CN111446689A - 一种具备报警和延时自恢复功能的过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备报警和延时自恢复功能的过流保护电路。该电路通用性强、实现简单、成本低廉。该电路结构中第一电容并联在第一增强型PMOS管的栅源极之间，且第一增强型PMOS管源极连接外部直流电源VCC；第二增强型PMOS管的源极通过第一电阻连接外部直流电源VCC，漏极接负载网络的供电正端，栅极通过第三电阻连接至电源地GND，同时栅极通过第二电阻连接至第一增强型PMOS管的漏极；第四电阻和第二电容串联组成延时电路，延时电路的电阻一端接第二增强型PMOS管的栅极，电容一端接电源地GND；增强型NMOS管栅极连接在第四电阻和第二电容的公共端，源极接电源地GND，漏极通过串接发光二极管和第五电阻连接到第二增强型PMOS管的栅极；第六电阻与负载网络并联。
Description
技术领域
本发明属于电子学领域，涉及一种过流保护电路，尤其涉及一种具有报警和延时自恢复功能的过流保护电路。
背景技术
随着科技的发展和信息技术的进步，电子电路的功能日益强大，其硬件方案愈来愈复杂。同时，由于集成电路的高速发展，芯片尺寸变小，功能更加模块化，使得单套电子电路内设计有多片集成电路以实现更为强大的功能成为现实。
现代电子电路在正常工作时，其工作电流都会在一定范围内。当电子电路出现某些故障(芯片闩锁或软件死机等)或环境发生剧烈变化(散热故障或空气湿度增大等)时，容易造成工作电流迅速增大，如果持续时间过长，则极有可能损坏电子电路。
针对电子电路工作电流突发过大的情况，常见的保护措施是电源入口设计有保险器。对于包含保险器的电子电路而言，工作电流突发过大进而烧断保险器虽然能够保护电子电路，但也致使电子电路进入不能恢复工作的待维修状态(保险器作用往往是一次性的)。对于功能复杂且造价昂贵的电子电路，往往设计有过过流自动关机功能以保护电子电路。过流自动关机功能往往需要电流传感器、AD转换器、开关(继电器或机械开关)、MCU(单片机)和控制软件等，软硬件成本较大，开发难度大，难以广泛应用。
另外，触发过流自动关机后，还需要人工判断故障是否解除并操作开机，不仅增加人工成本还会造成因判断失误硬开机致电路进一步损坏的严重后果。对于某些过流不宜自动关机或无人参与操作的电子电路，则不得不直接面对过流带来的各种风险。因此，报警和自恢复往往是过流保护电路必需的功能。
电子电路工作电流突发过大往往由偶发故障导致，而断电后重新加电则能解决多数偶发故障。但断电加电如在过短的时间内完成，则容易导致电子电路内部容性器件的击穿损坏，而对于包括多片集成电路的电子电路尤其危险，因此自恢复过流保护必须具有延时功能。
因此，急需一种通用的简单的低成本的具备报警和延时自恢复能的过流保护电路和方法。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种通用性强、实现简单、成本低廉的具备报警和延时自恢复功能的过流保护电路。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种具有报警和延时自恢复功能的过流保护电路，包括第一电容、第一电阻、第一增强型PMOS管、第二电阻、第三电阻、第二增强型PMOS管、第四电阻、第二电容、第五电阻、发光二极管、增强型NMOS管以及第六电阻；
第一电容并联在第一增强型PMOS管的栅源极之间，且第一增强型PMOS管源极连接外部直流电源VCC；
第二增强型PMOS管的源极通过第一电阻连接外部直流电源VCC，第二增强型PMOS管漏极接负载网络的供电正端，第二增强型PMOS管栅极通过第三电阻连接至电源地GND，同时通过第二电阻连接至第一增强型PMOS管的漏极；
第四电阻和第二电容串联组成延时电路，所述延时电路的电阻一端接第二增强型PMOS管的栅极，电容一端接电源地GND；
增强型NMOS管栅极连接在第四电阻和第二电容的公共端，增强型NMOS管源极接电源地GND，增强型NMOS管漏极通过串接发光二极管和第五电阻连接到第二增强型PMOS管的栅极；第六电阻与负载网络并联；
其中，第二电阻的电阻阻值远小于第三电阻的电阻阻值；第二电阻的电阻阻值远小于第四电阻的电阻阻值；第五电阻的电阻阻值远小于第二电阻的电阻阻值。
该电路的工作原理是：
该电路接受直流供电，外部直流电源VCC上电期间，第一电容10保证第一增强型PMOS管源漏极为断开状态；第二增强型PMOS管的栅极被电阻第三电阻下拉至电源地GND，故其源漏极为导通状态，从而对负载网络实现供电。
当第二增强型PMOS管源漏极为导通状态，负载网络工作电流即第一电阻上电流
≥过流保护阈值Ioc时，第一增强型PMOS管栅源电压
(第一电阻上电压为
第一增强型PMOS管开启电压为VGS(th)12(＜0))，第一增强型PMOS管源漏极为导通状态；则第二增强型PMOS管栅极电压约为电源电压uVCC(第二电阻阻值R13＜＜第三电阻阻值R14)，其栅源电压uGS15≥VGS(th)15(第二增强型PMOS管开启电压为VGS(th)15(＜0))，故其源漏极变为断开状态，从而对负载网络(22)断电保护；进一步导致第一增强型PMOS管栅极被第六电阻下拉至电源地GND，故其源漏极继续保持导通状态。
