CN203522124U - 短路保护电路和直流供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种短路保护电路和直流供电装置，其中短路保护电路与负载连接，该短路保护电路包括电源输入端和开关控制模块；开关控制模块的输入端与电源输入端连接，开关控制模块的输出端与负载连接；开关控制模块在负载发生异常时，切断对负载的供电并自锁定在切断供电后的保护状态。本实用新型的短路保护电路，通过开关控制模块在负载发生异常时，切断对负载的供电，能够替代电源管理IC实现电源管理功能，降低设计成本，并且自锁定在切断负载供电状态，更有效地实现短路保护，同时无需CPU控制，简化了电路结构，节省资源消耗，适用于没有CPU控制的场合，通用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及短路保护技术，尤其涉及一种短路保护电路和直流供电装置。
背景技术
在电视机、计算机等电子设备中，往往很多地方需要用到直流供电。比如USB口、SD卡接口、PCMCIA接口、LVDS接口、汽车点烟器接口等等，在这些需要直流供电的地方，需要供电时，供电开关打开，不需要供电时，供电开关断开。在供电过程中，如果负载发生异常，如突然变大或者短路，在这种情况下如果不施加短路保护，供电开关或者电源***有烧毁的危险。
为解决供电开关或者电源***由于负载发生异常而有烧毁危险的问题，现有技术中的短路保护方法和装置通常是基于电源管理集成电路（IC）或微处理器（CPU）控制。然而，基于电源管理IC的短路保护方法和装置，成本较高；基于CPU控制的短路保护方法和装置，一般通过供电开关与测电流装置配合在一起，当测电流装置检测到电流超过限定值时，输出电流信号至CPU的一输入/输出口（IO口），CPU根据接收到的电流信号通过另一IO口发出控制信号，以控制供电开关断开，切断供电电源，并且保持在这种供电切断状态，基于CPU控制的方案需要占用CPU的两路IO口，浪费CPU资源。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种短路保护电路和直流供电装置，旨在简化短路保护电路的结构，降低短路保护电路的设计成本，节省资源消耗。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种短路保护电路，该短路保护电路与负载连接，包括用于供直流电输入的电源输入端和用于控制所述直流电是否向所述负载供电的开关控制模块；
所述开关控制模块的输入端与所述电源输入端连接，所述开关控制模块的输出端与所述负载连接。
优选地，所述开关控制模块包括三极管、MOS管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，所述第一电容的另一端与所述三极管的基极连接，且依次经由所述第一电阻、所述负载接地；所述三极管的发射极与所述电源输入端连接，所述三极管的集电极经由所述第二电阻接地；
所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，所述第二电容的另一端与所述MOS管的栅极连接，且经由所述第二电阻接地；所述MOS管的源极与所述电源输入端连接，所述MOS管的漏极依次经由所述第三电阻、所述负载接地。
优选地，所述三极管为PNP三极管。
优选地，所述MOS管为PMOS管。
优选地，所述开关控制模块包括三极管、MOS管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，所述第一电容的另一端与所述三极管的基极连接，且依次经由所述第一电阻、所述负载接地，还依次经由所述第一电阻、所述第四电阻接地；所述三极管的发射极与所述电源输入端连接，所述三极管的集电极经由所述第二电阻接地；
所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，所述第二电容的另一端与所述MOS管的栅极连接，且经由所述第二电阻接地；所述MOS管的源极与所述电源输入端连接，所述MOS管的漏极依次经由所述第三电阻、所述负载接地，且依次经由所述第三电阻、所述第四电阻接地。
优选地，所述三极管为PNP三极管。
优选地，所述MOS管为PMOS管。
本实用新型还提出一种直流供电装置，为负载供电，该直流供电装置包括直流电源，还包括短路保护电路，所述直流电源与所述短路保护电路的电源输入端连接，所述短路保护电路与负载连接，包括用于供直流电输入的电源输入端和用于控制所述直流电是否向所述负载供电的开关控制模块；
所述开关控制模块的输入端与所述电源输入端连接，所述开关控制模块的输出端与所述负载连接。
本实用新型提出的短路保护电路，从电源输入端接入直流电，通过开关控制模块控制直流电是否向负载供电，在负载发生异常，如发生短路故障时，开关控制模块切断对负载的供电，并自锁定在切断供电后的保护状态，使得短路保护电路处于切断供电后的保护状态。本实用新型的短路保护电路，通过开关控制模块在负载发生异常时，切断对负载的供电，能够替代电源管理IC实现电源管理功能，降低设计成本，并且自锁定在切断负载供电状态，更有效地实现短路保护，同时无需CPU控制，简化了电路结构，节省资源消耗，适用于没有CPU控制的场合，通用性强。
附图说明
图1为本实用新型短路保护电路较佳实施例的原理框图；
