一种保护电路及供电系统的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种保护电路及供电系统。

背景技术：

在供电系统中，通常包括供电设备和用电设备。在供电设备在向与其连接的用电设备供电的过程中，若用电设备的负载较大或用电设备出现故障如发生短路等，则会导致供电设备向用电设备输出的电流过大，当供电设备输出的电流超出供电设备的设计阈值时，有可能造成用电设备过热运行，并最终烧毁，因此一般在供电设备中设置输出保护功能，从而在供电设备输出的电流过大时切断供电设备与用电设备的连接，以达到保护供电设备不被烧毁的目的。

示例性的，参照图1所示，图1中的供电系统包括供电设备11、用电设备12，其中当供电设备11输出的电流超出供电设备的设计阈值时，在供电设备11中输出保护功能的作用下，供电设备11将自身与用电设备12断路，当供电设备11输出的电流恢复到小于供电设备的设计阈值时，供电设备11将自身与用电设备12导通，恢复对用电设备的供电。

但在上述技术方案里，供电设备的输出保护功能使其在用电设备的负载较大时，与用电设备处于断路状态，从而使负载较高或负载变化较大的用电设备在接入供电设备时，无法得到持续的供电，降低了用电设备的工作效率，损害了用户体验。

技术实现要素：

本发明的实施例提供的一种保护电路及供电系统，能够在维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值的前提下，调整供电设备向用电设备所输出电流的有效值，在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电，提高了用电设备的工作效率，改善了用户体验。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种保护电路,设置于供电设备与用电设备间的供电回路中，包括:限流模块、控制模块、取样模块，供电回路包括第一线路与第二线路，第一线路与第二线路均位于供电设 备与用电设备间且第一线路为供电线路，限流模块设置于第一线路中，取样模块设置于第二线路中，控制模块与限流模块、检测模块分别连接；

取样模块，用于检测第二线路的电流，并向控制模块输出电流取样值；

控制模块，用于根据电流取样值，向限流模块输出控制信息；

限流模块，用于根据控制信息调整第一线路的电流占空比，第一线路的电流占空比为第一线路的导通时间与导通周期之比。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述控制模块具体用于，当电流取样值大于第一预设电流阈值时，向限流模块输出第一控制信息；

限流模块还用于，根据第一控制信息降低第一线路的电流占空比。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述控制模块具体用于，当电流取样值小于或等于第一预设电流阈值时，向限流模块输出第二控制信息；

限流模块还用于，根据第二控制信息将第一线路导通；

或者，

控制模块具体用于，当电流取样值小于第二预设电流阈值时，向限流模块输出第三控制信息；

限流模块还用于，根据第三控制信息提高第一线路的电流占空比。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，取样模块包括第一电阻单元与放大器单元；

第一电阻单元设置于第二线路上，第一电阻单元的第一端与供电设备连接，第一电阻单元的第二端与用电设备连接；

放大器单元第一端与第一电阻单元的第一端连接，放大器单元第二端与第一电阻单元的第二端连接，放大器单元的第三端与控制模块连接；

放大器单元用于根据第一电阻单元第一端与第一电阻单元第二端间的电压向控制模块输出电流取样值。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，限流模块包括第一开关单元、第二开关单元，第一开关单元的第一端与电压输入端连接，第一开关单元的控制端与控制模块连接，第一开关单元的第二端接地，第二开关单元的第一端与供电设备连接，第二开关单单元的第二端与用电设备连接，第二开关单元的控制端与第一开关单元的第一端连接；

第一开关单元用于当第一开关单元的控制端收到控制信号时，第一开关单元的第一端与第一开关单元的第二端导通；

第二开关单元，用于当第二开关单元的控制端与接地端导通时，第二开关单元的第一端与第二开关单元的第二端断路。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，放大器单元具体用于，将第一电阻单元第一端与第一电阻单元第二端间的电压放大预设倍数，并将放大预设倍数后的电压输出至控制模块。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，放大器单元还包括第二电阻单元，第二电阻单元第一端与放大器单元的第一端连接，第二电阻单元的第二端与放大器单元的第三端连接。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，限流模块还包括第三电阻单元、第四电阻单元、第五电阻单元，第三电阻单元设置在控制模块与第一开关单元的控制端间，第四电阻单元设置在电压输入端与第一开关单元的第一端间，第五电阻单元设置在第一开关单元的第一端与第二开关单元的控制端间。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，第一开关单元为p型晶体管，第二开关单元为n型晶体管。