进一步，第二电容被外部直流电源VCC通过第四电阻缓慢充电(第二电阻阻值R13＜＜第四电阻阻值R16)，经过td时间，当第二电容的电压
时(增强型NMOS管开启电压为VGS(th)20(＞0))，增强型NMOS管漏源极变为导通状态，发光二极管点亮(报警)，同时将第二增强型PMOS管栅极电压拉低(第五电阻阻值R18＜＜第二电阻阻值R13)，致使其源漏极为导通状态，从而对负载网络(22)恢复供电。同时，第一增强型PMOS管栅源电压改变为
当
时(
为负载网络工作电流)，第一增强型PMOS管源漏极为断开状态，第二增强型PMOS管源漏极为导通状态，保持对负载网络(22)供电；当
时，则再次进入上述循环，对负载网络(22)断电保护。
进一步地，上述第一增强型PMOS管、第二增强型PMOS管、增强型NMOS管可采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换。
本发明的有益效果是：
1、本发明原理简单通用，可以直接增加在任何原设计无过流保护且需要过流保护的电子电路中，而不改变其原有的任何设计；对于已经有过流保护的电子电路中，也仅需要直接替换对应的过流保护电路即可(不改变其余部分的设计)。
2、本发明选用的材料和元器件均为通用器件，每一种均是种类繁多、价格便宜，特别适合于新产品研制开发和批量生产。
3、本发明原理简单，安全可靠，特别适合于模组化封装或IC设计并大批量生产。
4、本发明应用于供电条件比较苛刻的电子电路中，除保护过流供电损坏电子电路外，还可额外保护供电电源(或电池)以免因过流导致损坏。
5、本发明应用于具有保险丝的电子电路中，可以大大减少过流对保险丝的消耗。
6、本发明具备自恢复特性，应用于过流保护后需人工参与维护和操作的电子电路时，可以节约大量人工。
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图；
图2为本发明的电路动态工作示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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有没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。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种具有报警和延时自恢复功能的过流保护电路的具体实施例，如图1，包括第一电容(10)、第一电阻(11)、第一增强型PMOS管(12)、第二电阻(13)、第三电阻(14)、第二增强型PMOS管(15)、第四电阻(16)、第二电容(17)、第五电阻(18)、发光二极管(19)、增强型NMOS管(20)以及第六电阻(21)；
其中，第一增强型PMOS管12、第二增强型PMOS管15以及增强型NMOS管20也可采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换，若更换MOS管的类型则电路连接方式也需要进行适应性调整(该调整属于本领域技术人员根据实际情况都能作出的常规调整，此处不进行赘述)。
该电路的具体连接结构是：
第一电容10并联在第一增强型PMOS管12的栅源极之间，且第一增强型PMOS管12源极连接外部直流电源VCC；
第二增强型PMOS管15的源极通过第一电阻11连接外部直流电源VCC，第二增强型PMOS管15漏极接负载网络22的供电正端，第二增强型PMOS管15栅极通过第三电阻14连接至电源地GND，同时通过第二电阻13连接至第一增强型PMOS管12的漏极；
第四电阻16和第二电容17串联组成延时电路，所述延时电路的电阻一端接第二增强型PMOS管15的栅极，电容一端接电源地GND；
增强型NMOS管20栅极连接在第四电阻16和第二电容17的公共端，增强型NMOS管20源极接电源地GND，增强型NMOS管20漏极通过串接发光二极管19和第五电阻18连接到第二增强型PMOS管15的栅极；第六电阻21与负载网络22并联；
其中，第二电阻13的电阻阻值远小于第三电阻14的电阻阻值；第二电阻13的电阻阻值远小于第四电阻16的电阻阻值；第五电阻18的电阻阻值远小于第二电阻13的电阻阻值。
以下对该电路中每个电路及元件进行具体说明：
1、第一电容10为普通电容，其容值适当即可，功能为：保证外部直流电源VCC上电期间，第一增强型PMOS管12栅、源电压同步变化，致其源漏极为断开状态。
2、第一电阻11为普通功率电阻，其额定功率要大于最大工作功率(其电流IR11＝Ioc时)，且其阻值R11与第一增强型PMOS管12的开启电压VGS(th)12(＜0)共同决定过流保护阈值
即负载网络22的电流≥Ioc时，负载网络22被断电保护。
3、第一增强型PMOS管12为通用器件，其关键参数(如VDS、RDS(on)和VGS(th)等)要与具体应用环境相匹配。其源漏极工作状态由其源极电压uS12(uS12＝uVCC)、栅极电压uG12和开启电压VGS(th)12(＜0)共同决定。当
