CN106848998B - 一种电源输出保护电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源输出保护电路及装置，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，采样模块将其接收到的电源电压按比例转换为采样电压，处理控制模块在判断采样电压不大于预设过流电压时确认负载短路或过流，向开关控制模块发送截止控制信号，控制开关控制模块停止向采样模块传输其接收到的电源电压，实现过流保护。处理控制模块在判断采样电压大于预设过流电压时向开关控制模块发送导通控制信号，控制开关控制模块持续导通以向采样模块持续传输其接收到的电源电压，再通过采样模块对其接收到的电源电压进行分压后传输给电源输出端，以向负载供电。因此，可以避免负载短路或过流时对电源输入端连接的供电电源损害的问题。

Description

一种电源输出保护电路及装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电源输出保护电路及装置。
背景技术
在报警设备中，经常需要对外提供一个低压直流电源(一般为12V)为探测器、警号及配置键盘等外部设备供电。由于这些外部设备正常工作所消耗的电流并不大并且为了降低设计成本，一般将低压直流电源与为报警设备供电的电源共用一个供电电源。然而在外部设备出现异常或被人为破坏时，例如短路或过流，可能会对低压直流电源甚至供电电源造成不利影响，从而影响报警设备的正常工作，例如异常复位、漏报等。
现有的低压直流电源输出保护电路，主要以实现过流保护为主。而过流保护一般多采用串联PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)、保险丝或基于电流回环检测的电子电路保护方式。在采用串联PTC保护方式时，虽然PTC具有可靠性高以及维护成本低等优点，但其过流保护的动作响应时间较长，过流保护点不够准确。在采用保险丝保护方式时，保险丝具有可靠性高及动作响应时间较短等优点，但其熔断后无法恢复，导致维护成本较高。在采用基于电流回环检测的电子电路保护方式时，其具有过流保护点相对准确，保护动作及时，但由于其一般通过串联采样电阻的方式进行电流回环检测，而采样电阻会对负载的正常工作造成一定影响，并且对于异常大电流故障响应不够及时，从而导致其可靠性相对较低。
发明内容
本发明实施例提供一种电源输出保护电路及装置，用以提高可靠性、降低保护的动作响应时间以及维护降低成本。
因此，本发明实施例提供了一种电源输出保护电路，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，
所述采样模块，用于接收所述开关控制模块传输的电源电压，并在对接收到的所述电源电压进行分压后传输给电源输出端，以及将接收到的所述电源电压按比例转换为采样电压后传输给所述处理控制模块；
所述处理控制模块，用于接收所述采样电压，并在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述开关控制模块发送截止控制信号，在判断接收到的所述采样电压大于预设过流电压时，持续向所述开关控制模块发送导通控制信号；
所述开关控制模块，用于接收电源输入端的电源电压、所述导通控制信号以及所述截止控制信号，并在接收到所述导通控制信号时向所述采样模块传输接收到的所述电源电压，在接收到所述截止控制信号时停止向所述采样模块传输接收到的所述电源电压。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述电源输出保护电路还包括：逻辑控制模块；所述处理控制模块通过所述逻辑控制模块向所述开关控制模块发送截止控制信号和所述导通控制信号；
所述逻辑控制模块用于接收所述采样电压与所述处理控制模块发送的所述截止控制信号，并将接收到的所述截止控制信号传输给所述开关控制模块，以及用于接收所述采样电压与所述处理控制模块发送的所述导通控制信号，并将接收到的所述导通控制信号传输给所述开关控制模块。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述逻辑控制模块包括：与门；其中，
所述与门的第一输入端用于接收所述采样电压，所述与门的第二输入端用于接收所述处理控制模块发送的所述截止控制信号与所述导通控制信号，所述与门的输出端用于将接收到的所述截止控制信号与所述导通控制信号输出给所述开关控制模块。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述采样模块包括：二极管、第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；其中，
所述二极管的正极用于接收所述开关控制模块传输的电源电压，负极与所述电源输出端相连用于将分压后的电源电压传输给所述电源输出端；
所述第一电阻的第一端以及所述第一晶体管的源极均与所述二极管的正极相连，所述第一电阻的第二端以及所述第一晶体管的漏极均与所述第二电阻的第一端相连；
所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端相连，并且所述第二电阻的第二端用于输出所述采样电压；
所述第三电阻的第二端与接地端相连；
所述第四电阻的第一端与所述二极管的负极相连，第二端与所述第一晶体管的栅极相连；
所述预设过流电压V0满足公式：其中，UD代表所述二极管的导通压降，r1代表所述第一电阻的电阻值，r2代表所述第二电阻的电阻值，r3代表所述第三电阻的电阻值。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述开关控制模块包括：第二晶体管、第三晶体管、第五电阻以及第六电阻；其中，
所述第二晶体管的源极与所述电源输入端相连用于接收所述电源输入端的电源电压，漏极用于传输接收到的所述电源电压，栅极与所述第五电阻的第一端以及所述第三晶体管的源极相连；
所述第五电阻的第二端与所述第二晶体管的源极相连；
所述第三晶体管的栅极与所述第六电阻的第一端相连，漏极与接地端相连；
所述第六电阻的第二端用于接收所述导通控制信号与所述截止控制信号。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述开关控制模块还包括：第七电阻和电容；其中