第二方面，本发明实施例提供了一种供电系统，包括供电设备、用电设备和保护电路，保护电路设置于供电设备和用电设备之间，其中保护电路为第一方面及第一方面任一种可能的实现方式中的保护电路。

本发明的实施例提供的一种保护电路及供电系统，设置于供电设备与用电设备间的供电回路中，其中供电回路包括第一线路与第二线 路，第一线路为供电线路，通过位于第二线路的取样模块检测第二线路的电流，并向控制模块输出电流取样值，使控制模块可以获取供电回路中电流取样值，并根据该电流取样值向限流模块输出控制信息，从而使限流模块根据控制信息调整第一线路的电流占空比，达到根据供电回路中电流大小调整供电设备向用电设备在预设周期内所输出电量的大小，使保护电路可以根据供电回路中电流的大小，在维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值的前提下，调整供电设备向用电设备所输出电流的有效值，从而在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电，提高了用电设备的工作效率，改善了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为现有技术中保护电路的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的保护电路的示意性结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种保护电路的示意性结构图；

图4为本发明实施例提供的保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。供电设备可以是cd播放设备、视频播放设备、fm设备、导航仪等等车载设备；用电设备可以为与车载设备连接的其他设备，或通过接口设备与车载 设备连接的其他设备，接口设备可以为音频接口、usb接口等。其中本发明的实施例所采用的晶体管为场效应管或其他特性相同的器件，其中由于场效应管的制作工艺源极和漏极对称，因此本发明的实施例中各个晶体管的控制端为栅极、晶体管的第一端为源极第二端为漏极，或者晶体管的第一端为漏极第二端为源极。其中p型开关晶体管为高压导通，即栅源电压差为正值且大于阈值电压时，晶体管导通或开启；其中n型开关晶体管为低压导通，即栅源电压差为负值且栅源电压差的绝对值大于阈值电压时，晶体管导通或开启。

目前，在将用电设备接入供电设备以获取供电服务的场景中，常常在供电设备中设置保护功能，以保护供电设备不会因用电设备负载较大而造成损坏。

本发明的实施例提供一种保护电路203，参照附图2所示，该保护电路203设置于供电设备201与用电设备202间的供电回路中，具体包括：取样模块204，限流模块205，控制模块206；

其中供电设备201与用电设备202间的供电回路，包括从供电设备201的第一端e1到用电设备202的第一端f1的第一线路，以及从用电设备202的第二端f2的第二端到供电设备201的第二端e2的第二线路，其中第一线路为供电线路。

具体的，供电设备201的第一端e1可以向用电设备202的第一端f1输出电压或电流，从而依次经过供电设备201的第一端e1以及用电设备202的第一端f1，即第一线路为用电设备202供电；

供电回路中流经用电设备202的电流依次通过用电设备202的第二端f2与供电设备201的第二端e2，即通过第二线路从用电设备202流向供电设备201，其中供电设备201的第二端e2的电势低于用电设备202的第二端f2的电势，优选的，供电设备的第二端e2为接地端。

取样模块204设置于第二线路中，取样模块204的第一端与供电设备201的第二端e2连接，取样模块204的第二端与用电设备202的第二端f2连接，取样模块204的第三端与控制模块206的第一端连接。

限流模块205设置于第一线路中，限流模块205的第一端与供电设备201的第一端e1连接，限流模块205的第二端与用电设备202的 第一端f1连接，限流模块205的第三端与控制模块206的第二端连接。

取样模块204，用于检测第二线路的电流，并向控制模块206的第一端输出电流取样值。

控制模块206，用于根据从取样模块204获得的电流取样值，并根据该电流取样值向限流模块205输出控制信息。

具体的，控制模块206可以将电流取样值与控制模块206中的预设电流阈值进行比较，并根据比较结果向限流模块205输出控制信息，也可以将电流取样值带入控制模块206中的预设公式进行运算，并根据运算结果向限流模块205输出控制信息。

限流模块205，用于根据从控制模块206获得的控制信息调整第一线路的电流占空比。其中第一线路的电流占空比为第一线路的导通时间与导通周期之比。

其中，限流模块205根据从控制模块206获得的控制信息，使限流模块205的第一端与限流模块205的第二端周期性的处于导通或断路状态，并根据该控制信息，调整在预设周期内限流模块205的第一端与限流模块205的第二端处于导通的时间与预设周期的比值，即调整第一线路的电流占空比，从而达到调整供电设备201通过第一线路向用电设备202在预设周期内所输出的电荷数，即调整供电设备201通过第一线路向用电设备202在预设周期内所输出电量的大小，使保护电路可以根据供电回路中电流的取样值，在维持供电设备201向用电设备202所输出的电流峰值的前提下，调整预设周期时间内供电设备201向用电设备202所输出电流的有效值。

