CN102629751A - 一种过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流保护电路，包括开关控制模块，高低电平状态和软、硬件开关保护模块；开关控制模块的输入端连接高电平，输出端连接负载；软、硬件开关保护模块连接开关控制模块的控制端；软件开关保护模块包括恒流源模块。本发明可由软件开关保护模块可根据设备实际运行的需要，来控制开关控制模块关闭输出，也可由硬件自动检测通过功率驱动管的电流大小，自动控制开关控制模块关闭输出，两种保护方式融合在一起，任何时候任何一种条件满足时保护生效。在负载长时间短路时，由恒流源模块保持关闭输出的状态，在外部异常情况排除后即可恢复正常状态，使设备在运转过程中免维护、免人工干预，既降低了人工的成本又极大地提高劳动生产率。

Description

一种过流保护电路

技术领域

本发明涉及电子设备的过流保护技术领域，特别涉及一种过流保护电路。

背景技术

过流保护电路是电子电路设计中最常用的保护电路之一，主要是为了在负载短路或电流突然变大时可以自动关断电流输出，避免烧坏功率驱动管，造成高昂的维修成本，而且还影响正常生产。

常用过流保护方法包括：一、直接使用标准过流保护器件（如保险丝），在过流后会将烧掉保险丝，那么维修时就只需要更换保险丝即可，而不用更换昂贵的功率驱动管；二、使用自恢复保险丝，这种方法对瞬间负载短路有很好的保护效果，但一旦负载短路时间偏长，保险丝的自恢复功能会再次启动功率驱动管，最终还是会导致功率驱动管损坏；三、根据自恢复保险丝的原理设计的特殊过流保护电路，可以应用在特定的使用环境中，但他们都有一个共同的缺点就是保护动作慢，无法保持在保护状态，也就无法彻底避免设备的损坏，而只是通过一定的手段在一定范围内尽量减少设备损坏或降低设备损坏后的维修成本。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种过流保护电路，设备在运行过程中无论是外部负载异常，还是短路发生，过流保护电路都能迅速关断负载并保持处于关断状态，甚至无论短路多长时间都不会导致设备损坏，而且在不需要断电的情况下只要外部异常情况排除后即可马上恢复正常工作状态。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种过流保护电路，其包括：

用于控制过流保护电路的工作状态的开关控制模块；

用于根据控制信号的高低电平状态，相应控制开关控制模块开启与关闭的软件开关保护模块；

用于在负载工作异常或者断电时控制开关控制模块关闭，在负载正常时控制开关控制模块开启的硬件开关保护模块；

所述开关控制模块的输入端连接高电平，输出端连接负载；所述软件开关保护模块和硬件开关保护模块连接开关控制模块的控制端；

所述软件开关保护模块包括用于在开关控制模块关闭时，为硬件开关保护模块、软件开关保护模块、开关控制模块供电，使硬件开关保护模块、软件开关保护模块、开关控制模块的状态保持的恒流源模块。

所述的过流保护电路中，所述开关控制模块包括开关管，所述开关管的基极连接硬件开关保护模块，集电极连接负载，发射极连接高电平。

所述的过流保护电路中，还包括用于在负载断电时放电的放电模块，所述放电模块连接高电平和开关控制模块。

所述的过流保护电路中，所述放电模块包括放电二极管和放电电阻，所述放电二极管的正极连接开关管的集电极，负极连接开关管的发射极和放电电阻的一端，所述放电电阻的一端还连接高电平，另一端接地。

所述的过流保护电路中，还包括用于为负载提供稳定的电压的滤波模块，所述滤波模块串联在开关控制模块的输出端和负载之间。

所述的过流保护电路中，所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接负载和开关控制模块，另一端接地。

所述的过流保护电路中，所述硬件开关保护模块包括第一三极管、第二三极管、第四三极管、第五三极管、第七三极管、第一电容、第一二极管、第三二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第七电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；

所述第一三极管的基极连接第七三极管的发射极、还经由第二电阻连接第五三极管的集电极，第一三极管的集电极连接开关控制模块的输出端和第三电阻的一端、还经由第四电阻连接第四三极管的基极，所述第一三极管发射极连接开关控制模块的控制端、还经由第十二电阻连接高电平、第七三极管的集电极、第一电容的一端和软件开关保护模块；所述第一电容的另一端连接第七三极管的基极；所述第七三极管的基极连接软件开关保护模块和第三电阻的另一端；

