CN104811173A - 具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，包括第一三极管、第二三极管、控制开关、电容、限流电阻，第一三极管为PNP型三极管，第二三极管为NPN型三极管；第一三极管的发射极连接电源，基极连接第二三极管的集电极，集电极连接负载；第二三极管的基极连接第一三极管的集电极，发射极通过串联在一起的限流电阻和控制开关接地；电容两端分别连接第二三极管的集电极和发射极。本发明主要采用了两个三极管构建了非常简单实用的具有短路保护和自恢复功能的驱动单路，电路使用的器件少、成本低、制作方便简易、控制简单，能够广泛应用于各种驱动电路中。

Description

具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路

技术领域

本发明涉及驱动电路技术领域，具体地，涉及一种具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路。

背景技术

目前，随着电子技术的发展，驱动电路在汽车电子、电源电路、LED驱动等多个领域中广泛使用，驱动电路根据控制信号对负载进行驱动，其具有控制智能方便的优点。但是，由于驱动电路的主要功率消耗在于负载，一旦负载短路，就可能给驱动造成损坏，因此一般需要设计负载短路保护电路。

专利CN100570978C公开了一种具有负载短路保护功能的电流沉恒流输出驱动电路，其设计有负载短路保护单元，其负载短路保护单元包括采样电路、比较电路和控制信号输出/关断电路等电路，使用到的器件包括有反相器、选择器等，其结构非常复杂。

现有技术中的驱动保护电路也都具有上述专利中保护电路的缺点，基本上都具有结构复杂、使用的器件多、成本较高、控制复杂，参数要求苛刻，应用范围受限等不足。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，该电路结构简单、使用器件少、成本低、控制容易。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，包括第一三极管、第二三极管、控制开关、电容、限流电阻，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管为NPN型三极管；所述第一三极管的发射极连接电源，基极连接第二三极管的集电极，集电极连接负载；所述第二三极管的基极连接第一三极管的集电极，发射极通过串联在一起的限流电阻和控制开关接地；所述电容两端分别连接第二三极管的集电极和发射极。本方案中，第二三极管是负载短路保护的核心保护管, 当负载短路时，简易驱动电路的输出端直接被拉低到地，所以第二三极管从正常导通状态快速退回到微导通状态，第一三极管的基极电流随之迅速减小，从而第一三极管的输出端的驱动电流也迅速减小，整个电路均处于极低电流输出的微导通状态，实现短路保护功能。

作为本发明的进一步改进，所述第一三极管的集电极与负载之间还串联有一个电阻或单向导通器件，即第一三极管的集电极通过单向导通器件或电阻连接负载。该单向导通器件为二极管，二极管正极连接第一三极管的集电极，负极连接负载。本方案中，负载保护和自恢复功能的实现原理是：当负载短路，简易驱动电路的输出端直接被拉低到地时，第二三极管基极电压等于单向导通器件的管压降或电阻的压降，所以第二三极管从正常导通状态快速退回到微导通状态，第一三极管的基极电流随之迅速减小，从而第一三极管的输出端的驱动电流也迅速减小，整个电路均处于极低电流输出的微导通状态，实现短路保护功能。当负载短路消除时，第一三极管的微导通电流通过负载产生一个微小电压叠加在单向导通器件二极管或电阻上，打破了第二三极管的微导通状态并重新打开第二三极管，使第一三极管快速进入饱和导通状态，驱动电路输出端输出的驱动电流增大，电路恢复到正常驱动输出状态，实现自恢复功能。整个过程中，本电路采用三级管的微导通状态取代传统电路中的三极管完全关断的状态，在实现短路保护的同时，使得自恢复变得十分简单。本方案采用了非常简单、使用器件少的电路实现了负载的短路保护和自恢复功能。

进一步，所述控制开关为三极管或MOS管。

进一步，所述控制开关为一个继电器或机械开关。

优选的，所述电容的容值为0.01μf -0.22μf。

优选的，所述电容的容值为0.1μf。

优选的，所述限流电阻的阻值为1KΩ-20KΩ。

优选的，所述限流电阻的阻值为4.7KΩ。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明不仅提供了负载的短路保护功能，还在负载短路消除时具有自恢复功能，不需要人为干预，控制非常方便；