图2为本实用新型短路保护电路一具体实施例的电路结构示意图；
图3为本实用新型短路保护电路另一具体实施例的电路结构示意图。
本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提出一种短路保护电路。
参照图1，图1为本实用新型短路保护电路较佳实施例的原理框图。
本实用新型较佳实施例中，短路保护电路10与负载20连接，该短路保护电路10包括电源输入端Vin和开关控制模块11；电源输入端Vin用于供直流电输入，开关控制模块11用于控制直流电是否向负载20供电。
其中，开关控制模块11的输入端与电源输入端Vin连接，开关控制模块11的输出端与负载20连接。
在本实施例中，短路保护电路10从电源输入端Vin接入直流电，通过开关控制模块11控制直流电是否向负载20供电，在负载20发生异常（负载20变大或者发生短路故障）时，开关控制模块11切断对负载20的供电，并自锁定在这种切断负载20供电后的保护状态，使得短路保护电路10处于保护状态。
相对于现有技术，本实用新型的短路保护电路10，通过开关控制模块11在负载20发生异常时，切断对负载20的供电，能够替代电源管理IC实现电源管理功能，降低设计成本，并且自锁定在切断负载20供电状态，更有效地实现短路保护，同时无需CPU控制，简化了电路结构，节省资源消耗，适用于没有CPU控制的场合，通用性强。
再参照图2，图2为本实用新型短路保护电路一具体实施例的电路结构示意图。
如图2所示，开关控制模块11包括三极管Q1、MOS管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。
第一电容C1的一端与电源输入端Vin连接，第一电容C1的另一端与三极管Q1的基极连接，且第一电容C1的另一端依次经由第一电阻R1、负载20接地；三极管Q1的发射极与电源输入端Vin连接，三极管Q1的集电极经由第二电阻R2接地。
第二电容C2的一端与电源输入端Vin连接，第二电容C2的另一端与MOS管Q2的栅极连接，且第二电容C2的另一端经由第二电阻R2接地；MOS管Q2的源极与电源输入端Vin连接，MOS管Q2的漏极依次经由第三电阻R3、负载20接地。
在本实施例中，三极管Q1为PNP三极管，MOS管Q2为PMOS管。
下面以上电、断电保护和恢复供电三个过程对如图2所示的短路保护电路10的工作原理进行说明，具体的描述如下：
1、短路保护电路10正常上电过程。短路保护电路10正常上电，即开始从电源输入端Vin接入直流电VCC时，三极管Q1和MOS管Q2都未导通，从电源输入端Vin输入的直流电VCC分别给第一电容C1和第二电容C2充电，分别形成第一路充电电流和第二路充电电流，其中第一路充电电流路径为第一路充电电流流经第一电容C1、第一电阻R1、负载20流向地，第一路充电电流路径为第二路充电电流流经第二电容C2、第二电阻R2流向地，从而第一电容C1和第二电容C2两端的电压差逐渐建立，B点电压和C点电压逐渐下降。在本实施例中，设置第一路充电电流路径的充电常数τ1=R1*C1（其中，R1为第一电阻R1的阻值，C1为第一电容C1的电容量）远远大于第二路充电电流路径的充电常数τ2=R2*C2（其中，R2为第二电阻R2的阻值，C2为第二电容C2的电容量）。因此在第一电容C1和第二电容C2充电过程中，C点电压下降的速度远比B点电压下降的速度快，即MOS管Q2的栅极电压下降的速度远比三极管Q1的基极电压下降的速度快，MOS管Q2先达到导通状态，MOS管Q2优先于三极管Q1导通，使得从电源输入端Vin接入直流电VCC给负载20供电。由于MOS管Q2导通后，D点电压等于直流电VCC，因此三极管Q1截止，最终MOS管Q2的栅极电压将变为零。上述过程即为短路保护电路10的正常上电过程，短路保护电路10进入正常工作状态。
2、负载20短路保护，自锁定保护状态过程。在短路保护电路10正常工作情况下，负载20发生异常时，例如负载20发生短路故障时，第三电阻R3两端产生一个电压差，并且，由于MOS管Q2的内阻存在，在MOS管Q2的源极、漏极之间，也产生一个电压差，当这两个电压差之和等于0.7V，即A点、D点之间的电压差UAD=0.7V时，三极管Q1的基极、发射极之间的电压差为0.7V，此时三极管Q1开始导通，当三极管Q1饱和导通时，三极管Q1的发射极、集电极之间的电压差接近于零，因而MOS管Q2的栅极电压最终等于直流电VCC，MOS管Q2关断，短路保护电路10进入保护状态，切断对负载20的供电，使得MOS管Q2不因负载20短路而受大电流冲击被损坏。切断对负载20的供电后，只要不摘除负载20，MOS管Q2将始终处于关断状态，锁定在切断负载20供电状态，即锁定在切断供电后的保护状态。
在本实施例中，若要设置保护电流Imax的值，则只需要设置合适的第三电阻R3的阻值，使得A点、D点之间的电压差UAD=Imax*（R3+Rds）=0.7V，其中R3为第三电阻R3的阻值，Rds为MOS管Q2的导通电阻。
3、短路故障解除，自恢复供电过程。短路保护电路10自锁定在保护状态后，如果摘除负载20，则短路故障消除，三极管Q1的发射极-基极电流为零，三极管Q1截止，此时第一电容C1又开始充电，MOS管Q2的栅极电压重新下降，最终MOS管Q2重新导通，此时，再接入负载20后，可恢复对负载20供电。因此，图2所示的短路保护电路10在短路故障解除后，可自动恢复对负载20供电。