所述第二三极管的集电极连接第一二极管的正极、还经由第十一电阻接地，所述第一二极管的负极连接高电平；所述第二三极管的发射极经由第七电阻连接第四三极管的集电极，第二三极管的基极连接第五三极管的集电极；所述第四三极管的发射极连接第三二极管的正极，第三二极管的负极连接软件开关保护模块；所述第五三极管的基极连接高电平，发射极通过第十电阻接地。

所述的过流保护电路中，所述软件开关保护模块包括第三三极管、第六三极管、第二二极管、第五电阻、第六电阻、第八电阻和第九电阻；

所述第三三极管的基极连接第二二极管的正极和第三二极管的负极、还经由第五电阻连接第三三极管的发射极、第一电容的一端和第七三极管的集电极，所述第三三极管的集电极连接第一电容的另一端、第三电阻的另一端和第七三极管的基极；

所述第八电阻的一端连接第五电阻的一端，另一端连接第二二极管的负极、还经由第九电阻连接第六三极管的集电极；第六三极管的基极连接高电平，发射极经由第六电阻连接控制信号输出端。

所述的过流保护电路中，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、开关管为PNP三极管，第五三极管、第六三极管和第七三极和为NPN三极管。

所述的过流保护电路中，所述恒流源模块包括第三三极管和第五电阻。

相较于现有技术，本发明提供的过流保护电路，包括开关控制模块、软件开关保护模块和硬件开关保护模块，可由软件开关保护模块根据设备实际运行的需要，如控制上电顺序或者设备暂停时的省电，来控制开关控制模块关闭输出，也可由硬件自动检测通过功率驱动管的电流大小，自动控制开关控制模块关闭输出，这样可以以最快的速度实现保护功能，两种保护方式融合在一起，任何时候任何一种条件满足时保护生效；而且，在负载长时间短路时，由恒流源模块保持关闭输出的状态，因此无论短路多长时间都不会导致设备损坏，在不需要断电的情况下只要外部异常情况排除后即可马上恢复正常工作状态，真正做到了使设备在运转过程中免维护、免人工干预，既降低了人工的成本又极大地提高劳动生产率。

附图说明

图1为本发明过流保护电路的电路原理图。

图2为本发明过流保护电路正常工作时，过流保护电路各三极管的导通状态图。

图3为本发明过流保护电路中软件开关保护模块启动时，过流保护电路各三极管的导通状态图。

图4为本发明过流保护电路中硬件开关保护模块启动时，过流保护电路各三极管的导通状态图。

具体实施方式

本发明提供一种过流保护电路，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的过流保护电路包括开关控制模块101、软件开关保护模块102和硬件开关保护模块103。所述开关控制模块101的输入端连接DV133.0高电平，输出端连接负载；所述软件开关保护模块102和硬件开关保护模块103连接开关控制模块101的控制端。在所述软件开关保护模块102包括恒流源模块。

其中，开关控制模块101用于控制过流保护电路的工作状态，软件开关保护模块102用于根据控制信号的高低电平状态，相应控制开关控制模块101开启与关闭，硬件开关保护模块103用于在负载工作异常或者断电时控制开关控制模块101关闭，在负载正常时控制开关控制模块101开启。通过软件开关保护模块102和硬件开关保护模块103两种方式融合在一起，任何时候任何一种条件满足时自动关闭开关控制模块101的输出，使保护生效。所述恒流源模块用于在开关控制模块101关闭时，为硬件开关保护模块103、软件开关保护模块102、开关控制模块101供电，使硬件开关保护模块103、软件开关保护模块102、开关控制模块101的状态保持，在负载短路情况不存在时，恒流源模块的电流随即消失，将开关控制模块101自动打开，实现了保护电路的可保持可自动恢复功能，两者相生相克、相辅相成。

本发明实施例中，所述开关控制模块101包括开关管Q8，所述开关管Q8的基极（即开关控制模块101的控制端）连接硬件开关保护模块103，集电极（即开关控制模块101的输出端）连接负载，发射极（即开关控制模块101的输入端）连接DV133.0高电平。