2、本发明主要采用了两个三极管构建了非常简单实用的具有短路保护和自恢复功能的驱动单路，该驱动电路稳定可靠、使用的器件少、成本低、制作方便简易、控制也简单，能够广泛应用于各种驱动电路中，减少整个产品的成本。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、控制开关SW、电容C、二极管D、限流电阻R，其中：

第一三极管Q1为PNP型三极管、第二三极管Q2为NPN型三极管；

所述第一三极管Q1的发射极连接电源V，基极连接第二三极管Q2的集电极，集电极通过二极管D连接负载RL；二极管D正极连接第一三极管Q1的集电极，负极连接负载RL，二极管D负极即为该简易驱动电路的输出端out，其为负载RL提供输出电流；

所述第二三极管Q2作为核心保护管，其基极连接第一三极管Q1的集电极，发射极通过限流电阻R和控制开关SW接地；限流电阻R和控制开关SW串联后，限流电阻连接第二三极管Q2的发射极，控制开关SW接地；

所述电容C两端分别连接第二三极管Q2的集电极和发射极。

该具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路具有稳定驱动、停止驱动和短路保护三种工作状态，各种工作状态的工作原理如下：

（一）停止驱动：控制开关SW处于断开状态

控制开关SW处于断开状态时，第一三极管Q1和第二三极管Q2都没有电流通过，均处于截止状态，此时输出端out无驱动电流输出。

（二）稳定驱动：开关SW处于闭合状态

当控制开关SW闭合的瞬间，电容C通过限流电阻R接地，瞬态电流导通第一三极管Q1，此时电容C相当于短路，电源V、第一三极管Q1的发射极和基极Q1eb、电容C、限流电阻R、控制开关SW、地GND串联，为第一三极管Q1构成V—Q1eb—C—R—SW—地的基极回路，迅速迫使第一三极管Q1饱和导通，并通过输出端out向负载RL提供驱动电流，同时快速提升第二三极管Q2的基极电压,当第二三极管Q2基极电压超过0.7V(三极管基极导通压降)时，第二三极管Q2导通，为第一三极管Q1基极提供一个稳定的电流回路，从而使电路锁定在稳定的驱动输出状态。

（三）短路保护和自动恢复：

当负载RL短路时，输出端out直接被拉低到电源地(GND)上，第二三极管Q2的基极电压等于二极管D的管压降，约为0.7V，只能维持第二三极管Q2的微导通，第二三极管Q2从正常导通状态快速退回到微导通状态，第一三极管Q1的基极电流随之迅速减小，从而Q1导通电流Ice即输出端out的电流也迅速减小。整个电路均处于极低电流输出的微导通状态(输出端电流大概几个mA)。从而实现短路保护功能。

当负载RL短路消除时，第一三极管Q1的微导通电流通过负载RL将产生一个微小电压，叠加在二极管D上，打破了第二三极管Q2的微导通状态并重新打开Q2，使Q1快速进入饱和导通状态，out端输出驱动电流增大，此过程中out端的输出电流促使第二三极管Q2进入正常导通状态，为Q1提供稳定的基极电流。电路恢复到正常驱动输出状态。

实际应用中，上述控制开关SW由控制信号控制或人为控制，控制开关可以采用机械开关，也可以采用三极管、MOS管、继电器等开关电路，例如：控制开关采用NPN型三极管时，该三极管的集电极连接限流电阻R、发射极接地，基极连接控制信号，这样控制信号为高电平时，该三极管导通，控制开关SW闭合，反之，控制信号为低电平使，控制开关断开。

此外，本实施例中，以负载RL为阻抗350Ω的继电器为例，电源V的电压为28V，电容C的容值为0.1μf，限流电阻R的阻值为4.7KΩ。本实施例中电容C的容值为0.1uF，即电容C为104的瓷片电容，该电容主要是加上电源的一瞬间，电压从0变化到V可以视为一个交流分量，可以通过电容C启动Q1，即电路自启，在稳态过程中无作用。