本发明的实施例提供的一种保护电路，设置于供电设备与用电设备间的供电回路中，其中供电回路包括第一线路与第二线路，第一线路为供电线路，通过位于第二线路的取样模块检测第二线路的电流，并向控制模块输出电流取样值，使控制模块可以获取供电回路中电流取样值，并根据该电流取样值向限流模块输出控制信息，从而使限流模块根据控制信息调整第一线路的电流占空比，达到根据供电回路中电流大小调整供电设备向用电设备在预设周期内所输出电量的大小，使保护电路可以根据供电回路中电流的大小，在维持供电设备向用电 设备所输出的电流峰值的前提下，调整供电设备向用电设备所输出电流的有效值，从而在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电，提高了用电设备的工作效率，改善了用户体验。

进一步的，控制模块206中预设有第一预设电流阈值，当控制模块206收到的电流取样值大于该第一预设电流阈值时，控制模块206向限流模块205输出第一控制信息，使限流模块根据该第一控制信息降低在预设周期内限流模块205的第一端与限流模块205的第二端处于导通的时间与预设周期的比值，即降低第一线路的电流占空比，从而使电流取样值大于该第一预设电流阈值时，在供电设备201向用电设备202所输出电流峰值的前提下，降低供电设备201向用电设备202在预设周期内所输出电量，即降低供电设备向用电设备所输出电流的有效值，从而在供电回路中电流过大时，降低供电设备向用电设备所输出电流的有效值，同时维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值。在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电。

进一步的，控制模块206中预设有第一预设电流阈值，当控制模块206收到的电流取样值小于或等于该第一预设电流阈值时，控制模块206向限流模块205输出第二控制信息，使限流模块根据该第二控制信息将限流模块205的第一端与限流模块205的第二端导通，从而使电流取样值小于该第一预设电流阈值时，不调整供电设备201向用电设备202在预设周期内所输出电量，即不调整供电设备向用电设备所输出电流的有效值，从而在供电回路中电流大小正常的情况下，维持供电回路正常工作。在保护供电设备的同时，当供电回路中电流大小正常时，维持供电回路正常工作。

进一步的，控制模块206中预设有第二预设电流阈值，当控制模块206收到的电流取样值小该第二预设电流阈值时，控制模块206向限流模块205输出第三控制信息，使限流模块根据该第一控制信息提高在预设周期内限流模块205的第一端与限流模块205的第二端处于导通的时间与预设周期的比值，即提高第一线路的电流占空比，从而使电流取样值小于该第二预设电流阈值时，在供电设备201向用电设备202所输出电流峰值的前提下，提高供电设备201向用电设备202在预设周期内所输出电量，即提高供电设备向用电设备所输出电流的 有效值，从而在供电回路中电流过小时，提高供电设备向用电设备所输出电流的有效值，同时维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值。为用电设备提供满足其需求的持续供电。

需要说明的是预设的第一电流阈值、第二电流阈值可以为一个固定的电流值，还可以为在一定范围内波动的一个电流范围。示例性的，小于或等于第一电流阈值的电流可以为由供电设备输出的使与保护电路在同一个回路中的供电设备正常工作的电流范围；大于第一电流阈值的电流可以为由供电设备输出的可能造成与保护电路在同一个回路中的供电设备超载、元件损耗、过热、烧毁等的电流范围；大于第二电流阈值的电流可以为由供电设备输出的峰值电流可能造成与保护电路在同一个回路中的供电设备超载、元件损耗、过热、烧毁等的电流范围。

进一步的，参照附图3所示，取样模块204包括：第一电阻单元r1，放大器单元214，其中第一电阻单元r1设置于第二线路上，第一电阻单元r1的第一端与供电设备201第第二端e2连接，第一电阻单元r1的第二端与用电设备的第二端f2连接；放大器单元214的第一端与第一电阻单元r1的第一端连接，放大器单元214的第二端与第一电阻单元r1的第二端连接，放大器单元214的第三端与控制模块的第一端连接。

