CN104617546B - 一种输出过流及短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输出过流及短路保护电路，该保护电路连接在电源供电通路上，包括：第一电阻、第一PNP管、第一PMOS管和第十电阻；第一电阻的第一端连接电源端，第一电阻的第二端连接第一PMOS管的源极；第一PMOS管的漏极连接电源输出端；第一PNP管的发射极连接电源端，第一PNP管的集电极连接第一PMOS管的栅极，第一PNP管的基极连接第一PMOS管的源极；第一PMOS管的栅极和源极之间连接第十电阻。可以在供电通路出现过流或短路故障时，立即关闭PMOS管，反应速度很快，对其他用电设备的供电通路没有任何影响；PMOS管连接在电源的正极通路上，对其他通路也没有任何影响，电路实现简单，成本低，可靠性高。

Description

一种输出过流及短路保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路技术领域，特别涉及一种输出过流及短路保护电路。

背景技术

消防电子产品中，供电电源起着非常重要的角色，消防设备电源的工作稳定性和可靠性以及抗外界干扰的能力，直接影响消防控制设备正常工作的可靠性。

在消防电子产品中，特别是消防联动控制设备，他们的供电是由消防设备电源独立供电，并且要求具有24小时不间断供电。在消防联动控制设备中，不仅控制器需要供电，控制器外接的监测设备，如感烟器、监测探头等设备需要供电，而且控制器外接的控制设备，如阀门、喷淋头等设备也需要供电。即，电源给多种设备进行供电，多种设备以并联的形式与电源进行连接。如图1所示，电源100同时给第一用电设备200、第二用电设备300和第三用电设备400供电。图1中以三个用电设备为例进行介绍，当然可以给更多的用电设备进行供电。

但是，图1这种电源100同时给多个设备进行供电时，可能某一路供电设备通路上出现短路的情况，这样将造成电源100的正输出端和负输出端之间被短路，损坏电源100。或者某一路供电设备通路上出现过流，对用电设备造成损坏，这种情况下需要及时断开这一路用电设备，从而防止损坏电源100或用电设备。

现有技术中，采用继电器加多个电解电容器并联的方式，将继电器接于电源的输出端与用电设备之间，当供电通路中出现过流或短路故障时，通过电流采样感知通路中出现过流，从而控制继电器动作，切断电源与用电设备之间的连接，达到保护电源和用电设备的目的。

但是，利用继电器实现保护的方式存在以下缺点：

继电器的动作时间是毫秒级，在切断电源与用电设备连接的过程中，因有毫秒时间的间隔，过流会对电源有毫秒时间的干扰，甚至可将电源的输出电压下拉，出现毫秒时间的下跳尖峰，这样对并联的其它用电设备会产生下调尖峰的不良影响。

由于继电器反应动作的时间较长，出现过流的通路仍然会对电源和其他并联通路产生影响。因此，本领域技术人员需要提供一种输出过流及短路保护电路，能够在一路或者多路出现过流时，在较短时间内断开过流通路，从而更好地保护电源和其他通路的用电设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种输出过流及短路保护电路，能够在一路或者多路出现过流时，在较短时间内断开过流通路，从而更好地保护电源和其他通路的用电设备。

本发明实施例提供的输出过流及短路保护电路，该保护电路连接在电源供电通路上，包括：第一电阻、第一PNP管、第一PMOS管和第十电阻；

所述第一电阻的第一端连接电源端，所述第一电阻的第二端连接所述第一PMOS管的源极；所述第一PMOS管的漏极连接所述电源输出端；

所述第一PNP管的发射极连接所述电源端，所述第一PNP管的集电极连接所述第一PMOS管的栅极，所述第一PNP管的基极连接所述第一PMOS管的源极；

所述第一PMOS管的栅极和源极之间连接所述第十电阻。

优选地，还包括：连接于所述第一PMOS管的栅极和地之间的自锁电路；

所述自锁电路，用于当电源供电通路上出现过流或短路时，第一PMOS管保持断开状态。

优选地，所述自锁电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一比较器和第一NPN管；

所述第三电阻的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第四电阻的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第一NPN管的集电极，所述第四电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端；

所述第五电阻的第一端连接所述第三电阻的第二端，所述第五电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端；