实际应用中，电容C的容值，限流电阻R的阻值不仅限于本实施例中的上述参数，电容C的容值范围在0.01uF到0.22uF的范围内即可，限流电阻R的阻值在1KΩ-20KΩ的范围内即可。

在电源电压不同的时候选取不同阻值的限流电阻R可以在保证电路稳定性的情况下，减少电路的无效功率（流经两个三极管的电流）。

本实施例中，主要采用了两个三极管和一个单向导通器件构建了非常简单实用的具有短路保护和自恢复功能的驱动单路，该电路使用的器件少、成本低、制作方便简易、控制也简单，能够广泛应用于各种驱动电路中，减少整个产品的成本。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中采用一个电阻代替单向导通器件二极管D，电阻一端连接第一三极管Q1的集电极，另一端连接负载RL。

当负载RL短路时，输出端out直接被拉低到电源地(GND)上，第二三极管Q2的基极电压等于电阻的电压，电阻设置适当的阻值使得此时电阻的电压只能维持第二三极管Q2的微导通，第二三极管Q2从正常导通状态快速退回到微导通状态，第一三极管Q1的基极电流随之迅速减小，从而Q1导通电流Ice即输出端out的电流也迅速减小。整个电路均处于极低电流输出的微导通状态(输出端电流大概几个mA)。从而实现短路保护功能。

当负载RL短路消除时，第一三极管Q1的微导通电流通过负载RL将产生一个微小电压，叠加在电阻上，打破了第二三极管Q2的微导通状态并重新打开Q2，使Q1快速进入饱和导通状态，out端输出驱动电流增大，此过程中out端的输出电流促使第二三极管Q2进入正常导通状态，为Q1提供稳定的基极电流。电路恢复到正常驱动输出状态。本实施例中，上述代替单向导通器件二极管D的电阻不大于10欧姆。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中取消二极管D或采用一个0欧电阻代替二极管D。本方案中，第二三极管Q2是负载短路保护的核心保护管, 当负载RL短路时，简易驱动电路的输出端out直接被拉低到地，所以第二三极管Q2从正常导通状态快速退回到微导通状态，第一三极管Q1的基极电流随之迅速减小，从而第一三极管Q1的输出端的驱动电流也迅速减小，整个电路均处于极低电流输出的微导通状态，实现短路保护功能。当负载RL短路消除时，第一三极管Q1的微导通电流通过负载RL产生一个微小电压叠加在第二三极管Q2的基极，打破了第二三极管Q2的微导通状态并重新打开第二三极管Q2，使第一三极管Q1快速进入饱和导通状态，驱动电路输出端输出的驱动电流增大，电路恢复到正常驱动输出状态，实现自恢复功能,也能实现电路的短路保护和自动恢复。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，包括第一三极管、第二三极管、控制开关、电容、限流电阻，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管为NPN型三极管；

所述第一三极管的发射极连接电源，基极连接第二三极管的集电极，集电极连接负载；

所述第二三极管的基极连接第一三极管的集电极，发射极通过串联在一起的限流电阻和控制开关接地；

所述电容两端分别连接第二三极管的集电极和发射极。

2.根据权利要求1所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述第一三极管的集电极与负载之间还串联有一个电阻或单向导通器件。

3.根据权利要求2所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述单向导通器件为二极管，二极管正极连接第一三极管的集电极，负极连接负载。

4.根据权利要求1至3任一所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述控制开关为三极管或MOS管。

5.根据权利要求1至3任一所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述控制开关为一个继电器或机械开关。

6.根据权利要求1至3任一所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述电容的容值为0.01uF-0.22μf。

7.根据权利要求6所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述电容的容值为0.1μf。

8.根据权利要求1至3任一所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述限流电阻的阻值为1KΩ-20KΩ。

9.根据权利要求8所述的具有负载短路保护和自恢复功能的简易驱动电路，其特征在于，所述限流电阻的阻值为4.7KΩ。