CN212908974U - 一种过压过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过压过流保护电路，包括电源接头和保护电路输出端，所述电源接头的正极端依次通过保险丝、第一电阻、第一二极管和输出控制电路与保护电路输出端连接，所述电源接头的正极端还与一用过对电源接头的正极端进行检测的第一检测电路连接，所述第一电阻和第一二极管的连接端与一用于对第一电阻和第一二极管的连接端进行检测的第二检测电路连接，所述第一检测电路和第二检测电路分别与一用于对第一检测电路和第二检测电路的检测信号进行实时比较并且输出控制信号的比较控制电路连接，所述比较控制电路与输出控制电路连接从而形成进行实时输出控制的过压过流保护电路。通过本实用新型能够有效提高产品的安全性和可靠性。

Description

一种过压过流保护电路

技术领域

本实用新型属于设备保护领域，尤其涉及一种过压过流保护电路。

背景技术

当前，针对弱电过压过流保护电路设计中，常见的由保险丝、自恢复保险丝或者PTC，TVS，三极管以及MOS管构成。实际使用时，当硬件电路短路，导致电源输入电流急剧升高时，若是设计采用自恢复保险丝或者PTC，会面临着反应时间慢，受外部环境温度影响大，容易导致后级器件过早失效甚至损坏。若是设计采用保险丝，虽可较好保护后级电路，但是面临保险丝失效的情况时，除非人工更换保险丝，不然不能有效恢复电路。当硬件电路因为外部电源波动较大或者人为误操作接入高压电路中，若设备采用TVS、电阻及MOS管组合方式构成过压保护电路，往往是通过高压击穿TVS，触发相应的低电平控制MOS管的电路开关来实现保护功能，此方案虽可实现高压保护功能，但是TVS管异常后呈现短路，那么电路的过压保护功能将失效。从而急需一种保护电路来提高安全性和可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种过压过流保护电路，能够有效提高产品的安全性和可靠性。

为实现目的，本实用新型提供了一种过压过流保护电路，包括用于与外部电源连接的电源接头和用于电源输出的保护电路输出端，还包括保险丝、第一电阻、第一二极管和用于对电源输出进行控制的输出控制电路，所述电源接头的正极端依次通过保险丝、第一电阻、第一二极管和输出控制电路与保护电路输出端连接，所述电源接头的正极端还与一用过对电源接头的正极端进行检测的第一检测电路连接，所述第一电阻和第一二极管的连接端与一用于对第一电阻和第一二极管的连接端进行检测的第二检测电路连接，所述第一检测电路和第二检测电路分别与一用于对第一检测电路和第二检测电路的检测信号进行实时比较并且输出控制信号的比较控制电路连接，所述比较控制电路与输出控制电路连接从而形成进行实时输出控制的过压过流保护电路。

优选地，所述第一检测电路设置有第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端通过第六电阻与电源接头的正极端连接，所述第一运算放大器的输出端依次通过第八电阻和用于检测阈值设定的第一可调节电阻与地线连接，所述第八电阻与第一可调节电阻的连接端为第一检测输出端，所述第一检测输出端与比较控制电路连接。

优选地，所述第二检测电路设置有第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端通过第十七电阻与第一电阻和第一二极管的连接端连接，所述第一运算放大器的输出端依次通过第十八电阻和用于检测阈值设定的第二可调节电阻与地线连接，所述第十八电阻与第二可调节电阻的连接端为第二检测输出端，第二检测输出端与比较控制电路连接。

优选地，所述比较控制电路设置有同相输入端与第二检测电路连接并且反相输入端与第一检测电路连接的比较器，所述比较器的输出端通过第十九电阻与第三MOS管的栅极连接并且比较器的输出端还通过第二十二电阻与地线连接，所述第三MOS管的栅极还通过第三电容与地线连接，所述第三MOS管的源极与地线连接并且还通过第四瞬态二极管与第三MOS管的漏极连接，第四瞬态二极管的正极与第三MOS管的源极连接，所述第三MOS管的漏极通过第十五电阻与第一二极管与输出控制电路的连接端连接，所述第三MOS管的漏极为比较输出端并且与输出控制电路连接。

优选地，所述输出控制电路设置有第一MOS管和第二三极管，所述第一MOS管的漏极与保护电路输出端连接，所述第一MOS管的源极与第一二极管连接，所述第一MOS管的栅极与第二三极管的集电极连接并且第一MOS管的栅极通过第三电阻与第一MOS管的源极连接，所述第二三极管的发射极通过第四电阻与第一MOS管的源极连接，所述第二三极管的集电极还通过第十一电阻与地线连接，所述第二三极管的基极通过第七电阻与第三瞬态二极管与地线连接，所述第三瞬态二极管的正极端与地线连接，所述第七电阻与第三瞬态二极管的连接端与比较控制电路连接并且还通过第五电阻与第一MOS管的源极连接。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