本发明提供的过流保护电路还包括用于为负载提供稳定的电压的滤波模块105，所述滤波模块105串联在开关控制模块101的输出端和负载之间。该滤波模块105滤波电容CU1，所述滤波电容CU1的一端连接负载和开关控制模块101，另一端接地。该滤波电容CU1主要为在设备上电时使电压缓慢上升，防止浪涌电压的产生，导致后级电路***因瞬间高压遭到破坏，并保证整个工作过程中的电压稳定。

由于滤波电容CU1的储存电量的特征，设备断电后将仍然会有残余电量，并可能维持一段时间，残余电量使后级电路处于一种不受控的状态。为了防止负载断电时，避免人工操作时设备带电，本发明提供的过流保护电路还包括用于在负载断电时放电的放电模块104，所述放电模块104连接高电平和开关控制模块101，可在负载断电的瞬间迅速将DV133.0和负载中残留的电量放掉降低至0V，确保了操作人员的人生安全。

所述放电模块104包括放电二极管D4和放电电阻R13，所述放电二极管D4的正极连接开关管Q8的集电极，负极连接开关管Q8的发射极和放电电阻R13的一端，所述放电电阻R13的一端还连接高电平，另一端接地。

请继续参阅图1，在本发明提供的过流保护电路中，所述硬件开关保护模块103包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第七三极管Q7、第一电容C1、第一二极管D1、第三二极管D3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12。

所述第一三极管Q1的基极连接第七三极管Q7的发射极、还经由第二电阻R2连接第五三极管Q5的集电极，第一三极管Q1的集电极连接开关控制模块101的输出端和第三电阻R3的一端、还经由第四电阻R4连接第四三极管Q4的基极，所述第一三极管Q1发射极连接开关控制模块101的控制端、还经由第十二电阻R12连接DV133.0高电平、第七三极管Q7的集电极、第一电容C1的一端和软件开关保护模块102；所述第一电容C1的另一端连接第七三极管Q7的基极；所述第七三极管Q7的基极连接软件开关保护模块102和第三电阻R3的另一端。

所述第二三极管Q2的集电极连接第一二极管D1的正极、还经由第十一电阻R11接地，所述第一二极管D1的负极连接AV15.0高电平；所述第二三极管Q2的发射极经由第七电阻R7连接第四三极管Q4的集电极，第二三极管Q2的基极连接第五三极管Q5的集电极；所述第四三极管Q4的发射极连接第三二极管D3的正极，第三二极管D3的负极连接软件开关保护模块102；所述第五三极管Q5的基极连接AV15.0高电平，发射极通过第十电阻R10接地。

在本发明提供的过流保护电路中，所述软件开关保护模块102包括第三三极管Q3、第六三极管Q6、第二二极管D2、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第九电阻R9。该软件开关保护模块102与硬件开关保护模块103中的第一电容C1、第三电阻R3、第十二电阻R12、第一三极管Q1、第七三极管Q7和第三二极管D3共同作用，其工作方式将在后方进行详细描述。所述恒流源模块包括第三三极管Q3和第五电阻R5，该恒流源模块在过流保护后，维持给第一三极管Q1、第三三极管Q3、第七三极管Q7和开关管Q8供电，保护这些三极管的导通状态，直到短路情况撤销。

所述第三三极管Q3的基极连接第二二极管D2的正极和第三二极管D3的负极、还经由第五电阻R5连接第三三极管Q3的发射极、第一电容C1的一端和第七三极管Q7的集电极，所述第三三极管Q3的集电极连接第一电容C1的另一端、第三电阻R3的另一端和第七三极管Q7的基极。

所述第八电阻R8的一端连接第五电阻R5的一端，另一端连接第二二极管D2的负极、还经由第九电阻R9连接第六三极管Q6的集电极；第六三极管Q6的基极连接AV15.0高电平，发射极经由第六电阻R6连接控制信号输出端。

其中，本发明对各三极管的类型也需相关规定，所述第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、开关管为PNP三极管，第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极和为NPN三极管。

请再次参阅图1，在本发明提供的过流保护电路中，在开关管Q8的发射极和放电二极管D4的负极之间串联有第一电阻R1，该第一电阻R1为采样电阻，用于检测主通路中的电流的大小，在电流变大时，第一电阻R1两端的电压随之变大。

