本实用新型涉及USB外设供电技术领域，尤其涉及一种过流保护电路。
背景技术：
在USB外设供电领域，有很多通过USB供电的设备，如小型音响、USB风扇等，由于USB接口可以进行稳定的电源输出以及数据传输，所以由USB供电的系统及设备非常受消费者青睐。
现有的USB外设供电基本上都是来源于USB供电设备的USB端口，然而一些USB外设直接使用USB供电给到功能电路中，故当整个系统在正常工作的时候，由于操作不当，或者外部原因，如产品进水、元器件老化等，造成电源电流过大，这样整个功能电路可能会有短路的风险，使功能电路的工作异常，而电源的控制电路都是人工来操作进行开关机，并没有相应的检测电流的装置，因此USB外设异常引起的大电流会从USB供电设备的USB端口来获得，但是USB端口的供电输出有限，持续的大电流就会把USB端口拉死，严重的可能会损坏USB端口的功能。
技术实现要素：
为了克服现有技术中相关产品的不足，本实用新型提出一种过流保护电路，解决现有的USB外部设备异常后，存在损坏USB供电设备的问题。
本实用新型提供了一种过流保护电路，由USB供电设备的USB端口输入电源，并对与其连接的功能电路反馈的电流进行过流检测，包括：过流检测电路、电源控制电路以及电源开关电路，所述过流检测电路一端连接USB端口，另一端分别连接电源控制电路以及电源开关电路，所述电源控制电路与所述电源开关电路连接，所述电源开关电路与所述功能电路连接，所述USB端口输入电源后，所述过流检测电路对所述功能电路反馈的电流进行检测，若该电源的电流大小超过预设阈值则输出切断保护信号，通过所述电源控制电路控制所述电源开关电路的导通截止，使所述功能电路断电。
在某些实施方式中，所述过流检测电路包括用于电阻R1、电阻R2以及三极管Q1，所述电阻R1的一端分别连接USB端口的连接端VIN、电源控制电路以及三极管Q1的发射极e，所述电阻R1的另一端则连接电源开关电路以及所述三极管Q1的基极b，所述电阻R2并联在所述电阻R1的两端，所述三极管Q1的发射极e分别连接所述电阻R1的一端以及电源控制电路，所述三极管Q1的集电极c连接所述电源控制电路，所述三极管Q1的基极分别连接所述电阻R1的另一端以及所述电源开关电路。
在某些实施方式中，所述电源开关电路包括场效应管Q2、电容C2以及电容C3，所述场效应管Q2的源极S与过流检测电路的电阻R1连接，所述场效应管Q2的栅极G与电源控制电路连接，所述场效应管Q2的漏极D分别与电容C2、电容C3以及功能电路的连接端VOUT连接。
在某些实施方式中，所述电源控制电路包括电源控制端口POWER_CONTROL、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C4、三极管Q3以及硬件开关SW1，所述电阻R5的一端与电源控制端口POWER_CONTROL连接，所述电阻R5的另一端分别连接电容C4、电阻R4以及三极管Q3的基极b，所述电容C4以及电阻R4的另一端分别接地，所述三极管Q3的基极b分别连接电阻R4、电阻R5以及电容C4，所述三极管Q3的发射极e接地，所述三极管Q3的集电极c连接电阻R3，所述电阻R3的另一端分别连接电阻R6、电容C1以及三极管Q1的集电极c，所述电阻R6以及电容C1的另一端分别连接电阻R1，所述硬件开关SW1的一端分别与电阻R3、电阻R6以及电容C1连接，所述硬件开关SW1的另一端接地。
与现有技术相比，本实用新型有以下优点：
本实用新型所述的过流保护电路通过过流检测电路输入的电源进行检测，在后级的功能电路出现短路等异常情况产生大电流时，所述过流检测电路在相应的连接端检测到电流大小超过预设阈值则输出切断保护信号，通过所述电源控制电路控制所述电源开关电路的导通截止，使所述功能电路断电，从而避免大电流对所述USB端口造成损坏，结构简单，且具有较佳的保护效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型所述过流保护电路的原理结构示意图；
图2为本实用新型所述过流保护电路的参考电路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本实用新型的较佳实施例。本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1为本实用新型所述过流保护电路的原理结构示意图，所述过流保护电路由USB供电设备的USB端口输入电源，并对与其连接的功能电路400反馈的电流进行过流检测，参阅图1所示，所述过流保护电路包括过流检测电路100、电源控制电路200以及电源开关电路300，所述过流检测电路100一端连接USB端口，另一端分别连接电源控制电路200以及电源开关电路300，所述电源控制电路200与所述电源开关电路300连接，所述电源开关电路300与所述功能电路400连接，所述USB端口输入电源后，所述过流检测电路100对所述功能电路400反馈的电流进行检测，若该电源的电流大小超过预设阈值则输出切断保护信号，通过所述电源控制电路200控制所述电源开关电路300的导通截止，使所述功能电路400断电。
