CN116031830B - 一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路,包括:镜像电流源模块、运放比较器模块以及负载开关线路模块,所述镜像电流源模块的镜像电流输出端连接至所述运放比较器模块的同相输入端,所述运放比较器模块的反相输入端通过分压电阻连接至输入电源,所述运放比较器模块的输出端连接至所述负载开关线路模块;在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块的分压电阻去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块的负载开关通路。本发明能够有效地解决现有技术中因为后端负载短路而烧毁PCB电路板问题,降低产品的后续维护成本;还能够兼容不同的使用条件和应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种负载开关保护电路,尤其涉及一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路。
背景技术
目前市面上常用的PC主板很多产品的供电电源采用的是单电源输入,为了防止这种主板在上电掉电的时产生浪涌高压烧坏主板的器件,需要在输入端加负载开关(LoadSwitch)线路去减缓电压的爬升。但是,这种现有的方案在使用中,经常出现由于后端负载短路而烧毁前端开关管的问题,严重时会附带着把PCB板也烧毁,从而带来一定的损失,即产品存在安全可靠性低和维护成本高等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路,旨在能够提高主板的安全可靠性,并降低其后续维护成本。
对此,本发明提供一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路,包括:镜像电流源模块、运放比较器模块以及负载开关线路模块,所述镜像电流源模块的镜像电流输出端连接至所述运放比较器模块的同相输入端,所述运放比较器模块的反相输入端通过分压电阻连接至输入电源,所述运放比较器模块的输出端连接至所述负载开关线路模块;在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块的分压电阻去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块的负载开关通路。
本发明的进一步改进在于,所述镜像电流源模块包括电阻R1、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、电阻R2、电阻R3和二极管D5,所述电阻R1的一端和开关管Q1的集电极均连接至输入电源VIN,所述电阻R1的另一端连接至所述开关管Q1的基极,所述开关管Q1的发射极分别连接至所述开关管Q2的发射极和开关管Q3的发射极,所述开关管Q2的基极与所述开关管Q3的基极相连接,且所述开关管Q2的基极连接至所述开关管Q2的集电极,所述开关管Q2的集电极通过所述电阻R2接地,所述开关管Q3的集电极通过所述电阻R3连接至所述二极管D5的阳极;所述二极管D5的阴极输出镜像电流IC3,并连接至输出端电压VOUT。
本发明的进一步改进在于,所述开关管Q1采用NPN开关管,所述开关管Q2和开关管Q3采用PNP开关管,且所述开关管Q2和开关管Q3对称设置于所述镜像电流源模块的电路板上。
本发明的进一步改进在于,所述镜像电流源模块还包括镜像电流源开关控制电路,所述镜像电流源开关控制电路包括电阻R6、电阻R7和开关管Q4,所述电阻R6的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电阻R6的另一端分别与所述开关管Q4的基极和电阻R7的一端相连接,所述电阻R7的另一端接地,所述开关管Q4的集电极连接至所述开关管Q3的基极,所述开关管Q4的发射极接地;当所述输出端电压VOUT达到预设阈值时,通过所述镜像电流源开关控制电路断开所述镜像电流源模块的电流源回路。
本发明的进一步改进在于,所述镜像电流源模块中,通过公式设定输出的镜像电流/>,其中,/>表示开关管Q3的放大倍数,Vin表示输入电源VIN的电压值,Vbe1表示开关管Q1的基极和发射极之间的电压值,Vbe2表示开关管Q2的基极和发射极之间的电压值。
本发明的进一步改进在于,所述运放比较器模块包括电阻R4、电阻R5、二极管D3、二极管D4以及运放比较器OP,所述电阻R4的一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R4的另一端分别与所述电阻R5的一端和运放比较器OP的反相输入端相连接,所述电阻R5的另一端接地,所述二极管D5的阴极连接至所述二极管D3的阳极,所述二极管D3的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端,所述运放比较器OP的输出端分别与所述二极管D4的阳极和负载开关线路模块相连接,所述二极管D4的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端。
本发明的进一步改进在于,所述负载开关线路模块包括电阻R8、电阻R9、MOS管Q5以及PMOS开关模组,所述运放比较器OP的输出端分别与所述电阻R8的一端、电阻R9的一端以及MOS管Q5的栅极,所述电阻R8的另一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R9的另一端接地,所述MOS管Q5的源极接地,所述MOS管Q5的漏极连接至所述PMOS开关模组。
