CN220673749U - 一种基于主控制器的短路保护mos开关 - Google Patents

一种基于主控制器的短路保护mos开关 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于MOS开关技术领域,具体涉及一种基于主控制器的短路保护MOS开关,通过在开关MOS管基础上增设采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU,通过采样电路对开关支路进行电流实时采样,将采样到的电压信号通过比较电路与基准电压进行比较,若采样值高于预设值则控制触发器自锁驱动三极管控制驱动MOS管从而关闭开关MOS管,在短路过流时保护MOS管。并且本实用新型通过设置MCU连接所述驱动MOS管的栅极和触发器的时钟输入端,实时检测支路电流状态并控制开关MOS管,并连接触发器的信号清零端避免上电误触发;实现了开关MOS管的短路过流保护,提高了应用产品的可靠性。

Description

一种基于主控制器的短路保护MOS开关
技术领域
本实用新型属于MOS开关技术领域,具体涉及一种基于主控制器的短路保护MOS开关。
背景技术
在汽车电子领域中,需要实现智能电源控制的场景通常需要用到智能高边开关。智能高边开关设置于电源和负载之间,用于控制各负载模块的电源供应。智能高边开关具有诊断、保护等众多智能特性。然而高度集成的智能高边开关往往成本较高,供应比较紧缺,限制了产品的开发和生产进度。
因此在许多应用场景中会使用MOS开关方案替代智能高边开关,从而降低产品成本,并且确保产品的开发和生产的顺利进行。但是现有技术下的MOS开关替代方案缺乏短路到地保护功能,在意外情况下端口短路到地会导致MOS烧毁,严重影响产品的可靠性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中MOS开关缺乏短路到地保护功能导致容易烧毁的缺陷,从而提供一种基于主控制器的短路保护MOS开关。
一种基于主控制器的短路保护MOS开关,包括开关MOS管、采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU;所述开关MOS管串接在开关支路中;所述采样电路包括采样电阻和采样芯片,所述采样电阻与所述开关MOS管串接,所述采样芯片监测所述采样电阻上的电流;所述比较电路的输入端连接所述采样芯片的输出端;所述比较电路的输出端连接所述触发器的时钟输入端;所述触发器的数据输入端连接高电位,数据输出端驱动所述三极管,所述三极管驱动所述驱动MOS管,所述驱动MOS管驱动所述开关MOS管;所述MCU的分别连接所述驱动MOS管的栅极和所述触发器时钟输入端及信号清零端。
进一步的,所述比较电路包括比较器,所述比较器的正相输入端连接所述采样芯片的输出端,反向输入端连接参考电压。
进一步的,所述三极管的基极连接所述触发器的数据输出端,发射极接地,集电极连接所述驱动MOS管的栅极。
进一步的,所述驱动MOS管的基极连接所述三极管,源极接地,漏极连接所述开关MOS管的栅极,并经过电阻连接所述开关MOS管的源极。
进一步的,所述开关MOS管的源极连接所述开关支路的电源输入端,漏极连接所述开关支路的电源输出端。
进一步的,所述采样芯片的型号为SGM8198。
进一步的,所述触发器的型号为SN74LVC1G175。
进一步的,所述开关MOS管为P沟道MOS管。
进一步的,所述驱动MOS管为N沟道MOS管。
进一步的,所述采样电阻为10mR电阻。
有益效果:本实用新型通过在开关MOS管基础上增设采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU,通过采样电路对开关支路进行电流实时采样,将采样到的电压信号通过比较电路与基准电压进行比较,若采样值高于预设值则控制触发器自锁驱动三极管控制驱动MOS管从而关闭开关MOS管,在短路过流时保护MOS管。并且本实用新型通过设置MCU连接所述驱动MOS管的栅极和触发器的时钟输入端,实时检测支路电流状态并控制开关MOS管,并连接触发器的信号清零端避免上电误触发;本实用新型提供的一种MOS开关实现了开关MOS管的短路过流保护,提高了应用产品的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的电路原理图;
图2为本实用新型的工作原理示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,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。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
另外在本申请中,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,除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。
参照图1所示,本实施例提供了一种基于主控制器的短路保护MOS开关,包括开关MOS管、采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU;所述开关MOS管串接在开关支路中;所述采样电路包括采样电阻和采样芯片,所述采样电阻与所述开关MOS管串接,所述采样芯片监测所述采样电阻上的电流;所述比较电路的输入端连接所述采样芯片的输出端;所述比较电路的输出端连接所述触发器的时钟输入端;所述触发器的数据输入端连接高电位,数据输出端驱动所述三极管,所述三极管驱动所述驱动MOS管,所述驱动MOS管驱动所述开关MOS管;所述MCU的分别连接所述驱动MOS管的栅极和所述触发器时钟输入端及信号清零端。
