CN101447783A - 基于门电路的自持保护电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于门电路的自持保护电路及其实现方法，属于电子设备领域。该自持保护电路包括且仅包括：采样电路，它是用于采集电源输出信息的电路模块；带施密特触发器的逻辑门电路，它是用于从采样电路中获得采样电压并实现电压比较，通过逻辑运算向功率开关提供控制信号的电路模块；功率开关，它是根据带施密特触发器的逻辑门电路所提供的控制信号，来确定电源与负载导通状态的开关模块。本发明通过设置带施密特触发器的逻辑门电路，可以有效地减少比较器和参考电压等常规过流、过压保护电路的必备部件，在节约成本的同时，也使得过流、过压保护电路的响应时间更短、功耗更低，性能更为稳定。

Description

基于门电路的自持保护电路及其实现方法

技术领域

本发明属于电子设备领域。

背景技术

各种自持保护电路，特别是过流保护电路，可对电路负载的承受电流超过阈值后，对整个电路起到保护作用。

参图1所示，这儿展示的是常规的具有电流保护功能的电路结构。电源向负载供电，由比较器经电流采样电路获得采样电压后，再与参考电压进行比较。当实际的采样电压超过特定阈值后，由比较器经过流指示信号电路向开关发出控制信号，从而使开关由闭合状态转变为断开状态，实现针对负载和整个电路的保护操作。

这种结构，在功能上并没有问题，但有两大缺点，一是电路复杂，二是成本高。比如，该结构需要配套使用比较器和参考电压，相当繁杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于门电路的自持保护电路及其实现方法，用以实现电路的自持保护功能。

一种基于门电路的自持保护电路，它是这么实现的，该自持保护电路包括且仅包括：

采样电路，它是用于采集电源输出电流或电压信息的电路模块；

带施密特触发器的逻辑门电路，它是用于从采样电路中获得采样电压并实现电压比较，通过逻辑运算向功率开关提供控制信号的电路模块；

功率开关，它是根据带施密特触发器的逻辑门电路所提供的控制信号，来确定电源与负载导通状态的开关模块。

进一步，本发明所描述的自持保护电路还包括有如下技术要点：

所述的采样电路中的采样电阻，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

所述的采样电路中的采样电阻，和电源、负载之间并联连接，用以实现电压采样。

所述的采样电路中设置有电流互感器，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

所述的功率开关，是MOS管、三极管、继电器、可控硅、IGBT中的其中之一。

所述的带施密特触发器的逻辑门电路，其中的逻辑门器件部分，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一。

一种基于门电路的自持保护电路的实现方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1，初始阶段电路闭合，采样电路的采样电压处于带施密特触发器的逻辑门电路的第一阈值空间；

步骤2，当负载出现短路或过压时，采样电路的采样电压处于与步骤1中带施密特触发器的逻辑门电路的第二阈值空间；

步骤3，当前一步骤中由采样电路获得的电位信号传输到带施密特触发器的逻辑门电路时，施密特触发器对此电位信号进行了迟滞比较，由门电路逻辑运算获得控制信号；

步骤4，前一步骤中的比较结果传输到功率开关中，使得功率开关转变为断开状态；

步骤5，功率开关处于断开状态后，采样电路的采样电压处于与步骤1一样的电位状态，带施密特触发器的逻辑门电路自持，功率开关保持断开状态。

进一步，所述的方法还包括如下技术特征：

所述的采样电路中其采样方式采用下述三者中的一种或多种，

A，其中的采样电阻和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样，

B，其中的采样电阻和电源、负载之间并联连接，用以实现电压采样，

C，在所述的采样电路中设置有电流互感器，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

所述的功率开关，是MOS管、三极管、继电器、可控硅、IGBT中的其中之一。

所述的带施密特触发器的逻辑门电路，其中的逻辑门器件部分，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一。

本发明的优点在于：通过在本发明中设置带施密特触发器的逻辑门电路，可以有效地减少比较器和参考电压等常规过流、过压保护电路的必备部件，在节约成本的同时，也使得过流、过压保护电路的响应时间更短、功耗更低，性能更为稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1是当前已有的自持性电流保护电路的电路图。

