保护电路及电子设备的制作方法

1.本技术涉及电路检测技术领域，具体涉及一种保护电路及电子设备。


背景技术：

2.目前的对外接口电路一般提供输出5v、12v等的电源给下一级电子设备供电，例如对电池系统、电机驱动等容性负载进行供电时，一般通过检测输出电流与设置过流点来判断当前电路是否短路，再通过软件或者硬件断开电路进行保护，另一种方式则是在输出端增加保险丝预防电路短路。但若负载是容性负载时，电路上电的瞬间电容会出现断路状态，有较大的冲击电流，通过电流检测来识别电路短路容易在电容性负载上电时出现误报，若采用保险丝保护电路，保险丝的动作时间太长，对场效晶体管的输出短路会出现保护不及时的情况。


技术实现要素：

3.本技术提出了一种保护电路及电子设备。
4.为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种保护电路，该保护电路包括：开关、过流检测电路、分压电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路及逻辑处理电路。
5.开关的第一端接收输入电压；过流检测电路的第一端与开关的第二端连接，过流检测电路的第二端用于与容性负载连接；分压电路的第一端与过流检测电路的第二端连接，分压电路的第二端接地；第一电压检测电路与分压电路的第三端连接，用于接收待检测电压，输出第一检测结果；第二电压检测电路与分压电路的第三端连接，用于接收待检测电压，输出第二检测结果；逻辑处理电路与过流检测电路的输出端、第一电压检测电路及第二电压检测电路连接，用于根据第一检测结果、第二检测结果和过流检测结果输出控制信号；逻辑处理电路与开关的第三端连接，控制信号用于控制开关。
6.其中，第一电压检测电路包括第一比较器，第一比较器的第一输入端与分压电路的第三端连接，用于接收待检测电压；第一比较器的第二输入端接收第一预设电压，第一比较器的输出端与逻辑处理电路连接；第一比较器基于待检测电压及第一预设电压生成并输出第一检测结果至逻辑处理电路。
7.其中，第二电压检测电路包括第二比较器，第二比较器的第一输入端与分压电路的第三端连接，用于接收待检测电压；第二比较器的第二输入端接收第二预设电压，第二比较器的输出端与逻辑处理电路连接；第二比较器基于待检测电压及第二预设电压生成并输出第二检测结果至逻辑处理电路。
8.其中，第一预设电压小于第二预设电压。
9.其中，第二预设电压设置为输入电压的80％-90％。
10.其中，过流检测电路包括过流检测模块及第三比较器，过流检测模块的第一端与开关的第二端连接，过流检测模块的第二端与分压电路的第一端连接；第三比较器的第一
输入端与过流检测模块的输出端连接，接收过流检测模块的采样电压；第三比较器的第二输入端接收第三预设电压；第三比较器的输出端与逻辑处理电路连接，第三比较器基于采样电压及第三预设电压生成并输出过流检测结果至逻辑处理电路。
11.其中，过流检测模块包括第一电阻，第一电阻的第一端与开关的第二端连接，第一电阻的第二端与分压电路的第一端连接。
12.其中，过流检测模块进一步包括运放电路，运放电路与第一电阻并联，运放电路的输出端与第三比较器的第一输入端连接。
13.其中，开关包括晶体管，晶体管的第二端与过流检测电路的第一端连接，晶体管的第三端与逻辑处理电路的输出端连接，晶体管的第一端接收输入电压。
14.其中，分压电路包括第二电阻及第三电阻，第二电阻的第一端与过流检测电路第一电阻的第二端连接；第三电阻的第一端与第二电阻的第二端连接，第三电阻的第二端接地，其中，第二电阻的第二端作为分压电路的第三端。
15.为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括上述的保护电路。
