过流保护及防闩锁电路的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及过流保护及防闩锁电路。

背景技术：

闩锁效应是体硅CMOS电路中的寄生四层PNPN结构的可控硅现象，极易产生电路的永久性失效，对卫星的部件产生严重的后果。现代卫星应用了大量的CMOS电路，而随着微电子特征尺寸的不断减小，其中很多电路的闩锁敏感性也会随着显著增加，影响了电路的正常工作，使故障风险大大增加。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种过流保护及防闩锁电路。

本发明提供了一种过流保护及防闩锁电路，包括开关机电路、电流采样及限流电路、防闩锁打嗝电路、驱动电路及功率电路，该过流保护及防闩锁电路还包括电阻R29、三极管V3，所述电流采样及限流电路包括电阻R4、电阻R6、电容C2、对管V1、电阻R7、电阻R8、电阻R*2、电阻R9、三极管V4、电阻R18，该过流保护及防闩锁电路输入端分别与所述电阻R29一端、电阻R6一端、电阻R4的A端相连，所述电阻R4的B端与电阻R*2的一端相连，所述R*2的另一端与V1的2N3810-B的发射极相连，所述电阻R6的另一端与对管V1的2N3810-A的发射极相连，V1的基极与V1的2N3810-A的集电极相连，电容C2两端分别连接V1的2N3810-A的发射极及V1的2N3810-B的发射极及电阻R7的一端相连并接地，电阻R7另一端与电阻R8一端相连并接地，电阻R8另一端与V1的2N3810-B的集电极相连，电阻R9一端与V1的2N3810-B的集电极相连，电阻R9另一端与所述三极管V4基极相连，所述三极管V4发射极与所述驱动电路及功率电路相连，所述三极管V4集电极与电阻R18一端相连，电阻R18另一端与所述三极管V3集电极相连，三极管V3发射极接地，三极管V3基极与所述防闩锁打嗝电路相连，所述电阻R29另一端与所述开关机电路相连。

作为本发明的进一步改进，该过流保护及防闩锁电路还包括延时电路、电阻R27，所述防闩锁打嗝电路还包括电阻R20、电容C4、三极管V11、电阻R*30、电阻R30、R*29、电阻R*27、电容C*5、电阻R*28、电容C*4、电阻R*27、电容C6，所述三极管V3基极与所述电阻R20一端相连，所述电阻R20另一端接地，电容C4一端与三极管V3基极相连，电容C4另一端接地，电阻R27一端与三极管V3基极相连，电阻R27另一端与三极管V11集电极相连，三极管V11发射极接地，三极管V11基极分别与电阻R*30一端、电阻R30一端相连，电阻R30另一端接地，电阻R*30另一端与电阻R*29、电容C*4一端相连，电容C*4另一端接地，电阻R*29另一端与延时电路相连，电阻R*27另一端与电容C*5及电阻R*28一端相连，电容C*5的另一点接地，电阻R*28另一端与延时电路相连，电容C6一端接地，电容C6另一端连接开关机电路，电阻R*27一端连接开关机电路，电阻R*27另一端与电容C*5及电阻R*28一端相连，C*5的另一点接地。

作为本发明的进一步改进，所述开关机电路包括电阻R19、电阻R26、电阻R22、电容C3、电容C5、三极管V14、三极管V21、三极管V2、电阻R*26，电阻R19一端与指令输入端相连，电阻R19另一端分别与电阻R26一端、电容C3一端及三极管V14基极相连，电阻R26另一端及电容C3另一端接地，三极管V14发射极接地，三极管V14集电极分别与电阻R22一端、电容C5一端及三极管V21发射极相连，电阻R22及C5的另一端与三极管V21基极相连，三极管V2集电极与三极管V21基极相连，三极管V2发射极接地，三极管V2基极与三极管V21集电极相连，所述电阻R*26一端接地，所述电阻R*26另一端与所述三极管V21集电极相连。