时，
第一增强型PMOS管12源漏极为导通状态；反之为断开状态。
4、第二电阻13和第三电阻14为普通电阻，其阻值关系需确保R13＜＜R14。
5、第二增强型PMOS管15为通用器件，其关键参数(如VDS、ID、RDS(on)和PD等)要满足负载网络22的最大工作电压和电流。其漏源极工作状态由其源极电压uS15、栅极电压uG15和开启电压VGS(th)15(＜0)共同决定。当第一增强型PMOS管12源漏极为断开状态时，第二增强型PMOS管15的栅极被第三电阻14下拉到电源地GND，其漏源极为导通状态，负载网络22正常工作；反之，其漏源极为断开状态，负载网络22被断电保护。
6、第四电阻16为普通电阻(阻值为R16)，第二电容17为普通电容(容值为C17)，共同决定延时
(R13＜＜R16,VGS(th)20(＞0)为增强型NMOS管20的开启电压)。
7、第五电阻18为普通电阻(阻值为R18)，作用为限流保护发光二极管19，R18＜＜R13。
8、发光二极管19为普通发光二极管。
9、增强型NMOS管20为通用器件，其关键参数(如VDS、RDS(on)和VGS(th)等)要与具体应用环境相匹配，且开启电压VGS(th)20(＞0)为决定td关键参数之一。
10、第六电阻21为普通电阻，阻值适当即可。
11、负载网络22为假定的负载，泛指本发明可能应用于的一切电路负载，例如计算机主板、各类电子板卡、控制电路等。
本实施例提供的电路动态工作过程为：
该电路接受直流供电，电源VCC上电期间，第一电容10保证第一增强型PMOS管12栅、源电压同步变化，其源漏极为断开状态；第二增强型PMOS管15的栅极被第三电阻14下拉至电源地GND，故其源漏极为导通状态，从而对负载网络22实现供电。
当第二增强型PMOS管15源漏极为导通状态，负载网络22工作电流(即第一电阻11上电流
)≥Ioc时，第一增强型PMOS管12栅源电压
其源漏极变为导通状态；第二增强型PMOS管15栅极电压uG15约为电源电压uVCC(R13＜＜R14)，其栅源电压为uGS15＝uG15-uS15＞VGS(th)15，故其源漏极变为断开状态，从而负载网络22被断电保护；进一步导致第一增强型PMOS管12栅极被第六电阻21下拉至电源地GND，其源漏极继续保持导通状态。
进一步，第二电容17被外部直流电源VCC通过第四电阻16缓慢充电(R13＜＜R16)，经过td时间后，当第二电容17的电压uC17≥VGS(th)20时，增强型NMOS管20漏源极变为导通状态，发光二极管19点亮(报警)，同时将第二增强型PMOS管15栅极电压拉低(R18＜＜R13)，致其源漏极为导通状态，从而对负载网络22恢复供电。同时，第一增强型PMOS管12栅源电压变为
当
时(
为负载网络工作电流)，第一增强型PMOS管12源漏极为断开状态，第二增强型PMOS管15源漏极为导通状态，保持对负载网络22供电；当
时，则再次进入上述循环，对负载网络22断电保护。
本电路过流保护阈值为
延时恢复时间为
如图2所示。
总而言之，本发明可以有效实现对目标电路进行自恢复过流保护，且保护作用具备延时特性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种具有报警和延时自恢复功能的过流保护电路，其特征在于：包括第一电容(10)、第一电阻(11)、第一增强型PMOS管(12)、第二电阻(13)、第三电阻(14)、第二增强型PMOS管(15)、第四电阻(16)、第二电容(17)、第五电阻(18)、发光二极管(19)、增强型NMOS管(20)以及第六电阻(21)；
第一电容(10)并联在第一增强型PMOS管(12)的栅源极之间，且第一增强型PMOS管(12)源极连接外部直流电源VCC；
第二增强型PMOS管(15)的源极通过第一电阻(11)连接外部直流电源VCC，第二增强型PMOS管(15)漏极接负载网络(22)的供电正端，第二增强型PMOS管(15)栅极通过第三电阻(14)连接至电源地GND，同时通过第二电阻(13)连接至第一增强型PMOS管(12)的漏极；
第四电阻(16)和第二电容(17)串联组成延时电路，所述延时电路的电阻一端接第二增强型PMOS管(15)的栅极，电容一端接电源地GND；
增强型NMOS管(20)栅极连接在第四电阻(16)和第二电容(17)的公共端，增强型NMOS管(20)源极接电源地GND，增强型NMOS管(20)漏极通过串接发光二极管(19)和第五电阻(18)连接到第二增强型PMOS管(15)的栅极；第六电阻(21)与负载网络(22)并联；
其中，第二电阻(13)的电阻阻值远小于第三电阻(14)的电阻阻值；第二电阻(13)的电阻阻值远小于第四电阻(16)的电阻阻值；
第五电阻(18)的电阻阻值远小于第二电阻(13)的电阻阻值。
2.根据权利要求1所述的具有报警和延时自恢复功能的过流保护电路，其特征在于：所述第一增强型PMOS管(13)、第二增强型PMOS管(15)均可采用耗尽型MOS管或结型场效应管或三极管或绝缘栅双极晶体管替换。
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