所述第七电阻连接于所述第二晶体管的栅极与所述第三晶体管的源极之间；
所述电容连接于所述第五电阻的第一端与其第二端之间。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述电源输出保护电路还包括：连接于所述第三晶体管的源极与所述接地端之间驱动控制模块；其中，
所述处理控制模块还用于在判断接收到的所述采样电压大于预设过流电压时，持续向所述驱动控制模块发送导通脉冲驱动信号，以及在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述驱动控制模块发送截止脉冲驱动信号；
所述驱动控制模块用于接收所述导通脉冲驱动信号与所述截止脉冲驱动信号，并在接收到所述导通脉冲驱动信号时导通所述第三晶体管的源极与所述接地端，在接收到所述截止脉冲驱动信号时断开所述第三晶体管的源极与所述接地端。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述驱动控制模块包括：第四晶体管与第八电阻；其中，
所述第八电阻的第一端用于接收所述导通脉冲驱动信号与所述截止脉冲驱动信号，第二端与所述第四晶体管的栅极相连；
所述第四晶体管的源极与所述第三晶体管的源极相连，所述第四晶体管的漏极与所述接地端相连。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述电源输出保护电路还包括：浪涌抑制模块；其中，所述浪涌抑制模块的输入端与所述电源输出端相连；所述浪涌抑制模块用于防止所述电源输出端的浪涌电压输入所述采样模块；和/或，
所述电源输出保护电路还包括：状态指示模块；其中，所述处理控制模块还用于在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述状态指示模块发送报警控制信号；
所述状态指示模块用于在接收到所述报警控制信号后发出报警信息。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，在所述电源输出保护电路还包括浪涌抑制模块时，所述浪涌抑制模块包括：瞬变电压抑制二极管；其中，所述瞬变电压抑制二极管的负极为所述浪涌抑制模块的输入端，所述瞬变电压抑制二极管的正极与接地端相连；
在所述电源输出保护电路还包括状态指示模块时，所述状态指示模块包括：第九电阻和发光二极管；其中，所述第九电阻的第一端用于接收所述报警控制信号，第二端与所述发光二极管的正极相连，所述发光二极管的负极与所述接地端相连。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述处理控制模块包括：微控制器；其中，
所述微控制器的接收端口用于接收所述采样电压，第一输出端口用于输出所述导通控制信号与所述截止控制信号。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，在所述电源输出保护电路还包括驱动控制模块时，所述微控制器还包括：用于输出所述截止脉冲驱动信号与所述导通脉冲驱动信号的第二输出端口；
在所述电源输出保护电路还包括状态指示模块时，所述微控制器还包括：用于输出所述报警控制信号的第三输出端口。
优选地，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，所述电源输出保护电路还包括：正温度系数热敏电阻；其中，所述开关控制模块通过所述正温度系数热敏电阻向所述采样模块传输接收到的所述电源电压。
相应地，本发明实施例还提供了一种电源输出保护装置，包括本发明实施例提供的上述任一种电源输出保护电路。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的电源输出保护电路及装置，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，通过采样模块将其接收到的电源电压按比例转换为采样电压，再通过处理控制模块判断接收到的采样电压是否大于预设过流电压，并在判断采样电压不大于预设过流电压时可以确认电源输出端连接的负载短路或过流，并向开关控制模块发送截止控制信号，控制开关控制模块停止向采样模块传输其接收到的电源电压，从而断开电源输入端与采样模块以避免负载短路或过流对电源输入端连接的供电电源的损坏，实现过流保护。在处理控制模块判断采样电压大于预设过流电压时，向开关控制模块发送导通控制信号，控制开关控制模块持续导通以向采样模块持续传输其接收到的电源电压，再通过采样模块对其接收到的电源电压进行分压后传输给电源输出端，以向负载供电。因此，通过上述三个模块的相互配合，可以避免负载短路或过流时对电源输入端连接的供电电源损害的问题，从而使电路更加稳定可靠。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电源输出保护电路的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的电源输出保护电路的结构示意图之二；
图3a为图1所示的电源输出保护电路的具体结构示意图；
图3b为图2所示的电源输出保护电路的具体结构示意图；
图3c为本发明实施例提供的电源输出保护电路的结构示意图之三；
图3d为图3c所示的电源输出保护电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的电源输出保护电路及装置的具体实施方式进行详细地说明。应当理解，下面所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种电源输出保护电路，如图1所示，包括：采样模块1、开关控制模块2以及处理控制模块3；其中，
采样模块1，用于接收开关控制模块2传输的电源电压，并在对接收到的电源电压进行分压后传输给电源输出端VOUT，以及将接收到的电源电压按比例转换为采样电压后传输给处理控制模块3；
处理控制模块3，用于接收采样电压，并在判断接收到的采样电压不大于预设过流电压时，向开关控制模块2发送截止控制信号，在判断接收到的采样电压大于预设过流电压时，持续向开关控制模块2发送导通控制信号；