再参照图3，图3为本实用新型短路保护电路另一具体实施例的电路结构示意图。
如图3所示，开关控制模块11包括三极管Q1、MOS管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。
第一电容C1的一端与电源输入端Vin连接，第一电容C1的另一端与三极管Q1的基极连接，且第一电容C1的另一端依次经由第一电阻R1、负载20接地，第一电容C1的另一端还依次经由第一电阻R1、第四电阻R4接地；三极管Q1的发射极与电源输入端Vin连接，三极管Q1的集电极经由第二电阻R2接地。
第二电容C2的一端与电源输入端Vin连接，第二电容C2的另一端与MOS管Q2的栅极连接，且第二电容C2的另一端经由第二电阻R2接地；MOS管Q2的源极与电源输入端Vin连接，MOS管Q2的漏极依次经由第三电阻R3、负载20接地，且MOS管Q2的漏极依次经由第三电阻R3、第四电阻R4接地。
在本实施例中，三极管Q1为PNP三极管，MOS管Q2为PMOS管。
如图3所示的短路保护电路10的工作原理具体描述如下：
图3中短路保护电路10正常上电过程，以及负载20短路保护并自锁定保护状态过程原理，可参照上述对图2所示短路保护电路10的工作原理描述，此处不再赘述。下面只对图3中的短路故障解除和恢复供电过程进行说明：
如图3所示，短路保护电路10自锁定在保护状态后，即使摘除负载20，消除了短路故障消除，由于有第四电阻R4接地，使得三极管Q1的基极仍然有对地回路，三极管Q1的发射极-基极电流不为零，三极管Q1继续导通，MOS管Q2也始终处于关断状态，即持续自锁定在切断供电后的保护状态，因此，图3所示的短路保护电路10在短路故障解除后，若要恢复对负载20供电，则需要先切断直流电VCC的输入，再重新接入直流电VCC，使得MOS管Q2重新导通，恢复对负载20供电。
本实用新型还提出一种直流供电装置，为负载20供电，该直流供电装置包括直流电源和短路保护电路10，该直流电源与短路保护电路10的电源输入端Vin连接，该短路保护电路10的结构、工作原理以及所带来的有益效果均可参照上述实施例，此处不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种短路保护电路，与负载连接，其特征在于，包括用于供直流电输入的电源输入端和用于控制所述直流电是否向所述负载供电的开关控制模块；
所述开关控制模块的输入端与所述电源输入端连接，所述开关控制模块的输出端与所述负载连接；
所述开关控制模块包括三极管、MOS管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，所述第一电容的另一端与所述三极管的基极连接，且依次经由所述第一电阻、所述负载接地；所述三极管的发射极与所述电源输入端连接，所述三极管的集电极经由所述第二电阻接地；
所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，所述第二电容的另一端与所述MOS管的栅极连接，且经由所述第二电阻接地；所述MOS管的源极与所述电源输入端连接，所述MOS管的漏极依次经由所述第三电阻、所述负载接地。
2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述三极管为PNP三极管。
3.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管。
4.一种短路保护电路，与负载连接，其特征在于，包括用于供直流电输入的电源输入端和用于控制所述直流电是否向所述负载供电的开关控制模块；
所述开关控制模块的输入端与所述电源输入端连接，所述开关控制模块的输出端与所述负载连接；
所述开关控制模块包括三极管、MOS管、第一电容、第二电容、第一电 阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，所述第一电容的另一端与所述三极管的基极连接，且依次经由所述第一电阻、所述负载接地，还依次经由所述第一电阻、所述第四电阻接地；所述三极管的发射极与所述电源输入端连接，所述三极管的集电极经由所述第二电阻接地；
所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，所述第二电容的另一端与所述MOS管的栅极连接，且经由所述第二电阻接地；所述MOS管的源极与所述电源输入端连接，所述MOS管的漏极依次经由所述第三电阻、所述负载接地，且依次经由所述第三电阻、所述第四电阻接地。
5.如权利要求4所述的短路保护电路，其特征在于，所述三极管为PNP三极管。
6.如权利要求4所述的短路保护电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管。
7.一种直流供电装置，为负载供电，包括直流电源，其特征在于，还包括权利要求1至3中任意一项所述的短路保护电路，所述直流电源与所述短路保护电路的电源输入端连接。
8.一种直流供电装置，为负载供电，包括直流电源，其特征在于，还包括权利要求4至6中任意一项所述的短路保护电路，所述直流电源与所述短路保护电路的电源输入端连接。
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