弱电流单片集成电路可恢复式保护电路及保护方法与流程

本发明涉及元器件过流保护技术领域，具体地指一种弱电流单片集成电路可恢复式保护电路及保护方法。

技术背景

武器系统是对目标实施有效毁伤，引信是武器终端毁伤系统的大脑，处于武器体系终端对抗的前沿。现有引信一般采用智能化设计技术，引信内部普遍使用控制功能强大的单片集成电路。由于引信的工作特性不同于普通电机电设备或电子设备，要求单片集成电路在极端条件下误输出控制信号。而实际上由于单片集成电路容易受静电、浪涌冲击等影响，特别是接入全弹电气系统，复杂的电气特性容易产生浪涌冲击，导致单片集成电路失效，若不及时保护，可能误输出控制信号，产生安全隐患。

现有常用的隔离元件主要有：熔断器、一次性保险丝。熔断器是利用金属导体作为熔体串联于电路中，当过载或者短路电流用过熔体时，因其自身发热而熔断，从而断开电路的一种器件。熔断器作为短路和过电流的保护器，因其自身结构简单、使用方便，广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中。一次性保险丝和熔断器的原理相似，长用于电气系统的过流保护。熔断器和一次性保险丝有着相同的缺点：动作时间长以及不具备可恢复性能。动作时间长，达不到集成电路的目的，不具备可恢复性能，不满足集成电路在实际使用过程中可受多次的浪涌冲击特性。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种弱电流单片集成电路可恢复式保护电路及保护方法，该电路能起到对微处理器的隔离保护作用，并且电路响应时间快，可以多次重复使用。为低电流单片集成电路的隔离保护难题提供了解决途径。

为实现此目的，本发明所设计的弱电流单片集成电路可恢复式保护电路，其特征在于：它包括可恢复保险丝FU1、PNP三极管V1、NPN三极管V2、限流电阻器R1、滤波电容C1和负载电阻R2，其中，所述PNP三极管V1的发射极与可恢复保险丝FU1一端连接，PNP三极管V1的基级连接限流电阻R1的一端，限流电阻R1的另一端连接可恢复保险丝FU1另一端，PNP三极管V1的集电极连接NPN三极管V2的基极，NPN三极管V2的发射极用于连接直流稳压电源的接地端GND，NPN三极管V2的集电极连接负载电阻R2的一端，可恢复保险丝FU1的另一端与负载电阻R2另一端连接，NPN三极管V2的集电极与发射极之间连接滤波电容C1，可恢复保险丝FU1的另一端用于连接微控制器D1的第一电源接口，NPN三极管V2的发射极还用于连接微控制器D1的第二电源接口，可恢复保险丝FU1的一端用于连接直流稳压电源的正极电源接口。

一种利用上述保护电路的弱电流单片集成电路可恢复式保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：当失效的微处理器D1出现浪涌电流时，可恢复保险丝FU1上的分压增大；

步骤2：当达到PNP三极管V1的导通条件时，NPN三极管V2也随之导通，使流过可恢复保险丝FU1的电流达到启动保护的阈值，可恢复保险丝FU1启动过流保护，可恢复保险丝FU1阻值变大；

步骤3：启动过流保护的可恢复保险丝FU1将失效的微处理器D1两端电压限制在安全电压内，确保失效的微处理器D1不会误输出信号。

本发明的可恢复式保护电路以可恢复保险丝为电流敏感元件，正常情况下，微控制器的工作电流小于5mA，当微控制器短路或受到过电应力冲击受损后，内部电路局部烧毁，不能正常工作，其工作电流一般大于50mA，在50mA低电流情况下，现有技术无法进行隔离保护，同时，现有控制电路一般均要求快速隔离保护，避免由于微控制器工作不正常导致的误输出。本发明使用可恢复保险丝作为电流敏感元件，结合电流正反馈电路，共同组成能够对弱电流工作的微控制器进行隔离保护。当微控制器的工作电流大于50mA，正反馈电流工作，将负载电阻器接入电路，致使电路中的电流高于可恢复保险丝的动作电流，使其处于保护模式，起到了对微控制器的隔离保护作用。本发明电路结构简单，成本低、可靠性高，电路响应时间快，为低电流单片集成电路的隔离保护难题提供了解决途径。

本发明所述的可恢复保险丝，由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成，正常情况下，纳米导电晶体随树脂基链接形成链状导电通路，保险丝正常工作；当电路发生短路或者过载时，流经保险丝的大电流使其集温升高，当达到居里温度时，其态密度迅速减小，相变增大，内部的导电链路呈雪崩态变或断裂，保险丝呈阶跃式迁到高阻态，电流被迅速夹断，从而对电路进行快速，准确的限制和保护。由于材料特性决定，在可恢复保险丝还未处于完全动作时，能量升高与环境温度平衡散热平衡时，保护效果就不佳，也就是说，使用PTC型可恢复保险丝需要被保护电路有足够的动作电流，一般需要大于200mA。

附图说明

图1为本发明工作时的电路结构图；

图2为本发明中启动过流保护后微控制器的电压变化特性曲线图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

