一种短路保护电路的制作方法

本实用新型涉及保护电路领域，尤其涉及一种短路保护电路。

背景技术：

在现有水泵、风机等市场上，采用的控制器需要给外部的负载部件提供电源或者信号，所以不可避免的会有电气上的连接。但由于外部环境的不确定因素，如在安装过程中碰撞或负载部件的寿命有限等原因，容易造成外部的负载部件损坏，从而造成供电端的电流增大，或短路等情况，最终损坏控制器板卡。在现有市面上流通的类似产品，皆有或多或少的此类问题，当出现供电端电流过大或者短路时，整个产品内部的电路设计不能对控制器提供有效的保护，最终可能造成安全事故，如引起火灾等。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种短路保护电路，所述短路保护电路包括控制器电路和负载电路；所述控制器电路包括限流电阻、开关器件和稳压器件，所述开关器件具有三个接线端，包括第一端、第二端和第三端；所述开关器件的第三端与负载电路的输入端连接；所述稳压器件耦接于所述开关器件的第一端与第二端之间；所述限流电阻耦接于所述开关器件的第二端与所述稳压器件之间；所述开关器件用于开启/关闭流经负载电路的电流；所述稳压器件用于限定流经限流电阻和开关器件的最大电流；

当所述短路保护电路在开关器件开启流经负载电路的电流时，电流从控制器电路的开关器件第二端流经第三端，再流至负载电路；

当所述短路保护电路在开关器件关闭流经负载电路的电流时，电流从控制器电路的开关器件第二端流经第一端，再返回至控制器电路本身。

可选地，所述负载电路包括负载，以及与负载并联耦接的并联电容组，所述并联电容组包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容并联；所述负载、第一电容和第二电容的公共连接端连接开关器件的第三端。

可选地，所述负载、第一电容、第二电容以及开关器件第三端的公共连接端接入直流电源；所述负载、第一电容、第二电容的另一个公共连接端接地。

可选地，所述控制器电路还包括第一电阻，所述开关器件的第一端与所述稳压器件连接所在的公共连接端同所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。

可选地，所述控制器电路还包括第三电容，所述稳压器件与所述限流电阻的公共连接端同所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接地；

可选地，所述控制器电路还包括控制器内部电源，所述控制器内部电源通过所述稳压器件、所述限流电阻以及所述第三电容的公共连接端将供电电压输入控制器电路。

可选地，所述开关器件为pnp型三极管。

进一步可选地，所述稳压器件为三端稳压器。

可选地，所述开关器件为p沟道mosfet。

可选地，所述稳压器件为稳压管。

本实用新型通过在控制器电路控制负载电路的衔接口设计pnp型三极管或p沟道mosfet用作开关器件，并通过稳压器件与限流电阻的配合作用，使流经限流电阻的限流电流的大小得以限定，从而实现控制器电路的电流限流，使负载电路在出现问题情况下，如负载电路电流过大或短路时，控制器电路能够及时断开与负载电路的联系，在负载电路恢复正常时，开关器件再恢复第二端与第一端导通的状态，从而可以保护控制器电路，使控制器电路不被损坏，提高了控制器电路的可靠性，降低了安全隐患；同时本实用新型电路结构设计简单，成本低廉。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的实施例一的电路结构示意图；

图2为本实用新型的实施例一正常工作时电路回路示意图；

图3为本实用新型的实施例一负载电路电流过大时电路回路示意图；

图4为本实用新型的实施例二的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

实施例一：

本实用新型公开一种短路保护电路，控制器电路通过开关器件实现对负载电路的电流输出的开启或关闭，而开关器件受稳压器件的稳压限制，使得开关器件第二端与第三端之间导通时第三端电流得到限制，从而得以限制负载电流的最大电流。在本实用新型中，短路保护电路包括控制器电路和负载电路；控制器电路包括开关器件和稳压器件，开关器件具有三个接线端，包括第一端、第二端和第三端，开关器件的输出端(即第三端)与负载电路的输入端连接。其中开关器件的开启与关闭通过第二端与第三端的导通与否决定，即开关器件可以控制是否有电流流经负载电路。稳压器件则可以限定从开关器件输出端输出的最大电流。