图2是本发明所述的一种基于门电路的自持保护电路的电路图。

图3是本发明中的带施密特触发器的逻辑门电路进行迟滞比较的示意图。

图4是本发明中的所述的一种基于门电路的自持保护电路的电路图，为另一实施例。

图5是本发明中的所述的一种基于门电路的自持保护电路的电路图的实现方法的流程图。

具体实施方式

图中的数字标号说明：

100-自持保护电路；200-电源；300-功率开关；400-负载；500-采样电路；600-带施密特触发器的逻辑门电路。

本发明所提供的基于带施密特触发器的逻辑门电路的自持保护电路及其实现方法，它能够比当前已有的技术方案，更为简单、成本更为低廉地实现电路的自持保护功能，应用前景非常广阔。

参附图2或附图4所示，本发明中所述的基于带施密特触发器的逻辑门电路的自持保护电路，在本发明中简称为自持保护电路100。该自持保护电路100包括且“仅包括”：

采样电路500，它是用于采集电源输出的电流或电压信息的电路模块；

带施密特触发器的逻辑门电路600，它是用于从采样电路500中获得采样电压并实现电压比较，通过逻辑运算向功率开关提供控制信号的电路模块；

功率开关300，它是根据带施密特触发器的逻辑门电路600所提供的控制信号，来确定电源与负载导通状态的开关模块。

本发明的核心，就在于前述的“仅包括”上。我们通过结构创新，以更少的元件实现了电路的自持保护功能。我们的这种新结构，不象以往产品那样，必须设置比较器，以及与比较器相配套的参考电压。

该发明中，带施密特触发器的逻辑门电路600直接从采样电路500处获得电源的电压信息，然后，将运算后的控制信号传输到功率开关300中，从而决定功率开关300的闭合及断开状态，并可以维持改变后的状态，实现电路的自持保护功能。

总的来说，该自持保护电路100还包括有如下技术要点：

所述采样电路500中设置的采样电路，和电源200、负载400之间可以串联连接，用以实现电流采样。在图2中所设置采样电路500，其采样电阻就是按这种结构设置的。

所述采样电路500中的采样电阻，和电源200、负载400之间并联连接，用以实现电压采样。在图4中所设置采样电路500，其采样电阻就是按这种结构设置的。

另外，在所述的采样电路500中还可以设置电流互感器，该电路互感器和电源200、负载400之间串联连接，通过电流的互感原理获得电流样本，从而实现电流采样。

前面所述的功率开关300，用以接收带施密特触发器的逻辑门电路600所产生的控制信号来实现关断功能，其具体结构是不限定的。作为典型的实施例，可采用MOS管、三极管、继电器、可控硅中的其中之一来实现。另外，根据应用场合的不同，通常还有其它因素需要考虑在内，主要还包括耐压性能，即能够承受电压峰值，以及响应时间等；而具体实施时，在充分考虑到性能的同时，再选择成本更合适的功率开关300。

前面所述的带施密特触发器的逻辑门电路600，只要能够对采样电路500的采样结果进行逻辑运算，并能将发出的控制信号来控制功率开关300就可以了，具体结构是不限定的。而其中的逻辑门器件部分，就有丰富的选择，比如，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一，都是可以的；具体实施时，根据应用的电路情况做选择就可以了。

前面所述的基于带施密特触发器的逻辑门电路的过流自持保护电路100，还有配套的实现方法，利用该方法，其自持保护功能就可以得到良好的实现。该方法包括如下步骤：

步骤1，初始阶段电路闭合，采样电路500的采样电压处于带施密特触发器的逻辑门电路600的第一阈值空间。

也就是说，在开始的时候，整个电路都是闭合的，功率开关300是导通的。

作为举例，可参照图3，此时带施密特触发器的逻辑门电路600所获得的采样电压，处于0～2伏之间；该区间也是带施密特触发器的逻辑门电路600的第一阈值空间。

步骤2，当负载400出现短路时，采样电路的采样电压处于与步骤1中带施密特触发器的逻辑门电路600的第二阈值空间。

作为举例，参照图3所示，此时带施密特触发器的逻辑门电路600所获得的采样电压，处于大于2伏的电压阈值区间；或者，电压下降至1～2伏之间，带施密特触发器的逻辑门电路600具有自持功能；该区间，是带施密特触发器的逻辑门电路600的第二阈值空间。