所述USB端口为5V/0.5A的电源输出，适用于市场上大多数的功能电路400。
图2为本实用新型所述过流保护电路的参考电路示意图，参阅图2所示，所述过流检测电路100包括用于电阻R1、电阻R2以及三极管Q1，所述电阻R1的一端分别连接USB端口的连接端VIN、电源控制电路200以及三极管Q1的发射极e，所述电阻R1的另一端则连接电源开关电路300以及所述三极管Q1的基极b，所述电阻R2并联在所述电阻R1的两端，所述三极管Q1的发射极e分别连接所述电阻R1的一端以及电源控制电路200，所述三极管Q1的集电极c连接所述电源控制电路200，所述三极管Q1的基极分别连接所述电阻R1的另一端以及所述电源开关电路300；其中，所述USB端口通过其连接端VIN输入电流，电流经过电阻R1、电阻R2产生压降，所述压降施加在三极管Q1上；当所述压降不超过所述三极管Q1的饱和电压(即预设阈值)时，所述三极管Q1处于截止状态，电流依次通过所述电源开关电路300以及所述功能电路400的连接端VOUT输入到所述功能电路400，此时所述功能电路400正常运转；当所述压降不超过所述三极管Q1的饱和电压时，所述三极管Q1处于导通状态，所述三极管Q1的集电极C输出高电平即所述切断保护信号至电源控制电路200，控制所述电源开关电路300的导通截止，使所述功能电路400断电。
具体的，在本实用新型实施例中，所述三极管Q1可以为MMBT3906 PNP三极管，其饱和电压为0.7V，所述电阻R1、所述电阻R2的阻值均为3ohm，则所述电阻R1和所述电阻R2并联后的阻值为1.5ohm，故所述三极管Q1的临界检测电流为I＝0.7V/1.5ohm＝0.47A，即当后级电流(功能电路400连接端处的电流值)超过0.47A的时候，所述三极管Q1基极电压Vb的电位会比发射极电压Ve的电位高0.7V，此时所述三极管Q1工作在饱和区，从而导通所述三极管Q1，其集电极c相应的输出高电平至电源控制电路200，控制所述电源开关电路300的导通截止，使所述功能电路400断电；当后级电流小于0.47A的时候，所述三极管Q1基极电压Vb和发射极电压Ve的电位差小于0.7V，此时三极管Q1工作在截止区，其集电极c就不会输出高电平，此时所述功能电路400正常运转。
当然，需要说明的是，当工作电流为0.47A以上时，所述电阻R1以及所述电阻R2消耗的总功率为W＝0.47A^2*1.5ohm＝0.33W，为了防止所述电阻R1以及所述电阻R2发热损坏，则其相应的可承受功率要有50％-60％余量，因此，在本实用新型实施例中，所述电阻R1以及所述电阻R2的封装至少要选择1206封装1/4W功率的电阻，可以保持所述电阻R1以及所述电阻R2的工作稳定性；所述过流检测电路100所限的电流可以根据电阻R1和电阻R2的阻值来确定，且其限流值I＝0.7V*R1*R2/(R1+R2)。
所述电源开关电路300包括场效应管Q2、电容C2以及电容C3，所述场效应管Q2的源极S与过流检测电路100的电阻R1连接，所述场效应管Q2的栅极G与电源控制电路200连接，所述场效应管Q2的漏极D分别与电容C2、电容C3以及功能电路400的连接端VOUT连接；所述场效应管Q2为PMOS型场效应管开关，所述场效应管Q2可以选择Unikc的P5102FMA，当然，在本实用新型的其他实施方式中，所述场效应管Q2也可以选择其他类型的场效应管，当源极S与栅极G之间的Vgs电压在4.5V的时候，所述场效应管Q2导通内阻只有45mR，可承受电流为3.5A，当栅极G的电压Vg为高电平的时候，场效应管Q2截至，断开后级供电，当栅极G的电压Vg为低电平的时候，场效应管Q2导通，后级正常供电，所述栅极G的电压Vg通过所述三极管Q1的集电极c输出的高电平还是低电平确定，当所述三极管Q1的集电极c输出高电平时，所述栅极G为高电平，当所述三极管Q1的集电极c输出低电平时，所述栅极G为低电平；所述电容C2为小容量电容，用于滤除高频杂波，所述电容C3为储能电容，可以保证后级的功能电路400供电有较低的电源纹波。
