一种自恢复过流保护电路

申请号 CN202410145187.8 申请日 2024-02-01 公开(公告)号 CN117996678A 公开(公告)日 2024-05-07
申请人 深圳市盛弘艾苏娜能源科技有限公司; 发明人 颜圣兴; 谢宝毅; 林灿晓; 刘声江; 郑闵昌; 陈海荣;
摘要 本 发明 公开了一种自恢复过流保护 电路 ,属于电源安全技术领域。本发明的自恢复过流保护电路包括检流 电阻 、 开关 管电路、运算放大电路、 电压 比较电路、充放电电路。 电流 正常时,运算放大电路输出低电平 信号 ,开关管电路导通,接入负载;过流时,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得电源输入端输出恒定电流值,充放电电路中的电容充电,电压比较电路输出低值电平,运算放大电路输出 高电平信号 ,开关管电路关断;然后电容放电,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,开关管电路重新导通。本方案不需要 采样 电路,保护更迅速、电路简单、成本低、稳定可靠,检测到过流时使电源输入端输出恒流,能够避免过大的电流对电源造成损坏。
权利要求

1.一种自恢复过流保护电路,其特征在于,所述电路包括:
过流检测保护单元,包括检流电阻(R1)、开关管电路、基准电路、运算放大电路;电源输入端经所述检流电阻(R1)和所述开关管电路与电源输出端连接;所述基准电路与电源输入端和所述运算放大电路的同向输入端连接,用于为所述运算放大电路提供参考电压;所述运算放大电路的反向输入端与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述运算放大电路的输出端与所述开关管电路的控制端电性连接;
自恢复单元,包括电压比较电路、充放电电路、电压钳位电路;所述电压比较电路的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接;所述电压比较电路的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接;所述充放电电路包括第三电容(C3),所述第三电容(C3)与所述电压比较电路的反向输入端电性连接;所述电压钳位电路与所述运算放大电路的输出端和所述电压比较电路的反向输入端电性连接,用于在电流正常时,对所述电压比较电路的反向输入端的电压进行钳位;
电流正常时,所述运算放大电路的反向输入端电压大于同向输入端电压,所述电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路导通,接入负载;过流或短路时,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得运算放大电路反向输入端电压等于同向输入端电压,电源输入端输出恒定电流值,第三电容(C3)通过充电回路充电,当充电电压值大于电压比较电路同向输入端电压时,电压比较电路输出低值电平,所述运算放大电路输出高电平信号,所述开关管电路关断;然后,第三电容(C3)通过放电回路放电,当放电到电压比较电路反向输入端电压低于同向输入端电压时,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路重新导通,电路恢复正常。
2.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述运算放大电路包括第一运算放大器(U1)、第二电容(C2)、第二电阻(R2)、第五电阻(R5)、第一二极管(D1)、第二稳压二极管(D2),所述第一运算放大器(U1)的反向输入端经所述第二电阻(R2)与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述第一运算放大器(U1)的反向输入端还经所述第二电阻(R2)、检流电阻(R1)与电源输入端电性连接;所述第一运算放大器(U1)的反向输入端还依次经第五电阻(R5)、第一二极管(D1)、第二稳压二极管(D2)与电压比较电路的输出端电性连接;所述第二电容(C2)连接于所述第一运算放大器(U1)的反相输入端与输出端之间;所述第一运算放大器(U1)的同向输入端与基准电路连接。
3.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述开关管电路包括PMOS场效应管(M1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7),所述PMOS场效应管(M1)的源极经所述检流电阻(R1)与所述电源输入端电性连接,所述PMOS场效应管(M1)的栅极经第六电阻(R6)与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述PMOS场效应管(M1)的栅极还经所述第七电阻(R7)与所述PMOS场效应管(M1)的源极电性连接,所述PMOS场效应管(M1)的漏极与所述电源输出端电性连接。
4.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述基准电路包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4),所述电源输入端依次经所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)接地,所述运算放大电路的同向输入端连接于所述第三电阻(R3)和所述第四电阻(R4)之间。