在本实用新型中通过第一检测电路、第二检测电路、比较控制电路与输出控制电路的配合工作，能够实时快速进行过压过流保护保护好产品，有效提高产品的安全性和可靠性。本实用新型中只要产品电路出现过压或者过流的情况，安全机制立马启动，直至产品电压电流恢复正常，保护机制才会解除；从而无论产品处于在什么工业环境，保护机制均不受影响。本实用新型中过压及过流的阈值可以根据产品的实际电压电流进行匹配，一经适配永久生效，提高稳定性。在本实用新型中不涉及产品运行的***，成本低，仅靠简易的器件，即可实现有效的过压过流保护机制，即使第三瞬态二极管出现损坏，输入电压也能正常断开起到保护后级电路功能，提高安全性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的输入输出及第二检测电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型的第二检测电路和比较控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下。

如图1-2所示，本实用新型提供了一种过压过流保护电路，包括用于与外部电源连接的电源接头P1和用于电源输出的保护电路输出端VOUT，还包括保险丝F1、第一电阻R1、第一二极管D1和用于对电源输出进行控制的输出控制电路20，电源接头P1的正极端依次通过保险丝F1、第一电阻R1、第一二极管D1和输出控制电路20与保护电路输出端VOUT连接，电源接头P1的正极端还与一用过对电源接头P1的正极端进行检测的第一检测电路10连接，第一电阻R1和第一二极管D1的连接端与一用于对第一电阻R1和第一二极管D1的连接端进行检测的第二检测电路30连接，第一检测电路10和第二检测电路30分别与一用于对第一检测电路10和第二检测电路30的检测信号进行实时比较并且输出控制信号的比较控制电路40连接，比较控制电路40与输出控制电路20连接从而形成进行实时输出控制的过压过流保护电路。

第一检测电路10设置有第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的同相输入端通过第六电阻R6与电源接头P1的正极端连接，第一运算放大器U1的输出端依次通过第八电阻R8和用于检测阈值设定的第一可调节电阻R10与地线GND连接，第八电阻R8与第一可调节电阻R10的连接端为第一检测输出端OP_OUT2，第一检测输出端OP_OUT2与比较控制电路40连接。

第二检测电路30设置有第二运算放大器U2，第二运算放大器U2的同相输入端通过第十七电阻R17与第一电阻R1和第一二极管D1的连接端连接，第一运算放大器U1的输出端依次通过第十八电阻R18和用于检测阈值设定的第二可调节电阻R21与地线GND连接，第十八电阻R18与第二可调节电阻R21的连接端为第二检测输出端OP_OUT1，第二检测输出端OP_OUT1与比较控制电路40连接。

比较控制电路40设置有同相输入端与第二检测电路30连接并且反相输入端与第一检测电路10连接的比较器U3，比较器U3的输出端通过第十九电阻R19与第三MOS管Q3的栅极连接并且比较器U3的输出端还通过第二十二电阻R22与地线GND连接，第三MOS管Q3的栅极还通过第三电容C3与地线GND连接，第三MOS管Q3的源极与地线GND连接并且还通过第四瞬态二极管D4与第三MOS管Q3的漏极连接，第四瞬态二极管D4的正极与第三MOS管Q3的源极连接，第三MOS管Q3的漏极通过第十五电阻R15与第一二极管D1与输出控制电路20的连接端连接，第三MOS管Q3的漏极为比较输出端并且与输出控制电路20连接。比较器U3同相输入端通过第八二极管D8与地线GND连接，第八二极管D8正极端与地线连接，比较器U3反相输入端通过第七二极管D7与地线GND连接，第七二极管D7正极端与地线连接。

输出控制电路20设置有第一MOS管Q1和第二三极管Q2，第一MOS管Q1的漏极与保护电路输出端VOUT连接，第一MOS管Q1的源极与第一二极管D1连接，第一MOS管Q1的栅极与第二三极管Q2的集电极连接并且第一MOS管Q1的栅极通过第三电阻R3与第一MOS管Q1的源极连接，第二三极管Q2的发射极通过第四电阻R4与第一MOS管Q1的源极连接，第二三极管Q2的集电极还通过第十一电阻R11与地线GND连接，第二三极管Q2的基极通过第七电阻R7与第三瞬态二极管D3与地线GND连接，第三瞬态二极管D3的正极端与地线GND连接，第七电阻R7与第三瞬态二极管D3的连接端与比较控制电路40连接并且还通过第五电阻R5与第一MOS管Q1的源极连接。在本实施例中，第三瞬态二极管D3、第一可调节电阻R10和第二可调节电阻R21的阻值可以根据需要进行选择。