作为本发明的进一步改进，所述电阻R*27一端连接三极管V21集电极，所述电容C6另一端连接三极管V21集电极。

作为本发明的进一步改进，所述电阻R29另一端与所述三极管V14相连。

作为本发明的进一步改进，该过流保护及防闩锁电路还包括电阻R25、三极管V3、电阻R25-1，所述延时电路包括三极管V6、二极管V10、电阻R15、电阻R23、电容C*1、二极管V13、二极管V12、电阻R13、三极管V6-1、二极管V10-1、二极管V13-1、二极管V12-1、电容C*1-1、电阻R23-1、电阻R15-1，三极管V6基极与二极管V10阳极相连，三极管V6发射极与电阻R15及电阻R25的一端相连，电阻R25另一端接地，电阻R15另一端与驱动电路及功率电路相连，电阻R23及电容C*1一端与驱动电路及功率电路相连，电阻R23及电容C*1的另一端与二极管V10阴极相连，二极管V13阳极与二极管V10阴极相连，二极管V13阴极与二极管V12阳极相连，二极管V12阴极与驱动电路及功率电路相连，电阻R13一端与二极管V12阴极相连，电阻R13另一端与三极管V3集电极相连，电阻R25-1一端接地，电阻R25-1另一端与三极管V6-1发射极相连，三极管V6-1基极与二极管V10-1阳极相连，二极管V10-1阴极与二极管V13-1阳极相连，二极管V13-1阴极与二极管V12-1阳极相连，二极管V12-1阴极与二极管V12阴极相连，电容C*1-1及电阻R23-1并联、其并联一端与二极管V10-1阴极相连，电容C*1-1及电阻R23-1并联另一端与三极管V5发射极相连，电阻R15-1一端与三极管V5发射极相连，电阻R15-1另一端与三极管V6-1发射极相连。

作为本发明的进一步改进，所述驱动电路及功率电路包括三极管V5、MOS管V17、稳压管V9、电阻R12、电阻R17、电阻R31、二极管V15、、，三极管V5发射极与MOS管V17源极相连，三极管V5基极与稳压管V9阴极相连，稳压管V9阳极与三极管V4集电极相连，电阻R12一端与MOS管V17源极相连，电阻R12另一端与稳压管V9阴极相连，电阻R17一端与MOS管V17门极相连，电阻R17另一端与稳压管V9阳极相连，MOS管V17漏极为电路的输出端分别与电阻R31一端及二极管V15阴极相连，二极管V15阳极及电阻R31另一端接地。

作为本发明的进一步改进，所述三极管V4发射极与所述MOS管V17源极相连。

作为本发明的进一步改进，所述电阻R*29另一端与三极管V6-1集电极相连，所述电阻R*28另一端与三极管V6集电极相连，电容C6另一端连接三极管V21集电极。

作为本发明的进一步改进，电阻R15另一端与MOS管V17源极相连，电阻R23及电容C*1一端与MOS管V17源极)相连，二极管V12阴极与三极管V5集电极相连。

本发明的有益效果是：在本发明中，该电路选用MOSFET作为保护开关，控制设备输入端与母线之间的开启与关断。在负载发生闩锁现象后，将电流限制在某规定值，通过几次加断电消除负载的闩锁现象。如果负载发生过流甚至短路故障时，会将电流限制在某规定值，经过几次加断电后最终将电路关断，从而有效保护负载设备，待负载设备正常后，电路可加开机指令重新工作，兼具熔断器与继电器的功能。

附图说明

图1是本发明的电路图的第一部分。

图2是本发明的电路图的第二部分。

图3是本发明的电路图的第三部分。

图4是本发明的母线电压5V限流波形图，其中ch1为门极、ch2为电流。

图5是本发明的母线电压5V打嗝限流波形图，其中ch1为门极、ch2为电流。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明公开了一种过流保护及防闩锁电路，包括开关机电路、电流采样及限流电路、防闩锁打嗝电路、驱动电路及功率电路，该过流保护及防闩锁电路还包括电阻R29、三极管V3，所述电流采样及限流电路包括电阻R4、电阻R6、电容C2、对管V1、电阻R7、电阻R8、电阻R*2、电阻R9、三极管V4、电阻R18，该过流保护及防闩锁电路输入端分别与所述电阻R29一端、电阻R6一端、电阻R4的A端相连，所述电阻R4的B端与电阻R*2的一端相连，所述R*2的另一端与V1的2N3810-B的发射极相连，所述电阻R6的另一端与对管V1的2N3810-A的发射极相连，V1的基极与V1的2N3810-A的集电极相连，电容C2两端分别连接V1的2N3810-A的发射极及V1的2N3810-B的发射极及电阻R7的一端相连并接地，电阻R7另一端与电阻R8一端相连并接地，电阻R8另一端与V1的2N3810-B的集电极相连，电阻R9一端与V1的2N3810-B的集电极相连，电阻R9另一端与所述三极管V4基极相连，所述三极管V4发射极与所述驱动电路及功率电路相连，所述三极管V4集电极与电阻R18一端相连，电阻R18另一端与所述三极管V3集电极相连，三极管V3发射极接地，三极管V3基极与所述防闩锁打嗝电路相连，所述电阻R29另一端与所述开关机电路相连。

因本发明的电路图过大，所以将电路图切分为图1-3的三部分，其中图1中的连接点A1、A2、A3、A4、A5、A6分别与图2中的连接点A1、A2、A3、A4、A5、A6对应连接，图2中的连接点B1、B2、B3、B4分别与图3中的连接点B1、B2、B3、B4对应连接。

