过流保护电路及装置的制作方法

1.本技术涉及电路技术领域，特别是涉及一种过流保护电路及装置。


背景技术：

2.通常情况下，电子设备都有对应的额定电流，其中，额定电流是指电子设备在基准环境温度下及额定电压工作条件下，能够长时间通过的最大电流，通常为电子设备的工作电流。若流过电子设备的实际电流超过额定电流，那么就可能引起电子设备烧毁。因此，有些电子设备需要进行过流保护，而过流保护电路是实现对电子设备进行过流保护的途径之一：当检测到电路中的流过预设元器件的实际电流超过设定电流时，自动断开电源，达到保护电子设备的效果。
3.现有过流保护电路之一，在将采样电阻的电流数据转化为数据信号电压后，将数据信号电压与基准电压进行比较，若数据信号电压大于基准电压，则生成关断信号传输到驱动及电流采样模块，并对计数模块的计数次数加1。在计数次数超过预设数值后，控制电路进入打嗝保护模式，并将计数模块的计数次数调整为0。
4.上述过流保护电路，通过电路内设置的计数模块完成过流保护和解保护，电路的解保护时间和过流保护触发时间不能精准调控，进而不能灵活适用于各种应用环境。


技术实现要素：

5.本技术公开了一种过流保护电路及装置，可精准控制电路的过流保护时间和解保护时间。
6.第一方面，本技术提供了一种过流保护电路，包括充放电模块和控制器；
7.所述充放电模块包括第一电容、第一电阻和第二电阻，所述第一电容和所述第二电阻并联后，与所述第一电阻串联；所述第一电阻及所述第一电容之间的第一预设点与所述控制器相连，所述第一预设点用于所述控制器采集所述第一电容对应的电压值；
8.当所述充放电模块接收到过流信号时，所述第一电阻、所述第一电容及外设电源形成通路；当所述充放电模块没有接收到过流信号时，所述第二电阻和所述第一电容形成通路；
9.当所述第一电容对应的电压值大于第一电压时，所述控制器控制所述外设电源关断；当所述第一电容对应的电压值小于第二电压时，所述控制器控制所述外设电源导通。
10.通过上述电路，利用电容充电时间常数以及放电时间常数可根据修改电路参数来调整的特性，精准控制电路的过流保护时间和解保护时间。
11.在一种可能的设计中，所述充放电模块还包括第一开关管；所述第一开关管的第一端用于接收所述过流信号；所述第一开关管的第二端与所述外设电源连接；所述第一开关管的第三端与所述第一电阻连接；所述第一开关管的第二端与所述外设电源之间的第二预设点，与所述控制器连接，用于所述控制器采集所述第二预设点对应的电压值；
12.当所述第一开关管的第一端接收到所述过流信号时，所述第一开关管的第二端，
与所述第一开关管的第三端之间形成通路；当所述第一开关管的第一端没有接收到所述过流信号时，所述第一开关管的第二端，与所述第一开关管的第三端之间形成开路。
13.通过上述电路，实现在接收到过流信号时进行充电，进而对电路进行过流保护，并在没有接收到过流信号时进行放电，进而对电路进行解保护。
14.在一种可能的设计中，在所述第一开关管的第二端与所述外设电源之间串联第三电阻，并且在所述第二预设点与接地点之间设置第二电容。
15.通过上述电路，基于第二电阻及第二电容为充放电模块及控制器供电，可以避免充放电模块及控制器受到过流或者电源短路电压波动的影响。
16.在一种可能的设计中，所述充放电模块还包括第四电阻，所述第四电阻的两端分别与所述第二预设点以及所述第一开关管的第一端相连。
17.通过上述电路，为第二电容放电续流，进而对电路中的元器件起到保护的作用。
18.在一种可能的设计中，所述控制器包括比较器、电源开关模块以及电源开关控制模块；所述比较器的第一端与所述第一预设点连接；所述比较器的第二端与所述第二预设点之间通过第五电阻连接，并且通过第六电阻接地；所述比较器的第三端与所述第二预设点连接；所述比较器的第四端接地；所述比较器的第五端与所述比较器的第二端之间通过第七电阻连接，并且所述比较器的第五端与所述电源开关控制模块连接，所述电源开关控制模块与所述电源开关模块连接，用于控制所述电源开关模块的导通或关断。
19.通过上述电路，实现在第一电容对应的电压值大于第一电压值时，关断外设电源，在第一电容对应的电压值小于第二电压值时，导通外设电源。
20.在一种可能的设计中，所述电源开关控制模块包括第一三极管，所述第一三极管的第一端与所述比较器的第五端之间通过第八电阻连接；所述第八电阻与所述第一三极管的第一端之间的第三预设点，与所述第二预设点之间通过第九电阻连接；所述第一三极管的第二端与电源开关模块之间通过第十电阻连接，并且所述第一三极管的第三端接地。