5.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,过流检测保护单元还包括输出滤波电容(C1),所述输出滤波电容(C1)的一端接地,另一端连接于开关管电路的第二动作端和电源输出端之间。
6.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述电压比较电路包括第二运算放大器(U2),所述第二运算放大器(U2)的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述第二运算放大器(U2)的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
7.根据权利要求6所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述电压比较电路还包括辅助电源、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第三二极管(D3);所述辅助电源依次经所述第九电阻(R9)、第十电阻(R10)接地;
所述第九电阻(R9)与所述第十电阻(R10)连接的一端还依次经过所述第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)与所述第二运算放大器(U2)的输出端电性连接;所述第三二极管(D3)与所述第十三电阻(R13)并联,所述第三二极管(D3)的阳极与所述第十二电阻(R12)电性连接;所述第二运算放大器(U2)的同向输入端连接于所述第十一电阻(R11)与所述第十二电阻(R12)之间。
8.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述电压比较电路包括比较器,所述比较器的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述比较器的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
9.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述充放电电路还包括第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第四二极管(D4);所述第三电容(C3)与所述电压比较电路反向输入端相连的一端还依次经第十六电阻(R16)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)与所述电压比较电路的输出端电性连接;所述第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)组成的串联支路与所述第四二极管(D4)并联,所述第四二极管(D4)的阳极与所述电压比较电路的输出端电性连接。
10.根据权利要求1所述的自恢复过流保护电路,其特征在于,所述电压钳位电路包括第八电阻(R8)、第五二极管(D5)、第四电容(C4);所述第八电阻(R8)的一端与所述运算放大电路的输出端电性连接,另一端经所述第四电容(C4)接地;所述第八电阻(R8)与所述第四电容(C4)相连的一端还与所述第五二极管(D5)的阴极电性连接,所述第五二极管(D5)的阳极与所述电压比较电路的反向输入端电性连接。

说明书全文

一种自恢复过流保护电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电源安全技术领域,尤其涉及一种自恢复过流保护电路。

背景技术

[0002] 电子产品为了提高客户的使用体验或者后期的功能拓展,一般配有对外的电源端子,而用户在使用所述电源端子时,常因操作不当,造成电源端子短路过流的现象发生。
[0003] 传统的过流保护方案中,使用熔断器串联在电路中,在电路发生故障情况下,熔断器切断电路,避免故障扩大。当电流流过熔断器时,熔断器内金属熔体发热,当电流小于额定电流时,熔体的温度低于熔点,当电流大到一定程度时,熔体温度超过熔点而熔化,从而断开电流,起到安全保护的作用。传统熔断器大致可分为两种,一种是不可恢复型,一种是可恢复型。不可恢复型熔断器,在熔断后,需要更换新熔断器才可恢复产品功能,这样会浪费资源和增加产品维护成本。可恢复熔断器对电路敏感度低、动作时间慢,不能及时保护,实际使用中还会有漏电流存在,损耗较大,发热严重。自恢复熔断器在电路中还会受工作环境温度影响,需要降额使用。
[0004] 现有技术中也有一些自恢复保护电路,在过流时,先通过运放电路采样电流值,运放的输出通过比较器与电流设置基准作比较,比较器输出的电平再控制关闭电源的输出,从而达到限流的目的。电流采样电路会增加电路的延时,使得保护不及时,并且增加了电路的复杂性和成本。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是:针对现有技术的上述缺陷,提供一种自恢复过流保护电路。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种自恢复过流保护电路,所述电路包括:
[0007] 过流检测保护单元,包括检流电阻开关管电路、基准电路、运算放大电路;电源输入端经所述检流电阻和所述开关管电路与电源输出端连接;所述基准电路与电源输入端和所述运算放大电路的同向输入端连接,用于为所述运算放大电路提供参考电压;所述运算放大电路的反向输入端与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述运算放大电路的输出端与所述开关管电路的控制端电性连接;
[0008] 自恢复单元,包括电压比较电路、充放电电路、电压钳位电路;所述电压比较电路的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接;所述电压比较电路的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接;所述充放电电路包括第三电容,所述第三电容与所述电压比较电路的反向输入端电性连接;所述电压钳位电路与所述运算放大电路的输出端和所述电压比较电路的反向输入端电性连接,用于在电流正常时,对所述电压比较电路的反向输入端的电压进行钳位;
[0009] 电流正常时,所述运算放大电路的反向输入端电压大于同向输入端电压,所述电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路导通,接入负载;过流或短路时,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得运算放大电路反向输入端电压等于同向输入端电压,电源输入端输出恒定电流值,第三电容通过充电回路充电,当充电电压值大于电压比较电路同向输入端电压时,电压比较电路输出低值电平,所述运算放大电路输出高电平信号,所述开关管电路关断;然后,第三电容通过放电回路放电,当放电到电压比较电路反向输入端电压低于同向输入端电压时,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路重新导通,电路恢复正常。
[0010] 优选的,所述运算放大电路包括第一运算放大器、第二电容、第二电阻、第五电阻、第一二极管、第二稳压二极管,所述第一运算放大器的反向输入端经所述第二电阻与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述第一运算放大器的反向输入端还经所述第二电阻、检流电阻与电源输入端电性连接;所述第一运算放大器的反向输入端还依次经第五电阻、第一二极管、第二稳压二极管与电压比较电路的输出端电性连接;所述第二电容连接于所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间;所述第一运算放大器的同向输入端与基准电路连接。
[0011] 优选的,所述开关管电路包括PMOS场效应管、第六电阻、第七电阻,所述PMOS场效应管的源极经所述检流电阻与所述电源输入端电性连接,所述PMOS场效应管的栅极经第六电阻与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述PMOS场效应管的栅极还经所述第七电阻与所述PMOS场效应管的源极电性连接,所述PMOS场效应管的漏极与所述电源输出端电性连接。
[0012] 优选的,所述基准电路包括第三电阻、第四电阻,所述电源输入端依次经所述第三电阻和第四电阻接地,所述运算放大电路的同向输入端连接于所述第三电阻和所述第四电阻之间。
[0013] 优选的,过流检测保护单元还包括输出滤波电容,所述输出滤波电容的一端接地,另一端连接于开关管电路的第二动作端和电源输出端之间。
[0014] 优选的,所述电压比较电路包括第二运算放大器,所述第二运算放大器的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述第二运算放大器的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
[0015] 优选的,所述电压比较电路还包括辅助电源、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第三二极管;所述辅助电源依次经所述第九电阻、第十电阻接地;所述第九电阻与所述第十电阻连接的一端还依次经过所述第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻与所述第二运算放大器的输出端电性连接;所述第三二极管与所述第十三电阻并联,所述第三二极管的阳极与所述第十二电阻电性连接;所述第二运算放大器的同向输入端连接于所述第十一电阻与所述第十二电阻之间。
[0016] 优选的,所述电压比较电路包括比较器,所述比较器的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述比较器的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
[0017] 优选的,所述充放电电路还包括第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第四二极管;所述第三电容与所述电压比较电路反向输入端相连的一端还依次经第十六电阻、第十四电阻、第十五电阻与所述电压比较电路的输出端电性连接;所述第十四电阻、第十五电阻组成的串联支路与所述第四二极管并联,所述第四二极管的阳极与所述电压比较电路的输出端电性连接。