本发明的进一步改进在于,所述PMOS开关模组包括电阻R10、电容C1、PMOS管Q6、电阻R11以及电容C5,所述电阻R10的一端、电容C1的一端以及PMOS管Q6的源极均连接至所述输入电源VIN,所述电阻R10的另一端、电容C1的另一端以及PMOS管Q6的栅极均通过所述电阻R11连接至所述MOS管Q5的漏极,所述PMOS管Q6的漏极与所述电容C5的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电容C5的另一端接地。
本发明的进一步改进在于,通过调节所述PMOS开关模组中的电阻值和电容值,进而调整和控制所述PMOS管Q6的导通速度。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块的分压电阻去设定输出的镜像电流,以便通过镜像电流给后端负载充电,并通过所述运放比较器模块侦测后端负载的电压信号,以便实现对所述负载开关线路模块中PMOS管的开关控制,即,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块的负载开关通路,阻止前端的电流向后端负载从而达到保护负载开关线路的作用,解决了现有技术中因为后端负载短路烧毁PCB电路板等问题,有效地降低因此而带来的经济损失,降低产品的后续维护成本。
在此基础上,本发明还可以通过调节所述运放比较器模块中的电阻值,去设定不同的后端负载阻抗的阻抗阈值,进而能够兼容不同的使用条件和应用需求,让所述负载开关保护电路的应用更加广泛,兼容性更高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的电路原理示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中,如果涉及到方位描述,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征,它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上,也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明的描述中,如果涉及到“若干”,其含义是一个以上;如果涉及到 “多个”,其含义是两个以上;如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”,均应理解为不包括本数;如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”,均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”、“第三”等,应当理解为仅用于相同或是相似技术特征名称的区分,而不能理解为暗示/指明技术特征的相对重要性,不能理解为暗示/指明技术特征的数量,也不能理解为暗示/指明技术特征的先后关系。
下面结合附图,对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示,本实施例提供一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路,包括:镜像电流源模块1、运放比较器模块2以及负载开关线路模块3,所述镜像电流源模块1的镜像电流输出端连接至所述运放比较器模块2的同相输入端,所述运放比较器模块2的反相输入端通过分压电阻连接至输入电源,所述运放比较器模块2的输出端连接至所述负载开关线路模块3;在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块1的分压电阻去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块3的负载开关通路。
如图1所示,本实施例所述镜像电流源模块1包括电阻R1、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、电阻R2、电阻R3和二极管D5,所述电阻R1的一端和开关管Q1的集电极均连接至输入电源VIN,所述电阻R1的另一端连接至所述开关管Q1的基极,所述开关管Q1的发射极分别连接至所述开关管Q2的发射极和开关管Q3的发射极,所述开关管Q2的基极与所述开关管Q3的基极相连接,且所述开关管Q2的基极连接至所述开关管Q2的集电极,所述开关管Q2的集电极通过所述电阻R2接地,所述开关管Q3的集电极通过所述电阻R3连接至所述二极管D5的阳极;所述二极管D5的阴极输出镜像电流IC3,并连接至输出端电压VOUT。
在本实施例所述镜像电流源模块1中,所述电阻R1和电阻R2形成第一级分压,即电阻R1的输出端通过开关管Q1和开关管Q2连接至电阻R2进行分压,在负载开关导通前,即在主板上电前,通过调节所述镜像电流源模块1的分压电阻R2去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块3的负载开关通路,阻止前端的电流向后端负载,从而达到保护负载开关线路的作用;当所述输出端电压VOUT达到预设阈值之后,证明输出阻抗正常,即后端负载阻抗正常,关闭所述镜像电流源模块1的电流源回路,实现正常的主板上电。而所述电阻R3通过所述二极管D5正向连接至所述运放比较器模块2,便是在镜像电流的输出端通过二极管的单向导通功能,防止由于倒灌损坏所述镜像电流源模块1的电子元器件,整体结构合理且高效,使用寿命长。
在主板上电前,通过调节所述镜像电流源模块1的分压电阻R2去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块3的负载开关通路,此时,判断为后端负载异常,如出现了短路等情况。此时,在关闭所述负载开关线路模块3的负载开关通路的同时,记录所述后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号,并通过所述镜像电流源模块1继续进行阻抗侦测,并在预设时间周期之后继续判断,若经过预设时间周期之后,后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号仍然低于预设的参考电压值,则发出报警信号。所述预设时间周期可以根据实际情况和需求进行自定义设置,优选默认为3S。本实施例这样设置的好处在于,避免由于信号干扰或瞬时信号的引入而产生误报警,在经过预设时间周期,将确认的负载异常信号进行及时警报,以便操作人员准确且及时地发现问题。
