CN208386120U - 带折返电流的过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种带折返电流的过流保护电路，涉及电气设备技术领域。在负载过载或短路时，由过流电流采样单元通过第一基准源设定过流保护值并减小输出电压。而且为了避免长时间的短路造成的功耗过大或电路发热，由短路采样单元通过第二基准源设定折返电流值并进一步地减小输出电流与输出电压，以使电路功耗减小，温度也不会过高，从而保护电路。其中，该过流保护电路通过过流电流采样单元与短路采样单元共同用于对电流进行采样，以及通过输出电压采样单元用于对输出电压进行采样，并输出相应的控制信号控制开关单元的导通或关闭，从而形成输出电流反馈和输出电压反馈两个回路，其采样精度很高，反应灵敏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气设备技术领域，特别涉及一种带折返电流的过流保护电路。
背景技术
目前智能电能表外部接口模块众多，主要是各类通信接口，如PLC模块接口，485接口，RF模块接口等，市场上大部分接口电路未做过流保护，有的使用loadswitch(负荷开关)芯片，这种芯片分为constant-current(持续电流)和latch-off(闭锁)两种类型。constant-current型持续输出电流，latch-off 过流后锁存，需要重新上电后才能恢复，不能自恢复。有的使用比较器，运算放大器搭建电路，同样有持续输出和锁存两种类型。这两种方案都具有成本高的缺点，而且持续输出电流型保护电路在负载很大或者输出长时间短路的场合，会引起电路严重发热，功耗增大，电路毁坏甚至引起安全事故。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种带折返电流的过流保护电路，以解决现有技术中接口电源保护电路在实际使用时因外部过载或短路情况持续时间较长，导致的电路严重发热、功耗增大、引起安全事故的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种带折返电流的过流保护电路，应用于电气设备的接口网络中，所述接口具备电压输出端，所述过流保护电路的输出端连接有负载；所述过流保护电路包括：过流电流采样单元，其具有输入端、输出端、控制端以及第一基准源；所述过流电流采样单元的输入端连接所述电压输出端以产生电流采样信号；所述第一基准源受控于所述电流采样信号，并产生第一输出信号和第一控制信号；所述第一输出信号由所述过流电流采样单元的输出端输出，所述第一控制信号由所述过流电流采样单元的控制端输出；短路采样单元，其具有输入端、输出端、控制端以及第二基准源；所述短路采样单元的输入端连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第二基准源受控于所述第一输出信号，并产生第二输出信号和第二控制信号；所述第二输出信号由所述短路采样单元的输出端输出，所述第二控制信号由所述短路采样单元的控制端输出；输出电压采样单元，其具有输入端与输出端；所述输出电压采样单元的输入端连接所述过流保护电路的输出端，所述输出电压采样单元的输出端用于输出第三控制信号；开关单元，由主开关、逻辑开关组件组成；所述逻辑开关组件具有第一受控端、第二受控端、第三受控端；所述第一受控端连接所述过流电流采样单元的控制端，所述第二受控端连接所述短路采样单元的控制端，所述第三受控端连接所述输出电压采样单元的控制端；所述主开关具有输入端、输出端、受控端；所述主开关的受控端的输出信号由所述第一受控端、所述第二受控端、所述第三受控端三者的输出信号共同决定；所述主开关的输入端连接所述过流电流采样单元的输出端；所述主开关的输出端为所述过流保护电路的输出端，用于连接所述负载。
根据本实用新型的一个实施例，所述过流电流采样单元包括采样电阻 (R1)、第一分压电阻(R6)以及第二分压电阻(R17)、第一基极电阻(R2)、第二基极电阻(R10)以及第一三极管(Q1)；所述采样电阻(R1)的一端为所述过流电流采样单元的输入端，所述采样电阻(R1)的另一端为所述过流电流采样单元的输出端；所述第一分压电阻(R6)与所述第二分压电阻 (R17)串联，所述第一分压电阻(R6)的另一端连接所述过流电流采样单元的输出端，所述第二分压电阻(R17)的另一端接地；所述第一分压电阻 (R6)与所述第二分压电阻(R17)的连接点连接所述第一基准源的输入端；所述第一三极管(Q1)的基极通过所述第一基极电阻(R2)连接所述过流电流采样单元的输出端，且该基极通过所述第二基极电阻(R10)连接所述第一基准源的输出端；所述第一三极管(Q1)的发射极连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第一三极管(Q1)的集电极为所述过流电流采样单元的控制端。