附图1为本实用新型所公开的一种短路保护电路的实施例，在本实用新型中，开关器件采用pnp型三极管q1，开关器件的第一端即为pnp型三极管q1的基极，第二端即为pnp型三极管q1的发射极，第三端即为pnp型三极管q1的集电极，在本实施例的描述中，为方便区分，采用基极、发射极和集电极的名称介绍。具体地，如附图1所示，稳压器件u1耦接于pnp型三极管q1的发射极与基极之间的电路回路，在pnp型三极管q1的发射极与稳压器件u1之间耦接一限流电阻r2，在pnp型三极管q1的基极与稳压器件u1的公共连接端与第一电阻r1的一端连接，第一电阻r1的另一端接地。为方便介绍，此处将pnp型三极管q1的基极、稳压器件u1以及第一电阻r1的公共连接端称为第二公共连接端。本实施例的控制器电路还包括第三电容c3，稳压器件u1与限流电阻r2的公共连接端与第三电容c3的一端连接，为方便介绍，将稳压器件u1、限流电阻r2以及第三电容c3的公共连接端称为第三公共连接端；第三电容c3的另一端与第一电阻r1的接地端连接，并一起接地。控制器电路还包括+5v的控制器内部电源，控制器内部电源通过第三电容c3、稳压器件u1、限流电阻r2的第三公共连接端将供电电压输入控制器电路。

本实施例的负载电路包括负载r3和并联电容组，并联电容组并联耦接于负载r3两端。并联电容组包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1和第二电容c2并联。因此，负载电路的负载r3、第一电容c1和第二电容c2皆成并联连接关系。其中，负载r3、第一电容c1和第二电容c2的一个公共连接端连接pnp型三极管q1的集电极，为方便介绍，将负载r3、第一电容c1、第二电容c2以及pnp型三极管q1的集电极四者的公共连接端称为第一公共连接端，同时在第一公共连接端还接入直流电压vcc，直流电压vcc用于给负载电路供电。负载r3、第一电容c1和第二电容c2的另一个公共连接端为第四公共连接端，第四公共连接端接地。

具体地，电路在正常工作时，电路的工作回路为附图2所示，即+5v的控制器内部电源给控制器电路供电，直流电压vcc给负载电路供电，形成+5v的控制器内部电源、限流电阻r2、pnp型三极管q1、直流电压vcc、负载r3以及第三电容c3的回路。当负载电路出现问题，即第一公共连接端出现大电流时，电路进入自检限流模式，即电路的工作回路为附图3所示，即+5v的控制器内部电源给控制器电路供电，形成+5v的控制器内部电源、限流电阻r2、pnp型三极管q1、第一电阻r1以及第三电容c3的回路。

在本实施例中，电路进入自检限流的实现方式由稳压器件u1来实现。在由稳压器件u1、限流电阻r2和pnp型三极管q1所形成的闭合电路回路中，由闭合电路所遵循的基尔霍夫定理可以得出：限流电阻r2两端的电压ur2加上pnp型三极管q1的发射极和基极之间的压降(0.7v)等于稳压器件u1两端的电压u1大小，即u1＝ur2+0.7。

因此，流经限流电阻r2的电流为ir2＝(u1-0.7)/r2。当正常工作时，pnp型三极管q1开启，即其发射极与集电极导通；此时，整个短路保护电路的工作回路为附图2所示回路，即第三电容c3在+5v的控制器内部电源供电时视作断路，电流流经限流电阻r2、pnp型三极管q1的发射极、pnp型三极管q1的集电极以及负载r3，最后接地，由此形成正常工作时的回路。从回路电流的流动的大致方向判断，可以暂不考虑pnp型三极管q1的基极电流，因此，pnp型三极管q1的发射极电流可以通过pnp型三极管q1的集电极而流入负载电路。此时在负载电路中，第一电容c1与第二电容c2皆视作断路处理。在负载电路中，直流电压vcc给负载电路供电，负载r3一端连接直流电压vcc，另一端接地，形成正常回路。此时流经负载r3的电流为ir3，且有ir3的大小与pnp型三极管q1集电极电流大小相等。