开关控制模块2，用于接收电源输入端VIN的电源电压、导通控制信号以及截止控制信号，并在接收到导通控制信号时向采样模块1传输接收到的电源电压，在接收到截止控制信号时停止向采样模块传输接收到的电源电压。
本发明实施例提供的上述电源输出保护电路，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，通过采样模块将其接收到的电源电压按比例转换为采样电压，再通过处理控制模块判断接收到的采样电压是否大于预设过流电压，并在判断采样电压不大于预设过流电压时可以确认电源输出端连接的负载短路或过流，并向开关控制模块发送截止控制信号，控制开关控制模块停止向采样模块传输其接收到的电源电压，从而断开电源输入端与采样模块以避免负载短路或过流对电源输入端连接的供电电源的损坏，实现过流保护。在处理控制模块判断采样电压大于预设过流电压时，向开关控制模块发送导通控制信号，控制开关控制模块持续导通以向采样模块持续传输其接收到的电源电压，再通过采样模块对其接收到的电源电压进行分压后传输给电源输出端，以向负载供电。因此，本发明实施例提供的上述电源输出保护电路通过上述三个模块的相互配合，可以避免负载短路或过流时对电源输入端连接的供电电源损害的问题，从而使电路更加稳定可靠。
进一步地，在电路处于稳定输出状态时，当负载发生短路或过流故障时，为了能够快速断开电源输入端VIN与采样模块1，降低对电源输入端VIN的影响，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图2所示，电源输出保护电路还可以包括：逻辑控制模块4；处理控制模块3通过逻辑控制模块4向开关控制模块2发送截止控制信号和导通控制信号；其中，
逻辑控制模块4用于接收采样电压与处理控制模块3发送的截止控制信号，并将接收到的截止控制信号传输给开关控制模块2，以及用于接收采样电压与处理控制模块3发送的导通控制信号，并将接收到的导通控制信号传输给开关控制模块2。
进一步地，为了防止负载接入或断开时产生异常的浪涌电压对电源输出保护电路的影响，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图2所示，电源输出保护电路还可以包括：浪涌抑制模块5；其中，
浪涌抑制模块5的输入端与电源输出端VOUT相连；浪涌抑制模块5用于防止电源输出端VOUT的浪涌电压输入采样模块1。
进一步地，为了在负载短路或过流时能够及时进行通知，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图2所示，电源输出保护电路还包括：状态指示模块6；其中，
处理控制模块3还用于在判断接收到的采样电压不大于预设过流电压时，向状态指示模块6发送报警控制信号；
状态指示模块6用于在接收到报警控制信号后发出报警信息。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a至图3d所示，采样模块1具体可以包括：二极管D、第一晶体管M1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4；其中，
二极管D的正极用于接收开关控制模块2传输的电源电压，负极与电源输出端VOUT相连用于将分压后的电源电压传输给电源输出端VOUT；
第一电阻R1的第一端以及第一晶体管M1的源极均与二极管D的正极相连，第一电阻R1的第二端以及第一晶体管M1的漏极均与第二电阻R2的第一端相连；
第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端相连，并且第二电阻R2的第二端用于输出采样电压；
第三电阻R3的第二端与接地端GND相连；
第四电阻R4的第一端与二极管D的负极相连，第二端与第一晶体管M1的栅极相连；
预设过流电压V0满足公式：其中，UD代表二极管的导通压降，r1代表第一电阻的电阻值，r2代表第二电阻的电阻值，r3代表第三电阻的电阻值。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a所示，第一晶体管M1可以为PNP三极管，此时PNP三极管的基极为第一晶体管M1的栅极，PNP三极管的集电极为第一晶体管M1的源极，PNP三极管的发射极为第一晶体管M1的源极。当然，第一晶体管M1也可以为P型金属氧化物半导体场效应管(MOS，Metal Oxide Scmiconductor)。在实际应用中，第一晶体管M1的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，当电源输出端接上负载并对负载供电时，二极管的正极与其负极之间具有电流，二极管有稳定压降即其导通压降。由于该导通压降的存在，可以使第一晶体管的栅极与其源极之间的电压差Vgs(M1)与其阈值电压Vth(M1)之间的关系满足公式：|Vgs(M1)|＞|Vth(M1)|，从而使第一晶体管导通。并且，一般二极管的导通压降在0.6V-0.7V范围内。第一晶体管的阈值电压Vth(M1)一般在0.5V-0.6V范围内。另外，由于二极管还具有反向截止的功能，因此还可以防止外部电流倒灌对电源输出保护电路造成影响。在实际应用中，二极管的导通压降与第一晶体管的阈值电压需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，二极管为硅二极管。这样可以使二极管的正极与其负极之间具有一个相对固定的导通压降。当然，二极管也可以为锗二极管。在实际应用中，二极管的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻的电阻值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，当第一晶体管为P型MOS管时，第四电阻的电阻值可以为0。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中采样模块的具体结构，在具体实施时，采样模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a所示，开关控制模块2具体可以包括：第二晶体管M2、第三晶体管M3、第五电阻R5以及第六电阻R6；其中，
第二晶体管M2的源极与电源输入端VIN相连用于接收电源输入端VIN的电源电压，漏极用于传输接收到的电源电压，栅极与第五电阻R5的第一端以及第三晶体管M3的源极相连；