根据本实用新型的一个实施例，所述过流电流采样单元还包括第一保护电容(C1)、第一基极电阻(R14)以及第一分流电阻(R15)；所述第一保护电容(C1)与所述第二分压电阻(R17)并联；所述第一基极电阻(R14) 设于所述第一三极管(Q1)的集电极与所述开关单元的第一受控端之间；所述第一三极管(Q1)的集电极经所述第一分流电阻(R15)接地。
根据本实用新型的一个实施例，所述短路采样单元包括第三分压电阻 (R7)以及第四分压电阻(R20)、第三基极电阻(R4)、第四基极电阻(R11)、第二分流电阻(R18)以及第二三极管(Q2)；所述第三分压电阻(R7)与所述第四分压电阻(R20)串联，所述第三分压电阻(R7)的另一端为所述短路采样单元的输入端，所述第四分压电阻(R20)的另一端接地；所述第三分压电阻(R7)与所述第四分压电阻(R20)的连接点连接所述第二基准源的输入端；所述第二三极管(Q2)的基极通过所述第三基极电阻(R4)连接所述过流电流采样单元的输出端，且该基极通过所述第四基极电阻(R11) 连接所述第二基准源的输出端；所述第二三极管(Q2)的发射极连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第二三极管(Q2)的集电极经所述第二分流电阻(R18)接地。
根据本实用新型的一个实施例，所述短路采样单元还包括第二保护电容 (C2)、第五基极电阻(R16)、第三分流电阻(R5)以及第三三极管(Q3)；所述第二保护电容(C2)与所述第四分压电阻(R20)并联；所述第五基极电阻(R16)设于所述第三三极管(Q3)的基极与所述第二三极管(Q2)的集电极之间；所述第三三极管(Q3)的集电极作为所述短路采样单元的控制端；所述第三三极管(Q3)的发射极接地；所述第三分流电阻(R5)的一端连接所述第三三极管(Q3)的集电极，另一端作为所述短路采样单元的输出端。
根据本实用新型的一个实施例，所述输出电压采样单元包括第四三极管 (Q4)、第四分流电阻(R3)、第五分流电阻(R13)以及第三保护电容(C3)；所述第四三极管(Q4)的基极作为所述输出电压采样单元的输入端，所述第四三极管(Q4)的基极通过第四分流电阻(R3)连接所述过流保护电路的输出端，且该基极通过所述第三保护电容(C3)接地；所述第四三极管(Q4) 的集电极作为所述输出电压采样单元的输出端，并连接所述第五分流电阻(R13)。
根据本实用新型的一个实施例，所述开关单元包括用于组成所述逻辑开关组件的第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第七三极管(Q7)以及第八三极管(Q8)；所述第五三极管(Q5)的基极作为所述第一受控端，所述第五三极管(Q5)的发射极接地；所述第六三极管(Q6)的基极作为所述第二受控端，所述第六三极管(Q6)的发射极接地；所述第七三极管(Q7) 的基极作为所述第三受控端，所述第七三极管(Q7)的集电极连接所述电压输出端，所述第七三极管(Q7)的发射极连接所述第六三极管(Q6)的集电极；所述第八三极管(Q8)的基极连接所述第七三极管(Q7)的集电极；所述第八三极管(Q8)的发射极连接所述第五三极管(Q5)的集电极；所述第八三极管(Q8)的集电极连接所述主开关的输入端。
根据本实用新型的一个实施例，所述开关单元还包括用于作为所述主开关的第九三极管(Q9)；所述第九三极管(Q9)的基极作为所述主开关的受控端，所述第九三极管(Q9)的发射极作为所述主开关的输入端，所述第九三极管(Q9)的集电极作为所述主开关的输出端。
根据本实用新型的一个实施例，所述主开关还包括第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)；所述第六基极电阻(R8)设于所述过流电流采样单元的输出端与所述第九三极管(Q9)的基极之间；所述第七基极电阻(R9)设于所述第九三极管(Q9)的基极与所述第八三极管(Q8)的集电极之间。
