一种峰值电流保护电路及一种电子产品的制作方法

1.本技术涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种峰值电流保护电路及一种电子产品。


背景技术：

2.在日益更新的电子产品设计上，面临着众多高低频瞬时负载电流响应，如最常规的主控芯片的核心(core)供电，3d结构光/深度相机(tof)的光源供电等，都会因负载的频繁开启和闭合、系统负荷变化等产生某个频率上的一些瞬时峰值电流，瞬时峰值电流即在很短时间内发生的，当负载启动时的瞬间所产生的冲击电流。
3.这些瞬时峰值电流如果没有处理好，会直接给供电端或主机方造成损伤或者造成较大的供电压力，大大降低了产品的适配性和安全性。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种峰值电流保护电路及一种电子产品，旨在解决传统的产品驱动电路存在的峰值瞬态大电流而导致的产品的适配性和安全性问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种峰值电流保护电路，用于对负载提供瞬时峰值电流，峰值电流保护电路包括：峰值电流保护电路包括：电源电路、电流检测电路、限流开关电路和充放电电路；电源电路、电流检测电路和负载依次连接；限流开关电路分别与电流检测电路、负载和充放电电路连接；电流检测电路，用于获取电源电路的输出电流，基于输出电流转换的电压差生成启动控制信号并向限流开关电路输出；限流开关电路，用于基于启动控制信号进行启动或关闭，并且在充放电过程中对充放电电路的充电电流或放电电流进行限流；充放电电路，用于当限流开关电路处于启动状态时进行充电或放电以对负载提供部分瞬时峰值电流。
6.在一些实施例中，启动控制信号包括检测电压；若检测电压达到预设启动电压阈值，限流开关电路处于启动状态；若检测电压未达到预设启动电压阈值，限流开关电路处于关闭状态。充放电电路包括超级电容。若电源电路停止输出电流，电流检测电路还用于控制限流开关电路关闭。
7.在一实施例中，电流检测电路包括运算放大器；运算放大器的第一输入端接电源电路，运算放大器的第二输入端接负载，运算放大器的输出端接限流开关电路。
8.在一些实施例中，电流检测电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及三极管；第一电阻的第一端与第二电阻的第一端共同接电源电路，第一电阻的第二端与第三电阻的第一端共同接负载，第二电阻的第二端接运算放大器的第一输入端和三极管的集电极，第三电阻的第二端接运算放大器的第二输入端，运算放大器的输出端接三极管的基极，三极管的发射极与第四电阻的第一端共同接限流开关电路，第四电阻的第二端接地。第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻用于基于电源电路的输出电流确定启动控制信号。
9.在一些实施例中，充放电电路具体用于控制充电电流或放电电流小于等于充放电限流阈值以进行限流。限流开关电路包括限流开关芯片；限流开关芯片的输入管脚接电流检测电路和负载，用于输入充电电流或输出放电电流；限流开关芯片的使能管脚接电流检测电路，用于接收限流使能信号；限流开关芯片的输出管脚接充放电电路，用于输出充电电流或输入放电电流。限流开关电路还包括第五电阻，第五电阻的第一端接限流开关芯片的驱动设置管脚，第五电阻的第二端接地；第五电阻用于基于限流开关芯片的基准电压设定充放电限流阈值。
10.本技术实施例的第二方面提供了一种电子产品，包括：
11.负载和如上的峰值电流保护电路，峰值电流保护电路用于驱动负载，并对负载提供瞬时峰值电流，以降低负载对电源的峰值需求压力。
12.本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的一种峰值电流保护电路及一种电子产品，该电路包括电源电路、电流检测电路、限流开关电路和充放电电路，电流检测电路获得电源电路的输出电流，基于输出电流转化的监测电压差生成启动控制信号，限流开关电路基于启动控制信号进行启动或关闭，并且在充放电过程中对充放电电路的充放电电流进行限流，当限流开关电路处于启动状态时充放电电路进行充电或放电。充放电电路利用自身的储能与快速释放瞬时电流特性来提供部分瞬时峰值电流给负载，限流开关电路能对充放电电流进行限流以降低供电端的供电压力和供电稳定性，以及在电源停止供电时快速断开以有效的维持负载端的上下电系统时序逻辑，提高产品的适配性和安全性。
附图说明
13.图1为本技术一实施例提供的一种峰值电流保护电路的模块结构示意图；
14.图2为图1所示的电流检测电路的示例电路原理图；
15.图3为图1所示的峰值电流保护电路的示例电路原理图。
具体实施方式
16.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
17.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
18.请参阅图1，为本技术一实施例提供的一种峰值电流保护电路的模块结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
19.一种峰值电流保护电路，用于对负载101提供瞬时峰值电流，峰值电流保护电路包括电流检测电路102、限流开关电路103、充放电电路104及电源电路105。
