CN112968429B - 一种基于p沟道mos管的开关短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,属于电子电路技术领域,该电路包括:晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、差分运算放大器U1A、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RT、电容C1和电容C2;通过分立电路实现P沟道MOS开关管的过流短路保护,且保护电流值可以通过硬件方式进行配置,满足了不同设备的需求。
Description
技术领域
本文涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路。
背景技术
P沟道MOS管由于其控制简单、导通阻抗低和开关速度高等特点广泛应用于各种生产实践中。在车载电路***中PMOS常用于接口高边开关驱动电路,用来驱动各种外设,由于车载***布线复杂,在组装阶段和使用阶段中,经常出现接口连接错误,当PMOS的漏极输出短路时,会造成PMOS烧毁,造成不必要的损失。因此P沟道MOS管的输出短路保护尤为重要,市场上也有带自保护功能的PMOS存在,但其保护电压较低,不适用于电动车等72V工作电压***,其满电工作电压在84V左右,瞬时电压会到达100V以上,目前没有合适的器件满足要求。
发明内容
本文在于提供一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,通过分立电路实现P沟道MOS开关管的过流短路保护,且保护电流值可以通过硬件方式进行配置,满足了不同设备的需求。
本文解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
根据本文的一个方面,提供的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,包括:晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、差分运算放大器U1A、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻 R7、电阻R8、电阻R9、电阻RT、电容C1和电容C2;其中,电阻R1的一端和电阻R3的一端一起与控制端CTRL连接,电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C2的一端及晶体管Q3的栅极连接,电阻R2的另一端和电容C2的另一端一起接地,晶体管Q3的源极与二极管D1的正极连接,二极管D1的负极与晶体管Q2的漏极及接口OUT连接,电阻R3的另一端与电阻R4的一端、晶体管Q3的漏极、晶体管Q4的漏极及晶体管Q1的栅极连接在一起,电阻R4 的另一端与晶体管Q1的源极一起接地,晶体管Q1的漏极与电阻R5的一端及晶体管Q2的栅极连接,电阻R5的另一端与电源VP、电阻RT的一端及电阻 R8的一端连接在一起,电阻RT的另一端与晶体管Q2的源极及电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端与差分运算放大器U1A的正输入端连接,电阻R9的另一端与差分运算放大器U1A的负输入端连接,差分运算放大器U1A的电源端与电源VCC连接,差分运算放大器U1A的输出端与电阻R6的一端连接,电阻 R6的另一端与电阻R7的一端、电容C1的一端及晶体管Q4的栅极连接,电阻 R7的另一端与电容C1的另一端及晶体管Q4的源极一起接地。
可选地,所述晶体管Q1、晶体管Q3、晶体管Q4皆为N沟道MOS管;所述晶体管Q2为P沟道MOS管。
可选地,所述二极管D1为肖特基二极管。
可选地,所述差分运算放大器U1A的工作电压为VCC。
可选地,所述电阻RT为采样电阻。
可选地,所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7为KΩ级电阻;所述电阻R8、电阻R9为MΩ级电阻;所述电容C1、电容C2为nF级电容。
可选地,所述电源VP为高边开关电压源。
本发明实施例的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,该电路包括:晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、差分运算放大器U1A、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻 R7、电阻R8、电阻R9、电阻RT、电容C1和电容C2;通过分立电路实现P沟道MOS开关管的过流短路保护,且保护电流值可以通过硬件方式进行配置,满足了不同设备的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路的电路图;
图2为本发明实施例提供的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路正常工作时的电路图;
图3为本发明实施例提供的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路异常工作时的电路图。
本文目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本文所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合附图和实施例,对本文进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本文,并不用于限定本文。
实施例
如图1所示,在本实施例中,一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,包括:晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、差分运算放大器U1A、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻 R7、电阻R8、电阻R9、电阻RT、电容C1和电容C2;其中,电阻R1的一端和电阻R3的一端一起与控制端CTRL连接,电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C2的一端及晶体管Q3的栅极连接,电阻R2的另一端和电容C2的另一端一起接地,晶体管Q3的源极与二极管D1的正极连接,二极管D1的负极与晶体管Q2的漏极及接口OUT连接,电阻R3的另一端与电阻R4的一端、晶体管Q3的漏极、晶体管Q4的漏极及晶体管Q1的栅极连接在一起,电阻R4 的另一端与晶体管Q1的源极一起接地,晶体管Q1的漏极与电阻R5的一端及晶体管Q2的栅极连接,电阻R5的另一端与电源VP、电阻RT的一端及电阻 R8的一端连接在一起,电阻RT的另一端与晶体管Q2的源极及电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端与差分运算放大器U1A的正输入端连接,电阻R9的另一端与差分运算放大器U1A的负输入端连接,差分运算放大器U1A的电源端与电源VCC连接,差分运算放大器U1A的输出端与电阻R6的一端连接,电阻 R6的另一端与电阻R7的一端、电容C1的一端及晶体管Q4的栅极连接,电阻 R7的另一端与电容C1的另一端及晶体管Q4的源极一起接地。