21.通过上述电路，实现在第一电容对应的电压值大于第一电压时，电源开关模块获取得到关断信号，使得充放电模块被短路，进而不能接收到过流信号；在第一电容对应的电压值小于第二电压时，电源开关模块获取得到导通信号，充放电模块与外设电源之间形成通路，处于充电状态。
22.在一种可能的设计中，所述电源开关模块包括第二开关管及第十一电阻，所述第二开关管的第一端与所述外设电源的第一端之间通过所述第十一电阻连接，所述第二开关管的第二端与所述外设电源的第二端之间连接，所述第二开关管的第三端与外部负载连接；在所述第二开关管的第二端与所述第二开关管的第三端之间开路时，所述充放电模块不能获取所述过流信号。
23.通过上述电路，在第一三极管的第二端与第一三极管的第三端之间形成通路时，第二开关管的第二端与第二开关管的第三端之间形成开路；在第一三极管的第二端与第一三极管的第三端之间形成开路时，第二开关管的第二端与第二开关管的第三端之间形成通路，进而实现对外设电源的关断与导通。
24.在一种可能的设计中，所述电路还包括电流采样模块，所述电流采集模块的第一端与所述外设电源的第二端连接，所述电流采集模块的第二端与所述外设电源的第一端连接，所述电流采集模块的第三端与所述充放电模块连接，用于将采集到的过流信号输送给
所述充放电模块。
25.通过上述电路，采集电路中的过流信号。
26.在一种可能的设计中，所述电流采样模块包括第三三极管，所述第三三极管的第一端与所述充放电模块连接；所述第三三极管的第二端与所述外设电源的第二端之间连接；所述第三三极管的第三端通过第十二电阻，与第十三电阻的第一端连接；所述第十三电阻的第一端还与所述控制器连接；所述第十三电阻的第二端与所述外设电源的第二端连接。
27.通过上述电路，在第十三电阻两端的电压大于第三三极管对应的导通电压时，外设电源与第三三极管的第二端、及第三三极管的第一端之间形成通路，此时，第三三极管的第一端输出过流信号，进而实现对过流信号的采集。
28.第二方面，本技术提供了一种过流保护装置，包括上述任一项过流保护电路。
29.通过上述装置，实现对工作电路进行过流保护，并且可以通过修改装置中的电路参数，灵活设置过流保护时间和解保护时间。
附图说明
30.图1为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之一；
31.图2为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之二；
32.图3为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之三；
33.图4为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之四；
34.图5为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之五；
35.图6为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之六；
36.图7为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之七；
37.图8为本技术提供的一种过流保护电路的结构示意图之八；
38.图9为本技术提供的一种过流保护电路的示例图；
39.图10本技术提供的一种充放电电容的电压波形示意图；
40.图11本技术提供一种电源开关管的栅极电压波形示意图；
41.图12本技术提供一种外设电源的电流波形示意图；
42.图13本技术提供一种过流保护瞬间的电流波形示意图。
具体实施方式
43.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本技术的描述中“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。a与b连接，可以表示：a与b直接连接和a与b通过c连接这两种情况。另外，在本技术的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
44.需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内
涵的情况下做类似推广。因此本技术不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
45.下面结合附图，对本技术实施例进行详细描述。