其中放大器单元214用于获取第一电阻单元r1的第一端与第一电阻单元r1的第二端间的电压，由于当通过第一电阻单元r1的电流出现变化时，第一电阻单元r1的第一端与第一电阻单元r1的第二端间的电压也会出现相应的变化，因此放大器单元214根据该电压向控制模块206的第一端输出电流取样值。

可选的，放大器单元214具体用于，将第一电阻单元r1第一端与第一电阻单元r1第二端间的电压放大预设倍数，并将放大预设倍数后的电压作为电流取样值输出至所述控制模块，从而在第一电阻单元r1第一端与第一电阻单元r1第二端间的电压过小时，根据预设倍数放大该电压从而避免因该电压过小而导致控制模块206无法识别。

优选的，放大器单元214的预设倍数为100倍。

可选的，参照附图3所示，取样模块204还包括：第二电阻单元r2，其中第二电阻单元r2的第一端与放大器单元214的第一端连接，第二电阻单元r2的第二端与放大器单元214的第三端连接。

其中当第一电阻单元r1第一端与第一电阻单元r1第二端间的电压过小时，当该电压出漂移时，有可能会造成放大器单元214的第三端输出的电流取样值极性出现变化，使控制模块206无法识别，因此使放大器单元214的第三端通过第二电阻单元r2向放大器单元214的第一端输出正反馈信号，从而在第一电阻单元r1第一端与第一电阻单元r1第二端间的电压出现漂移时，稳定放大器单元214的第三端输出的电流取样值。

进一步的，参照附图3所示，限流模块205包括第一开关单元215、第二开关单元225，所述第一开关单元215的第一端与电压输入端vdd连接，所述第一开关单元215的控制端与所述控制模块206的第二端连接，所述第一开关单元215的第二端接地gnd；第二开关单元225的第一端与供电设备的第一端e1连接，第二开关单单元225的第二端与用电设备的第一端f1连接，第二开关单元225的控制端与第一开关单元215的第一端连接。

当第一开关单元214的控制端未收到控制信号时，第一开关单元215的第一端与第一开关单元215的第二端断路，即电压输入端vdd与接地gnd之间断路，第二开关单元225的控制端与电压输入端vdd间导通，vdd向第二开关单元225的控制端输入电压信号，使第二开关单元225的第一端与第二开关单元225的第二端导通，从而将第一线路导通，使限流模块在未收到控制模块206输出的控制信号时，将第一线路导通。

当第一开关单元214的控制端收到控制信号时，第一开关单元215的第一端与第一开关单元215的第二端导通，即电压输入端vdd与接地gnd之间导通，第二开关单元225的控制端与接地端gnd间导通，第二开关单元225的控制端未输入电压信号，使第二开关单元225的第一端与第二开关单元225的第二端断路，从而将第一线路断路，使限流模块在收到控制模块206输出的控制信号时，将第一线路断路。

可选的，参照附图3所示，限流模块205还包括第三电阻单元r3、 第四电阻单元r4、第五电阻单元r4，其中第三电阻单元r3设置在控制模块206的第二端与第一开关单元215的控制端间，第四电阻单元r4设置在电压输入端vdd与第一开关单元215的第一端间，第五电阻单元设置在第一开关单元215的第一端与第二开关单元225的控制端间。

其中第三电阻单元r3增加控制模块206的第二端与第一开关单元215的控制端间的电阻值，从而在控制模块206的第二端向第一开关单元215的控制端输出过大的电压时保护第一开关单元215不受损坏。第四电阻单元r4增加电压输入端vdd与第一开关单元215的第一端间的电阻值，从而在电压输入端vdd向第一开关单元215的第一端输出过大的电压时保护第一开关单元215不受损坏。第五电阻单元r5增加第一开关单元215的第一端与第二开关单元225的控制端的电阻值，从当电压vdd向第二开关单元225的第二端输出过大的电压时保护第二开关单元225不受损坏。

具体的，参照图4所述，放大器单元214可以为放大器a1，控制模块206可以为处理器cpu，第一电阻单元r1可以为电阻r101，第二电阻单元r2可以为电阻r201，第一开关单元215可以为p型晶体管q1，第二开关单元可以为n沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管(英文全称：metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，简称：mosfet)q2，第三电阻单元r3可以为电阻r301，第四电阻单元r4可以为电阻r401，第五电阻单元r5可以为电阻r501。