所述第一比较器的正相输入端连接参考电压，所述第一比较器的输出端连接所述第一NPN管的基极；

所述第一NPN管的发射极接地；

当所述第一PMOS管断开时，所述第一比较器输出低电平；

所述第一比较器的输出端第六电阻连接电源端。

优选地，还包括解锁电路和控制器；

所述控制器，用于在所述电源供电通路正常时，输出低电平；在所述电源供电通路过流或短路时，输出高电平；

所述解锁电路包括：第二NPN管；

所述第二NPN管的基极连接所述控制器的输出端；所述第二NPN管的发射极接地，所述第二NPN管的集电极连接所述第一NPN管的集电极。

优选地，还包括：第一稳压管和第二稳压管；

所述第一稳压管的阳极连接所述第一PMOS管的源极，所述第一稳压管的阴极连接所述第二稳压管的阴极，所述第二稳压管的阳极连接所述第一PMOS管的栅极。

优选地，还包括：第九电阻和第二电阻；

所述第二电阻并联在所述第一电阻的两端；

所述第九电阻的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第九电阻的第二端连接所述第一PMOS管的栅极。

优选地，还包括第三稳压管；

所述第三稳压管的阳极连接所述第一NPN管的基极，所述第三稳压管的阴极连接所述第一比较器的输出端。

优选地，还包括：第一二极管、第七电阻和第八电阻；

所述第一二极管的阳极通过所述第七电阻连接所述控制器的输出端；

所述第一二极管的阴极通过所述第八电阻连接所述第二NPN管的发射极。

优选地，还包括：第一电容；

所述第一电容的第一端连接所述第一NPN管的集电极，所述第一电容的第二端接地。

优选地，所述电源端为28V，所述参考电压为2.5V。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本实施例提供的输出过流及短路保护电路，在电源供电通路上出现过流或者短路时，第一PNP管导通，第一PMOS管截止，从而断开了电源供电通路，输出电压为0，这样可以保护用电设备的安全。并且利用三极管实现电流采样，省略了现有技术中的运算放大器和比较器电路这两个环节，进一步缩短了动作时间，反应速度更快，可以达到纳秒级，这样可以在供电通路出现过流或短路故障时，立即关闭PMOS管，由于反应速度很快，所以对其他用电设备的供电通路没有任何影响；并且，由于PMOS管连接在电源的正极通路上，对其他通路也没有任何影响，而且电路实现简单，成本低，可靠性高。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中电源同时给多个用电设备供电的示意图；

图2是本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例一示意图；

图3是本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例二示意图；

图4是本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例三示意图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例一示意图。

本实施例提供的输出过流及短路保护电路，该保护电路连接在电源供电通路上，包括：第一电阻R1、第一PNP管VT1、第一PMOS管VM1和第十电阻R10；

所述第一电阻R1的第一端连接电源端，所述第一电阻R1的第二端连接所述第一PMOS管VM1的源极；所述第一PMOS管VM1的漏极连接所述电源输出端；

所述第一PNP管VT1的发射极连接所述电源端，所述第一PNP管VT1的集电极连接所述第一PMOS管VM1的栅极，所述第一PNP管VT1的基极连接所述第一PMOS管VM1的源极；

所述第一PMOS管VM1的栅极和源极之间连接所述第十电阻R10。

本实施例中，第一PMOS管VM1连接在电源与输出端的正极上，当第一PMOS管VM1断开时，正极就停止供电，可以保证用电设备的安全。当第一PMOS管VM1连接在电源与输出端的负极上时，尽管可以使负极与电源端断开，但是正极仍然处于悬浮状态，输出端的正极始终保持着电压，如果与其他电路的地线之间存在负载，仍然保持着供电通路，这样比较危险。