以下结合图1、图2、图3和图4对本发明提供的过流保护电路的工作原理进行详细说明：

一、正常工作状态：

通过第一电阻R1的电流比较小时，第十二电阻R12两端的电压也比较小，而由于DV133.0高电平的电压是恒定的，所以第一三极管Q1发射极的电压也就较大，促使第一三极管Q1导通，第一三极管Q1导通后，电流经过第十二电阻R12、第一三极管Q1、第二电阻R2、第五三极管Q5、第十电阻R10到地形成电流回路，从而使开关管Q8基极产生电流，使开关管导通，此时开关管Q8处于正常打开状态，使过流保护电路中各个三极管的导通状态如图2所示，使软件开关保护模块102和硬件开关保护模块103均不动作。

二、软件开关保护模块102的保护功能：

软件开关保护模块102启动时，过流保护电路中各个三极管的导通状态如图3所示。当控制信号输出端输出控制信号off时（该控制信号off由软件程序控制输出，当软件工作异常不处理数据时，此时控制信号off为高电平，即开路状态），并且当off信号为高电平（即DV15.0）或开路时，第六三极管Q6基极没有电流产生，故处于截止状态，因此第九电阻R9上也没有电流产生，其两端电压相等，同样地，第八电阻R8、第二二极管D2、第五电阻R5两端的电压也相同，那么第三三极管Q3基极和发射极两端的电压相等，没有电流产生，所以第三三极管Q3处于截止状态，这样一来第七三极管Q7基极电压为0V，所以第七三极管Q7也截止，对应第一三极管Q1和开关管均处于导通，一旦off信号被拉低为0V，第六三极管Q6导通，有电流产生，电流经过第五电阻R5、第二二极管D2、第九电阻R9、第六三极管Q6、第六电阻R6、控制信号输入端形成电流回路，促使第三三极管Q3也导通，此时第七三极管Q7的基极会有一个高电压产生，使第七三极管Q7也导通，使得第一三极管Q1的基极电压会变大，使第一三极管Q1截止，进而使开关管Q8也截止，从而关断输出。

三、硬件开关保护模块103的保护功能：

硬件开关保护模块103启动时，过流保护电路中各个三极管的导通状态如图4所示。当通过第一电阻R1的电流变大时，第十二电阻R12两端的电压也变大，而由于此时DV133.0高电平的电压是恒定的，所以第一三极管Q1发射极的电压就变小，促使第一三极管Q1发射极和基极的电压差不多，不能形成足够的基极电流，故第一三极管Q1截止，此时第一三极管Q1没有基极电压，促使第七三极管Q7的基极电压大于发射极电压，于是第七三极管Q7导通，由于第一三极管Q1截止，第二三极管Q2会因为其基极电压降低而导通，根据前面的描述，开关管也会截止关断输出，达到过流保护关断输出的目的，传统的过流保护电路一般能达到这样的效果，但是一旦关断输出后，由于没有电流存在，过流保护电路的保护功能又会撤消，再次自动打开输出，如果负载短路情况没有排除，便又会短路保护，使电路处于过流—保护—过流的状态，周而复始时间一长，最终还是会把功率驱动管烧坏，然后，本发明的硬件开关保护模块103解决了这个问题。

在第一三极管Q1截止后，没有输出导致第四三极管Q4的基极电压消失，于是第四三极管Q4就会处于导通状态，第四三极管Q4导通后就会在第五电阻R5、第三二极管D3、第四三极管Q4、第七电阻R7、第二三极管Q2和第十一电阻R11上就会形成电流，而且因为第三三极管Q3导通后其发射极和基极电压是恒定的0.6V，所以这个电流还是恒定的，形成一个标准的恒流源电路，正因为这个恒流源电路的存在，使得即使在没有大电流输出的情况下开关管也不会轻易地打开，从而达到持续起保护作用的效果，当然由于第三三极管Q3和第四三极管Q4的导通，还是会有高压通过第三三极管Q3和第四三极管Q4输出，但是因为第三三管的输出端分别串联了第三电阻R3和第四电阻R4（第三电阻R3和第四电阻R4的阻值均为220KΩ），只能产生约0.6毫安的电流，所以对电路的状态没有影响，也正因为这个0.6毫安电流的存在，使得恒流源一直存在，持续起保护作用。一旦外部短路情况真正撤消，那么这个0.6毫安的电流也就不存在了，恒流源的电流也撤消，使第七三极管Q7截止、第一三极管Q1导通，此时开关管也导通，于是可以恢复到正常的工作状态，并且，由于本发明中的过流保护全部由纯硬件完成，所以可以获得最高的保护动作速度。