16.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术的保护电路通过过流检测电路、第一电压检测电路及第二电压检测电路分别检测过流点及与容性负载并联的分压电路的电压，并将过流检测结果、第一检测结果与第二检测结果传输至逻辑处理电路，并基于其结果控制开关，来对整个电路及开关进行保护；本技术的保护电路可以避免外接负载为容性负载时，通过电流检测来识别短路时，容性负载上电时出现误报的情况，本技术还可以在容性负载短路时及时保护开关及整个电路。
附图说明
17.图1是本技术保护电路第一实施例的结构示意图；
18.图2是本技术保护电路第二实施例的结构示意图；
19.图3是本技术保护电路的仿真电路的信号输入示意图；
20.图4是本技术电子设备一实施例结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.本技术首先提出一种保护电路，如图1所示，图1是本技术保护电路第一实施例的结构示意图。本实施例的保护电路100包括：开关q1、过流检测电路10、分压电路20、第一电压检测电路30、第二电压检测电路40及逻辑处理电路50。
23.开关q1的第一端接收输入电压；过流检测电路10的第一端与开关q1的第二端连接，过流检测电路10的第二端用于与容性负载60连接；分压电路20的第一端与过流检测电路10的第二端连接，分压电路20的第二端接地；第一电压检测电路30与分压电路20的第三端连接，用于接收待检测电压，输出第一检测结果cvd1；第二电压检测电路40与分压电路20
的第三端连接，用于接收待检测电压，输出第二检测结果cvd2；逻辑处理电路50与过流检测电路10的输出端、第一电压检测电路30及第二电压检测电路40连接，用于根据第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2和过流检测结果oc输出控制信号；逻辑处理电路50与开关q1的第三端连接，控制信号用于控制开关。
24.可选地，如图1所示，开关q1包括晶体管，晶体管的第二端与过流检测电路10的第一端连接，晶体管的第三端与逻辑处理电路50的输出端连接，晶体管的第一端接收输入电压。
25.开关q1可以为晶体管，晶体管的第一端(即晶体管的漏极)接收输入电压，晶体管的第二端(即晶体管的源极)与过流检测电路10的第一端连接，晶体管的第三端(即晶体管的栅极)与逻辑处理电路50的输出端连接。在其他实施例中，开关q1也可以为其他类型的晶体管，并不局限于图1中的类型。
26.逻辑处理电路50可以理解为用和/或/异或等逻辑判断，为常用的逻辑处理电路，第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2和过流检测结果oc输入至逻辑处理电路50后，通过逻辑判断输出控制信号，根据控制信号判断目前容性负载60的状态(上电前短路、正常或上电后短路)，基于容性负载60的状态，逻辑处理电路50生成控制信号控制开关q1。
27.本实施例中开关q1的第一端接收输入电压，过流检测电路10的第一端与开关q1的第二端连接，用于检测输出端的过流电压，检测的过流电压与第三预设电压比较，过流检测电路10的输出端与逻辑处理电路50连接，输出过流检测结果oc至逻辑处理电路50中，过流检测电路10的第二端与容性负载60连接，连接后，为容性负载60供电。
28.分压电路20与容性负载60并联，第一电压检测电路30与第二电压检测电路40的输入端与分压电路的第三端连接，用于获取待检测电压，分别与第一预设电压及第二预设电压进行比较，输出第一检测结果cvd1及第二检测结果cvd2至逻辑处理电路50中，逻辑处理电路50基于过流检测结果oc、第一检测结果cvd1及第二检测结果cvd2判断容性负载60是否短路，并生成控制信号，微控制单元((microcontroller unit，mcu)基于逻辑处理电路50的控制信号对开关q1进行控制，从而达到在容性负载60出现短路时保护开关q1及整个电路的目的。