所述电源控制电路200包括电源控制端口POWER_CONTROL、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C4、三极管Q3以及硬件开关SW1，所述电阻R5的一端与电源控制端口POWER_CONTROL连接，所述电阻R5的另一端分别连接电容C4、电阻R4以及三极管Q3的基极b，所述电容C4以及电阻R4的另一端分别接地，所述三极管Q3的基极b分别连接电阻R4、电阻R5以及电容C4，所述三极管Q3的发射极e接地，所述三极管Q3的集电极c连接电阻R3，所述电阻R3的另一端分别连接电阻R6、电容C1以及三极管Q1的集电极c，所述电阻R6以及电容C1的另一端分别连接电阻R1，所述硬件开关SW1的一端分别与电阻R3、电阻R6以及电容C1连接，所述硬件开关SW1的另一端接地。
在本实用新型实施例中，当所述硬件开关SW1闭合时，所述场效应管Q2的电压Vgs为-5V，所述场效应管Q2导通并为后级的功能电路400供电，功能电路400工作正常后，USB供电设备的MCU(单片机)会输出一个高电平到电源控制端口POWER_CONTROL(通常高电平为MCU的供电电平，低电平为0)，来确保所述场效应管Q2一直处于导通状态，所述MCU控制电源控制端口POWER_CONTROL的电源输出，所述电阻R4、电阻R5组成分压电路控制所述三极管Q3的导通和关闭，且所述三极管Q3的基极电压Vb为电源控制端口POWER_CONTROL的电压与R4/(R4+R5)之积，通过所述电容C4减缓电源控制端口POWER_CONTROL输入的控制信号的上升速度，防止一些抖动信号对所述三极管Q3的影响；所述电阻R3和电阻R6组成分压电路，用来控制所述控制电源开关电路300的场效应管Q2的Vgs电压，所述电阻R3和电阻R6的搭配可以根所述场效应管Q2的元器件特性来确定R3和R6的阻值大小；所述电容C1为缓启电容，确保当硬件开关SW1按下的时候，连接端VOUT处的电压会慢慢的从0升高到与所述USB端口的连接端VIN的电位相同。
功能电路400供电正常后，所述MCU控制电源控制端口POWER_CONTROL的电位为高电平，所述三极管Q3的Vb的电压此时高于0.7V，所述三极管Q3饱和导通，所述场效应管Q2的栅极电压Vg的电位为所述USB端口的连接端VIN的电压与R3/(R3+R6)之积，可以得到Vgs电压为-4.5V，所述场效应管Q2同样可以导通，此时可以断开SW1的按键。当所述MCU接受到关机命令的时候，所述MCU控制电源控制端口POWER_CONTROL置为低电平，所述三极管Q3的Vb的电压小于0.7V，所述三极管Q3截止关闭，所述场效应管Q2的栅极电压Vg的电位和源极电压Vs的电位相同，所述场效应管Q2截止，停止为功能电路400供电，所述功能电路400关机。
当所述功能电路400正常工作的时候，所述USB端口的连接端VIN正常供电，此时电源控制端口POWER_CONTROL电压的电位为高电平，连接端VOUT正常输出电源，此时正常工作的电流小于0.47A，所述场效应管Q2的栅极电压Vg的电位为所述USB端口的连接端VIN的电压与R3/(R3+R6)之积，可以得到Vgs电压为-4.5V左右，所述场效应管Q2仍然是导通状态，对所述功能电路400正常工作没有影响；如果后级的功能电路400出现短路等异常情况异常，短路电流超过0.47A的时候，用于限流的电阻R1以及电阻R2并联的压降超过0.7V，所述三极管Q1的集电极电压Vc以及发射极电压Ve与所述USB端口的连接端VIN的电压相同，则所述场效应管Q2的Vgs电压为Vg-Vs＝Vc-Vs≈VIN-Vs＝0.7V，故所述场效应管Q2截至关闭，此时停止为后级的功能电路400供电，即达到了保护前级USB端口的效果，防止了后级功能电路400异常时产生的大电流对所述USB端口的损坏。且如果后级故障清除，且电子元器件没有损坏的情况下，重新手动按下硬件开关SW1，所述场效应管Q2导通，即可进行功能电路400的开机操作。
本实用新型所述的过流保护电路通过过流检测电路100输入的电源进行检测，在后级的功能电路400出现短路等异常情况产生大电流时，所述过流检测电路100在相应的连接端检测到电流大小超过预设阈值则输出切断保护信号，通过所述电源控制电路200控制所述电源开关电路300的导通截止，使所述功能电路400断电，从而避免大电流对所述USB端口造成损坏，结构简单，且具有较佳的保护效果。
在本实用新型所提供的上述实施例中，应该理解到，所述作为分离部件说明的模块或组件可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的。
以上仅为本实用新型的实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。