[0018] 优选的,所述电压钳位电路包括第八电阻、第五二极管、第四电容;所述第八电阻的一端与所述运算放大电路的输出端电性连接,另一端经所述第四电容接地;所述第八电阻与所述第四电容相连的一端还与所述第五二极管的阴极电性连接,所述第五二极管的阳极与所述电压比较电路的反向输入端电性连接。
[0019] 本发明的自恢复过流保护电路包括过流检测保护单元和自恢复单元,所述过流检测保护单元包括检流电阻、开关管电路、基准电路、运算放大电路。电源输入端经所述检流电阻和所述开关管电路与电源输出端连接;所述基准电路用于为所述运算放大电路提供参考电压;所述运算放大电路的反向输入端与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述运算放大电路的输出端与所述开关管电路的控制端电性连接。所述自恢复单元,包括电压比较电路、充放电电路、电压钳位电路。所述电压比较电路的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接;所述电压比较电路的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接;所述充放电电路包括第三电容,所述第三电容与所述电压比较电路的反向输入端电性连接;所述电压钳位电路与所述运算放大电路的输出端和所述电压比较电路的反向输入端电性连接。在电流正常状态,运算放大电路输出低电平信号,开关管电路导通,接入负载;在过流状态,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得电源输入端输出恒定电流值,第三电容通过充电回路充电,当充电电压值大于电压比较电路同向输入端电压时,电压比较电路输出低值电平,所述运算放大电路输出高电平信号,所述开关管电路关断;然后,第三电容通过放电回路放电,当放电到电压比较电路反向输入端电压低于同向输入端电压时,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,开关管电路重新导通,电路恢复正常。本发明的有益效果如下:
[0020] (1)本发明少了一级采样电路,即少了一级延时,保护更为迅速,电路更简单,成本更低。
[0021] (2)检测到过流时,使电源输入端输出恒流,能够避免过大的电流对电源造成损坏。
[0022] (3)本发明为纯硬件电路,可自动检测过流,并可自恢复,稳定性和可靠性高。
[0023] 此外,本发明的技术方案可以自由调节过流反应时间和复位时间,满足多种应用需求。附图说明
[0024] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0025] 图1为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路框图
[0026] 图2为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路的电路原理示意图。
[0027] 图3为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路的工作流程示意图。
[0028] 图4为本发明实施例提供的瞬时过流工作波形示意图。
[0029] 图5为本发明实施例提供的过流检测工作波形示意图。
[0030] 图6为本发明实施例提供的一直处于过流故障状态的过流检测波形示意图。
[0031] 图7为本发明实施例提供的过流故障清除状态的过流检测波形示意图。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0033] 下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。应当理解,此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
[0034] 本发明适用于电子产品对外电源端子的过流保护,也可用于设备内部电路的过流保护,例如逆变器的扇电源的过流保护。
[0035] 图1为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路框图。图2为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路的电路原理示意图。图2中,Vin为电源输入端,Vout为电源输出端,Vout之后接负载,比如电源为逆变器的风扇电源,负载为风扇。本发明的自恢复过流保护电路,用于在Vout接入负载引起短路或过流问题时,输出安全的恒定电流值,然后及时断开负载,对电源进行保护,并能够通过打嗝保护机制自动恢复,重新进行过流检测保护。如图1‑2所示,本发明实施例提供了一种自恢复过流保护电路,所述电路包括:
[0036] 过流检测保护单元,用于对输出电流进行过流检测及过流保护,包括检流电阻R1、开关管电路、基准电路、运算放大电路;电源输入端经所述检流电阻R1和所述开关管电路与电源输出端连接;所述基准电路与电源输入端和所述运算放大电路的同向输入端连接,用于为所述运算放大电路提供参考电压;所述运算放大电路的反向输入端与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述运算放大电路的输出端与所述开关管电路的控制端电性连接。