29.区别于现有技术的情况，本技术的保护电路100通过过流检测电路10、第一电压检测电路30及第二电压检测电路40分别检测过流点及与容性负载60并联的分压电路20的电压，并将过流检测结果oc、第一检测结果cvd1与第二检测结果cvd2传输至逻辑处理电路50，并基于其结果控制开关q1，来对整个电路及开关q1进行保护；本技术的保护电路100可以避免外接负载为容性负载60时，通过电流检测来识别短路时，容性负载60上电时出现误报的情况，本技术还可以在容性负载60短路时及时保护开关q1及整个电路。
30.可选地，如图1及图2所示，图2是本技术保护电路第二实施例的结构示意图。本实施例的第一电压检测电路30包括第一比较器31，第一比较器31的第一输入端与分压电路20的第三端连接，用于接收待检测电压；第一比较器31的第二输入端接收第一预设电压，第一比较器31的输出端与逻辑处理电路50连接；第一比较器31基于待检测电压及第一预设电压生成并输出第一检测结果cvd1至逻辑处理电路50。
31.第一比较器31的第一输入端与分压电路20的第三端连接，由于分压电路20与容性负载60并联，间接地测量容性负载60的待检测电压；第一比较器31的第二输入端接收第一
预设电压v1_ref，第一比较器31将待检测电压与第一预设电压v1_ref进行比较。在本实施例中，第一比较器31的第一输入端为负向输入端，第一比较器31的第二输入端为正向输入端，若待检测电压低于第一预设电压v1_ref，第一检测结果cvd1则为高电平，若待检测电压高于第一预设电压v1_ref，第一检测结果cvd1则为低电平。在其他一些实施例中，第一比较器31的第一输入端也可以为正向输入端，第一比较器31的第二输入端也可以为负向输入端，若待检测电压低于第一预设电压v1_ref，第一检测结果cvd1也可以为低电平，若待检测电压高于第一预设电压v1_ref，第一检测结果cvd1也可以为高电平，在此不作限制。
32.可选地，如图1及图2所示，本实施例的第二电压检测电路40包括第二比较器41，第二比较器41的第一输入端与分压电路20的第三端连接，用于接收待检测电压；第二比较器41的第二输入端接收第二预设电压v2_ref，第二比较器的输出端与逻辑处理电路50连接；第二比较器41基于待检测电压及第二预设电压v2_ref生成并输出第二检测结果cvd2至逻辑处理电路50。
33.第二比较器41的第一输入端接收待检测电压，第二比较器41的第二输入端接收第二预设电压v2_ref，第二比较器41将检测电压与第二预设电压v2_ref进行比较，在本实施例中，第二比较器41的第一输入端为负向输入端，第二比较器41的第二输入端为正向输入端，若待检测电压低于第二预设电压v2_ref，第二检测结果cvd2则为高电平，若待检测电压高于第二预设电压v2_ref，第二检测结果cvd2则为低电平。在其他一些实施例中，第二比较器41的第一输入端也可以为正向输入端，第二比较器41的第二输入端也可以为负向输入端，若待检测电压低于第二预设电压v2_ref，第二检测结果cvd2也可以为低电平，若待检测电压高于第二预设电压v2_ref，第二检测结果cvd2也可以为高电平，在此不作限制。
34.以本实施例为例，本技术设置第一电压检测电路30及第二电压检测电路40的目的在于为了防止容性负载60上电时出现短路误报的情况，当开关q1开通时，由于容性负载60的电容上电瞬间相当于短路，其电压上升过程中会出现脉冲电路导致过流，此时，待检测电压大于第一预设电压v1_ref，小于第二预设电压v2_ref，第一检测结果cvd1为低电平和第二检测结果cvd2为高电平。当容性负载60的电压继续上升直到电压达到输入电压vin，此时过流消失，第一检测结果cvd1和第二检测结果cvd2为低电平。基于第一检测结果cvd1和第二检测结果cvd2，本技术的保护电路就能有效地减少容性负载60上电时出现短路误报的情况。
35.具体地，为了满足上述条件，第一预设电压v1_ref小于第二预设电压v2_ref。通过设置不同大小的第一预设电压v1_ref和第二预设电压v2_ref，能够有效根据第一比较器31和第二比较器41输出的第一检测结果cvd1和第二检测结果cvd2并结合过流检测结果oc判断容性负载60的状态，判断更加准确，不会发生容性负载60上电时出现短路误报的情况。
