CN103390877A - 一种过流检测及保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种过流检测及保护电路，包括：驱动单元、采样单元、信号产生单元、关闭单元和保持单元，其中，驱动单元用于驱动负载电路；采样单元用于采集负载电路回路中的电流；信号产生单元用于当负载电路回路中的电流大于预设值时，产生过流信号；关闭单元用于在接收到过流信号时，关闭驱动单元；保持单元用于保持驱动单元的关闭状态，直至接收到MCU发送的开启驱动单元的控制信号。本申请提供的过流检测及保护电路，在检测到负载电路回路中的电流大于预设值，能快速关闭驱动单元并锁定关闭状态，从而实现对电路的保护。

Description

一种过流检测及保护电路

技术领域

本发明涉及过流保护技术领域，尤其涉及一种过流检测及保护电路。

背景技术

功率管如金属-氧化层-半导体-场效应晶体管MOSFET由于具有输入阻抗大、导通压降小等诸多优点而被应用于驱动电路中。然而，当流经MOSFET的电流过大时，由于其内阻的存在，会导致功率过大而损坏器件。

针对上述问题，现有技术通常采用如下解决方案：电流检测电路检测流经MOSFET的电流，电流检测电路检测的电流超出一设定值时，向微控制单元（Micro Control Unit，MCU）发送过流信号，MCU接收到过流信号后将MOSFET关断。

发明人在实现本发明创造的过程中发现：从MCU接收到过流信号到执行关断操作需要一段时间，在这段时间里，由于电流过大，可能已经导致驱动器件MOSFET损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种过流检测及保护电路，用以解决现有技术中从MCU接收到过流信号到执行关断操作需要一段时间，在这段时间里，由于电流过大，可能已经导致驱动器件MOSFET损坏的问题，其技术方案如下：

一种过流检测及保护电路，包括：驱动单元、采样单元、信号产生单元、关闭单元和保持单元，其中：

所述驱动单元，用于驱动负载电路；

所述采样单元，用于采集所述负载电路回路中的电流；

所述信号产生单元，用于当所述负载电路回路中的电流大于预设值时，产生过流信号；

关闭单元，用于在接收到所述过流信号时，关闭所述驱动单元；

保持单元，用于保持所述驱动单元的关闭状态，直至接收到MCU发送的开启所述驱动单元的控制信号。

其中，所述驱动单元为功率管。

优选的，所述功率管为N沟道场效应管；

所述N沟道场效应管的漏极与所述负载电路连接，所述N沟道场效应管的源极与所述采样单元连接，所述N沟道场效应管的栅极与所述关闭单元连接。

其中，所述采样电路为采样电阻；

所述采样电阻的第一端与所述N沟道场效应管的源极连接，所述采样电阻的第二端接地。

其中，所述信号产生单元为比较器；

所述比较器的正相输入端与基准电压源连接，输入基准电压Vref，所述比较器的负相输入端输入所述采样电阻上的电压，所述比较器的输出端与所述关闭单元连接，所述比较器的输出端还与所述MCU的输入管脚连接。

其中，所述关闭单元为与门电路；

所述与门电路的第一输入端与所述比较器的输出端连接，所述与门电路的第二输入端与所述MCU的第一输出管脚连接，所述与门电路的输出端与所述N沟道场效应管的栅极连接。

其中，所述保持单元包括：NPN型晶体管、PNP型晶体管、第一限流电阻、第二限流电阻、下拉电阻、第一分压电阻和第二分压电阻；

所述NPN型晶体管的基极与所述第一限流电阻的第一端连接，所述NPN型晶体管的发射极与所述下拉电阻的第一端连接，所述NPN型晶体管的集电极与电源连接，输入电源电压V_CC；所述第一限流电阻的第二端与所述MCU的第二输出管脚连接，输入所述MCU的第二控制信号；所述下拉电阻的第二端接地；

所述PNP型晶体管的基极与所述第二限流电阻的第一端连接，所述PNP型晶体管的发射极与所述NPN型晶体管的发射极连接，所述PNP型晶体管的集电极与所述第一分压电阻的第一端连接；所述第二限流电阻的第二端与所述比较器的输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接；所述第二分压电阻的第一端还与所述比较器的负相输入端连接，所述第二分压电阻的第二端与所述采样电阻的第一端连接。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的过流检测及保护电路中，驱动单元驱动负载电路，采样单元采集负载电路回路中的电流，当负载电路回路中的电流大于预设值时，信号产生单元产生过流信号，过流信号使关闭单元将驱动单元关闭，当驱动单元关闭时，保持单元将驱动单元的关闭状态锁定。本发明提供的过流检测及保护电路在检测到负载电路回路中的电流大于预设值，能快速关闭驱动单元并锁定关闭状态，从而达到对电路的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的过流检测及保护电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的过流检测及保护电路的具体电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1，为本发明实施例提供的过流检测及保护电路的结构示意图，该电路可以包括：驱动单元101、采样单元102、信号产生单元103、关闭单元104和保持单元105。其中：