该过流保护及防闩锁电路还包括延时电路、电阻R27，所述防闩锁打嗝电路还包括电阻R20、电容C4、三极管V11、电阻R*30、电阻R30、R*29、电阻R*27、电容C*5、电阻R*28、电容C*4、电阻R*27、电容C6，所述三极管V3基极与所述电阻R20一端相连，所述电阻R20另一端接地，电容C4一端与三极管V3基极相连，电容C4另一端接地，电阻R27一端与三极管V3基极相连，电阻R27另一端与三极管V11集电极相连，三极管V11发射极接地，三极管V11基极分别与电阻R*30一端、电阻R30一端相连，电阻R30另一端接地，电阻R*30另一端与电阻R*29、电容C*4一端相连，电容C*4另一端接地，电阻R*29另一端与延时电路相连，电阻R*27另一端与电容C*5及电阻R*28一端相连，电容C*5的另一点接地，电阻R*28另一端与延时电路相连，电容C6一端接地，电容C6另一端连接开关机电路，电阻R*27一端连接开关机电路，电阻R*27另一端与电容C*5及电阻R*28一端相连，C*5的另一点接地。

所述开关机电路包括电阻R19、电阻R26、电阻R22、电容C3、电容C5、三极管V14、三极管V21、三极管V2、电阻R*26，电阻R19一端与指令输入端相连，电阻R19另一端分别与电阻R26一端、电容C3一端及三极管V14基极相连，电阻R26另一端及电容C3另一端接地，三极管V14发射极接地，三极管V14集电极分别与电阻R22一端、电容C5一端及三极管V21发射极相连，电阻R22及C5的另一端与三极管V21基极相连，三极管V2集电极与三极管V21基极相连，三极管V2发射极接地，三极管V2基极与三极管V21集电极相连，所述电阻R*26一端接地，所述电阻R*26另一端与所述三极管V21集电极相连。

所述电阻R*27一端连接三极管V21集电极，所述电容C6另一端连接三极管V21集电极。

所述电阻R29另一端与所述三极管V14相连。

该过流保护及防闩锁电路还包括电阻R25、三极管V3、电阻R25-1，所述延时电路包括三极管V6、二极管V10、电阻R15、电阻R23、电容C*1、二极管V13、二极管V12、电阻R13、三极管V6-1、二极管V10-1、二极管V13-1、二极管V12-1、电容C*1-1、电阻R23-1、电阻R15-1，三极管V6基极与二极管V10阳极相连，三极管V6发射极与电阻R15及电阻R25的一端相连，电阻R25另一端接地，电阻R15另一端与驱动电路及功率电路相连，电阻R23及电容C*1一端与驱动电路及功率电路相连，电阻R23及电容C*1的另一端与二极管V10阴极相连，二极管V13阳极与二极管V10阴极相连，二极管V13阴极与二极管V12阳极相连，二极管V12阴极与驱动电路及功率电路相连，电阻R13一端与二极管V12阴极相连，电阻R13另一端与三极管V3集电极相连，电阻R25-1一端接地，电阻R25-1另一端与三极管V6-1发射极相连，三极管V6-1基极与二极管V10-1阳极相连，二极管V10-1阴极与二极管V13-1阳极相连，二极管V13-1阴极与二极管V12-1阳极相连，二极管V12-1阴极与二极管V12阴极相连，电容C*1-1及电阻R23-1并联、其并联一端与二极管V10-1阴极相连，电容C*1-1及电阻R23-1并联另一端与三极管V5发射极相连，电阻R15-1一端与三极管V5发射极相连，电阻R15-1另一端与三极管V6-1发射极相连。

所述驱动电路及功率电路包括三极管V5、MOS管V17、稳压管V9、电阻R12、电阻R17、电阻R31、二极管V15、、，三极管V5发射极与MOS管V17源极相连，三极管V5基极与稳压管V9阴极相连，稳压管V9阳极与三极管V4集电极相连，电阻R12一端与MOS管V17源极相连，电阻R12另一端与稳压管V9阴极相连，电阻R17一端与MOS管V17门极相连，电阻R17另一端与稳压管V9阳极相连，MOS管V17漏极为电路的输出端分别与电阻R31一端及二极管V15阴极相连，二极管V15阳极及电阻R31另一端接地。

所述三极管V4发射极与所述MOS管V17源极相连。

所述电阻R*29另一端与三极管V6-1集电极相连，所述电阻R*28另一端与三极管V6集电极相连，电容C6另一端连接三极管V21集电极。

电阻R15另一端与MOS管V17源极相连，电阻R23及电容C*1一端与MOS管V17源极)相连，二极管V12阴极与三极管V5集电极相连。

本发明适用于5V或12V供电需要抗闩锁保护的电路上，在发生闩锁故障时，此电路会把电流限制在一个设定的电流值上(使电路不具有闩锁保持条件)，限流延时特定时间后自动关断，关断到一定时间后自动重启(断电重启保证电路消除闩锁故障)。若过流故障不消除，电路反复开关几次后自动关断并锁死。