36.第一预设电压v1_ref在设置时应小于第二预设电压v2_ref。
37.具体地，第二预设电压v2_ref设置为输入电压的80％-90％。
38.第一预设电压v1_ref应设置得尽量低，第二预设电压v2_ref设置为输入电压的80％-90％，在其他实施例中，第一预设电压v1_ref与第二预设电压v2_ref具体可根据开关q1和容性负载60的电容的参数进行设定，在此不作限定。
39.可选的，如图1及图2所示，本实施例的过流检测电路10包括：过流检测模块11及第三比较器12。
40.过流检测模块11的第一端与开关q1的第二端连接，过流检测模块11的第二端与分压电路20的第一端连接；第三比较器12的第一输入端与过流检测模块11的输出端连接，接收过流检测模块11的采样电压；第三比较器12的第二输入端接收第三预设电压；第三比较器12的输出端与逻辑处理电路50连接，第三比较器12基于采样电压及第三预设电压生成并输出过流检测结果oc至逻辑处理电路50。
41.过流检测模块11的第一端与开关q1的第二端连接，用于获取输出端的采样电压，过流检测模块11的输出端与第三比较器12的第一输入端连接，将采样电压输入第三比较器12，第三比较器12的第二输入端接收第三预设电压oc_ref，第三预设电压即为过流点比较电压。
42.在本实施例中，第三比较器12的第一输入端为负向输入端，第三比较器12的第二输入端为正向输入端，若采样电压低于第三预设电压oc_ref，过流检测结果oc则为高电平，若采样电压高于第三预设电压oc_ref，过流检测结果oc则为低电平。在其他一些实施例中，第三比较器12的第一输入端也可以为正向输入端，第三比较器12的第二输入端也可以为负向输入端，若采样电压低于第三预设电压oc_ref，过流检测结果oc也可以为低电平，若采样电压高于第三预设电压oc_ref，过流检测结果oc也可以为高电平，在此不作限制。
43.可选地，本实施例的过流检测模块11包括第一电阻r1，第一电阻r1的第一端与开关q1的第二端连接，第一电阻r1的第二端与分压电路20的第一端连接。
44.可选地，本实施例的过流检测模块11进一步包括运放电路13，运放电路13与第一电阻r1并联，运放电路13的输出端与第三比较器12的第一输入端连接。
45.本实例中通过第一电阻r1的第一端与开关q1的第二端连接，第一电阻r1的第二端与分压电路20的第一端连接，运放电路13与第一电阻r1并联来获取采样电压，运放电路13的作用为增益作用，对第一电阻r1两端电压进行增益，便于与第三预设电压oc_ref进行比较。
46.可选地，如图2所示，本实施例的分压电路20包括第二电阻r2及第三电阻r3。第二电阻r2的第一端与过流检测电路10的第二端连接；第三电阻r3的第一端与第二电阻r2的第二端连接，第三电阻r3的第二端接地，在本实施例中，第二电阻r2的第一端与第一电阻r1的第二端连接；第三电阻r3的第一端与第二电阻r2的第二端连接，第三电阻r3的第二端接地，其中，第二电阻r2的第二端作为分压电路20的第三端。
47.在其他实施例中，分压电路20的第二电阻r2及第三电阻r3可以根据实际需求设置电阻值，其电阻的数量也不局限于两个，可以为多个，在此不作限制。
48.在一应用场景中，本技术的保护电路100在第一电阻r1的第二端对外接容性负载60，在容性负载60发生短路时能及时的对开关q1进行可靠保护，工作原理如下：
49.容性负载60的上电分为三种情况：
50.一、容性负载60无短路，保护电路100正常输出给容性负载60供电，当开关q1开通时，由于容性负载60的电容上电瞬间相当于短路，容性负载60的电压上升过程中会出现脉冲电流导致过流，输入电压经过电阻r1、电阻r2分压，待检测电压大于第一预设电压v1_ref，小于第二预设v2_ref，采样电压大于高于第三预设电压oc_ref，这时过流检测结果oc为低电平、第一检测结果cvd1为低电平和第二检测结果cvd2为高电平(根据该过流检测结果oc、第一检测结果cvd1以及第二检测结果cvd2可判断目前处于容性负载60上电瞬间的电