带施密特触发器的逻辑门电路600的第一阈值空间和第二阈值空间，分别处于高电位状态或低电位状态两者其一。

步骤3，当前一步骤中由采样电路500获得的电位信号传输到带施密特触发器的逻辑门电路600时，施密特触发器对此电位信号进行了迟滞比较，由门电路逻辑运算获得控制信号。

步骤4，前一步骤中的比较结果传输到功率开关300中，使得功率开关300转变为断开状态。

步骤5，功率开关处于断开状态后，采样电路的采样电压处于与步骤1一样的电位状态，带施密特触发器的逻辑门电路自持，功率开关保持断开状态。

比如，参图2和图3所示，当带施密特触发器的逻辑门电路600处于0～2伏的第一阈值空间时，带施密特触发器的逻辑门电路600所发出的控制信号，使功率开关300处于导通状态；当带施密特触发器的逻辑门电路600所接收的电压信号处于前述的第二阈值区间时，带施密特触发器的逻辑门电路600所发出的控制信号，使功率开关300持续处于断开状态。而电路断开后，没有电流流通，电压回至低电位状态，保持自持。

在所述的方法中，采样电路中其采样方式，与前述的方式一致。

在所述的方法中，功率开关300，如前所述，采用MOS管、三极管、继电器、可控硅中的其中之一即可。

在所述的方法中，带施密特触发器的逻辑门电路，其中的逻辑门器件部分，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一。

以上是对本发明的描述而非限制，基于本发明思想的其它实施例，亦均在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于门电路的自持保护电路，其特征在于该电路包括有：

采样电路，它是用于采集电源输出电流或电压的电路模块；

带施密特触发器的逻辑门电路，它是用于从采样电路中获得采样电压并实现电压比较，通过逻辑运算向功率开关提供控制信号的电路模块；

功率开关，它是根据带施密特触发器的逻辑门电路所提供的控制信号，来确定电源与负载导通状态的开关模块。

2.根据权利要求1所述的基于门电路的自持保护电路，其特征在于：所述的采样电路中的采样电阻，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

3.根据权利要求1所述的基于门电路的自持保护电路，其特征在于：所述的采样电路中的采样电阻，和电源、负载之间并联连接，用以实现电压采样。

4.根据权利要求1所述的基于门电路的自持保护电路，其特征在于：所述的采样电路中设置有电流互感器，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

5.根据权利要求1所述的基于门电路的自持保护电路，其特征在于：所述的功率开关，是MOS管、三极管、继电器、可控硅、IGBT中的其中之一。

6.根据权利要求1所述的基于门电路的自持保护电路，其特征在于：所述的带施密特触发器的逻辑门电路，其中的逻辑门器件部分，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一。

7.一种基于门电路的自持保护电路的实现方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1，初始阶段电路闭合，采样电路的采样电压处于带施密特触发器的逻辑门电路的第一阈值空间；

步骤2，当负载出现短路或过压时，采样电路的采样电压处于与步骤1中带施密特触发器的逻辑门电路的第二阈值空间；

步骤3，当前一步骤中由采样电路获得的电位信号传输到带施密特触发器的逻辑门电路时，施密特触发器对此电位信号进行了迟滞比较，由门电路逻辑运算获得控制信号；

步骤4，前一步骤中的比较结果传输到功率开关中，使得功率开关转变为断开状态；

步骤5，功率开关处于断开状态后，采样电路的采样电压处于与步骤1一样的电位状态，带施密特触发器的逻辑门电路自持，功率开关保持断开状态。

8.根据权利要求7所述的基于门电路的自持保护电路的实现方法，其特征在于：所述的采样电路中其采样方式采用下述三者中的一种或多种，

A，其中的采样电阻和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样，

B，其中的采样电阻和电源、负载之间并联连接，用以实现电压采样，

C，在所述的采样电路中设置有电流互感器，和电源、负载之间串联连接，用以实现电流采样。

9.根据权利要求7所述的基于门电路的自持保护电路的实现方法，其特征在于：所述的功率开关，是MOS管、三极管、继电器、可控硅、IGBT中的其中之一。

10.根据权利要求7所述的基于门电路的自持保护电路的实现方法，其特征在于：所述的带施密特触发器的逻辑门电路，其中的逻辑门器件部分，采用与门、或门、或非门、异或门、同或门、与非门中的其中之一。

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