根据本实用新型的一个实施例，所述逻辑开关组件还包括第五分压电阻 (R12)、第六分压电阻(R19)以及第七分压电阻(R21)；所述第五分压电阻(R12)设于所述第七三极管(Q7)的集电极与所述电压输出端之间；所述第六分压电阻(R19)的两端分别连接于所述第七三极管(Q7)的基极与其发射极；所述第七分压电阻(R21)的两端分别连接于所述第八三极管 (Q8)的基极与其发射极。
由上述技术方案可知，本实用新型至少具有如下优点和积极效果：
本实用新型中提供的带折返电流的过流保护电路，应用于接有负载的电气设备的接口网络中，防止负载过载或短路引起的电路毁坏。在负载过载或短路时，由过流电流采样单元通过第一基准源设定过流保护值并减小输出电压。而且为了避免长时间的短路造成的功耗过大或电路发热，由短路采样单元通过第二基准源设定折返电流值并进一步地调整电路以减小输出电流与输出电压，使输出电流维持在较低的电流值，使电路功耗减小，避免电路与元器件发热，从而保护电路。其中，该过流保护电路通过过流电流采样单元与短路采样单元共同用于对电流进行采样，以及通过输出电压采样单元用于对输出电压进行采样，并输出相应的控制信号控制开关单元的导通或关闭，从而形成输出电流负反馈和输出电压负反馈两个回路，其采样精度很高，反应灵敏，可以达到更有效的保护效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例中带折返电流的过流保护电路的电路图。
附图标记说明如下：100-过流保护电路；1-过流电流采样单元；2-短路采样单元；3-开关单元；31-主开关；32-逻辑开关组件；4-输出电压采样单元。
具体实施方式
体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。
请参照图1，图1示出了本实施例提供的一种带折返电流的过流保护电路100的电路图，应用于电气设备譬如智能电表的接口网络中，接口具备电压输出端VIN，过流保护电路100具有输出端VOUT，且该输出端VOUT连接有负载(RL)。
该过流保护电路100由过流电流采样单元1、短路采样单元2、输出电压采样单元4以及开关单元3组成多路负反馈电路，其中开关单元3的通断由上述三个采样单元共同决定。过流保护电路100能够调节输出电流与电压，防止过载或短路引起的电路毁坏。
过流电流采样单元1用于采集负载电流信号，设定过流电流值I1，并形成一输出电流反馈电路。当负载过载或短路时，过流电流采样单元1会自动调整并降低输出电压与电流，用于保护接口电路。
过流电流采样单元1具有输入端、输出端、控制端以及第一基准源(U1)。其输入端连接所述电压输出端以产生电流采样信号。其第一基准源(U1)受控于电流采样信号，并产生第一输出信号和第一控制信号。其输出端用于输出第一输出信号，其控制端用于输出第一控制信号。
具体地，过流电流采样单元1包括采样电阻(R1)、第一分压电阻(R6) 以及第二分压电阻(R17)、第一基极电阻(R2)、第二基极电阻(R10)、第一三极管(Q1)、第一保护电容(C1)、第一基极电阻(R14)以及第一分流电阻(R15)。
其中，采样电阻(R1)的一端为过流电流采样单元1的输入端，采样电阻(R1)的另一端为过流电流采样单元1的输出端。第一三极管(Q1)的集电极为过流电流采样单元1的控制端。
第一分压电阻(R6)与第二分压电阻(R17)串联，第一分压电阻(R6) 的另一端连接过流电流采样单元1的输出端，第二分压电阻(R17)的另一端接地。第一分压电阻(R6)与第二分压电阻(R17)的连接点连接第一基准源(U1)的输入端。第一三极管(Q1)的基极通过第一基极电阻(R2) 连接过流电流采样单元1的输出端，且该基极通过第二基极电阻(R10)连接第一基准源(U1)的输出端。第一三极管(Q1)的发射极连接过流电流采样单元1的输出端。第一基极电阻(R14)设于第一三极管(Q1)的集电极与开关单元3的第一受控端之间；第一三极管(Q1)的集电极经第一分流电阻(R15)接地。第一保护电容(C1)与第二分压电阻(R17)并联。在本实施例中，过流电流采样单元1设置第一保护电容(C1)的作用是：当输出短路时，消除负反馈引起的振荡，防止第二分压电阻(R17)的电压突变。
在本实施例中，第一基准源(U1)(如同下面即将介绍的第二基准源 (U2))的控制极为输入端，基准源(U1)的阴极为输出端，基准源(U1) 的阳极接地。优选地，第一基准源(U1)(第二基准源(U2))的型号为 TL431。TL431作为可控精密稳压源，性价比很高，使用性广泛。在其他实施例中，基准源也可以为其他型号的基准源。