[0037] 本发明实施例中,检流电阻R1用于检测电源输入端到电源输出端间的电流。
[0038] 自恢复单元,包括电压比较电路、充放电电路、电压钳位电路;所述电压比较电路的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接;所述电压比较电路的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接;所述充放电电路包括第三电容C3,所述第三电容C3与所述电压比较电路的反向输入端电性连接;所述电压钳位电路与所述运算放大电路的输出端和所述电压比较电路的反向输入端电性连接,用于在电流正常时,对所述电压比较电路的反向输入端的电压进行钳位,钳位到低于所述电压比较电路的同向输入端电压的值。
[0039] 电流正常时,所述运算放大电路的反向输入端电压大于同向输入端电压,所述电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路导通,接入负载;过流或短路时,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得运算放大电路反向输入端电压等于同向输入端电压,运算放大电路的输出端输出一个中间电压值,电源输入端输出恒定电流值,避免过大的电流对电源造成损坏,此时,第三电容C3的电压不再被钳位,第三电容C3通过充电回路充电,当充电电压值大于电压比较电路同向输入端电压时,电压比较电路输出低值电平,所述运算放大电路输出高电平信号,所述开关管电路关断;然后,第三电容C3通过放电回路放电,当放电到电压比较电路反向输入端电压低于同向输入端电压时,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,所述开关管电路重新导通,电路恢复正常。
[0040] 本发明实施例中,所述运算放大电路包括第一运算放大器U1、第二电容C2、第二电阻R2、第五电阻R5、第一二极管D1、第二稳压二极管D2,所述第一运算放大器U1的反向输入端经所述第二电阻R2与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述第一运算放大器U1的反向输入端还经所述第二电阻R2、检流电阻R1与电源输入端电性连接;所述第一运算放大器U1的反向输入端还依次经第五电阻R5、第一二极管D1、第二稳压二极管D2与电压比较电路的输出端电性连接;所述第二电容C2连接于所述第一运算放大器U1的反相输入端与输出端之间;所述第一运算放大器U1的同向输入端与基准电路连接。
[0041] 所述第二电容C2是第一运算放大器U1的补偿电容,所述电源输入端、检流电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、第一二极管D1、第二稳压二极管D2与电压比较电路的输出端构成分压支路。
[0042] 本发明实施例中,所述开关管电路包括PMOS场效应管M1、第六电阻R6、第七电阻R7,所述PMOS场效应管M1的源极经所述检流电阻R1与所述电源输入端电性连接,所述PMOS场效应管M1的栅极经第六电阻R6与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述PMOS场效应管M1的栅极还经所述第七电阻R7与所述PMOS场效应管M1的源极电性连接,所述PMOS场效应管M1的漏极与所述电源输出端电性连接。
[0043] 所述第六电阻R6是所述PMOS场效应管M1的级驱动电阻,第七电阻R7是PMOS场效应管M1的栅源极上拉电阻。
[0044] 本发明实施例中,所述基准电路包括第三电阻R3、第四电阻R4,所述电源输入端依次经所述第三电阻R3和第四电阻R4接地,所述运算放大电路的同向输入端连接于所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间。具体的,所述第一运算放大器U1的同向输入端连接于所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间。
[0045] 所述第三电阻R3、第四电阻R4分压产生参考电压,输入到所述运算放大电路的同向输入端。
[0046] 本发明实施例中,所述过流检测保护单元还包括输出滤波电容C1,所述输出滤波电容C1的一端接地,另一端连接于开关管电路的第二动作端和电源输出端之间。具体的,输出滤波电容C1的一端接地,另一端连接于PMOS场效应管M1的漏极和电源输出端之间。
[0047] 输出滤波电容C1的主要作用是平滑直流电压,以确保电源输出的电压更加稳定。电路刚上电时,运算放大电路检测到过流,调节运算放大电路的输出电压,使得电源输入端输出恒定电流对输出滤波电容C1进行充电,需要合理设计电路参数,使得输出滤波电容C1在恒流时间内完成充电。
[0048] 本发明实施例中,所述电压比较电路包括第二运算放大器U2,所述第二运算放大器U2的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述第二运算放大器U2的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