值得说明的是,本实施例所述镜像电流源模块1所需要采用的是不同的开关管来实现,具体为,所述开关管Q1采用NPN开关管,作为镜像电流源的开关控制。所述开关管Q2和开关管Q3采用PNP开关管,开关管Q2和开关管Q3的射级、基级连接在一起,进而保证流过这两个开关管的射级电流相等;在此基础上,所述开关管Q2的基级和集电极连接在一起,与常规的电路设计不同,由于采用这种特殊的接法,本实施例能够使得开关管Q2的压降UECO与其e-b(发射极-基极)之间的电压UEBO相等,从而保证了开关管Q2工作在放大状态,而不进入饱和状态,故开关管Q2集电极的电流,/>为开关管Q2的放大倍数,IB2为开关管Q2的基极电流;同理可知,开关管Q3的集电极电流/>,其中/>,/>。并且,所述开关管Q2和开关管Q3对称设置于所述镜像电流源模块1的电路板上,本实施例所述的开关管Q2和开关管Q3对称设置,这里的对称设置指的是所述镜像电流源模块1中的这两个PNP管在PCB电路板上尽可能对称去摆放和布局,以便保证电流通路路径足够,避免影响其电性能和控制精度。
同样值得说明的是,如图1所示,本实施例所述镜像电流源模块1还包括镜像电流源开关控制电路101,所述镜像电流源开关控制电路101包括电阻R6、电阻R7和开关管Q4,所述电阻R6的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电阻R6的另一端分别与所述开关管Q4的基极和电阻R7的一端相连接,所述电阻R7的另一端接地,所述开关管Q4的集电极连接至所述开关管Q3的基极,所述开关管Q4的发射极接地;当所述输出端电压VOUT达到预设阈值时,通过所述镜像电流源开关控制电路101断开所述镜像电流源模块1的电流源回路,即不再进行阻抗侦测,关断镜像电流源以实现主板的上电。所述预设阈值指的是根据实际情况和需求所设置的后端负载的安全输出电压值,可以根据设计需求进行自定义设置于调整;在实际应用中,所述预设阈值默认优选为后端负载阻抗的阻抗阈值R与开关管Q3的集电极电流Ic3之间的乘积,以匹配所述镜像电流源模块1的开关控制。
在本实施例所述镜像电流源模块1中,开关管Q1的基极电压值VB1=V1 + Vbe1,V1表示开关管Q1分别与开关管Q2和开关管Q3的连接点电压值,Vbe1表示开关管Q1的基极和发射极之间的电压值;开关管Q1的发射极电流与集电极之和,β1表示开关管Q1的放大倍数;开关管Q2的发射极电流/>;因此,开关管Q3的集电极电流;其中:V1=V3+VEB2=Ic2*R3+VEB2,V3表示开关管Q3的基极电压值,VEB2表示开关管Q2的发射极和基极之间的电压值。
从以上公式可以得知,在PNP管选定后,本实施例只需要调节电阻R2的阻值即可调整输出的镜像电流,从而设定板子上的安全阻抗值;本实施例电路设计合理且高效,兼容性强,易于实现。
如图1所示,本实施例所述运放比较器模块2包括电阻R4、电阻R5、二极管D3、二极管D4以及运放比较器OP,所述电阻R4的一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R4的另一端分别与所述电阻R5的一端和运放比较器OP的反相输入端相连接,所述电阻R5的另一端接地,所述二极管D5的阴极连接至所述二极管D3的阳极,所述二极管D3的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端,所述运放比较器OP的输出端分别与所述二极管D4的阳极和负载开关线路模块3相连接,所述二极管D4的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端。同样的,所述运放比较器模块2的运放比较器OP的同相输入端设计了正向的二极管(二极管D3和二极管D4),也是通过二极管的单向导通功能,防止由于倒灌损坏所述镜像电流源模块1和负载开关线路模块3的电子元器件,整体结构合理且高效,有效地提高了电子元器件的使用寿命。
如图1所示,本实施例所述负载开关线路模块3包括电阻R8、电阻R9、MOS管Q5以及PMOS开关模组301,所述运放比较器OP的输出端分别与所述电阻R8的一端、电阻R9的一端以及MOS管Q5的栅极,所述电阻R8的另一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R9的另一端接地,所述MOS管Q5的源极接地,所述MOS管Q5的漏极连接至所述PMOS开关模组301。
值得说明的是,本实施例所述PMOS开关模组301包括电阻R10、电容C1、PMOS管Q6、电阻R11以及电容C5,所述电阻R10的一端、电容C1的一端以及PMOS管Q6的源极均连接至所述输入电源VIN,所述电阻R10的另一端、电容C1的另一端以及PMOS管Q6的栅极均通过所述电阻R11连接至所述MOS管Q5的漏极,所述PMOS管Q6的漏极与所述电容C5的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电容C5的另一端接地。因此,本实施例能够通过调节所述PMOS开关模组301中的电阻值和电容值,即通过调节电阻R10、电容C1以及电阻R11的电阻值和电容值实现充电缓起控制,以便能够调整和控制所述PMOS管Q6的导通速度,从而降低瞬态电流和开关管Q5(MOS管)上的阻抗,以提高其安全可靠性能。
本实施例所述负载开关线路模块3中,后端负载阻抗的阻抗阈值为,所述后端负载阻抗的阻抗阈值指的是预先设置的后端负载的安全阻抗;其中,/>,Vin表示输入电源VIN的电压值,/>表示镜像电流,Vref表示预设的参考电压值。