过流电流采样单元1的工作原理如下：
第一基准源(U1)的内部具有一个参考电压Vref，该参考电压Vref通常为2.5v或1.25v。过流电流采样单元1通过第一基准源(U1)、采样电阻 (R1)以及两个分压电阻共同设定过流电流值I1：
该过流电流值I1为电路所能承受的最大的负载电流，超过该过流值或者短路，电路电流会稳定在该过流值。
当负载正常，负载电流小于I1时，第二分压电阻(R17)的电压大于Vref，第一基准源(U1)导通，电流流过第一基极电阻(R2)、第二基极电阻(R10)。第一三极管(Q1)发射极电压大于基极电压且大于开启电压，第一三极管(Q1) 导通。过流电流采样单元1通过第一基极电阻(R14)输出高电平。
当负载过载或短路时，负载电流大于I1时，第二分压电阻(R17)的电压小于Vref，第一基准源(U1)截止，没有电流流过第一基极电阻(R2)、第二基极电阻(R10)。第一三极管(Q1)发射极电压等于基极电压，第一三极管(Q1)截止。过流电流采样单元1通过第一基极电阻(R14)输出低电平。
短路采样单元2用于采集负载电流信号，设定折返电流值I2，并形成另一输出电流反馈电路。其工作原理是：当输出电压VOUT降低到一定数值后，短路采样单元2开始工作，为了避免长时间的短路造成的功耗过大或电路发热，短路采样单元2将强制使VOUT更进一步降低，而输出电流也同时降低，从而保护电路。
短路采样单元2，其具有输入端、输出端、控制端以及第二基准源(U2)。短路采样单元2的输入端连接过流电流采样单元1的输出端；第二基准源 (U2)受控于第一输出信号，并产生第二输出信号和第二控制信号；第二输出信号由短路采样单元2的输出端输出，第二控制信号由短路采样单元2的控制端输出。
具体地，短路采样单元2包括第三分压电阻(R7)以及第四分压电阻 (R20)、第三基极电阻(R4)、第四基极电阻(R11)、第二分流电阻(R18)、第二三极管(Q2)、第二保护电容(C2)、第五基极电阻(R16)、第三分流电阻(R5)以及第三三极管(Q3)。
其中，第三分压电阻(R7)的其中一端为短路采样单元2的输入端，第三三极管(Q3)的集电极作为短路采样单元2的控制端；第三分流电阻(R5) 的其中一端作为短路采样单元2的输出端。
第三分压电阻(R7)与第四分压电阻(R20)串联，第三分压电阻(R7) 的另一端为短路采样单元2的输入端，第四分压电阻(R20)的另一端接地。第三分压电阻(R7)与第四分压电阻(R20)的连接点连接第二基准源(U2) 的输入端。第二三极管(Q2)的基极通过第三基极电阻(R4)连接过流电流采样单元1的输出端，且该基极通过第四基极电阻(R11)连接第二基准源 (U2)的输出端。第二三极管(Q2)的发射极连接过流电流采样单元1的输出端；第二三极管(Q2)的集电极经第二分流电阻(R18)接地。第二保护电容(C2)与第四分压电阻(R20)并联；第五基极电阻(R16)设于第三三极管(Q3)的基极与第二三极管(Q2)的集电极之间；第三三极管(Q3) 的集电极作为短路采样单元2的控制端；第三三极管(Q3)的发射极接地。第三分流电阻(R5)的一端连接第三三极管(Q3)的集电极，另一端作为短路采样单元2的输出端。
短路采样单元2的工作原理如下：
短路采样单元2通过第二基准源(U2)、采样电阻(R1)以及两个分压电阻共同设定设定折返电流I2：
(折返电流I2小于过流电流值I1)。
当负载电流小于I2时，第四分压电阻(R20)的电压大于第二基准源(U2) 的参考电压Vref，第二基准源(U2)导通。电流流过第三基极电阻(R4)、第四基极电阻(R11)，第二三极管(Q2)发射极电压大于基极电压且大于开启电压，第二三极管(Q2)导通。电流流过第二分流电阻(R18)，第三三极管(Q3)基极电压大于发射极电压且大于开启电压，第三三极管(Q3)导通，短路采样单元2通过第三分流电阻(R5)输出低电平。
当负载电流大于I2时，第四分压电阻(R20)小于Vref，第二基准源(U2) 截止，没有电流流过第三基极电阻(R4)、第四基极电阻(R11)。第二三极管(Q2)发射极电压等于基极电压，第二三极管(Q2)截止，没有电流流过第二分流电阻(R18)，第三三极管(Q3)基极电压等于发射极电压，第三三极管(Q3)截止，短路采样单元2通过第三分流电阻(R5)输出高电平。
输出电压采样单元4用于采集电压输出VOUT，并形成一输出电压的反馈回路。输出电压采样单元4具有输入端与输出端；其输入端连接过流保护电路100的输出端，其输出端用于输出第三控制信号。