[0049] 本发明实施例中,所述电压比较电路还包括辅助电源、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第三二极管D3;所述辅助电源依次经所述第九电阻R9、第十电阻R10接地;所述第九电阻R9与所述第十电阻R10连接的一端还依次经过所述第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13与所述第二运算放大器U2的输出端电性连接;所述第三二极管D3与所述第十三电阻R13并联,所述第三二极管D3的阳极与所述第十二电阻R12电性连接;所述第二运算放大器U2的同向输入端连接于所述第十一电阻R11与所述第十二电阻R12之间。
[0050] 所述辅助电源用于配合第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第三二极管D3,为电压比较电路的同向输入端提供两个合适的电压值,分别对应于电压比较电路输出端的高低电平值。
[0051] 本发明另一些实施例中,所述电压比较电路包括比较器,所述比较器的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接,所述比较器的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接。
[0052] 在本发明实施例中,电压比较电路的作用是比较同向输入端和反向输入端的电压,根据比较结果输出高低电平。因此,电压比较电路中,可以选择运算放大器或者比较器实现电压比较功能。
[0053] 本发明实施例中,所述充放电电路还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第四二极管D4;所述第三电容C3与所述电压比较电路反向输入端相连的一端还依次经第十六电阻R16、第十四电阻R14、第十五电阻R15与所述电压比较电路的输出端电性连接;所述第十四电阻R14、第十五电阻R15组成的串联支路与所述第四二极管D4并联,所述第四二极管D4的阳极与所述电压比较电路的输出端电性连接。
[0054] 所述第四二极管D4和第十六电阻R16构成第三电容C3的充电支路,所述第十六电阻R16、第十四电阻R14、第十五电阻R15构成第三电容C3的放电支路。
[0055] 本发明实施例中,所述电压钳位电路包括第八电阻R8、第五二极管D5、第四电容C4;所述第八电阻R8的一端与所述运算放大电路的输出端电性连接,另一端经所述第四电容C4接地;所述第八电阻R8与所述第四电容C4相连的一端还与所述第五二极管D5的阴极电性连接,所述第五二极管D5的阳极与所述电压比较电路的反向输入端电性连接。
[0056] 当电流正常时,运算放大电路输出低电平信号,Vg=0,第三电容C3的电压被第五二极管D5,第八电阻R8,第六电阻R6这条支路钳位。
[0057] 图3为本发明实施例提供的一种自恢复过流保护电路的工作流程示意图。
[0058] 如图3所示,本发明实施例电路的工作原理如下:
[0059] (1)正常情况下,负载电流正常,流经检流电阻R1的电流Io较小,第一运算放大器U1反向输入端的电压值为:
[0060]
[0061] 其中,Vo2_normal为第二运算放大器U2输出的电压,VD1为第一二极管D1两端的压降,VD2为第二二极管D2两端的压降。
[0062] 第一运算放大器U1正向输入端的电压值为:
[0063]
[0064] 合理设计参数,使得Va_normal>Vref,即第一运算放大器U1的反向输入端电压大于正向输入端电压,此时第一运算放大器U1输出低电平信号。若使用轨至轨运放,则Vg=0V,Vs=Vin‑Io*R1,Vg
[0065] 此时,右侧的自恢复单元,由于Vg=0,第三电容C3电压被第五二极管D5,第八电阻R8,第六电阻R6这条回路钳位到值Vc3L,Vc3L小于第二运算放大器U2同向输入端电压Vb1,则第二运算放大器U2输出高值电平Vo2H。Vo2的值会影响Va的值,第二运算放大器U2输出高值电平时,Va>Vref,第一运算放大器放U1输出低电平信号,Vgs<0V,PMOS场效应管M1导通。
[0066] (2)短路或过流时,当Vin‑Io*R1‑VR2
[0067] 第一步:第一运算放大器U1通过第六电阻R6、第七电阻R7和第二电阻R2组成的反馈回路调节输出,使Va=Vref,Io=Iconstant,第一运算放大器U1输出为一个中间值,Vo1=Vo1_set,使得电流稳定在恒定电流值Iconstant一段时间,限制电路的最大输出电流。Iconstant的计算公式如下:
[0068]
[0069] 第二步:由于Vo1=Vo1_set,第三电容C3不再被钳位,第二运算放大器U2输出的高值电平通过第四二极管D4和第十六电阻R16组成的充电回路给第三电容C3充电,当充电电压值Vc3H高于第二运算放大器U2为高电平时的Vb电压值Vb1时,第二运算放大器U2输出低值电平Vo2_ocp,通过Vin‑>R1‑>R2‑>R5‑>D1‑>D2‑>Vo2这条回路分压,在Va产生一个过流电压Va_ocp,Va
[0070] 过流的反应时间,即从发生过流到PMOS场效应管M1关断的时间,由第三电容C3充电到大于第二运算放大器U2为高电平时的Vb电压值Vb1的时间决定。过流的反应时间涉及到的具体的参数有:Vb1,Vo2_normal,第十六电阻R16的阻值,第三电容C3的容值。通过调节这些参数,即可实现过流反应时间的调节。