在本实施例中,通过分立电路实现P沟道MOS开关管的过流短路保护,且保护电流值可以通过硬件方式进行配置,满足了不同设备的需求。
本实施例为适用于电动车***的P沟道MOS管高边开关短路保护电路,通过检测电路和控制电路实现PMOS过流和过压自保护,提高安全性和稳定性。接口连接正确负载时PMOS可以正常工作;当连接错误时,检测电路可以检测是否过流并启动保护机制,关断PMOS,防止设备被烧毁。此电路特别适用于电动车等安全性和稳定性较高的应用。无论在正常工作还是连接过程造成短路,都可以快速动作,关断PMOS保护其不会烧毁。在短路修复后,又可以立刻恢复正常工作。而且保护电流和保护电压参数,可以通过硬件方式进行配置,进而满足不同的设备需求。
在本实施例中,所述晶体管Q1、晶体管Q3、晶体管Q4皆为N沟道MOS 管;所述晶体管Q2为P沟道MOS管。
在本实施例中,所述二极管D1为肖特基二极管。
在本实施例中,所述差分运算放大器U1A的工作电压为VCC。
在本实施例中,所述电阻RT为采样电阻。
在本实施例中,所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7为KΩ级电阻;所述电阻R8、电阻R9为MΩ级电阻;所述电容C1、电容C2为nF级电容。
在本实施例中,所述电源VP为高边开关电压源。
如图2所示,在本实施例中,在接口连接正常负载RF时,流过的电流为iF。
Q2打开过程:CTRL给出高电平Vctrl,经过R3,R4分压,VGS1>VGSth1,Q1导通,VGS1被拉低,Q2导通,iF=VP/(RF+RT),因C2的存在,VGS3上升缓慢,再到达VGSth3前,因VOUT近似于VP,Q3不会导通。U1A的输出VU1O =A*iF*RT,经过R6,R7分压,VGS4<VGSth4,Q4不会导通。VGS1依旧是高电平,Q2打开正常且状态可保持。
Q2关闭过程:CTRL给出低电平VCTRL=0,VGS1被拉低,Q1关闭,Q2关断。同时VGS3被拉倒低电平,Q3关断。U1A的输出VOUT=0,Q4也被关断。
如图3所示,在本实施例中,所述负载RF还与开关S1A并联。
在本实施例中,开关S1A闭合代表接口对地短路。短路可能发生在三种情况下。
短路发生在Q2关闭状态:接口对地短路,因没有Q2电流通过,不会造成烧坏。
短路发生在Q2关闭—>打开过程:CTRL给出高电平Vctrl,经过R3,R4 分压,VGS1>VGSth1,Q1导通,VGS1被拉低,Q2导通。此时因负载短路iF 很大,U1A的输出VU1O=A*iF*RT,经过R6,R7分压VGS4>VGSth4,Q4导通。VGS1被拉低,Q2关闭。IF变为0,VU1O=0,因C1的存在,VGS4可以保持大于VGSth一段时间。同时因接口接地,VGS3>VGSth3,Q3导通,VGS1 被持续拉低,Q2依旧关闭。
短路发生在Q2打开过程:此时Q2导通,负载短路,iF很大,U1A的输出 VOUT=A*iF*RT,经过R6,R7分压VGS4>VGSth4,Q4导通。VGS1被拉低, Q2关闭。IF变为0,VU1O=0,因C1的存在,VGS4可以保持大于VGSth一段时间。同时因接口接地VGS3>VGSth3,Q3导通,VGS1被持续拉低,Q2依旧关闭。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例,并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进,均应在本发明的权利范围之内。
Claims (7)
1.一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,包括:晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、差分运算放大器U1A、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RT、电容C1和电容C2;其中,电阻R1的一端和电阻R3的一端一起与控制端CTRL连接,电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C2的一端及晶体管Q3的栅极连接,电阻R2的另一端和电容C2的另一端一起接地,晶体管Q3的源极与二极管D1的正极连接,二极管D1的负极与晶体管Q2的漏极及接口OUT连接,电阻R3的另一端与电阻R4的一端、晶体管Q3的漏极、晶体管Q4的漏极及晶体管Q1的栅极连接在一起,电阻R4的另一端与晶体管Q1的源极一起接地,晶体管Q1的漏极与电阻R5的一端及晶体管Q2的栅极连接,电阻R5的另一端与电源VP、电阻RT的一端及电阻R8的一端连接在一起,电阻RT的另一端与晶体管Q2的源极及电阻R9的一端连接,电阻R8的另一端与差分运算放大器U1A的正输入端连接,电阻R9的另一端与差分运算放大器U1A的负输入端连接,差分运算放大器U1A的电源端与电源VCC连接,差分运算放大器U1A的输出端与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与电阻R7的一端、电容C1的一端及晶体管Q4的栅极连接,电阻R7的另一端与电容C1的另一端及晶体管Q4的源极一起接地;
当CTRL给出高电平Vctrl,经过R3,R4分压,晶体管Q1的栅源电压VGS1大于晶体管Q1的阈值电压VGSth1,Q1导通,晶体管Q1的栅源电压VGS1被拉低,Q2导通;当CTRL给出低电平VCTRL=0,晶体管Q1的栅源电压VGS1被拉低,Q1关闭,Q2关断;通过Q2的导通与关断实现P沟道MOS开关管的过流短路保护。
2.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述晶体管Q1、晶体管Q3、晶体管Q4皆为N沟道MOS管;所述晶体管Q2为P沟道MOS管。
3.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述二极管D1为肖特基二极管。
4.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述差分运算放大器U1A的工作电压为VCC。
5.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述电阻RT为采样电阻。
6.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7为KΩ级电阻;所述电阻R8和电阻R9为MΩ级电阻;所述电容C1和电容C2为nF级电容。
7.根据权利要求1所述的一种基于P沟道MOS管的开关短路保护电路,其特征在于,所述电源VP为高边开关电压源。
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