46.现有过流保护电路之一，在将采样电阻的电流数据转化为数据信号电压后，将数据信号电压与基准电压进行比较，若数据信号电压大于基准电压，则生成关断信号传输到驱动及电流采样模块，并对计数模块的计数次数加1。在计数次数超过预设数值后，控制电路进入打嗝保护模式，并将计数模块的计数次数调整为0。这种过流保护电路，通过电路内设置的计数模块完成过流保护和解保护，电路的解保护时间和过流保护触发时间不能精准调控，进而不能灵活适用于各种应用环境。
47.为了解决上述问题，本技术提供了一种过流保护电路，包括充放电模块和控制器，通过设置充放电模块中的电路参数，可精准控制过电路的过流保护时间和解保护时间。其中，本技术实施例所述方法和装置基于同一技术构思，由于方法及装置所解决问题的原理相似，因此装置与方法的实施例可以相互参见，重复之处不再赘述。
48.如图1所示，为本技术提供的一种过流保护电路，包括充放电模块11和控制器12；充放电模块11包括第一电容11a、第一电阻11b和第二电阻11c，第一电容11a和第二电阻11c并联后，与第一电阻11b串联；第一电阻11b及第一电容11a之间的第一预设点11d与控制器12相连，第一预设点11d用于控制器12采集第一电容11a对应的电压值；
49.当充放电模块11接收到过流信号时，第一电阻11b、第一电容11a及外设电源13形成通路，此时，第一电容11a处于充电状态，第一电容11a对应的电压值逐步增大；当充放电模块11没有接收到过流信号时，第二电阻11c和第一电容11a形成通路，第一电容11a处于放电状态，第一电容11a对应的电压值逐步减小；
50.当第一电容11a对应的电压值大于第一电压时，表明外设电源13已经产生过流，此时，控制器12控制外设电源13关断，进而实现对外部负载的保护，因此，第一电容11a对应的电压值逐步减小；当第一电容11a对应的电压值小于第二电压时，控制器12控制外设电源13导通，此时，第一电容11a对应的电压值逐步增大，直至第一电压。
51.在上述电路中，充放电模块的充电时间和放电时间均可通过调整电路参数来控制。
52.具体的，充放电模块的充电时间t1由第一电阻11b、第一电容11a来确定，具体计算公式为：
[0053][0054]
在公式(1)中，r1为第一电阻11b的阻值，c1为第一电容11a对应的电容值，r1·
c1为第一电容11a的充电时间常数，v
cc
为第一电容11a对应的电压值，v1为第一电压。
[0055]
充放电模块的放电时间t2由第二电阻11c、第一电容11a来确定，具体计算公式为：
[0056][0057]
在公式(2)中，r2为第二电阻11c的阻值，c1为第一电容11a对应的电容值，r2·
c1为
第一电容11a的放电时间常数，v
cc
为第一电容11a对应的电压值，v2为第二电压。
[0058]
也就是说，上述电路可以通过调节电路参数，进而实现对电容充放电时间常数的调整，进而实现对电路的过流保护时间和解保护时间的精准控制。
[0059]
在一种可能的设计中，如图2所示，充放电模块11还包括第一开关管21；第一开关管21的第一端21a用于接收过流信号；第一开关管21的第二端21b与外设电源13连接；第一开关管21的第三端21c与第一电阻11b连接；第一开关管21的第二端21b与外设电源13之间的第二预设点23，与控制器12连接，用于控制器12采集第二预设点23对应的电压值；
[0060]
此外，在第一开关管21的第二端21b与第三电阻22设置第二预设点23；第二预设点23与第二电容24的第一端24a连接，并且第二电容24的第二端24b接地；第二预设点23还与控制器12连接，便于控制器12采集第二电容24对应的电压值。
[0061]
在上述电路中，当第一开关管21的第一端21a接收到过流信号时，第一开关管21的第二端21b，与第一开关管21的第三端21c之间形成通路。此时，外设电源13便可给第一电容11a进行充电；当第一开关管21的第一端21a没有接收到过流信号时，第一开关管21的第二端21b，与第一开关管的第三端21c之间形成开路，此时，第一电容11a进行放电。
[0062]
作为优选方案，在上述电路中的第一开关管21的第二端21b与外设电源13之间串联第三电阻22，并且在第二预设点23与接地点之间设置第二电容24。
[0063]
通过上述电路，基于第三电阻22及第二电容24为充放电模块11及控制器12供电，可以避免充放电模块11及控制器12受到过流或者电源短路电压波动的影响。
[0064]
在一种可能的设计中，如图3所示，充放电模块11还包括第四电阻31，第四电阻31的两端分别与第二预设点23以及第一开关管21的第一端21a相连。所述第四电阻31用于在第一开关管21的第二端21b，与第一开关管21的第三端21c之间形成开路时，为第二电容24放电续流，进而对电路中的元器件起到保护的作用。
[0065]