20.其中，电源电路105、电流检测电路102和负载101依次连接，限流开关电路103分别与电流检测电路102、负载101和充放电电路104连接。电源电路105用于提供电源电路105的
输出电流；电流检测电路102用于获取电源电路105的输出电流，基于输出电流转化的监测电压差生成启动控制信号并向限流开关电路103输出；限流开关电路103用于基于启动控制信号进行启动或关闭，并且在充放电过程中对充放电电路104的充放电电流进行限流；充放电电路104用于当限流开关电路104处于启动状态时进行充电或放电以对负载101提供部分瞬时峰值电流。
21.在一种实施例中，启动控制信号包括检测电压；若检测电压达到预设启动电压阈值，限流开关电路103处于启动状态；若检测电压未达到预设启动电压阈值，限流开关电路103处于关闭状态。
22.具体地，当电源电路105开始供电时，负载101第一次上电，电流检测电路102获得电源电路105的输出电流，该输出电流流经电流检测电路102，电流检测电路102根据电源电路105的输出电流，将其转换为电压差，并生成启动控制信号发送给限流开关电路103，限流开关电路103通过对启动控制信号进行阈值判断确定是否启动或者继续关闭。在一种实施例中，启动控制信号为检测电压，限流开关电路103设定有预设启动电压阈值，当检测电压达到预设启动电压阈值，则可以启动限流开关电路103，若限流开关电路未达到预设启动电压阈值，限流开关电路103处于关闭状态。限流开关电路103处于启动状态，充放电电路104也处于启动状态，开始进行充电，充放电电路104充电成功后，整个产品就可以进入多功能/大功率的工作状态了。上述实施例中，预设启动电压阈值大于零。
23.充放电电路104通过限流开关电路103与负载101连接，通过瞬时放电可为负载101提供部分瞬时峰值电流，此时充放电电路104快速释放部分能量，后续只需维持少量平均充电电流，充放电电路104利用自身的储能与快速释放瞬时电流特性不断循环，把负载101的高频脉冲峰值电流从超级电容直接获取释放，该部分峰值电流不再从电源电路105直接获取，电源电路105通过平缓的电流给充放电电路104充电，然后再通过充放电电路104快速的释放瞬时电流达到一个缓冲，有效降低负载101对电源电路105的峰值需求压力，降低峰值功耗；且可以实现输入输出双向导通满足充放电电路104充放电双向电流问题。在充放电电路104进行放电时，负载101的瞬时峰值电流中的部分来自于充放电电路104，部分来自于电源电路105。
24.当电源电路105停止供电时，即电源电路105停止输出电流，限流开关电路103接收的启动控制信号为零或者无信号输出，则未达到预设启动电压阈值，限流开关电路103通过对启动控制信号进行阈值判断后进行关闭，充放电电路104也随即断开连接从而省去放电电路来满足电子产品的上下点时序要求与加长充放电电路104的寿命。停止供电时能马上断开超级电容的连接，相当于让负载101的整个供电电路电压瞬速为0，为下一次上电提供正常的时序要求，保证了电源电路105的供给稳定性、与负载101使用的稳定性。
25.在一种可选的实施例中，所述充放电电路104的充电电流或放电电流小于等于充放电限流阈值。设置预设限流阈值的原因在于，上电时有可能在充放电电路104的充电电流没有限制情况下直接把电源电路105的供电给损坏。
26.请参阅图2，为图1所示的电流检测电路的示例电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
27.在其中一实施例中，电流检测电路102包括运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及三极管q1。
28.具体地，第一电阻r1的第一端与第二电阻r2的第一端共同接电源，第一电阻r1的第二端与第三电阻r3的第一端共同接负载101，第二电阻r2的第二端接运算放大器u1的第一输入端和三极管q1的集电极，第三电阻r3的第二端接运算放大器u1的第二输入端，运算放大器u1的输出端接三极管q1的基极，三极管q1的发射极与第四电阻r4的第一端共同接限流开关电路103，第四电阻r4的第二端接地，通过第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4可以基于电源电路105的输出电流确定启动控制信号。其中，第二电阻r2的电阻值等于第二电阻r3的电阻值。
29.在一种实施例中，通过对第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4的参数值的调整，结合电源电路105的输出电流，可以得到输出的检测电压，启动控制信号即该检测电压。限流开关电路103将接收的检测电压与内设的预设启动电压阈值进行比较，当检测电压达到预设启动电压阈值时，开启限流开关电路103；当检测电压未达到预设启动电压阈值时，不启动或关闭限流开关电路103。
30.其中，电源电路105的输出电流经过第一电阻r1形成电压差，该电压差经过第二电阻r2、第三电阻r3、运算放大器u1以及三极管q1后，从三极管q1的发射级输出的电流，与第四电阻r4相结合，将第四电阻的两端压差作为启动控制信号，即检测电压，然后进一步将该检测电压与预设启动电压阈值进行比较，以确定限流开关电路103的启动或者关闭。