第五电阻R5的第二端与第二晶体管M2的源极相连；
第三晶体管M3的栅极与第六电阻R6的第一端相连，漏极与接地端GND相连；
第六电阻R6的第二端用于接收导通控制信号与截止控制信号。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a所示，第二晶体管M2可以为P型金属氧化物半导体场效应管(MOS，Metal Oxide Scmiconductor)。当然，第二晶体管M2也可以为P型三极管，此时P型三极管的基极为第二晶体管M2的栅极，P型三极管的集电极为第二晶体管M2的源极，P型三极管的发射极为第二晶体管M2的漏极。在实际应用中，第二晶体管M2的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第二晶体管在其栅极具有低电平的电压信号时导通，从而可以使电源输入端与采样模块的输入端导通，已将电源输入端的电源电压传输到采样模块的输入端。在实际应用中，第二晶体管在其栅极与其源极之间的电压差Vgs(M2)与其阈值电压Vth(M2)之间的关系满足公式：|Vgs(M2)|＞|Vth(M2)|时导通。并且，在第二晶体管导通后，其等效电阻的电阻值较小，在流经第二晶体管的电流较小时，其两端的压降可以忽略不计，降低电压损耗。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a所示，第三晶体管M3可以为NPN三极管，此时NPN三极管的基极为第三晶体管M3的栅极，NPN三极管的集电极为第三晶体管M3的源极，NPN三极管的发射极为第三晶体管M3的漏极。当然，第三晶体管M3也可以为N型MOS管。在实际应用中，第三晶体管M3的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第三晶体管在其栅极具有高电平的电压信号时导通，从而可以使第五电阻的第二端与接地端之间形成一条通路。在实际应用中，第三晶体管在其栅极与其源极之间的电压差Vgs(M3)与其阈值电压Vth(M3)之间的关系满足公式：|Vgs(M3)|＞|Vth(M3)|时导通。并且，在第三晶体管导通后，其等效电阻的电阻值较小，在流经第三晶体管的电流较小时，其两端的压降可以忽略不计，降低电压损耗。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，在第三晶体管为N型MOS管时，第六电阻的电阻值可以为0。在实际应用中，第五电阻的电阻值与第六电阻的电阻值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，导通控制信号为具有高电平的电压信号，截止控制信号为具有低电平的电压信号。
进一步地，为了进行滤波，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3b至图3d所示，开关控制模块2具体还可以包括：第七电阻R7和电容C；其中
第七电阻R7连接于第二晶体管M2的栅极与第三晶体管M3的源极之间；
电容C连接于第五电阻R5的第一端与其第二端之间。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第七电阻的电阻值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，电容的电容值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中开关控制模块的具体结构，在具体实施时，开关控制模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3b至图3d所示，逻辑控制模块4具体可以包括：与门&；其中，
与门&的第一输入端A用于接收采样电压，与门&的第二输入端B用于接收处理控制模块3发送的截止控制信号与导通控制信号，与门&的输出端F用于将接收到的截止控制信号与导通控制信号输出给开关控制模块2。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，与门仅在其第一输入端与其第二输入端均为具有高电平的电压信号时，其输出端才会输出具有高电平的电压信号，否则，其输出端输出具有低电平的电压信号。这样采用与门可以将采样电压转换为控制开关控制模块中第三晶体管导通与截止的电压信号，从而可以快速控制开关控制模块中第三晶体管的导通与截止，降低响应时间。并且还可以在处理控制模块的控制下屏蔽采样电压。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，在采样电压大于预设过流电压时，针对于与门，采样电压为具有高电平的电压信号。在采样电压不大于预设过流电压时，针对于与门，采样电压为具有低电平的电压信号。在实际应用中，与门的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中逻辑控制模块的具体结构，在具体实施时，逻辑控制模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
进一步地，为了保证电源输出保护电路由断开转入开启状态时，负载过流对电路造成的影响，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3c所示，电源输出保护电路还可以包括：连接于第三晶体管M3的源极与接地端GND之间的驱动控制模块7；其中，
处理控制模块3还用于在判断接收到的采样电压大于预设过流电压时，持续向驱动控制模块7发送导通脉冲驱动信号，以及在判断接收到的采样电压不大于预设过流电压时，向驱动控制模块7发送截止脉冲驱动信号；
驱动控制模块7用于接收导通脉冲驱动信号与截止脉冲驱动信号，并在接收到导通脉冲驱动信号时导通第三晶体管M3的源极与接地端GND，在接收到截止脉冲驱动信号时断开第三晶体管M3的源极与接地端GND。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3d所示，驱动控制模块7具体可以包括：第四晶体管M4与第八电阻R8；其中，
第八电阻R8的第一端用于接收导通脉冲驱动信号与截止脉冲驱动信号，第二端与第四晶体管M4的栅极相连；