具体来说,所述采样电阻记为R1,阻值为10mR;所述采样芯片记为U1,型号为SGM8198,具体为SGM8198XN5G,第一采样输入端VIN+和第二采样输入端VIN2分别连接所述采样电阻的两端,GND端接地,VCC端连接5V电源,并且经过一个100nF的电容C2接地,输出端OUT经过一个10K的电阻R6接地。
所述比较电路包括比较器U2,所述比较器的正相输入端IN+经过一个10K的电阻R4连接所述采样芯片的输出端,反向输入端IN-连接参考电压,IN-经过一个49.9K的电阻R5连接5V电源,并经过一个18K的电阻R7接地,从而获得参考电压,IN-还经过一个1nF的电容接地;所述比较器的正侧电源端V+连接5V电源,并经过一个100nF的电容C1接地,负侧电源端V-接地,输出端OUT连接所述MCU的比较采样端MCU_AD,并经过一个4.7K的电阻R2连接5V电源。
所述触发器U3的型号为SN74LVC1G175,时钟输入端CLK连接所述比较器的输出端,数据输入端D经过一个4.7K的电阻R11连接5V电源,信号清零端CLR#连接所述MCU的清零控制端MCU_CLR,并经过一个4.7K的电阻R14接地,电源输入端VCC连接5V电源,并经过一个100nF的电容C4接地,接地端GND接地,数据输出端Q经过一个4.7K的电阻R12连接所述三极管的基极。
所述三极管Q3的型号为BC817-16,基极连接所述触发器的数据输出端,并经过一个10K的电阻R13接地,发射极接地,集电极连接所述驱动MOS管的栅极,并经过一个4.7K的电阻R9连接所述MCU的使能控制端MCU_EN,并经过一个47K的电阻R10接地
所述驱动MOS管Q2为N沟道MOS管,具体型号为2N7002K,基极连接所述三极管的集电极,源极接地,漏极经过一个47K的电阻R8连接所述开关MOS管的栅极,并经过一个47K的电阻R3连接所述开关MOS管的源极。
所述开关MOS管Q1为P沟道MOS管,具体型号为YJG25GP10AQ,源极连接所述开关支路的电源输入端POWER_IN,漏极连接所述开关支路的电源输出端POWER_OUT。
工作原理:参照图2所示,上电时,MCU初始化,MCU的清零控制端MCU_CLR拉低延时10ms再拉高,从而使触发器清零;并通过使能控制端MCU_EN打开所述驱动MOS管Q2,从而驱动所述开关MOS关使开关支路导通;所述采样电阻采样开关支路的电流并经过采样芯片运算放大,经过比较器与参考电压比较;当过流时触发器自锁,输出有效信号,驱动三极管打开,从而驱动开关MOS管关闭;当未过流时,触发器无动作,三极管保持关闭,从而开关MOS管保持开启;当MCU的比较采样端MCU_AD采样到比较器输出端输出高电平时,重新打开所述开关MOS管恢复电源支路的供电;当检测到过流次数达到两次时,MCU不再重新打开所述开关MOS管恢复电源支路的供电。
本实施例通过在开关MOS管基础上增设采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU,通过采样电路对开关支路进行电流实时采样,将采样到的电压信号通过比较电路与基准电压进行比较,若采样值高于预设值则控制触发器自锁驱动三极管控制驱动MOS管从而关闭开关MOS管,在短路过流时保护MOS管。并且本实用新型通过设置MCU连接所述驱动MOS管的栅极和触发器的时钟输入端,实时检测支路电流状态并控制开关MOS管,并连接触发器的信号清零端避免上电误触发;本实施例提供的一种MOS开关实现了开关MOS管的短路过流保护,提高了应用产品的可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,包括开关MOS管、采样电路、比较电路、触发器、驱动MOS管、三极管和MCU;
所述开关MOS管串接在开关支路中;
所述采样电路包括采样电阻和采样芯片,所述采样电阻与所述开关MOS管串接,所述采样芯片监测所述采样电阻上的电流;
所述比较电路的输入端连接所述采样芯片的输出端;所述比较电路的输出端连接所述触发器的时钟输入端;
所述触发器的数据输入端连接高电位,数据输出端驱动所述三极管,所述三极管驱动所述驱动MOS管,所述驱动MOS管驱动所述开关MOS管;
所述MCU的分别连接所述驱动MOS管的栅极和所述触发器时钟输入端及信号清零端。
2.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述比较电路包括比较器,所述比较器的正相输入端连接所述采样芯片的输出端,反向输入端连接参考电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述三极管的基极连接所述触发器的数据输出端,发射极接地,集电极连接所述驱动MOS管的栅极。
4.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述驱动MOS管的基极连接所述三极管,源极接地,漏极连接所述开关MOS管的栅极,并经过电阻连接所述开关MOS管的源极。
5.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述开关MOS管的源极连接所述开关支路的电源输入端,漏极连接所述开关支路的电源输出端。
6.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述采样芯片的型号为SGM8198。
7.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述触发器的型号为SN74LVC1G175。
8.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述开关MOS管为P沟道MOS管。
9.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述驱动MOS管为N沟道MOS管。
10.根据权利要求1所述的一种基于主控制器的短路保护MOS开关,其特征在于,所述采样电阻为10mR电阻。
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