在一种可能的设计中，如图4所示，控制器12包括比较器41、电源开关模块42以及电源开关控制模块43；其中，比较器41的第一端41a与第一预设点11d连接；比较器41的第二端41b与第二预设点23之间通过第五电阻44连接，并且通过第六电阻45接地；比较器41的第三端41c与第二预设点23连接；比较器41的第四端41d接地；比较器41的第五端41e与比较器41的第二端41b之间通过第七电阻46连接，并且比较器41的第五端41e与电源开关控制模块43连接，电源开关控制模块43与电源开关模块42连接，用于控制电源开关模块42的导通或关断。
[0066]
在上述电路中，比较器41的第一端41a用于获取第一电容11a对应的电压值，比较器41的第二端41b用于获取第一电压或第二电压。其中，在第一电容11a处于充电状态时，比较器41的第二端41b用于获取第一电压，第一电压的v1具体计算公式为：
[0067][0068]
在公式(3)中，v
cc
为第一电容11a对应的电压值，r6为第六电阻，r7为第七电阻，r5为第八电阻。
[0069]
由公式(3)可知，第一电压可以通过调整电路中的电阻参数来调整。
[0070]
此外，在第一电容11a处于放电状态时，比较器的第二端41b用于获取第二电压，第
二电压v2的具体计算公式为：
[0071][0072]
在公式(4)中，v
cc
为第一电容11a对应的电压值，r6为第六电阻，r7为第七电阻，r5为第八电阻。
[0073]
由公式(4)可知，第一电压可以通过调整电路中的电阻参数来调整。
[0074]
进一步，若考虑比较器41和电路中开关管的总传输延时t，那么公式(1)和公式(2)中计算得到的时间t1和时间t2分别为：
[0075][0076][0077]
基于上述电路，通过比较器41将第一电容11a对应的电压值分别与第一电压及第二电压进行比较，若第一电容11a对应的电压值大于第一电压，电源开关控制模块43则发出关断信号，电源开关模块42在接收到关断信号时，便关断外设电源13，进而实现对外部负载或者电路中元器件的保护作用。
[0078]
若第一电容11a对应的电压值小于第二电压，电源开关控制模块43则发出导通信号，电源开关模块42在接收到导通信号时，便导通外设电源13，进而实现对外部负载或者电路中元器件的解保护作用。
[0079]
在一种可能的设计中，如图5所示，电源开关控制模块43包括第一三极管51，第一三极管51的第一端51a与比较器41的第五端41e之间通过第八电阻52连接；第八电阻52与第一三极管51的第一端51a之间的第三预设点51b，与第二预设点23之间通过第九电阻53连接；第一三极管51的第二端51c与电源开关模块42之间通过第十电阻54连接，并且第一三极管51的第三端51d接地。
[0080]
在上述电路中，当第一电容11a对应的电压值大于第一电压时，第一三极管51的第二端51c，与第一三极管51的第三端51d之间形成通路。此时，电源开关模块42获取得到关断信号，使得充放电模块被短路，进而不能接收到过流信号，处于放电状态。
[0081]
当第一电容11a对应的电压值小于第二电压时，第一三极管51的第二端51c与第一三极管51的第三端51d之间形成开路，并且第一三极管51的第二端51c与第一三极管51的第三端51d之间形成开路，此时，电源开关模块42获取得到导通信号，充放电模块11与外设电源13之间形成通路，处于充电状态。
[0082]
在一种可能的设计中，如图6所示，电源开关模块42包括第二开关管61及第十一电阻62，第二开关管61的第一端61a与外设电源13的第一端13a之间通过第十一电阻62连接，第二开关管61的第二端61b与外设电源13的第二端13b之间连接，第二开关管61的第三端61c与外部负载连接；在所述第二开关管61的第二端61b与所述第二开关管61的第三端61c之间开路时，所述充放电模块11不能获取所述过流信号。
[0083]
在上述电路中，若第一三极管51的第二端51c与第一三极管51的第三端51d之间形
成通路，那么第二开关管61的第一端61a便会获得一个正向电压，此时，第二开关管61的第二端61b与第二开关管61的第三端61c之间形成开路，充放电模块11不能获取过流信号。
[0084]
若第一三极管51的第二端51c与第一三极管51的第三端51d之间形成开路，那么第二开关管61的第一端61a便会获得一个反向电压，此时，第二开关管61的第二端61b与第二开关管61的第三端61c之间形成通路，充放电模块11进而获取过流信号。
[0085]