第四晶体管M4的源极与第三晶体管M3的源极相连，第四晶体管M4的漏极与接地端GND相连。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3d所示，第四晶体管M4可以为NPN三极管，此时NPN三极管的基极为第四晶体管M4的栅极，NPN三极管的集电极为第四晶体管M4的源极，NPN三极管的发射极为第四晶体管M4的漏极。当然，第四晶体管M4也可以为N型MOS管。在实际应用中，第四晶体管M4的具体结构需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第四晶体管在其栅极具有高电平的电压信号时导通，从而可以使第五电阻的第二端与接地端之间形成一条通路。在实际应用中，第四晶体管在其栅极与其源极之间的电压差Vgs(M4)与其阈值电压Vth(M4)之间的关系满足公式：|Vgs(M4)|＞|Vth(M4)|时导通。并且，在第四晶体管导通后，其等效电阻的电阻值较小，在流经第四晶体管的电流较小时，其两端的压降可以忽略不计，降低电压损耗。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，导通脉冲驱动信号为具有高电平的电压信号，截止脉冲驱动信号为具有低电平的电压信号，并且导通脉冲驱动信号与截止脉冲驱动信号采用PWM(Pulse Width Modulation，控制脉冲宽度调制)技术进行控制。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第八电阻的电阻值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，当第四晶体管M4为N型MOS管时，第八电阻的电阻值可以为0。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3a至图3d中，处理控制模块3具有可以包括：微控制器MCU；其中，
微控制器MCU的接收端口AI用于接收采样电压，第一输出端口IO1用于输出导通控制信号与截止控制信号。这样可以通过微控制器实时检测采样模块输出的采样电压，以及时控制开关控制模块。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3c与图3d所示，在电源输出保护电路还包括驱动控制模块7时，微控制器MCU还包括：用于输出截止脉冲驱动信号与导通脉冲驱动信号的第二输出端口IO2。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3b至图3d所示，在电源输出保护电路还包括状态指示模块6时，微控制器MCU还包括：用于输出报警控制信号的第三输出端口IO3。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，微控制器的具体结构与现有技术相同，为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做详述，也不应作为对本发明的限制。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中处理控制模块的具体结构，在具体实施时，处理控制模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3b至图3d所示，浪涌抑制模块5具体可以包括：瞬变电压抑制二极管TVS；其中，
瞬变电压抑制二极管TVS的负极为浪涌抑制模块5的输入端5a，瞬变电压抑制二极管TVS的正极与接地端GND相连。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，瞬变电压抑制二极管可以为单向瞬变电压抑制二极管，或者，瞬变电压抑制二极管也可以为双向瞬变电压抑制二极管。瞬变电压抑制二极管的具体类型需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中浪涌抑制模块的具体结构，在具体实施时，浪涌抑制模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3b至图3d所示，状态指示模块6具体可以包括：第九电阻R9和发光二极管L；其中，
第九电阻R9的第一端用于接收报警控制信号，第二端与发光二极管L的正极相连，发光二极管L的负极与接地端GND相连。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，状态指示模块接收到报警控制信号时，发光二极管处于快闪状态。当然，在电源输入端与电源输出端断开未向供电时，处理控制模块中的微控制器控制发光二极管处于关闭状态。在电源输入端与电源输出端导通并处于向负载供电的正常状态时，处理控制模块中的微控制器控制发光二极管处于常亮状态。在负载断路或未连接负载时，处理控制模块中的微控制器控制发光二极管处于慢闪状态。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，第九电阻的电阻值需要根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，状态指示模块还可以包括蜂鸣器等具有报警提示功能的元件。
以上仅是举例说明电源输出保护电路中状态指示模块的具体结构，在具体实施时，状态指示模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述电源输出保护电路中，如图3c与图3d所示，电源输出保护电路还可以包括：正温度系数热敏电阻PTC；其中，
开关控制模块2通过正温度系数热敏电阻PTC向采样模块1传输接收到的电源电压。
下面以图3a和图3d所示的具体结构为例对本发明提供的电源输出保护电路的工作过程进行说明。其中，电源输入端VIN的电源电压为Vin，预设过流电压V0满足公式：
实施例一、
如图3a所示，第一晶体管为PNP三极管，第二晶体管为P型MOS管，第三晶体管为NPN三极管。
