，当出现短路时，短路保护电路将自动切断电源，防止过大的电流进入电子元器件，有效的保护电子设备的安全；大大降低了电子设备发生故障和安全事故的风险，提高了电子设备的可靠性和稳定性。

短路保护一般采用保险丝或电子短路保护电路实现。保险丝分为一次性和自恢复性，一次性保险丝由于检修更换不方便，一般用在极少发生短路故障的场合；自恢复性保险丝短路故障下，需要产生大电流加热至熔断温度，一般用在对保护时间不需要快速响应的场合。电子短路保护电路使用较为常见，具有体积小，短路保护响应速度快，可根据需要选择故障解除自动恢复或不恢复。

电子短路保护电路如图1所示，MOS管M1的源极通过取样电阻R与输入电源正极Vin连接，MOS管M1的漏极与输出电源正极Vout连接，输入电源负极和输出电源负极均接地，运算放大器U两输入端连接在取样电阻R两端，输出端与MOS管M1连接；当检测到取样电阻R的电流（电源电流）超过设定过载电流时，MOS管M1断开，实现短路保护；这样不仅实现了短路保护，还起到限流保护的作用。但是电路需要运算放大器等集成电路，电路复杂，成本高。此外，该电子短路保护电路还需要解决上电瞬间大电容充电产生的浪涌电流造成的误动作。取样电阻的阻值一般需要在几十毫欧姆以上，甚至比MOS管导通电阻的阻值还高，增加了线路损耗，降低了电源效率，这在大电流低电压电源场合（如FPGA、DSP等内核电源）尤为突出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路，该电路能在电路短路时快速切断电源，实现短路保护；重新上电即可解除保护状态；具有电路简单、成本低、无检测电阻、线路损耗小、故障隔离度高等特点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路，包括MOS管、三极管、电容和二极管，MOS管的源极与输入电源的正极连接，MOS管的漏极与输出电源的正极连接，输入电源的负极和输出电源的负极均接地，所述MOS管的栅极和源极并联一个电阻R1，栅极串联一个电阻R2并与三极管集电极相连，三极管发射极接地；三极管基极串联一个电阻R3，电阻R3的另一端串联一个电容与输入电源正极相连，同时串联一个二极管与输出电源正极相连；二极管正极与输出电源正极连接，负极连接与电阻R3连接。

本实用新型的电路上电前，启动电容上无电压，上电瞬间，输入电源为电容充电，充电电流通过电阻为三极管基极提供电流，三极管导通，从而控制MOS管导通，将输入电源连接到输出电源，输出电源电压使二极管导通，维持MOS管导通。此时即使电容上已无充电电流，也能维持三极管导通，从而维持MOS管导通。输出电源端因短路时，输出电压瞬时降低，二极管截止，三极管基极无维持电流而截止，从而控制MOS管截止，断开输出电源。

电路进入短路保护状态下，输入电源与输出电源无电阻直接相连，输入输出电源相连的通路有两条支路：一是MOS管，二是电容串联二极管。短路保护时，输出电压接近零电平，MOS管截止，MOS管为高阻；电容理论上对稳定直流电压阻抗为无穷大，电容串联二极管，二极管处于反偏也为高阻。因此，短路保护状态下，输入电源与输出电源处于隔离状态，输入电源泄漏到输出电源的电流极小，便于检测输出电源接地电阻大小，从而判断短路故障是否消除。即使短路故障消除，输出电源也不能自动恢复，必须重新加电，这对需要上电时序要求的多电源电压系统尤为重要，并能确保系统安全。有上电时序要求的多电源电压系统，对每个电源电压上电时间有严格要求，如FPGA和CPU供电，一般不允许每组电源电压单独加电，必须按照设定时序依次上电。如某组电源电压因短路而保护，即使该组电源电压短路故障消除，也不允许该组电源电压恢复输出，必须同其他组电源电压一起重新上电，以确保其上电时序满足负载要求的上电时序。

本实用新型具有电路简单、元器件少、动作可靠、无需电流检测、无取样电阻及比较器等复杂电路、电路成本低、线路损耗小等优点；输入输出电源间直接相连，无电阻等元器件；短路故障时，MOS管断开，隔离度高，泄漏电流小，有效地减少了故障电路部分对其他电路的影响。

附图说明

图1为现有电子短路保护电路示意图。

图2为本实用新型的电路示意图。

图中标记：U、运算放大器；M1、MOS管；G、栅极；S、源极；D、漏极；Q1、三极管；c、集电极；b、基极；e、发射极；R、取样电阻；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；C1、电容；D1、二极管；Vin、输入电源正极；Vout、输出电源正极。

具体实施方式

如图2所示，本实施例提供一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路包括MOS管M1、三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容C1和二极管D1。

所述MOS管M1采用P沟道MOS管，它包括3个引脚，分别是源极S、漏极D和栅极G，MOS管M1的源极S与输入电源正极Vin正极连接，漏极D与输出电源正极Vout正极连接，MOS管M1的栅极G和源极S并联第一电阻R1，MOS管M1的栅极G通过第二电阻R2与三极管Q1的集电极c相连。

所述三极管Q1采用NPN管，NPN管的发射极e接地，基极b连接所述第三电阻R3；第三电阻R3的另一端连接所述电容C1和所述二极管D1负极；所述电容C1另一端连接输入电源正极Vin；所述二极管D1正极连接输出电源正极Vout。

需要说明的是输入电源负极和输出电源负极均接地，在使用时，输入电源与提供电压的电源连接，输出电源与后级电路或负载连接。

上电前，电容C1初始电压为零；上电瞬间，输入电源通过电容C1、第三电阻R3、三极管Q1基极b和地，形成电容C1充电回路；三极管Q1基极b流过电容C1充电电流，三极管Q1导通，三极管Q1的集电极c接近地电平，MOS管M1栅极G与源极S压差Vgs约为-R1/(R1+R2)Vin，R1、R2可取合理阻值组成分压比，既保证Vgs不超过MOS管M1承受电压又能确保MOS管M1导通，MOS导通，输出电源供电。输出电源供电后，二极管D1导通，通过第三电容C1为三极管Q1基极b提供电压，维持三极管Q1导通。输出电源端发生短路故障时，输出电源电压降低，接近地电平电位，二极管D1截止，三极管Q1基极b无维持电流，三极管Q1截止，第一电阻R1、第二电阻R2上无电流流过，MOS管M1栅极G与源极S压差Vgs接近于零伏，MOS管M1截止，断开输入与输出电源，实现短路保护。此时，输入电源和输出电源之间只有处于截止状态的MOS管M1和电容C1串联反偏状态的二极管D1，泄漏电流小，隔离度高。

短路故障消除，短路保护状态继续保持，输入电源不会恢复输出电源的供电。如需解除短路保护状态，只需要输入电源重新加电即可。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种带故障隔离无检测电阻短路保护电路，包括MOS管，MOS管的源极与输入电源的正极连接，MOS管的漏极与输出电源的正极连接，输入电源的负极和输出电源的负极均接地，其特征在于：还包括三极管、电容和二极管；所述MOS管的栅极和源极并联一个电阻R1，栅极串联一个电阻R2并与三极管集电极相连，三极管发射极接地；三极管基极串联一个电阻R3，电阻R3的另一端串联一个电容与输入电源正极相连，同时串联一个二极管与输出电源正极相连；二极管正极与输出电源正极连接，负极连接与电阻R3连接。