在一种可能的设计中，如图7所示，所述电路还包括电流采样模块71，电流采集模块71的第一端71a与外设电源13的第二端13b连接，电流采集模块71的第二端71b与外设电源13的第一端13a连接，电流采集模块的第三端71c与充放电模块11连接，用于将采集到的过流信号输送给充放电模块71。
[0086]
在上述电路中，在第二开关管61的第二端61b与第二开关管61的第三端61c之间形成通路，外设电源13就会给外部负载供电，此时，若整个供电回路中产生过流，电流采集模块71便会将过流信号传输给充放电模块，进而实现对电路中过流信号的采集。
[0087]
在一种可能的设计中，如图8所示，电流采样模块71包括第三三极管81，第三三极管81的第一端81a与充放电模块11连接；第三三极管81的第二端81b与外设电源13的第二端13b之间连接；第三三极管81的第三端81c通过第十二电阻82，与第十三电阻83的第一端83a连接；第十三电阻83的第一端83a还与控制器12连接；第十三电阻83的第二端83b与外设电源13的第二端13b连接；
[0088]
在上述电路中，电流流经地十三电阻83时，第十三电阻83两端便产生电压，当第十三电阻83两端的电压大于第三三极管81对应的导通电压时，外设电源13与第三三极管81的第二端81b、及第三三极管81的第一端81a之间形成通路，此时，第三三极管81的第一端81a输出过流信号，进而实现对过流信号的采集。其中，导通电压对应的电流i1为：
[0089][0090]
在公式(7)中，电流i1即为过流触发点，v
be
为第三三极管81对应的导通电压，r
13
为第十三电阻83的阻值。
[0091]
为了更加清楚阐述本技术实施例所提供的过流保护电路图，下面通过具体示例进行详细说明。
[0092]
具体来讲，可以参考图9，其中，外设电源vdc＝8.4v，r1＝470ω，r3＝1kω，r4＝10kω，r6＝1kω，r7＝100kω，r8＝470kω，r9＝0.1kω，r10＝10kω，r11＝400kω，r12＝10kω，r13＝400kω，r14＝1kω，r15＝400kω，m1、m2分别为电源开关管，q1、q2分别为三极管。
[0093]
图9所示的电路图分为4个模块：电流采样模块、电容充放电控制模块、迟滞比较器模块及电源开关模块。其中，电流采样模块，用于采样电源的输出电流，当电流大于电路设定值时，输出过流信号至电容充放电控制模块。电容充放电控制模块，用于控制电容的充放电，当有过流信号输入时，控制电容充电；当无过流信号输入时，控制电容放电，电容两端的电压作为输出信号至迟滞比较器模块。迟滞比较器模块，用于根据输入电压做出相应动作，当输入电压大于电路预设值v1时，输出关断控制信号；当输入电压小于电路预设值v2时，输出导通控制信号。电源开关控制模块，用于接收来自迟滞比较器模块的导通信号或关断信号，控制电源的开关。
[0094]
上述4个模块的具体工作原理如下：
[0095]
当电路过流触发时，电容开始充电，当电容充电到比较器阈值v1时，比较器输出关掉控制信号，控制电源开关关断，电路进入过流保护关断状态。此时由于电源开关已关断，无电流输出，过流触发电路不作用，电容开始放电，当电容放电到比较器阈值v2时，比较器输出导通控制信号，控制电源开关导通，电路自动解保护。其中，电容充电到v1的时间t1和电容放电到v2的时间t2可简单的通过rc参数设置，t1即为过流保护的触发时间，t2即为过流保护的自动解保护时间。
[0096]
在过流保护电路工作过程中，电容c2的电压波形如图10所示，由图10可知，电容c2电压上升速度非常快，进而可以快速触发过流保护。
[0097]
电源开关管m2的栅极电压波形如图11所示，当栅极电压达到7.8v时，m2的源极和漏极导通。
[0098]
流经外设电源的电流波形如图12所示，当电流接近15v时，触发电路过流保护，进而关断外设电源。
[0099]
电源过流保护瞬间电流波形如图13所示，在过流产生之后，0.002ms的时间之内，过流保护电路完全对过流进行了处理。
[0100]
由上可知，本示例中的过流保护电路图，可以灵活设置电流触发时间和解保护时间，并且过流触发保护时间短边，可小于11us。此外，电路设计简单，成本低。
[0101]
本技术还提供了一种过流保护装置，包括如前述实施例所述的任一项过流保护电路，可对工作电路进行过流保护，并且可以通过修改装置中的电路参数，灵活设置过流保护时间和解保护时间。
[0102]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0103]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。