输出电压采样单元4包括第四三极管(Q4)、第四分流电阻(R3)、第五分流电阻(R13)以及第三保护电容(C3)。
具体地，第四三极管(Q4)的基极作为输出电压采样单元4的输入端。第四三极管(Q4)的基极通过第四分流电阻(R3)连接过流保护电路100 的输出端，且该基极通过第三保护电容(C3)接地。第四三极管(Q4)的集电极作为输出电压采样单元4的输出端，并连接第五分流电阻(R13)。
输出电压采样单元4的工作原理如下：
输出电压采样单元4设定短路电压，短路电压V＝Von，Von为第四三极管(Q4)的开启电压。当输出电压V大于Von时，第四三极管(Q4)导通，输出电压采样单元4通过第五分流电阻(R13)输出低电平。当输出电压V小于Von时，第四三极管(Q4)截止，输出电压采样单元4通过第五分流电阻(R13)输出高电平。
开关单元3，其通断的状态由上述过流电流采样单元1、短路采样单元2、输出电压采样单元4三者的控制信号共同决定。当负载过载或短路时，开关单元3断开以保护电路；当过载或短路撤除后，开关单元3闭合，以恢复电路的正常运行。
开关单元3由主开关31、逻辑开关组件32组成。
逻辑开关组件32具有第一受控端、第二受控端、第三受控端；第一受控端连接过流电流采样单元1的控制端，第二受控端连接短路采样单元2的控制端，第三受控端连接输出电压采样单元4的控制端。
具体地，逻辑开关组件32包括第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第七三极管(Q7)、第八三极管(Q8)、第五分压电阻(R12)、第六分压电阻(R19)以及第七分压电阻(R21)。
第五三极管(Q5)的基极作为第一受控端，第五三极管(Q5)的发射极接地。第六三极管(Q6)的基极作为第二受控端，第六三极管(Q6)的发射极接地。第七三极管(Q7)的基极作为第三受控端，第七三极管(Q7)的集电极连接电压输出端，第七三极管(Q7)的发射极连接第六三极管(Q6) 的集电极。
第八三极管(Q8)的基极连接第七三极管(Q7)的集电极；第八三极管 (Q8)的发射极连接第五三极管(Q5)的集电极；第八三极管(Q8)的集电极连接主开关31的输入端。第五分压电阻(R12)设于第七三极管(Q7) 的集电极与电压输出端VIN之间。第六分压电阻(R19)的两端分别连接于第七三极管(Q7)的基极与其发射极。第七分压电阻(R21)的两端分别连接于第八三极管(Q8)的基极与其发射极。
主开关31具有输入端、输出端、受控端。主开关31的受控端的输出信号由第一受控端、第二受控端、第三受控端三者的输出信号共同决定；主开关31的输入端连接过流电流采样单元1的输出端；主开关31的输出端为过流保护电路100的输出端VOUT，用于连接负载(RL)。
具体地，主开关31包括第九三极管(Q9)、第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)。
第九三极管(Q9)的基极作为主开关31的受控端，第九三极管(Q9) 的发射极作为主开关31的输入端，第九三极管(Q9)的集电极作为主开关31的输出端。第六基极电阻(R8)设于过流电流采样单元1的输出端与第九三极管(Q9)的基极之间；第七基极电阻(R9)设于第九三极管(Q9) 的基极与第八三极管(Q8)的集电极之间。
为了使本领域技术人员更为理解本实用新型提供的带折返电流的过流保护电路100的工作原理，以下结合表格1的方式，对电路处于不同工作状态的情况进行说明。
如下表1所示，电路工作状态共有6种，每种状态如下文所述。
| 状态 | 负载电流 | 短路 | 电路1 | 电路2 | 电路4 | 电路3 |
| 1 | I&lt;I<sub>2</sub> | 否 | 高 | 低 | 低 | Q9导通 |
| 2 | I<sub>2</sub>≤I&lt;I<sub>1</sub> | 否 | 高 | 高 | 低 | Q9导通 |
| 3 | I≥I<sub>2</sub> | 否 | 低 | 高 | 低 | Q9截止 |
| 4 | I≥I<sub>2</sub> | 是 | 低 | 高 | 高 | Q9截止 |
| 5 | I<sub>2</sub>≤I&lt;I<sub>1</sub> | 是 | 高 | 高 | 高 | Q9截止 |
| 6 | I&lt;I<sub>2</sub> | 是 | 高 | 低 | 高 | Q9导通 |
表1