综上所述,本实施例在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块1的分压电阻去设定输出的镜像电流,以便通过镜像电流给后端负载充电,并通过所述运放比较器模块2侦测后端负载的电压信号,以便实现对所述负载开关线路模块3中PMOS管的开关控制,即,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块3的负载开关通路,阻止前端的电流向后端负载从而达到保护负载开关线路的作用,解决了现有技术中因为后端负载短路烧毁PCB电路板等问题,有效地降低因此而带来的经济损失,降低产品的后续维护成本。
在此基础上,本实施例还可以通过调节所述运放比较器模块2中的电阻值,去设定不同的后端负载阻抗的阻抗阈值,进而能够兼容不同的使用条件和应用需求,让所述负载开关保护电路的应用更加广泛,兼容性更高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,包括:镜像电流源模块、运放比较器模块以及负载开关线路模块,所述镜像电流源模块的镜像电流输出端连接至所述运放比较器模块的同相输入端,所述运放比较器模块的反相输入端通过分压电阻连接至输入电源,所述运放比较器模块的输出端连接至所述负载开关线路模块;在负载开关导通前,通过调节所述镜像电流源模块的分压电阻去设定输出的镜像电流,当后端负载阻抗与所述镜像电流所产生的电压信号低于预设的参考电压值,关闭所述负载开关线路模块的负载开关通路;
所述镜像电流源模块包括电阻R1、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、电阻R2、电阻R3和二极管D5,所述电阻R1的一端和开关管Q1的集电极均连接至输入电源VIN,所述电阻R1的另一端连接至所述开关管Q1的基极,所述开关管Q1的发射极分别连接至所述开关管Q2的发射极和开关管Q3的发射极,所述开关管Q2的基极与所述开关管Q3的基极相连接,且所述开关管Q2的基极连接至所述开关管Q2的集电极,所述开关管Q2的集电极通过所述电阻R2接地,所述开关管Q3的集电极通过所述电阻R3连接至所述二极管D5的阳极;所述二极管D5的阴极输出镜像电流IC3,并连接至输出端电压VOUT。
2.根据权利要求1所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,所述开关管Q1采用NPN开关管,所述开关管Q2和开关管Q3采用PNP开关管,且所述开关管Q2和开关管Q3对称设置于所述镜像电流源模块的电路板上。
3.根据权利要求1所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,所述镜像电流源模块还包括镜像电流源开关控制电路,所述镜像电流源开关控制电路包括电阻R6、电阻R7和开关管Q4,所述电阻R6的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电阻R6的另一端分别与所述开关管Q4的基极和电阻R7的一端相连接,所述电阻R7的另一端接地,所述开关管Q4的集电极连接至所述开关管Q3的基极,所述开关管Q4的发射极接地;当所述输出端电压VOUT达到预设阈值时,通过所述镜像电流源开关控制电路断开所述镜像电流源模块的电流源回路。
5.根据权利要求2或3所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,所述运放比较器模块包括电阻R4、电阻R5、二极管D3、二极管D4以及运放比较器OP,所述电阻R4的一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R4的另一端分别与所述电阻R5的一端和运放比较器OP的反相输入端相连接,所述电阻R5的另一端接地,所述二极管D5的阴极连接至所述二极管D3的阳极,所述二极管D3的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端,所述运放比较器OP的输出端分别与所述二极管D4的阳极和负载开关线路模块相连接,所述二极管D4的阴极连接至所述运放比较器OP的同相输入端。
6.根据权利要求5所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,所述负载开关线路模块包括电阻R8、电阻R9、MOS管Q5以及PMOS开关模组,所述运放比较器OP的输出端分别与所述电阻R8的一端、电阻R9的一端以及MOS管Q5的栅极,所述电阻R8的另一端连接至所述输入电源VIN,所述电阻R9的另一端接地,所述MOS管Q5的源极接地,所述MOS管Q5的漏极连接至所述PMOS开关模组。
7.根据权利要求6所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,所述PMOS开关模组包括电阻R10、电容C1、PMOS管Q6、电阻R11以及电容C5,所述电阻R10的一端、电容C1的一端以及PMOS管Q6的源极均连接至所述输入电源VIN,所述电阻R10的另一端、电容C1的另一端以及PMOS管Q6的栅极均通过所述电阻R11连接至所述MOS管Q5的漏极,所述PMOS管Q6的漏极与所述电容C5的一端连接至所述输出端电压VOUT,所述电容C5的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的采用阻抗侦测的负载开关保护电路,其特征在于,通过调节所述PMOS开关模组中的电阻值和电容值,进而调整和控制所述PMOS管Q6的导通速度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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