驱动单元101，用于驱动负载电路。

在本实施例中，驱动单元101可以为功率管，功率管可以为大功率晶体管或场效应管。

采样单元102，用于采集负载电路回路中的电流。

信号产生单元103，用于当负载电路回路中的电流大于预设值时，产生过流信号。

信号产生单元103产生的过流信号，一方面发送给关闭单元104，另一方面发送给MCU，向MCU报警。

关闭单元104，用于在接收到过流信号时，将驱动单元关闭。

保持单元105，用于保持驱动单元101的关闭状态，直至接收到MCU发送的开启驱动单元101的控制信号。

本发明实施例提供的过流检测及保护电路，驱动单元驱动负载电路，采样单元采集负载电路回路中的电流，当负载电路回路中的电流大于预设值时，信号产生单元产生过流信号，过流信号使关闭单元将驱动单元关闭，当驱动单元关闭时，保持单元将驱动单元的关闭状态锁定。本发明实施例提供的过流检测及保护电路自身就可实现过流检测，并在检测到负载电路回路中的电流大于预设值时，快速关闭驱动单元并将驱动单元的关闭状态锁定，而不用再将过流信号发送往MCU，等待MCU控制驱动单元关闭。

请参阅图2，为本发明实施例提供的过流检测及保护电路的具体电路图，该电路可以包括：驱动单元101、采样单元102、信号产生单元103、关闭单元104和保持单元105。其中，驱动单元101包括N沟道场效应管Q₁，采样单元102包括采样电阻R₄，信号产生单元103包括比较器U₁，关闭单元104包括与门电路U₂，保持单元105包括NPN型晶体管Q₂、PNP型晶体管Q₃、第一限流电阻R₅、第二限流电阻R₆、下拉电阻R₁、第一分压电阻R₂和第二分压电阻R₃。

另外，需要说明的是，图2中的V_M1、V_M2和V_M3分别为MCU的第一输出管脚、第二输出管脚和输入管脚，第一输出管脚输出第一控制信号至关闭单元104，第二输入管脚输出第二控制信号至保持单元105，输入管脚将信号产生单元103产生的过流信号输入MCU，向MCU报警。

具体的，N沟道场效应管Q₁的漏极作为输出端，与负载电路连接，N沟道场效应管Q₁的源极与采样电阻R₄的第一端连接，N沟道场效应管Q₁的栅极与与门电路U2的输出端连接。采样电阻R₄的第二端接地。

比较器U₁的正相输入端与基准电压源连接，输入基准电压V_ref，比较器U₁的负相输入端与第二分压电阻R₃的第一端连接，比较器U₁的输出端与与门电路U₂的第一输入端连接，比较器U₁的输出端还与MCU的输入管脚V_M3连接。第二分压电阻R₃的第二端与采样电阻R₄的第一端连接。与门电路U₂的第二输入端与MCU的第一输出管脚V_M1连接，输入MCU的第一控制信号，与门电路U₂的输出端与N沟道场效应管Q₁的栅极连接。

NPN型晶体管Q₂的基极与第一限流电阻R₅的第一端连接，NPN型晶体管Q₂的发射极与下拉电阻R₁的第一端连接，NPN型晶体管Q₂的集电极与电源连接，输入电源电压V_CC。第一限流电阻R₅的第二端与MCU的第二输出管脚V_M2连接，输入MCU的第二控制信号。下拉电阻R₁的第二端接地。

PNP型晶体管Q₃的基极与第二限流电阻R₆的第一端连接，PNP型晶体管Q₃的发射极与NPN型晶体管Q₂的发射极连接，PNP型晶体管的集电极与第一分压电阻R₂的第一端连接。第二限流电阻R₆的第二端与比较器U₁的输出端连接。第一分压电阻R₂的第二端与第二分压电阻R₃的第一端连接。