①当整个电路正常工作，负载电流I<I2时，电路1输出高电平。逻辑开关组件32的第五三极管(Q5)导通，电路2输出低电平。第六三极管(Q6) 截止，电路4输出低电平。第七三极管(Q7)截止，第八三极管(Q8)导通。第五三极管(Q5)和第八三极管(Q8)同时导通，电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)。主开关31的第九三极管(Q9)发射极大于基极电压且大于开启电压，第九三极管(Q9)导通，电路正常工作。
②当整个电路正常工作，负载电流I2≤I<I1时，电路1输出高电平。第五三极管(Q5)导通，电路2输出高电平。第六三极管(Q6)导通，电路4 输出低电平。第七三极管(Q7)截止，第八三极管(Q8)导通。第五三极管 (Q5)和第八三极管(Q8)同时导通，电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)。第九三极管(Q9)发射极大于基极电压且大于开启电压，第九三极管(Q9)导通，电路正常工作。
③当整个电路负载异常，负载电流I≥I2时，电路1输出低电平，第五三极管(Q5)截止，电路2输出高电平。第六三极管(Q6)导通，电路4输出低电平。第七三极管(Q7)截止，第八三极管(Q8)导通。第五三极管(Q5) 截止第八三极管(Q8)导通，没有电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)，第九三极管(Q9)发射极电压等于基极电压，第九三极管(Q9) 截止，负载电流降低。由于第三保护电容(C3)的作用，第四三极管(Q4) 的状态不会马上改变，电路进入状态2工作，然后反复调整，进入平衡状态。此时继续增大负载，输出电压会逐渐降低以维持输出电流。
④当整个电路负载异常，输出短路时，负载电流I≥I2时，电路1输出低电平，第五三极管(Q5)截止。电路2输出高电平，第六三极管(Q6)导通。电路4输出高电平，第七三极管(Q7)导通，第八三极管(Q8)截止。第五三极管(Q5)、第八三极管(Q8)同时截止，没有电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)，第九三极管(Q9)发射极电压等于基极电压，第九三极管(Q9)截止，负载电流降低电路进入状态5。
⑤当整个电路负载异常，输出短路，负载电流I2≤I<I1，电路1输出高电平，第五三极管(Q5)导通，电路2输出高电平。第六三极管(Q6)导通，电路4输出高电平。第七三极管(Q7)导通，第八三极管(Q8)截止。第五三极管(Q5)导通第八三极管(Q8)截止，没有电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)，第九三极管(Q9)发射极等于基极电压，第九三极管(Q9)截止，负载电流降低，进入状态6。
⑥当整个电路负载异常，输出短路，负载电流I<I2时，电路1输出高电平，第五三极管(Q5)导通，电路2输出低电平。第六三极管(Q6)截止，电路4输出高电平。第七三极管(Q7)导通，第八三极管(Q8)导通。第五三极管(Q5)和第八三极管(Q8)同时导通。电流流过第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)，第九三极管(Q9)发射极大于基极电压且大于开启电压，第九三极管(Q9)导通。负载电流增加，进入状态5，然后反复调整，进入平衡状态。
综上所述，本实用新型提供的一种带折返电流的过流保护电路100。当负载过载或短路造成输出电流过高时，其中的过流电流采样单元1开始工作并强制输出电压VOUT降低。当VOUT降低到低于一定数值时，为了避免长时间的短路造成的功耗过大或电路发热，短路采样单元2将开始工作并强制使VOUT更进一步降低，而输出电流也同时降低，从而保护电路。
该过流保护电路100具有如下优点和积极效果：
1.电路组成简单。只用到普通电容，电阻，三极管以及基准源，价格比同类电路使用比较器和运算放大器，或者集成芯片成本低很多。
2.保护功能齐全。具有过流保护，负载超过限制后，会降低输出电压维持电流。负载超大或者短路后带折返电流保护，输出电流更低，避免长时间短路造成功耗过大引起电路发热，损坏器件。电路不会自锁，过载和短路撤除后，电路可自恢复。
3.采样精度高。在输入电压稳定的情况下，过流电流和折返电流的设置精度取决于基准源和采样分压电阻的精度。基准源的精度和采样分压电阻的精度都能控制在5％以内或者更高。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种带折返电流的过流保护电路，应用于电气设备的接口网络中，所述接口具备电压输出端，所述过流保护电路的输出端连接有负载；其特征在于，所述过流保护电路包括：