当负载电路因某些原因而导致负载电路的电流ir3＞ir2时，即pnp型三极管q1集电极电流大于pnp型三极管q1发射极电流(限流电流ir2)时，pnp型三极管q1关闭，即其发射极与集电极断开；此时，整个短路保护电路的工作回路仅为控制器电路的回路，如附图3所示回路，回路电流的电流流动方向大致示意如图中所示，即为+5v的控制器内部电源给控制器电路供电，由于是直流电压，电容c3视作断路，因此控制器电路的电流流经限流电阻r2、pnp型三极管q1的发射极、pnp型三极管q1的基极以及第一电阻r1，最后接地，由此形成正常回路。负载电路则由直流电压vcc供电、负载r3接地，形成正常回路，且有ir3＝uvcc/r3。当负载电路的电流恢复正常时，整个短路保护电路恢复正常，即恢复附图2所示工作回路。

在本实施例中，稳压器件u1选择了型号为cj431的三端稳压器，鉴于三端稳压器的精度较高，故本实施例采用；但在其他实施例中，可不局限于本实施例的选择，而可以选择功能类似于稳压器的器件，达到稳定限流电阻r2两端电压，从而稳定限流电流的作用即可，限流电流即为流经限流电阻r2的电流；在其他实施例中，可根据实际的设计需求选择稳压器件的类型，如普通两个管脚的稳压管可以适用多数精度要求不高的应用场合。此外，本实施例的控制器内部电源采用+5v，但在其他实施例中，可不局限于+5v的数值，可根据实际的应用场合和设计需求进行选择，如+12v、+15、+24v等，且不限于本实施例已述的数值选择。

本实施例所设计的短路保护电路，可以通过改变稳压器件u1要稳定的电压大小以及限流电阻r2的大小，来改变限流电流的大小。同时，本实施例在应用于各大领域的控制器控制外部器件的电路中，通过自带一个用于限流的短路保护电路，得以实现保护控制器的功能，在外部环境影响负载电路的正常工作情况下，断开控制器电路与负载电路之间的联系，使控制器电路不被损坏，提高控制器电路的可靠性。待到负载电路恢复正常，电路才开始正常工作，pnp型三极管q1恢复导通状态。本实施例的限制pnp型三极管q1集电极端输出电流设计，可以有效减少因产生大电流而带来的事故发生的概率；同时，本实施例电路实现较为简单，成本低廉，适合多数控制器电路使用。

实施例二：

在本实施例中，开关器件采用p沟道mosfet，稳压器件采用稳压管，其余的电路结构设计与实施例一相同。其中，开关器件的第一端为p沟道mosfet的栅极g，第二端为p沟道mosfet的源极s，第三端为p沟道mosfet的漏极d。具体电路结构如附图4所示。在本实施例中，电路进入自检限流的实现方式由稳压器件u1实现。在由稳压器件u1、限流电阻r2和p沟道mosfet所构成的电路回路中，因p沟道mosfet的栅极和漏极之间存在导通压降ugs(不同型号的p沟道mosfet，其导通压降ugs不同，如3v、5v等)，稳压器件u1得以限定限流电阻r2两端的电压ur2，即u1＝ur2+ugs。因此，流经限流电阻r2的电流ir2也得以限定，为ir2＝(u1-ugs)/r2。

与实施例一类似地，在控制器电路正常控制负载电路工作时，p沟道mosfet的源极s和漏极d导通，电流从p沟道mosfet的源极s流向漏极d，再从漏极d流经负载电路。当负载电路出现异常而导致负载电路的电流过大时，即p沟道mosfet漏极d电流过大时，由于源极s因为稳压器件u1和限流电阻r2的存在而设有一个最大电流，即限流电流；故p沟道mosfet源极s的电流不会因为漏极d电流的增大而无条件增大，当源极s电流增至限流电流的电流值时，p沟道mosfet的源极s和漏极d便会关闭电流的导通，自源极s流过的电流从栅极g流出并返回控制器电路，达到控制器电路和负载电路断开电流联系的目的。

在本实施例中，控制器内部电源为+15v，此控制器内部电源的电压值选择在现有工艺中为常见技术，并不限于本实施例已述的数值选择，故在其他实施例中，并不局限于此数值，可根据实际的应用场合选择在控制器电路中输入的电压值，如+12v、+24v等，可根据实际设计需求选择。此外，本实施例由于采用p沟道mosfet为开关器件，故稳压器件u1不宜采用三端稳压器，对于稳压器件的选择则需要根据p沟道mosfet性能与实际设计需求而定，如当对稳压器件u1精度要求不高时，可以选用普通10v的两个管家的稳压管；在其他设计需求中可选用其他稳压管。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。