其中电阻r101的第一端与供电设备201连接，电阻r101的第二端与用电设备202连接，放大器a1的正相输入端与r101的第一端连接，放大器a1的反正输入端与r101的第二端连接，放大器a1的输出端与处理器cpu的第一端连接，电阻r201的第一端与放大器a1的正向输入端连接，电阻r201的第二端与放大器a1的输出端连接，电阻r301一端与处理器cpu的第二端连接，电阻r301另一端与p型晶体管q1的控制极连接，电阻r401一端与电压输入端vdd连接，电阻r401另一端与p型晶体管q1的第一端连接，p型晶体管q1的第二端接地gnd，电阻r501一端与p型晶体管q1的第一端连接，电阻r501另一端与n型moseftq2的控制端连接，n型moseftq2的第一端与用电设 备202的第一端f1连接，n型moseftq2的第二端与供电设备201的第一端e1连接。

上述实施例提供的保护电路的工作原理如下,其中流经电阻r101的电流为i1，则加载在电阻r101两端的电压，即加载在放大器a1的正向输入端与放大器a1的反相输入端间的电压为v1＝r101*i1，放大器a1将该电压放大预设倍数n后，向处理器cpu的第一端输出电流取样值vi＝n*v1，处理器cpu在收到电流取样值vi后，将vi与处理器cpu中的预设阈值vad进行比较，当v1<vad时，处理器cpu的第二端输出低电平，该低电平低于p型晶体管q1的开启电压，p型晶体管q1的基极为低电势，p型晶体管q1的第一端与第二端断路，因此与p型晶体管q1第一端连接的电压输入端vdd以及与p型晶体管q1第一端连接的n型moseftq2的控制端导通，电压输入端vdd向n型moseftq2的控制端输出高于n型moseftq2开启电压的电压信号，因此n型moseftq2的第一端与第二端导通；当v1>vad时，处理器cpu的第二端还可以输出高电平，该高电平高于p型晶体管q1的开启电压，p型晶体管q1的基极为高电势，p型晶体管q1的第一端与第二端导通，由于p型晶体管q1的第二端接地gnd，因此与p型晶体管q1第一端连接的电压输入端vdd接地gnd，与p型晶体管q1第一端连接的n型moseftq2的控制端也接地gnd，为低电势，因此n型moseftq2的第一端与第二端断路，处理器cpu根据vi与vad周期性的向处理器cpu的第二端输出高频切换的高电平与低电平信号，使n型moseftq2的第一端与n型moseftq2的第二端在预设周期内导通的时间越来越短，从而降低单位时间内供电设备向用电设备所输出的电量，从而在供电回路中电流过大时，降低供电设备向用电设备所输出电流的有效值，同时维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值。在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电。

可选的，处理器cpu具体用于根据vi与vad调整处理器cpu第二端所输出高电平在预设周期内所占的时间比值，优选的，当vi与vad之比增大时，处理器cpu第二端所输出高电平在预设周期内所占的时间比值也随之增大。示例性的，处理器cpu第二端所输出高电平在预设周期内所占的时间为tg，预设周期为t，处理器cpu中预设的比例常数为 n，处理器根据下式得到并根据tg输出高电平。

需要说明的是上述实施例提供了第一电阻单元r1包括电阻r101、第二电阻单元r2包括电阻r201、第三电阻单元r3包括电阻r301、第四电阻单元r4包括电阻r401、第五电阻单元r5包括电阻r501的方案仅为本发明实施例的一种实现方式，而并不能作为对本发明实施例的限定，电阻单元还可以包括一条以上的并联支路、每条支路还可以由一个以上的电阻组成。

其中，需要说明的是，本实施例中的各个单元可以为单独设立的处理器、传感器或电子元件，也可以集成在某一个处理器、传感器或电子元件中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于触控点识别装置的存储器中，由处理器调用并执行以上各个单元的功能。这里所述的处理器可以是一个中央处理器(英文全称：centralprocessingunit，英文简称：cpu)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路(英文全称：integratedcircuit，英文简称：ic)。

具体的，本发明的实施例提供一种供电系统，包括供电设备、用电设备和保护电路，保护电路设置于供电设备和用电设备之间，其中保护电路为上述任一实施例提供的保护电路。

本发明的实施例提供的一种供电系统，能够根据供电回路中电流的大小调整供电线路的电流占空比，达到根据供电回路中电流大小调整供电设备向用电设备在预设周期内所输出电量的大小，在维持供电设备向用电设备所输出的电流峰值的前提下，调整供电设备向用电设备所输出电流的有效值，从而在保护供电设备的同时，为用电设备提供持续供电，提高了用电设备的工作效率，改善了用户体验。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。