图2中，Iout是电源供电通路上的电流；R1上的压降为Vr1＝Iout*R1；

VT1的基极导通电压为Vbe；

Iout＝Vbe/R1；

如果取VT1的Vbe＝0.65V；

设定R1＝0.11Ω；

Iout＝0.65/0.11＝5.9A；

因此，当Iout大于5.9A时，VT1便可以导通；

当VT1导通时，VT1的导通集电极和发射极之间的电压Vce＝0.3V；

此时，B点的电压Vb＝Vin-Vce＝27.5V-0.3V＝27.2V；其中Vin是电源的电压；

此时A点的电压Va＝Vin-Vbe＝27.5-0.65＝26.85V；

因此，VM1的栅极和源极之间的电压VGS＝Va–Vb＝Vin–Iout×R–Vb＝Vin–Vbe–Vb；

VGS＝27.5–0.65–27.2＝-0.35V；

VM1的VGS小于VM1导通的电压，因此VM1立即截止，关闭输出，输出电压Vout为零。

综上所述，本实施例提供的输出过流及短路保护电路，在电源供电通路上出现过流或者短路时，第一PNP管导通，第一PMOS管截止，从而断开了电源供电通路，输出电压为0，这样可以保护用电设备的安全。并且利用三极管实现电流采样，省略了现有技术中的运算放大器和比较器电路这两个环节，进一步缩短了动作时间，反应速度更快，可以达到纳秒级，这样可以在供电通路出现过流或短路故障时，立即关闭PMOS管，由于反应速度很快，所以对其他用电设备的供电通路没有任何影响；并且，由于PMOS管连接在电源的正极通路上，对其他通路也没有任何影响，而且电路实现简单，成本低，可靠性高。

实施例二：

参见图3，该图为本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例二示意图。

本实施例在实施例一的基础上，设计了自锁电路，通过自锁电路使B点保持高电位，使VM1保持断开状态。

连接于所述第一PMOS管的栅极和地之间的自锁电路；

所述自锁电路，用于当电源供电通路上出现过流或短路时，第一PMOS管VM1保持断开状态。

所述自锁电路包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一比较器LM393和第一NPN管VT3；

所述第三电阻R3的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第四电阻R4的第一端连接所述第三电阻R3的第一端，所述第三电阻R3的第二端连接所述第一NPN管VT3的集电极，所述第四电阻R4的第二端连接所述第一比较器LM393的反相输入端；

所述第五电阻R5的第一端连接所述第三电阻R3的第二端，所述第五电阻R5的第二端连接所述第一比较器LM393的反相输入端；

所述第一比较器LM393的正相输入端连接参考电压，所述第一比较器LM393的输出端连接所述第一NPN管VT3的基极；

所述第一NPN管VT3的发射极接地；

当所述第一PMOS管VM1断开时，所述第一比较器LM393输出低电平；

所述第一比较器LM393的输出端第六电阻R6连接电源端。

因Vb电压提高，D点电压Vd也随之提高，Vd电压大于2.5V，N1输出低电压，VT3截止，锁住Vb为高电压，保持关闭输出。

Vd＝((Vb–Vc)×R5)/(R4+R5)；

Vd＝27.2×2/(10+2)＝4.5V；

当VM1关闭后，VT3随之关闭，电路都处于关闭静止状态，A、B、C、D点电位都近似等于Vin电位，既27.5V。因此，本实施例中的自锁电路可以保持VM1处于截止状态。

需要说明的是，在图3提供的实施例中，第二电阻R2并联在R1的两端，这样是为了实现需要的电阻值，利用一个电阻无法达到阻值要求。

本实施例中，还包括：第一稳压管VW1和第二稳压管VW2；

所述第一稳压管VW1的阳极连接所述第一PMOS管的源极，所述第一稳压管VW1的阴极连接所述第二稳压管VW2的阴极，所述第二稳压管VW2的阳极连接所述第一PMOS管VM1的栅极。

VW1和VW2的作用是为了保护VM1的安全。

所述第九电阻R9的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第九电阻的第二端连接所述第一PMOS管的栅极。

第九电阻R9作为第一PMOS管栅极的驱动电阻，作为第一稳压管VW1和第二稳压管VW2的保护电阻，防止B点瞬间为低电位(C1耦合)时，冲击电流过大。

需要说明的是，在计算B点的电压时，可以忽略R9，一般R9的阻值较小，R10的阻值较大，例如R10为10k欧姆，而R9仅为几欧姆，不是一个数量级的。当R10为10k时，R3和R4也可以取10k，R5可以取2k，这样便于计算。

还包括第三稳压管VW3；

所述第三稳压管VW3的阳极连接所述第一NPN管VT3的基极，所述第三稳压管VW3的阴极连接所述第一比较器LM393的输出端。

还包括：第一电容C1；

所述第一电容C1的第一端连接所述第一NPN管VT3的集电极，所述第一电容C1的第二端接地。

本实施例中设置C1的作用如下：如果没有C1，电源开机瞬间，B点有可能是高电平，电路关闭，导致Vout无输出。

C1的数值可以决定输出过流或短路时，VM1的反应时间，既短路保护响应时间。在实际应用场合中，有的外接设备要求电路反应速度快；而有的外接设备要求电路反应速度慢一些，例如有的外接设备是容性负载，如果反应速度太快，就会出现开机不启动的现象，这时C1数值大一些就可防止这种现象出现。因此，C1的具体数值可以具体的应用场景来选取。