(1)在电源输出端VOUT连接的负载正常工作未短路时，即电源输入端VIN与电源输出端VOUT导通时，二极管D具有稳定的导通压降，从而使第一晶体管M1的Vgs(M1)>Vth(M1)而导通，由于导通后的第一晶体管M1的等效电阻较小，可以忽略不计。因此第一电阻R1被短路，第一晶体管M1的源极、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V1即采样电压满足公式：其中，U1为此时二极管D的正极的电压，r2为第二电阻R2的电阻值，r3为第三电阻R3的电阻值。由于负载正常工作时所需的电流较小，因此第二晶体管M2的压降可以忽略不计，使U1≈Vin。因此从而满足公式：V1>V0，微控制器MCU向第三晶体管M3持续输出导通控制信号，以控制第三晶体管M3持续导通，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND持续导通，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极持续导通，以向二极管D的正极传输电源电压Vin。
(2)在电源输出端VOUT未连接负载或连接的负载断路时，即电源输入端VIN与电源输出端VOUT断开时，二极管D未导通，使得其两端不具有导通压降，因此第一晶体管M1截止，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V2即采样电压满足公式：其中，U2为此时二极管D的正极的电压，r1为第一电阻R1的电阻值。此时二极管D正极的电压U2≈Vin。因此从而满足公式：V2>V0，微控制器MCU向第三晶体管M3输出导通控制信号，以控制第三晶体管M3导通，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND导通，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极导通。
(3)在电源输出端VOUT连接的负载短路时，即二极管D的负极直接接地，从而使二极管D的正极的电压为二极管的导通压降，由于二极管D的负极接地，因此第一晶体管M1截止，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V3即采样电压满足公式：从而满足公式：V3＝V0，微控制器MCU向第三晶体管M3输出截止控制信号，以控制第三晶体管M3截止，断开第二晶体管M2的栅极与接地端GND，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极断开，使电源输入端VIN与电源输出端VOUT之间断路，实现过流保护。
实施例二、
如图3d所示，第一晶体管为PNP三极管，第二晶体管为P型MOS管，第三晶体管为NPN三极管。
(1)在电源输出端VOUT连接的负载正常工作未短路时，即电源输入端VIN与电源输出端VOUT导通时，二极管D具有稳定的导通压降，从而使第一晶体管M1的Vgs(M1)>Vth(M1)而导通，由于导通后的第一晶体管M1的等效电阻较小，可以忽略不计。因此第一电阻R1被短路，第一晶体管M1的源极、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V1即采样电压满足公式：其中，U1为此时二极管D的正极的电压，r2为第二电阻R2的电阻值，r3为第三电阻R3的电阻值。由于负载正常工作时所需的电流较小，因此第二晶体管M2的压降可以忽略不计，使U1≈Vin。因此从而满足公式：V1>V0，微控制器MCU持续向与门&的第一输入端A发送具有高电平的导通控制信号，由于与门&的第二输入端B具有高电平的电压信号，因此与门&的输出端F输出具有高电平的电压信号，从而将其第一输入端A接收到的高电平的导通控制信号传输给第三晶体管M3，以控制第三晶体管M3持续导通，以导通第二晶体管M2的栅极与接地端GND，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极持续导通。并且微控制器MCU控制状态指示模块6中的发光二极管L处于常亮状态以进行提示。
(2)在电源输出端VOUT未连接负载或连接的负载断路时，即电源输入端VIN与电源输出端VOUT断开时，二极管D未导通，使得其两端不具有导通压降，因此第一晶体管M1截止，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V2即采样电压的电压满足公式：其中，U2为此时二极管D的正极的电压，r1为第一电阻R1的电阻值。此时二极管D正极的电压U2≈Vin。因此从而满足公式：V2>V0，微控制器MCU向与门&的第一输入端A发送具有高电平的导通控制信号，由于与门&的第二输入端B具有高电平的电压信号，因此与门&的输出端F输出具有高电平的电压信号，从而将其第一输入端A接收到的高电平的导通控制信号传输给第三晶体管M3，以控制第三晶体管M3导通，导通第二晶体管M2的栅极与接地端GND，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极导通。并且微控制器MCU控制指示模块6中的发光二极管L处于慢闪状态以进行报警提示。
(3)在电源输出端VOUT连接的负载短路时，即二极管D的负极直接接地，从而使二极管D的正极的电压为二极管的导通压降，由于二极管D的负极接地，因此第一晶体管M1截止，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3形成通路，使得第二电阻R2的第二端的电压V3即采样电压的电压满足公式：从而满足公式：V3＝V0，使得与门&的第二输入端B输入低电平的电压信号，因此与门&的输出端F可以快速输出具有低电平的电压信号，从而可以及时控制第三晶体管M3截止。其中，由于微控制器MCU在判断V3不大于V0时，才会向与门&的第一输入端A发送低电平的截止控制信号，以使与门&的输出端F输出具有低电平的电压信号。因此由于微控制器MCU具有对采样电压的处理判断过程，而与门&只要在其第一输入端A或其第二输入端B接收到低电平的电压信号时，就会立即通过输出端F输出低电压的电压信号，以控制第三晶体管M3截止，因此，采用与门&可以使第二晶体管M2的栅极与接地端GND快速断开，从而可以快速的控制电源输入端VIN与二极管D的正极断开，使电源输入端VIN与电源输出端VOUT之间断路，以及时的实现过流保护。并且微控制器MCU向状态指示模块6发送报警控制信号，状态指示模块6在接收到报警控制信号后，控制发光二极管L处于快闪状态以进行报警提示。并且由于瞬变电压抑制二极管TVS的作用，可以进一步防止负载异常导致的异常电压对电源输出保护电路的影响。并且由于正温度系数热敏电阻的作用，可以进一步保证负载短路时导致过流对电源输入端的影响。