过流电流采样单元，其具有输入端、输出端、控制端以及第一基准源；所述过流电流采样单元的输入端连接所述电压输出端以产生电流采样信号；所述第一基准源受控于所述电流采样信号，并产生第一输出信号和第一控制信号；所述第一输出信号由所述过流电流采样单元的输出端输出，所述第一控制信号由所述过流电流采样单元的控制端输出；
短路采样单元，其具有输入端、输出端、控制端以及第二基准源；所述短路采样单元的输入端连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第二基准源受控于所述第一输出信号，并产生第二输出信号和第二控制信号；所述第二输出信号由所述短路采样单元的输出端输出，所述第二控制信号由所述短路采样单元的控制端输出；
输出电压采样单元，其具有输入端与输出端；所述输出电压采样单元的输入端连接所述过流保护电路的输出端，所述输出电压采样单元的输出端用于输出第三控制信号；
开关单元，由主开关、逻辑开关组件组成；
所述逻辑开关组件具有第一受控端、第二受控端、第三受控端；所述第一受控端连接所述过流电流采样单元的控制端，所述第二受控端连接所述短路采样单元的控制端，所述第三受控端连接所述输出电压采样单元的控制端；
所述主开关具有输入端、输出端、受控端；所述主开关的受控端的输出信号由所述第一受控端、所述第二受控端、所述第三受控端三者的输出信号共同决定；所述主开关的输入端连接所述过流电流采样单元的输出端；所述主开关的输出端为所述过流保护电路的输出端，用于连接所述负载。
2.根据权利要求1所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述过流电流采样单元包括采样电阻(R1)、第一分压电阻(R6)以及第二分压电阻(R17)、第一基极电阻(R2)、第二基极电阻(R10)以及第一三极管(Q1)；
所述采样电阻(R1)的一端为所述过流电流采样单元的输入端，所述采样电阻(R1)的另一端为所述过流电流采样单元的输出端；所述第一分压电阻(R6)与所述第二分压电阻(R17)串联，所述第一分压电阻(R6)的另一端连接所述过流电流采样单元的输出端，所述第二分压电阻(R17)的另一端接地；所述第一分压电阻(R6)与所述第二分压电阻(R17)的连接点连接所述第一基准源的输入端；
所述第一三极管(Q1)的基极通过所述第一基极电阻(R2)连接所述过流电流采样单元的输出端，且该基极通过所述第二基极电阻(R10)连接所述第一基准源的输出端；所述第一三极管(Q1)的发射极连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第一三极管(Q1)的集电极为所述过流电流采样单元的控制端。
3.根据权利要求2所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述过流电流采样单元还包括第一保护电容(C1)、第一基极电阻(R14)以及第一分流电阻(R15)；
所述第一保护电容(C1)与所述第二分压电阻(R17)并联；所述第一基极电阻(R14)设于所述第一三极管(Q1)的集电极与所述开关单元的第一受控端之间；所述第一三极管(Q1)的集电极经所述第一分流电阻(R15)接地。
4.根据权利要求1所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述短路采样单元包括第三分压电阻(R7)以及第四分压电阻(R20)、第三基极电阻(R4)、第四基极电阻(R11)、第二分流电阻(R18)以及第二三极管(Q2)；
所述第三分压电阻(R7)与所述第四分压电阻(R20)串联，所述第三分压电阻(R7)的另一端为所述短路采样单元的输入端，所述第四分压电阻(R20)的另一端接地；所述第三分压电阻(R7)与所述第四分压电阻(R20)的连接点连接所述第二基准源的输入端；
所述第二三极管(Q2)的基极通过所述第三基极电阻(R4)连接所述过流电流采样单元的输出端，且该基极通过所述第四基极电阻(R11)连接所述第二基准源的输出端；所述第二三极管(Q2)的发射极连接所述过流电流采样单元的输出端；所述第二三极管(Q2)的集电极经所述第二分流电阻(R18)接地。