31.请参阅图3，为图1所示的峰值电流保护电路的示例电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
32.在其中一实施例中，限流开关电路103包括限流开关芯片u2和第五电阻r6。
33.在其中一实施例中，充放电电路104采用超级电容c4。可优选体积小、容量大，充电速度快，充放电线路简单，可以大电流充放电，具有超长寿命具有这些特性的电容产品。超级电容c4放电情况是根据esr(equivalent series resistance，等效串联电阻)路径、储能大小以及负载101需求综合来决定的，esr越低、容量越大，平滑负载电流效果越好。
34.限流开关芯片u2的输入管脚in接电流检测电路102和负载101，用于输入充电电流或输出放电电流以对负载101提供部分瞬时峰值电流。限流开关芯片u2的使能管脚en接电流检测电路102的三极管q1集电极，用于接收限流使能信号，即高电平或低电平信号，限流开关芯片u2的输出管脚out接超级电容c4的第一端，超级电容的第二端接地，用于控输出充电电流或输入放电电流，限流开关芯片u2的驱动设置管脚iset接第五电阻r6的第一端，第五电阻r6的第二端接地，第五电阻r6用于基于所述限流开关芯片的基准电压设定充放电限流阈值。需要说明的是，由于限流开关芯片u2内部有一个基准电压，该基准电压与r6相结合，可以设定充放电的限流阈值。充放电电路104通过控制所述充电电流或放电电流小于等于充放电限流阈值以进行限流，避免电流过大对电源模块造成供电压力。
35.在其中一实施例中，拔开电源模块105接口时即电源模块105未输出电流，通过限流开关电路103立即断开了超级电容c4，让后端的系统电源顺序为0，电源模块105接上时再打开限流开关电路103，这样就可以实现插拔电源模块105过程中不会影响整个产品的供电时序要求。
36.在其中一实施例中，充放电电路104采用超级电容c4，可优选体积小、容量大，充电速度快，充放电线路简单，可以大电流充放电，具有超长寿命等特性的电容产品。
37.以下结合图1—图3，对上述一种峰值电流保护电路的工作原理进行描述如下：
38.上电过程：负载101接通电源电路105，电流检测电路102检测电源电路105的输出电流，将输出电流通过检测电源电路105的第一电阻r1两端形成电压差，经过第二电阻r2、第三电阻r3、运算放大器u1以及三极管q1进行放大等处理后，从三极管q1的发射级输出的电流，与第四电阻r4相结合，将第四电阻的两端压差作为启动控制信号，即检测电压，然后进一步将该检测电压与预设启动电压阈值进行比较，若检测电压达到预设启动电压阈值，开启限流开关电路103，此时限流开关电路103以小于等于充放电限流阈值的充电电流对充放电电路104充电，充电完成后充放电电路104处于充电和放电并行状态，进入到充放电的循环过程，当负载101不需要瞬时峰值电流时充放电电路104仅充电；当负载101需要瞬时峰值电流时充放电电路104进行放电，充放电电路104给负载101提供部分瞬时峰值电流，充放电电路104释放部分电流至负载101，与电源电路105共同对负载101供电，以降低负载101对电源电路105的峰值需求压力。其中，充放电限流阈值主要为了防止充放电电路104过充或者过放，以保证充放电的瞬时电流不超出电源端的最大供电能力。
39.下电过程：当负载101断电时，电流检测电路102输出的检测电压未达到预设启动电压阈值，限流开关电路103立即断开，此时充放电电路104也相当于与负载101和电源电路105断开了，避免电源电路105关断后充放电电路104持续对负载101放电。下电时能马上断开超级电容的连接，相当于让负载101的整个供电电路电压瞬速为0，为下一次上电提供正常的时序要求，保证了电源电路105的供给稳定性、与负载使用的稳定性。
40.本技术实施例的第二方面提供了一种电子产品，包括负载101和如上所述的峰值电流保护电路，峰值电流保护电路用于驱动负载101，并降低负载101的瞬态峰值电流。
41.需要说明的是，该电子产品是在上述峰值电流保护电路的基础上增加了负载101，因此关于峰值电流保护电路的电流检测电路102、限流开关电路103、充放电电路104及电源电路105的功能描述及原理说明可参照图1-图3的实施例，此处不再详细赘述。
42.综上所述，本技术提供的一种峰值电流保护电路及一种电子产品，通过电流检测电路102获得电源电路105的输出电流，基于输出电流转化的监测电压差生成启动控制信号，限流开关电路103基于启动控制信号进行启动或关闭，并且在充放电过程中对充放电电路104的充放电电流进行限流，当限流开关电路103处于启动状态时充放电电路104进行充电或放电，充放电电路104利用自身的储能与快速释放瞬时电流特性来提供部分瞬时峰值电流给负载101，限流开关电路103能对充放电电流进行限流以降低供电端的供电压力和供电稳定性，以及在电源停止供电时快速断开充放电电路104以有效的维持负载端的上下电系统时序逻辑，提高产品的适配性和安全性。
43.电流检测电路102与限流开关电路103的组合能高效、精准、快速的控制充放电电路104的通断连接、充放电循环、充电限流，也可以稳定的解决上下电时序需求问题。
44.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
45.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。