(4)在电源输入端VIN与电源输出端VOUT由断开变为开启状态时，微控制器MCU向与门&的第一输入端A发送具有低电平的截止控制信号，因此与门&的输出端F输出具有低电平的电压信号，从而将其第一输入端A接收到的低电平的截止控制信号传输给第三晶体管M3，以控制第三晶体管M3截止。微控制器MCU向第四晶体管M4输出高电平的导通脉冲驱动信号以控制第四晶体管M4导通，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND导通，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极导通。在负载短路时，二极管D的正极的电压为二极管的导通压降，使得第二电阻R2的第二端的电压V3即采样电压的电压满足公式：即满足公式：V3＝V0。微控制器MCU向第四晶体管M4输出低电平的截止脉冲驱动信号以控制第四晶体管M4截止，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND断开，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极断开，实现过流保护。否则，微控制器MCU采用PWM技术控制导通脉冲驱动信号的占空比为满占空比以控制第四晶体管M4持续导通，在导通脉冲驱动信号的占空比为满占空比后，微控制器MCU向与门&的第一输入端A发送具有高电平的导通控制信号，由于与门&的第二输入端B具有高电平的电压信号，因此与门&的输出端F输出具有高电平的电压信号，从而将其第一输入端A接收到的高电平的导通控制信号传输给第三晶体管M3，以控制第三晶体管M3导通，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND导通，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极导通。在与门&稳定输出后，微控制器MCU向第四晶体管M4输出低电平的截止脉冲驱动信号以控制第四晶体管M4截止，使第二晶体管M2的栅极与接地端GND断开，从而控制电源输入端VIN与二极管D的正极断开，从而通过微处理器MCU与与门&共同作用实现过流保护。在负载短路时，二极管D的正极的电压为二极管的导通压降，使得第二电阻R2的第二端的电压V3即采样电压的电压满足公式：即满足公式：V3＝V0。因此使得与门&的第二输入端B输入低电平的电压信号，因此与门&的输出端F可以快速输出具有低电平的电压信号，从而可以及时控制第三晶体管M3截止。其中，由于微控制器MCU在判断V3不大于V0时，才会向与门&的第一输入端A发送低电平的截止控制信号，以使与门&的输出端F输出具有低电平的电压信号。因此由于微控制器MCU具有对采样电压的处理判断过程，而与门&只要在其第一输入端A或其第二输入端B接收到低电平的电压信号时，就会立即通过输出端F输出低电压的电压信号，以控制第三晶体管M3截止，因此，采用与门&可以使第二晶体管M2的栅极与接地端GND快速断开，从而可以快速的控制电源输入端VIN与二极管D的正极断开，使电源输入端VIN与电源输出端VOUT之间断路，以及时的实现过流保护。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电源输出保护装置，包括本发明实施例提供的上述任一种电源输出保护电路。该电源输出保护装置解决问题的原理与前述电源输出保护电路相似，因此该电源输出保护装置的实施可以参见前述电源输出保护电路的实施，重复之处在此不再赘述。该电源输出保护装置可以为报警设备等任何具有电源输出功能的产品或部件。对于该电源输出保护装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。
本发明实施例提供的电源输出保护电路及装置，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，通过采样模块将其接收到的电源电压按比例转换为采样电压，再通过处理控制模块判断接收到的采样电压是否大于预设过流电压，并在判断采样电压不大于预设过流电压时可以确认电源输出端连接的负载短路或过流，并向开关控制模块发送截止控制信号，控制开关控制模块停止向采样模块传输其接收到的电源电压，从而断开电源输入端与采样模块以避免负载短路或过流对电源输入端连接的供电电源的损坏，实现过流保护。在处理控制模块判断采样电压大于预设过流电压时，向开关控制模块发送导通控制信号，控制开关控制模块持续导通以向采样模块持续传输其接收到的电源电压，再通过采样模块对其接收到的电源电压进行分压后传输给电源输出端，以向负载供电。因此，通过上述三个模块的相互配合，可以避免负载短路或过流时对电源输入端连接的供电电源损害的问题，从而使电路更加稳定可靠。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种电源输出保护电路，其特征在于，包括：采样模块、开关控制模块以及处理控制模块；其中，
所述采样模块，用于接收所述开关控制模块传输的电源电压，并在对接收到的所述电源电压进行分压后传输给电源输出端，以及将接收到的所述电源电压按比例转换为采样电压后传输给所述处理控制模块；所述采样模块包括：二极管、第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；其中，所述二极管的正极用于接收所述开关控制模块传输的电源电压，负极与所述电源输出端相连用于将分压后的电源电压传输给所述电源输出端；所述第一电阻的第一端以及所述第一晶体管的源极均与所述二极管的正极相连，所述第一电阻的第二端以及所述第一晶体管的漏极均与所述第二电阻的第一端相连；所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端相连，并且所述第二电阻的第二端用于输出所述采样电压；所述第三电阻的第二端与接地端相连；所述第四电阻的第一端与所述二极管的负极相连，第二端与所述第一晶体管的栅极相连；预设过流电压V0满足公式：其中，UD代表所述二极管的导通压降，r1代表所述第一电阻的电阻值，r2代表所述第二电阻的电阻值，r3代表所述第三电阻的电阻值；