下面结合图2对过流检测及保护电路的工作原理进行详细说明。

负载电路开启(MCU的第一输出管脚V_M1输出高电平)时，MCU的第二输出管脚V_M2输出短暂的低电平进行解锁，此时，NPN型晶体管Q₂和PNP型晶体管Q₃截止，图2中A点电压V_A为低，这样，保证了负载电路开启时比较器U₁输出高电平，Q₁导通。解锁完成后，MCU的第二输出管脚V_M2为高电平，电路进入正常工作状态，NPN晶体管Q₂导通，此时，B点电压约等于V_CC-V_BE2，其中，V_BE2为NPN晶体管Q₂基极-发射极的压降。设流经负载的正常工作电流为I_NARMAL，那么，采样电阻R₄上的压降V_NORMAL=R₄*I_NORMAL<V_ref。比较器U₁输出高电平，三极管Q₃截止。

当电路发生过流情况时，例如，短路到电源，采样电阻R₄上的压降增大，当电流超过过流门限时，比较器U₁的输出由高电平翻转为低电平，其中，过流门限为V_ref/R₄。一方面，电压翻转信号输入MCU的输入管脚V_M3向MCU报警，另一方面，低电平信号传输到PNP晶体管Q₃的基极，此时，PNP晶体管Q₃导通。PNP晶体管Q₃集电极的电压V_C=V_B-V_CE3，其中，V_CE3是PNP晶体管Q₃上的压降。由于采样电阻R₄阻值很小，其压降可以忽略，此时，A点电压V_A由第一分压电阻R₂和第二分压电阻R₃对V_C分压得到，选取R₂、R₃合适的阻值，使得过流时A点电压V_A>V_ref。与此同时，比较器U₁的输出信号传输到与门电路U₂，与门电路U₂控制N沟道场效应管Q₁的栅极电压由高电平翻转为低电平，N沟道场效应管Q₁关断，回路中电流逐渐减小。由于A点电压V_A保持不变，一直大于V_ref，比较器U₁输出端保持为低电平，因此，N沟道场效应管Q₁一直不会导通，直到MCU对电路进行控制，从而达到了对电路过流时，驱动电路关闭状态的锁定。

本发明实施例提供的过流检测及保护电路，由简单的元器件组成，能够在电路发生过流情况时，迅速关闭驱动电路，并锁定驱动电路的关闭状态，降低了功率管烧毁的风险，节约了成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种过流检测及保护电路，与MCU连接，其特征在于，包括：驱动单元、采样单元、信号产生单元、关闭单元和保持单元，其中：

所述驱动单元，用于驱动负载电路；

所述采样单元，用于采集所述负载电路回路中的电流；

所述信号产生单元，用于当所述负载电路回路中的电流大于预设值时，产生过流信号；

所述关闭单元，用于在接收到所述过流信号时，关闭所述驱动单元；

所述保持单元，用于保持所述驱动单元的关闭状态，直至接收到MCU发送的开启所述驱动单元的控制信号。

2.根据权利要求1所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述驱动单元为功率管。

3.根据权利要求2所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述功率管为N沟道场效应管；

所述N沟道场效应管的漏极与所述负载电路连接，所述N沟道场效应管的源极与所述采样单元连接，所述N沟道场效应管的栅极与所述关闭单元连接。

4.根据权利要求3所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述采样电路为采样电阻；

所述采样电阻的第一端与所述N沟道场效应管的源极连接，所述采样电阻的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述信号产生单元为比较器；

所述比较器的正相输入端与基准电压源连接，输入基准电压V_ref，所述比较器的负相输入端输入所述采样电阻上的电压，所述比较器的输出端与所述关闭单元连接，所述比较器的输出端还与所述MCU的输入管脚连接。

6.根据权利要求5所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述关闭单元为与门电路；

所述与门电路的第一输入端与所述比较器的输出端连接，所述与门电路的第二输入端与所述MCU的第一输出管脚连接，所述与门电路的输出端与所述N沟道场效应管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的过流检测及保护电路，其特征在于，所述保持单元包括：NPN型晶体管、PNP型晶体管、第一限流电阻、第二限流电阻、下拉电阻、第一分压电阻和第二分压电阻；

所述NPN型晶体管的基极与所述第一限流电阻的第一端连接，所述NPN型晶体管的发射极与所述下拉电阻的第一端连接，所述NPN型晶体管的集电极与电源连接，输入电源电压V_CC；所述第一限流电阻的第二端与所述MCU的第二输出管脚连接；所述下拉电阻的第二端接地；

所述PNP型晶体管的基极与所述第二限流电阻的第一端连接，所述PNP型晶体管的发射极与所述NPN型晶体管的发射极连接，所述PNP型晶体管的集电极与所述第一分压电阻的第一端连接；所述第二限流电阻的第二端与所述比较器的输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接；所述第二分压电阻的第一端还与所述比较器的负相输入端连接，所述第二分压电阻的第二端与所述采样电阻的第一端连接。

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