容短路状态)。当容性负载60的电压继续上升直到电压达到输入电压的最大值vin，此时过流消失，这时过流检测结果oc为高电平，第一检测结果cvd1和第二检测结果cvd2为低电平(根据该过流检测结果oc、第一检测结果cvd1以及第二检测结果cvd2可判断目前容性负载60正常，无短路)。
51.二、开关q1开通前，容性负载60已短路。当开关q1开通时，由于后面接的容性负载60短路，第一电阻r1的第二端的电压不能上升，采样电压与第三预设电压oc_ref比较，待检测电压与第一预设电压v1_ref、第二预设电压v2_ref比较，第一检测结果cvd1和第一检测结果cvd2都为高电平，采样电压小于第三预设电压，过流检测结果oc为低电平(根据该过流检测结果oc、第一检测结果cvd1以及第二检测结果cvd2可判断容性负载60上电前已短路)，此时通过逻辑处理电路及微控制单元的控制信号关断开关q1。
52.三、开关q1开通，输入电压正常输出时，采样电压与第三预设电压oc_ref比较，待检测电压与第一预设电压v1_ref、第二预设电压v2_ref比较，第一检测结果cvd1和第二检测结果cvd2都为低电平若此时容性负载60发生短路时，过流检测结果oc由高电平转为低电平(根据该过流检测结果oc、第一检测结果cvd1以及第二检测结果cvd2可判断目前处于容性负载60在上电后从正常变为短路)，此时通过逻辑处理电路及微控制单元的控制信号关断开关q1。
53.通过上述分析，可以总结如下：
54.第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2、过流检测结果oc都为低电平时，说明开关q1开通后，输入电压正常输出时容性负载60短路；第一检测结果cvd1、过流检测结果oc为低电平，第二检测结果cvd2为高电平时，容性负载60为正常，上电瞬间短路状态；第一检测结果cvd1为低电平、第二检测结果cvd2为低电平，过流检测结果oc为高电平时，容性负载60为正常上电输出；第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2为高电平，过流检测结果oc为低电平，容性负载60为上电前已短路。
55.如图3所示，图3是本技术保护电路的仿真电路的信号输入示意图，如图3所示，本技术通过对第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2、过流检测结果oc输入逻辑处理电路50进行逻辑处理，在容性负载60短路时能够及时保护开关q1及整个电路。
56.区别于现有技术的情况，本技术的保护电路100通过过流检测电路10、第一电压检测电路30及第二电压检测电路40分别检测过流点及与容性负载60并联的分压电路20的电压，并将过流检测结果oc、第一检测结果cvd1与第二检测结果cvd2传输至逻辑处理电路50，逻辑处理电路50基于其结果生成控制信号，微控制单元基于控制信号对开关q1进行控制，从而来对整个电路及开关q1进行保护；本技术的保护电路100可以避免外接负载为容性负载60时，通过电流检测来识别短路时，容性负载60上电时出现误报的情况，本技术还可以在容性负载60短路时及时保护开关q1及整个电路，且本技术的保护电路100结构比较简单，能够比较可靠地保护开关q1。
57.本技术进一步提出一种电子设备，如图4所示，图4是本技术电子设备一实施例结构示意图。
58.本实施例的电子设备200包括保护电路100及微控制单元110，微控制单元110与保护电路100连接，保护电路的逻辑处理电路基于第一检测结果cvd1、第二检测结果cvd2及过流检测结果oc的最终结果生成控制信号，微控制单元110用于基于控制信号实现对开关q1
的控制，基于控制信号选择导通或关断开关q1。
59.以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。