一种具有限流功能的短路保护模块的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种具有限流功能的短路保护模块。

背景技术：

在应急照明设备中，需要采用直流电源和交流市电相结合的方式为负载供电。以上两种供电方中以交流市电为主电源，在交流市电失效时将供电方式切换为电池为能源的直流电源，因此直流电源和负载之间需要具有一个开关模块以控制其导通和关闭。

现有的开关模块通常采用mos管进行实现，单个mos管的源极和漏极之间的最大电流通常较小，现有技术中通常将多个mos管并联，以应对较大电流。这种方式存在的问题是，并联的mos管不具有均流能力，如果各mos管的电流不均衡会导致电流偏大的mos管过热烧毁。

此外，现有技术中的开关模块不具有限流能力，当负载短路时，开关管会流过极大的电流，使得开关管在短时间内烧毁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种具有限流功能的短路保护模块，该模块中各mos管具有对应的限流均流电路，解决了现有技术中mos管并联电路存在的电流不均以及缺少短路保护的问题。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种具有限流功能的短路保护模块，其包括开关驱动单元、控制单元以及至少两个开关单元；各所述开关单元并联在电压输入端和电压输出端之间；

所述开关单元包括开关晶体管、稳压二极管以及限流三极管；所述开关晶体管的漏极与电压输出端连接，所述稳压二极管连接在所述开关晶体管的源极和栅极之间；所述限流三极管的发射极与电压输入端连接，并通过采样电阻与所述开关晶体管的源极连接；所述限流三极管的基极与所述开关晶体管的源极之间连接有第一偏置电阻；所述稳压二极管的两端连接有第二偏置电阻；所述开关晶体管的栅极以及所述限流三极管的集电极均与下拉电阻的第一端连接；

所述开关驱动单元包括驱动三极管以及基极偏置电路；所述驱动三极管的集电极与各所述下拉电阻的第二端连接，其发射极接地，其基极与所述基极偏置电路的输出端连接；

所述控制单元包括电压采样端以及控制输出端；所述控制输出端与所述基极偏置电路的输入端连接，所述电压采样端通过分压滤波电路与所述电压输出端连接；所述控制单元被配置为通过驱动所述开关驱动单元导通以开启所述开关单元，在所述电压采样端的电压低于阈值时关闭所述开关驱动单元，并在预定时间后尝试开启所述开关驱动单元。

本实用新型的进一步改进在于：所述基极偏置电路包括第一电容、第八电阻以及第九电阻；所述第八电阻以及第一电容并联在所述驱动三极管的基极以及发射极之间；所述第九电阻的一端与所述驱动三极管的基极连接，另一端与所述控制输出端连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述分压滤波电路包括第六电阻、第十电阻以及第二电容；所述第六电阻连接在所述电压输出端以及所述电压采样端之间；所述第十电阻以及所述第二电容并联在所述电压采样端以及接地端之间。

本实用新型的进一步改进在于：在所述开关单元中，所述采样电阻的阻值为45mω至55mω，所述第一偏置电阻的阻值为25ω至35ω。

本实用新型的优点是：

(1)各开关单元中的第一偏置电阻、采样电阻、限流三极管构成电流源，并与下拉电阻相配合构成对开关晶体管的负反馈抑制电路，从而限制流过开关晶体管的最大电流。开关模块处于限流状态时，控制单元通过关闭开关驱动单元以关闭开关单元，避免开关单元中的开关晶体管长期过流导致其烧毁。

(2)由于各个开关单元具有最大电流，这使得各个开关单元的电流均处于限制范围内，避免单个开关单元中的开关晶体管超过其最大电流值。

(3)控制单元在检测到短路故障后可自动关闭开关驱动单元，并周期性地尝试开始开关驱动单元，以便在短路故障消除后自动恢复供电。

附图说明

图1为具有限流功能的短路保护模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：如图1所示，本实用新型的实施例包括一种具有限流功能的短路保护模块，其包括开关驱动单元10、控制单元ic1以及至少两个开关单元20；各开关单元20并联在电压输入端和电压输出端之间。开关驱动单元10用于驱动各开关单元20导通，各开关单元20具有限流功能，其最大电流由内部的元件参数决定；控制单元ic1会持续检测电压输出端的电压，并在电压过低时(表明发生过流或短路，导致开关模块20的压降过大)时关闭开关驱动单元10。