[0071] 图4为本发明实施例提供的瞬时过流工作波形示意图。如图4所示,V(vout)是电源输出端的输出电压,I(R1)是检流电阻上的电流值,V(vc3)是第三电容C3靠近第二运算放大器U2反向输入端的电压值,V(vb)是vb节点的电压值,即第二运算放大器U2同向输入端的电压值。发生过流时,在第一运算放大器U1的调节下,电源输入端输出恒定电流,第三电容C3通过充电回路充电,由于过流时间很短,第三电容C3充电到第二运算放大器U2反向输入端的电压值未超过Vb节点的电压值时即停止充电,第二运算放大器U2的输出不发生翻转。
[0072] (3)复位过程:在过流状态下,第三电容C3的充电电压Vc3H大于Vb电压值Vb1时,第二运算放大器U2输出低值电平Vo2_ocp,此时第三电容C3会通过第十六电阻R16,第十四电阻R14,第十五电阻R15组成的放电回路放电,当放电电压低于第二运算放大器U2为低电平时的Vb电压值Vb2时,第二运算放大器U2输出高电平,Va>Vref,第一运算放大器U1输出低值电平,PMOS场效应管M1导通,电路恢复正常。如果过流时间很短,在第二运算放大器U2的输出还未发生翻转的时候,流经检流电阻R1的电流即恢复正常,第二运算放大器U2持续输出高电平,使得Va>Vref,第一运算放大器U1输出低值电平,PMOS场效应管M1导通,电路恢复正常。
[0073] 复位时间,即从PMOS场效应管M1关断到PMOS场效应管M1重新导通的时间,由Vb2的值和第三电容C3的放电时间决定,当第三电容C3放电到电压值低于Vb2时,进行复位。复位时间涉及到的具体的参数有:Vb2,Vo2_ocp,R14,R15,R16的阻值,C3容值。通过调节这些参数,即可实现复位时间的调节。
[0074] 图5为本发明实施例提供的过流检测工作波形示意图。如图5所示,V(vout)是电源输出端的输出电压,I(R1)是检流电阻上的电流值,V(vo2)是第二运算放大器U2的输出电压。T0时刻电路正常输出,T1时刻发生过流故障,T1~T2时刻是第一运算放大器U1的反应时间,T2~T3是第一运算放大器U1调节输出后,输出进入恒流区,此时,运算放大器U1输出的是一个中间值,让电源输入端的输出电流保持恒流,PMOS场效应管M1工作在可变电阻区,不是完全导通状态,Vout有所下降。T3时刻保护启动,关断PMOS场效应管M1,电路停止输出。
[0075] (4)后续处理过程:
[0076] 复位之后,存在两种情况:一直处于过流故障状态、过流后故障清除。
[0077] 图6为本发明实施例提供的一直处于过流故障状态的过流检测波形示意图。如图6所示,在T3时刻,关断PMOS场效应管M1停止电路输出后,间隔ΔT的时间,在T4时刻,电路发出复位信号Vo2,电路复位,由于此时仍在故障短路状态,电路进入恒流状态,限制输出电流,T5时刻,复位时间达到,仍处于故障,再次断开输出,之后每隔ΔT时间进行一次复位,直至故障清除。
[0078] 图7为本发明实施例提供的过流故障清除状态的过流检测波形示意图。如图7所示,在T3时刻,关断PMOS场效应管M1停止电路输出后,间隔ΔT的时间,在T4时刻,电路发出复位信号Vo2,电路复位,由于此时故障清除,电路进入恒流状态,限制输出电流先给输出滤波电容C1充电,输出滤波电容C1充满电后,输出电压恢复正常,电路正常工作。
[0079] 本发明的自恢复过流保护电路包括过流检测保护单元和自恢复单元,所述过流检测保护单元包括检流电阻、开关管电路、基准电路、运算放大电路。电源输入端经所述检流电阻和所述开关管电路与电源输出端连接;所述基准电路用于为所述运算放大电路提供参考电压;所述运算放大电路的反向输入端与所述开关管电路的第一动作端电性连接;所述运算放大电路的输出端与所述开关管电路的控制端电性连接。所述自恢复单元,包括电压比较电路、充放电电路、电压钳位电路。所述电压比较电路的反向输入端与所述运算放大电路的输出端电性连接;所述电压比较电路的输出端与所述运算放大电路的反向输入端电性连接;所述充放电电路包括第三电容,所述第三电容与所述电压比较电路的反向输入端电性连接;所述电压钳位电路与所述运算放大电路的输出端和所述电压比较电路的反向输入端电性连接。在电流正常状态,运算放大电路输出低电平信号,开关管电路导通,接入负载;在过流状态,运算放大电路通过反馈回路调节输出,使得电源输入端输出恒定电流值,第三电容通过充电回路充电,当充电电压值大于电压比较电路同向输入端电压时,电压比较电路输出低值电平,所述运算放大电路输出高电平信号,所述开关管电路关断;然后,第三电容通过放电回路放电,当放电到电压比较电路反向输入端电压低于同向输入端电压时,电压比较电路输出高值电平,运算放大电路输出低电平信号,开关管电路重新导通,电路恢复正常。本发明的有益效果如下:
[0080] (1)本发明少了一级采样电路,即少了一级延时,保护更为迅速,电路更简单,成本更低。
[0081] (2)检测到过流时,使电源输入端输出恒流,能够避免过大的电流对电源造成损坏。
[0082] (3)本发明为纯硬件电路,可自动检测过流,并可自恢复,稳定性和可靠性高。
[0083] (4)可以自由调节过流反应时间和复位时间,满足多种应用需求。
[0084] 以上仅为本发明的具体实施方式,不能以此来限定本发明的范围,本技术领域内的一般技术人员根据本创作所作的均等变化,以及本领域内技术人员熟知的改变,都应仍属本发明涵盖的范围。
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