一种弱电流单片集成电路可恢复式保护电路，如图1所述，它包括可恢复保险丝FU1、PNP三极管V1、NPN三极管V2、限流电阻器R1、滤波电容C1和负载电阻R2，其中，所述PNP三极管V1的发射极与可恢复保险丝FU1一端连接，PNP三极管V1的基级连接限流电阻R1的一端，限流电阻R1的另一端连接可恢复保险丝FU1另一端，PNP三极管V1的集电极连接NPN三极管V2的基极，NPN三极管V2的发射极用于连接直流稳压电源的接地端GND，NPN三极管V2的集电极连接负载电阻R2的一端，可恢复保险丝FU1的另一端与负载电阻R2另一端连接，NPN三极管V2的集电极与发射极之间连接滤波电容C1，可恢复保险丝FU1的另一端用于连接微控制器D1的第一电源接口，NPN三极管V2的发射极还用于连接微控制器D1的第二电源接口，可恢复保险丝FU1的一端用于连接直流稳压电源的正极电源接口。

上述技术方案中，所述可恢复保险丝FU1为PTC型可恢复保险丝。所述可恢复保险丝FU1的一端用于连接直流稳压电源的5V正极电源接口。所述直流稳压电源的接地端GND接地。

所述的PTC型可恢复保险丝，由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成，正常情况下，纳米导电晶体随树脂基链接形成链状导电通路，保险丝正常工作；当电路发生短路或者过载时，流经保险丝的大电流使其集温升高，当达到居里温度时，其态密度迅速减小，相变增大，内部的导电链路呈雪崩态变或断裂，保险丝呈阶跃式迁到高阻态，电流被迅速夹断，从而对电路进行快速，准确的限制和保护，其微小的电流使保险丝一直处于保护状态，当断电和故障排除后，相变复原，纳米晶体还原成链状导电通路，自恢复保险丝恢复为正常状态。单片机内部局部烧毁时，流过可恢复保险丝FU1的电流为百豪安量级，还未达到其动作电流，但此时单片机电源端仍然有近4V的电压，需要进一步将电流放大，使自恢复保险丝处于高阻态，断开故障微处理器的电源供电。

上述技术方案中，负载电阻R2均为高可靠性厚膜片式固定电阻器，滤波电容C1为瓷介片式电容器。

上述技术方案中，PNP三极管V1控制着NPN三极管V2的导通，若NPN管V2导通后，将负载电阻R2接入电路，此时电路电流变大，当可恢复保险丝FU1达到热平衡后，电路趋于稳定；滤波电容C1的作用是消除三极管上电瞬通特性导致电路误动作的故障。

上述技术方案中，限流电阻器R1、PNP三极管V1、NPN三极管V2、负载电阻R2和滤波电容C1组成电流正反馈电路，当微处理器工作电流变大，可恢复保险丝FU1两端的电压变大，满足PNP三极管V1导通条件，PNP三极管V1导通后进一步驱动NPN三极管V2导通，由于负载电阻R2的阻值小，流通可恢复保险丝FU1的电流将变大，达到了电流正反馈的作用。

上述技术方案中，采用PTC型可恢复保险丝进行微处理器的隔离保护，当过载电流小时候，PTC型可恢复保险丝由高阻态恢复至链状导电通路，能够重复多次使用；

上述技术方案中，采用电流正反馈电路进行电流放大，确保能够对毫安级的单片集成电路进行隔离保护。

上述技术方案中，采用分离器件组成电流正反馈电路，电路简单、可靠，避免由于使用集成电路，电路尺寸小、可靠性高；

上述技术方案中，采用滤波电容进行滤波，避免由于上电速率高，导致电流正反馈电路误启动。

本实施例中，恢复保险丝的型号为SMD010，NPN三极管V1的型号为BC817-25，PNP三极管V2的型号为BC807-16，滤波电容C1的型号为0.1μF，限流电阻R1的阻值为1kΩ，负载电阻R2的阻值为10Ω。

一种利用上述保护电路的弱电流单片集成电路可恢复式保护方法，它包括如下步骤：

步骤1：当失效的微处理器D1出现浪涌电流时，可恢复保险丝FU1上的分压增大；

步骤2：当达到PNP三极管V1的导通条件时，NPN三极管V2也随之导通，由于负载电阻R2的阻值小(10Ω)，使流过可恢复保险丝FU1的电流达到启动保护的阈值，可恢复保险丝FU1启动过流保护，可恢复保险丝FU1阻值变大；

步骤3：启动过流保护的可恢复保险丝FU1将失效的微处理器D1两端电压限制在安全电压内，确保失效的微处理器D1不会误输出信号。

上述技术方案的步骤1中，当失效的微处理器D1出现浪涌电流时，可恢复保险丝FU1上的分压增大到1V。

上述技术方案的步骤2中，可恢复保险丝FU1启动过流保护，可恢复保险丝FU1阻值变大到500KΩ。

上述技术方案的步骤3中，启动过流保护的可恢复保险丝FU1将失效的微处理器D1两端电压限制在0～1V的安全电压内。

上述技术方案的步骤2中，所述可恢复保险丝FU1启动保护的阈值为370mA。

经过实测，上述技术方案中的电路，当微控制器D1出现短路失效时，可恢复保险丝能够在50ms内动作，增大可恢复保险丝两端的电压，使微控制器D1的电源电压小于1V，小于其正常工作所需要的额定电源电压3V，确保短路失效的微控制器D1不能误输出信号。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。