所述处理控制模块，用于接收所述采样电压，并在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述开关控制模块发送截止控制信号，在判断接收到的所述采样电压大于预设过流电压时，持续向所述开关控制模块发送导通控制信号；
所述开关控制模块，用于接收电源输入端的电源电压、所述导通控制信号以及所述截止控制信号，并在接收到所述导通控制信号时向所述采样模块传输所述开关控制模块接收到的所述电源电压，在接收到所述截止控制信号时停止向所述采样模块传输所述开关控制模块接收到的所述电源电压。
2.如权利要求1所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述电源输出保护电路还包括：逻辑控制模块；所述处理控制模块通过所述逻辑控制模块向所述开关控制模块发送截止控制信号和所述导通控制信号；
所述逻辑控制模块用于接收所述采样电压与所述处理控制模块发送的所述截止控制信号，并将接收到的所述截止控制信号传输给所述开关控制模块，以及用于接收所述采样电压与所述处理控制模块发送的所述导通控制信号，并将接收到的所述导通控制信号传输给所述开关控制模块。
3.如权利要求2所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：与门；其中，
所述与门的第一输入端用于接收所述采样电压，所述与门的第二输入端用于接收所述处理控制模块发送的所述截止控制信号与所述导通控制信号，所述与门的输出端用于将接收到的所述截止控制信号与所述导通控制信号输出给所述开关控制模块。
4.如权利要求1所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述开关控制模块包括：第二晶体管、第三晶体管、第五电阻以及第六电阻；其中，
所述第二晶体管的源极与所述电源输入端相连用于接收所述电源输入端的电源电压，漏极用于传输接收到的所述电源电压，栅极与所述第五电阻的第一端以及所述第三晶体管的源极相连；
所述第五电阻的第二端与所述第二晶体管的源极相连；
所述第三晶体管的栅极与所述第六电阻的第一端相连，漏极与接地端相连；
所述第六电阻的第二端用于接收所述导通控制信号与所述截止控制信号。
5.如权利要求4所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述开关控制模块还包括：第七电阻和电容；其中
所述第七电阻连接于所述第二晶体管的栅极与所述第三晶体管的源极之间；
所述电容连接于所述第五电阻的第一端与其第二端之间。
6.如权利要求4所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述电源输出保护电路还包括：连接于所述第三晶体管的源极与所述接地端之间驱动控制模块；其中，
所述处理控制模块还用于在判断接收到的所述采样电压大于预设过流电压时，持续向所述驱动控制模块发送导通脉冲驱动信号，以及在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述驱动控制模块发送截止脉冲驱动信号；
所述驱动控制模块用于接收所述导通脉冲驱动信号与所述截止脉冲驱动信号，并在接收到所述导通脉冲驱动信号时导通所述第三晶体管的源极与所述接地端，在接收到所述截止脉冲驱动信号时断开所述第三晶体管的源极与所述接地端。
7.如权利要求6所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述驱动控制模块包括：第四晶体管与第八电阻；其中，
所述第八电阻的第一端用于接收所述导通脉冲驱动信号与所述截止脉冲驱动信号，第二端与所述第四晶体管的栅极相连；
所述第四晶体管的源极与所述第三晶体管的源极相连，所述第四晶体管的漏极与所述接地端相连。
8.如权利要求1所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述电源输出保护电路还包括：浪涌抑制模块；其中，所述浪涌抑制模块的输入端与所述电源输出端相连；所述浪涌抑制模块用于防止所述电源输出端的浪涌电压输入所述采样模块；和/或，
所述电源输出保护电路还包括：状态指示模块；其中，所述处理控制模块还用于在判断接收到的所述采样电压不大于预设过流电压时，向所述状态指示模块发送报警控制信号；
所述状态指示模块用于在接收到所述报警控制信号后发出报警信息。
9.如权利要求8所述的电源输出保护电路，其特征在于，在所述电源输出保护电路还包括浪涌抑制模块时，所述浪涌抑制模块包括：瞬变电压抑制二极管；其中，所述瞬变电压抑制二极管的负极为所述浪涌抑制模块的输入端，所述瞬变电压抑制二极管的正极与接地端相连；
在所述电源输出保护电路还包括状态指示模块时，所述状态指示模块包括：第九电阻和发光二极管；其中，所述第九电阻的第一端用于接收所述报警控制信号，第二端与所述发光二极管的正极相连，所述发光二极管的负极与所述接地端相连。
10.如权利要求1-9任一项所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述处理控制模块包括：微控制器；其中，
所述微控制器的接收端口用于接收所述采样电压，第一输出端口用于输出所述导通控制信号与所述截止控制信号。
11.如权利要求10所述的电源输出保护电路，其特征在于，在所述电源输出保护电路还包括驱动控制模块时，所述微控制器还包括：用于输出截止脉冲驱动信号与导通脉冲驱动信号的第二输出端口；
在所述电源输出保护电路还包括状态指示模块时，所述微控制器还包括：用于输出报警控制信号的第三输出端口。
12.如权利要求1-7任一项所述的电源输出保护电路，其特征在于，所述电源输出保护电路还包括：正温度系数热敏电阻；其中，所述开关控制模块通过所述正温度系数热敏电阻向所述采样模块传输接收到的所述电源电压。
13.一种电源输出保护装置，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的电源输出保护电路。
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