5.根据权利要求4所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述短路采样单元还包括第二保护电容(C2)、第五基极电阻(R16)、第三分流电阻(R5)以及第三三极管(Q3)；
所述第二保护电容(C2)与所述第四分压电阻(R20)并联；所述第五基极电阻(R16)设于所述第三三极管(Q3)的基极与所述第二三极管(Q2)的集电极之间；所述第三三极管(Q3)的集电极作为所述短路采样单元的控制端；所述第三三极管(Q3)的发射极接地；
所述第三分流电阻(R5)的一端连接所述第三三极管(Q3)的集电极，另一端作为所述短路采样单元的输出端。
6.根据权利要求1所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述输出电压采样单元包括第四三极管(Q4)、第四分流电阻(R3)、第五分流电阻(R13)以及第三保护电容(C3)；
所述第四三极管(Q4)的基极作为所述输出电压采样单元的输入端，所述第四三极管(Q4)的基极通过第四分流电阻(R3)连接所述过流保护电路的输出端，且该基极通过所述第三保护电容(C3)接地；所述第四三极管(Q4)的集电极作为所述输出电压采样单元的输出端，并连接所述第五分流电阻(R13)。
7.根据权利要求1-6任一项中所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述开关单元包括用于组成所述逻辑开关组件的第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第七三极管(Q7)以及第八三极管(Q8)；
所述第五三极管(Q5)的基极作为所述第一受控端，所述第五三极管(Q5)的发射极接地；所述第六三极管(Q6)的基极作为所述第二受控端，所述第六三极管(Q6)的发射极接地；所述第七三极管(Q7)的基极作为所述第三受控端，所述第七三极管(Q7)的集电极连接所述电压输出端，所述第七三极管(Q7)的发射极连接所述第六三极管(Q6)的集电极；
所述第八三极管(Q8)的基极连接所述第七三极管(Q7)的集电极；所述第八三极管(Q8)的发射极连接所述第五三极管(Q5)的集电极；所述第八三极管(Q8)的集电极连接所述主开关的输入端。
8.根据权利要求7所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述开关单元还包括用于组成所述主开关的第九三极管(Q9)；
所述第九三极管(Q9)的基极作为所述主开关的受控端，所述第九三极管(Q9)的发射极作为所述主开关的的输入端，所述第九三极管(Q9)的集电极作为所述主开关的输出端。
9.根据权利要求8所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述开关单元还包括第六基极电阻(R8)、第七基极电阻(R9)；
所述第六基极电阻(R8)设于所述过流电流采样单元的输出端与所述第九三极管(Q9)的基极之间；所述第七基极电阻(R9)设于所述第九三极管(Q9)的基极与所述第八三极管(Q8)的集电极之间。
10.根据权利要求7所述的带折返电流的过流保护电路，其特征在于：
所述逻辑开关组件还包括第五分压电阻(R12)、第六分压电阻(R19)以及第七分压电阻(R21)；
所述第五分压电阻(R12)设于所述第七三极管(Q7)的集电极与所述电压输出端之间；所述第六分压电阻(R19)的两端分别连接于所述第七三极管(Q7)的基极与其发射极；所述第七分压电阻(R21)的两端分别连接于所述第八三极管(Q8)的基极与其发射极。
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|---|---|---|---|---|
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| CN111313361A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-19 | 科博达技术股份有限公司 | 具有电流保护功能的高边开关电路 |
| CN111327018A (zh) * | 2020-03-28 | 2020-06-23 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种过流过压的自锁保护电路及适配器 |
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