各开关单元20的电路结构相同，因此实施例以其中一个为例进行介绍。在一个开关单元20中包括开关晶体管q2、稳压二极管zd1以及限流三极管q1。开关晶体管q2的漏极与电压输出端连接，稳压二极管zd1连接在开关晶体管q2的源极和栅极之间，其导通电压为15v，可起到电压钳位的作用。限流三极管q1的发射极与电压输入端连接，并通过采样电阻r2与开关晶体管q2的源极连接。限流三极管q1的基极与开关晶体管q2的源极之间连接有第一偏置电阻r1。稳压二极管zd1的两端连接有第二偏置电阻r3。开关晶体管q2的栅极以及限流三极管q1的集电极均与下拉电阻r7的第一端连接。

开关驱动单元10包括驱动三极管q1以及基极偏置电路11。驱动三极管q1的集电极与各下拉电阻(r7、r14)的第二端连接，其发射极接地，其基极与基极偏置电路11的输出端连接。

开关驱动单元10导通时，各开关单元20的下拉电阻(r7、r14)接地，使得开关模块中的开关晶体管q2的栅极电压拉低，并使得其源极和漏极导通。此时，开关单元20中的限流三极管q1、采样电阻r2以及第一偏置电阻r1构成一个电流源，其输出电流大小与流过采样电阻的电流正相关。

正常情况下，流过采样电阻r2的电流较小，使得限流晶体管q1的基极电流非常小。然而，随着连接在电压输出端的负载阻值变小，流过各开关单元20的电流增大，使得开关单元20中的限流三极管q1的发射极和基极之间的电压上升，进而使得流过相应下拉电阻r7的电流增大，使得开关晶体管q2的栅极电压上升，从而限制该开关晶体管的电流，使得开关单元20处于限流状态。在图1所示的具体实施例中，各开关单元20的最大电流为12a左右。

本实施例中，控制单元ic1包括电压采样端以及控制输出端；控制输出端与基极偏置电路11的输入端连接，电压采样端通过分压滤波电路30与电压输出端连接。

控制单元ic1被配置为：通过控制开关驱动单元10导通以开启各开关单元20。在电压采样端的电压低于阈值时(电压采输出端发生短路时)关闭开关驱动单元10，从而关闭各开关单元。最后控制单元ic1每隔20s打开一次开关驱动单元10。尝试过程持续30s，在此过程中，控制单元ic1检测电压输出端的电压，如果电压正常，则控制开关驱动单元10持续导通，以使得各开关单元20正常导通供电；如果电压小于阈值，表明导致短路的故障依然存在，开关单元20处于限流状态，在30ms后控制开关驱动单元10关闭，以避免开关单元20长期导通导致开关晶体管过热烧毁。

在一个具体实施例中，控制单元ic1采用mcu进行实现，电压采样端连接mcu内部的adc模块或者中断引脚，控制输出端为mcu的gpio。控制输出端输出高电平时，开关驱动单元10导通。

在一个具体实施例中，基极偏置电路11包括第一电容c1、第八电阻r8以及第九电阻r9。第八电阻r8以及第一电容c1并联在驱动三极管q1的基极以及发射极之间并接地。第九电阻r9的一端与驱动三极管q1的基极连接，另一端与控制输出端连接。

在一个具体实施例中，分压滤波电路30包括第六电阻r6、第十电阻r10以及第一电容c2。第六电阻r6连接在电压输出端以及电压采样端之间。第十电阻r10以及第一电容c2并联在电压采样端以及接地端gnd之间。

在一个具体实施例中，采样电阻r2、r11的阻值为45mω至55mω，第一偏置电阻r1、r12的阻值为25ω至35ω，下拉电阻r7的阻值为10kω左右。这种参数的选择使得电压输入端的电压为36v时，可以将开关单元20的最大电流限制在12a左右。

以上的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。