综上所述，本发明提供的过流保护电路与传统的过流保护电路相比，传统保护电路在保护发生后，仍需要人工的维护和维修，只能尽量减少维修的成本和极有限地减少维修的次数，但同样依然会影响正常的生产，使生产效率无法达到最高，本发明提供了一种具备完备的过流保护功能的过流保护电路，使设备在运行过程中无论任何的外部负载异常或短路发生的情况下，都可以迅速关断负载并保持处于关断状态，甚至无论短路多长时间都不会导致设备损坏，而且在不需要断电的情况下只要外部异常情况排除后即可马上恢复正常工作状态，这样就真正做到了使设备在运转过程中免维护、免人工干预，既降低了人工的成本又极大地提高劳动生产率，而且此过流保护电路采用的电子元件均为常规的电子元件，其电路结构简单成本低，适合推广使用。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：

用于控制过流保护电路的工作状态的开关控制模块；

用于根据控制信号的高低电平状态，相应控制开关控制模块开启与关闭的软件开关保护模块；

用于在负载工作异常或者断电时控制开关控制模块关闭，在负载正常时控制开关控制模块开启的硬件开关保护模块；

所述开关控制模块的输入端连接高电平，输出端连接负载；所述软件开关保护模块和硬件开关保护模块连接开关控制模块的控制端；

所述软件开关保护模块包括用于在开关控制模块关闭时，为硬件开关保护模块、软件开关保护模块、开关控制模块供电，使硬件开关保护模块、软件开关保护模块、开关控制模块的状态保持为恒流源模块。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述开关控制模块包括开关管，所述开关管的基极连接硬件开关保护模块，集电极连接负载，发射极连接高电平。

3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，还包括用于在负载断电时放电的放电模块，所述放电模块连接高电平和开关控制模块。

4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述放电模块包括放电二极管和放电电阻，所述放电二极管的正极连接开关管的集电极，负极连接开关管的发射极和放电电阻的一端，所述放电电阻的一端还连接高电平，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，还包括用于为负载提供稳定的电压的滤波模块，所述滤波模块串联在开关控制模块的输出端和负载之间。

6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接负载和开关控制模块，另一端接地。

7.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述硬件开关保护模块包括第一三极管、第二三极管、第四三极管、第五三极管、第七三极管、第一电容、第一二极管、第三二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第七电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；

所述第一三极管的基极连接第七三极管的发射极、还经由第二电阻连接第五三极管的集电极，第一三极管的集电极连接开关控制模块的输出端和第三电阻的一端、还经由第四电阻连接第四三极管的基极，所述第一三极管发射极连接开关控制模块的控制端、还经由第十二电阻连接高电平、第七三极管的集电极、第一电容的一端和软件开关保护模块；所述第一电容的另一端连接第七三极管的基极；所述第七三极管的基极连接软件开关保护模块和第三电阻的另一端；

所述第二三极管的集电极连接第一二极管的正极、还经由第十一电阻接地，所述第一二极管的负极连接高电平；所述第二三极管的发射极经由第七电阻连接第四三极管的集电极，第二三极管的基极连接第五三极管的集电极；所述第四三极管的发射极连接第三二极管的正极，第三二极管的负极连接软件开关保护模块；所述第五三极管的基极连接高电平，发射极通过第十电阻接地。

8.根据权利要求7所述的过流保护电路，其特征在于，所述软件开关保护模块包括第三三极管、第六三极管、第二二极管、第五电阻、第六电阻、第八电阻和第九电阻；

所述第三三极管的基极连接第二二极管的正极和第三二极管的负极、还经由第五电阻连接第三三极管的发射极、第一电容的一端和第七三极管的集电极，所述第三三极管的集电极连接第一电容的另一端、第三电阻的另一端和第七三极管的基极；

所述第八电阻的一端连接第五电阻的一端，另一端连接第二二极管的负极、还经由第九电阻连接第六三极管的集电极；第六三极管的基极连接高电平，发射极经由第六电阻连接控制信号输出端。

9.根据权利要求8所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、开关管为PNP三极管，第五三极管、第六三极管和第七三极和为NPN三极管。

10.根据权利要求8所述的过流保护电路，其特征在于，所述恒流源模块包括第三三极管和第五电阻。

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