实施例三：

参见图4，该图为本发明提供的输出过流及短路保护电路实施例三示意图。

当过流或者短路故障解除以后，需要解锁电路来恢复VM1导通，从而使电源供电通路导通，能够正常输出电源为用电设备供电。

所述控制器(图中未示出)，用于在所述电源供电通路正常时，输出低电平；在所述电源供电通路过流或短路时，输出高电平；图4中C-OUT为控制器的输出端。

所述解锁电路包括：第二NPN管VT2；

所述第二NPN管VT2的基极连接所述控制器的输出端；所述第二NPN管VT2的发射极接地，所述第二NPN管VT2的集电极连接所述第一NPN管VT3的集电极。

还包括：第一二极管VD1、第七电阻R7和第八电阻R8；

所述第一二极管VD1的阳极通过所述第七电阻R7连接所述控制器的输出端；

所述第一二极管VD1的阴极通过所述第八电阻R8连接所述第二NPN管VT2的发射极。

控制器的输出端C-OUT输出高电平，使VT1短时间导通，将C点电位拉低，B点电位也随之拉低，使A、B点电压差大于PMOS管VM1的VGS的开通电压，从而VM1导通，D点电位低于2.5V，VT3导通，恢复电源的正常输出状态。

本发明以上实施例提供的保护电路，可以使电源在为多路并联的用电设备同时供电时，一路上出现过流时，及时将这路切断，从而不影响其他通路的供电，并且动作迅速，这样可以应用在消防电源领域，对于保护动作时间要求比较高的场合中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种输出过流及短路保护电路，其特征在于，该保护电路连接在电源供电通路上，包括：第一电阻、第一PNP管、第一PMOS管和第十电阻；

所述第一电阻的第一端连接电源端，所述第一电阻的第二端连接所述第一PMOS管的源极；所述第一PMOS管的漏极连接所述电源输出端；

所述第一PNP管的发射极连接所述电源端，所述第一PNP管的集电极连接所述第一PMOS管的栅极，所述第一PNP管的基极连接所述第一PMOS管的源极；

所述第一PMOS管的栅极和源极之间连接所述第十电阻；

还包括：连接于所述第一PMOS管的栅极和地之间的自锁电路；

所述自锁电路，用于当电源供电通路上出现过流或短路时，第一PMOS管保持断开状态；

所述自锁电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一比较器和第一NPN管；

所述第三电阻的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第四电阻的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第一NPN管的集电极，所述第四电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端；

所述第五电阻的第一端连接所述第三电阻的第二端，所述第五电阻的第二端连接所述第一比较器的反相输入端；

所述第一比较器的正相输入端连接参考电压，所述第一比较器的输出端连接所述第一NPN管的基极；

所述第一NPN管的发射极接地；

当所述第一PMOS管断开时，所述第一比较器输出低电平；

所述第一比较器的输出端第六电阻连接电源端。

2.根据权利要求1所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括解锁电路和控制器；

所述控制器，用于在所述电源供电通路正常时，输出低电平；在所述电源供电通路过流或短路时，输出高电平；

所述解锁电路包括：第二NPN管；

所述第二NPN管的基极连接所述控制器的输出端；所述第二NPN管的发射极接地，所述第二NPN管的集电极连接所述第一NPN管的集电极。

3.根据权利要求1所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括：第一稳压管和第二稳压管；

所述第一稳压管的阳极连接所述第一PMOS管的源极，所述第一稳压管的阴极连接所述第二稳压管的阴极，所述第二稳压管的阳极连接所述第一PMOS管的栅极。

4.根据权利要求1所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括：第九电阻和第二电阻；

所述第二电阻并联在所述第一电阻的两端；

所述第九电阻的第一端连接所述第一PNP管的集电极，所述第九电阻的第二端连接所述第一PMOS管的栅极。

5.根据权利要求1所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括第三稳压管；

所述第三稳压管的阳极连接所述第一NPN管的基极，所述第三稳压管的阴极连接所述第一比较器的输出端。

6.根据权利要求2所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括：第一二极管、第七电阻和第八电阻；

所述第一二极管的阳极通过所述第七电阻连接所述控制器的输出端；

所述第一二极管的阴极通过所述第八电阻连接所述第二NPN管的发射极。

7.根据权利要求3或4所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，还包括：第一电容；

所述第一电容的第一端连接所述第一NPN管的集电极，所述第一电容的第二端接地。

8.根据权利要求1所述的输出过流及短路保护电路，其特征在于，所述电源端为28V，所述参考电压为2.5V。