并且低压过流保护及防闩锁电路具有过流保护功能及浪涌抑制的功能，可代替熔断器与继电器。可控制供电母线的开启与关断。

如图1所示，Vbus_in为该电路输入端，Vbus_out为该电路母线输出端，TC为开关机指令端，GND为母线地，R-1及R-2调整限制值端，C-1为调整打嗝关断时间端，C-2为调整打嗝次数端。

下面对该电路的功能进行具体说明：

1、具有上电自启动，指令关断功能，控制母线与负载的接通和断开

如图1所示，电路具有上电自启动，指令关断功能，采用HRMP5530C作为开关管，通过控制三极管V3(2N2222)的开关来控制MOS管的开通与关断。具体的工作流程为，母线上电时，母线电压通过电阻R29、R27使三极管V3饱和导通，使稳压管V9(ZW52A)导通，MOS管门源极电压为3.8V左右，从而使MOS管V17导通，电路正常导通工作。如果在TC端加一个常高的电平指令，使三极管V14(2N2222)导通，将控制三极管V3基极电压拉低，使V3截止，稳压管V9不再稳压，MOS管门源极电压变为0V，从而使MOS管V17截止，该电路关断。

2、限流保护功能实现

该电路实现限流保护功能的工作流程为：根据U_R6＝U_R4+U_R*2，当后端负载发生过流及短路故障时，由于母线电流变大采样电阻R4两端的电压U_R4变大，电阻R6的两端电压U_R6不变这样导致R*2两端电压U_R*2变小，流过R*2的电流变小，会使镜像电流源右臂上的R8上端电压下降，从而使三极管V4(2N2907)由截止状态进入线性区，集-射之间的电压开始降低，使MOSFET V17门源极电压降低，当电压降低到MOSFET的可变电阻区时，MOSFET的导通电阻开始增大，限制流过MOSFET的电流，采样电阻R4两端电压变小，此时V3与V1形成负反馈功能，将电流限制在一个设定值，达到限流的功能。

限流值的计算公式如下：

I_左：镜像电流源左臂电流；

I_右：镜像电流源左臂电流；

I_sense：限流值；

V_Z：母线电压值；

I_左×(R₇+R₆)＝R₄×I_sense+I_右×(R_*2+R₈)

因为R₇＝R₈

所以

由上式可得如果确定R5、R6的值就可以计算出限流值Isense的大小

3、闩锁打嗝及延时关断功能

当电路进入限流状态后，延时电路开始工作，延时电路共两路，一路用来控制闩锁打嗝电路，一路用来控制锁定电路。

当后端负载发生闩锁情况时，电容C*1、C*1-1均通过R13充电，当经过一定时间的充电以后，三极管V6(2N2907)的集电极与二极管V10(1N4148)的阴极间电压及三极管V6-1(2N2907)的集电极与二极管V10-1(1N4148)的阴极间电压大于1.4V时，V6及V6-1开始由截至状态向饱和导通过渡，此时R25与R15分压后的信号送到锁定电路中，R25-1与R15-1分压后的信号送到闩锁打嗝电路中。送到闩锁打嗝电路中的信号，对电容C*4充电，使三极管V11导通，将控制三极管V3基极电压拉低，使V3截止，MOS管关断，C*4开始放电，三极管V11截止，V3基极电压变高，V3导通，MOS管导通，如果此时闩锁现象仍然存在，重复几次以上控制方式，通过几次加断电来消除负载的闩锁现象。如果闩锁现象消失，电路继续正常工作。当后端负载闩锁现象仍然存在或者发生过流及短路情况时，电路经过多次打嗝后，电容C*5经过多次充电后使锁定电路的三极管V2及V21导通，将将控制三极管V3基极电压钳位变低，V3截止，MOS管关断，断开母线与负载，达到限流后延时保护关断的目的。当后端负载故障消除后，可在TC端加脉冲指令消除锁定电路的钳位电压，使电路继续正常工作。

母线输出端的对地电阻的作用是泄放在电路关机的情况下MOS管的漏电流。母线输出端对地反接的二极管为续流二极管，是用来给感性负载提供续流通道，防止反向高压。

电路的指标要求及实测结果，具体指标如下：

实测结果如图4和图5所示。

在本发明中，该电路选用MOSFET作为保护开关，控制设备输入端与母线之间的开启与关断。在负载发生闩锁现象后，将电流限制在某规定值，通过几次加断电消除负载的闩锁现象。如果负载发生过流甚至短路故障时，会将电流限制在某规定值，经过几次加断电后最终将电路关断，从而有效保护负载设备，待负载设备正常后，电路可加开机指令重新工作，兼具熔断器与继电器的功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。