在本实施例中，当电源接头P1输入设定为直流24V，电流小于1A，工作时，第二运算放大器U2输出电压V2，V2≈V1-Vr1,V1为第一运算放大器U1输出电压，Vr1为第一电阻R1的电压。调节第一可调节电阻R10的电阻为20KΩ使得第一检测输出端OP_OUT2的电压Vop_out2，Vop_out2＝V1/(R8+R10)*R10＝V1/6＝4V，其中，第八电阻R8为100KΩ；调节第二可调节电阻R21的阻值为21.05KΩ使得第二检测输出端OP_OUT1的电压Vop_out1，

Vop_out1＝V2/(R18+R21)*R21＝V1/121.05*21.05-Vr1/121.05*21.05＝V1*0.1739-0.1739*Vr1(Vr1＝Ii*R1)≈4.174-0.174*Ii＜4V＝Vop_out2，其中第十八电阻R8为100KΩ，Ii为流经第一电阻R1的电流；从而比较器U3输出电压V3，V3＝0V，比较输出端电压Vout_c输出高电平，第二三极管Q2截止，第一MOS管Q1导通，保护电路输出端VOUT输出电压Vout输出约为电源接头P1的正极端电压V+。当电源接头P1的正极端电压V+＞26.7V、电流＜1A时，比较器U3输出低电平，Vout_c输出高电平；第三瞬态二极管D3受高压被电压击穿后，Vout_c由高变低，第二三极管Q2导通，第一MOS管Q1截止，保护电路输出端VOUT无输出电压；当输入电压恢复正常后，第三瞬态二极管D3又呈高阻态，Vout_c输出电平由低变为高电平，第二三极管Q2截止，第一MOS管Q1导通，保护电路输出端VOUT恢复电压输出，重新工作。

当电源接头P1的正极端电压V+＝24V，由于后级电路故障，导致输入电流高于1A时，Vop_out2＝4V；Vop_out1＝4.174-0.174*Ii＞Vop_out2；比较器U3输出高电平V3≈5.1V,第三MOS管Q3导通，Vout_c由高电平转为低电平，第二三极管Q2由截止变为导通，第一MOS管Q1的栅极由低电平变为高电平，第一MOS管Q1由导通状态变为截止状态，从而保护电路输出端VOUT输出电压关闭；直到后级电路故障解除后，电流恢复正常即电流＜1A，V3由低电平转高电平，第二三极管Q2由导通态转为截止态，第一MOS管Q1由之前的截止态转为导通态，保护电路输出端VOUT又会恢复正常输出电压。本实用新型中根据预先设定可调电阻的阻值，即设定输入电流阈值为1A，超过阈值电流，断开后级输出，小于阈值电流，电路保持导通,通过此原理实现过流保护功能；过压保护电路，是通过第三瞬态二极管D3的反向击穿电压的值实现，可以设定电压阈值为26.7V，若是需要设定不同电压值可通过更换瞬态二极管进行实现，在电源接头P1的正极端电压高于阈值电压，后级电路断开，若是电源接头P1的正极端电压低于阈值电压，电路正常导通，利用此方式实现过压保护功能，从而能够有效提高安全性和可靠性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种过压过流保护电路，包括用于与外部电源连接的电源接头(P1)和用于电源输出的保护电路输出端(VOUT)，其特征在于，还包括保险丝(F1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)和用于对电源输出进行控制的输出控制电路(20)，所述电源接头(P1)的正极端依次通过保险丝(F1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)和输出控制电路(20)与保护电路输出端(VOUT)连接，所述电源接头(P1)的正极端还与一用过对电源接头(P1)的正极端进行检测的第一检测电路(10)连接，所述第一电阻(R1)和第一二极管(D1)的连接端与一用于对第一电阻(R1)和第一二极管(D1)的连接端进行检测的第二检测电路(30)连接，所述第一检测电路(10)和第二检测电路(30)分别与一用于对第一检测电路(10)和第二检测电路(30)的检测信号进行实时比较并且输出控制信号的比较控制电路(40)连接，所述比较控制电路(40)与输出控制电路(20)连接从而形成进行实时输出控制的过压过流保护电路。

2.根据权利要求1所述的一种过压过流保护电路，其特征在于，所述第一检测电路(10)设置有第一运算放大器(U1)，所述第一运算放大器(U1)的同相输入端通过第六电阻(R6)与电源接头(P1)的正极端连接，所述第一运算放大器(U1)的输出端依次通过第八电阻(R8)和用于检测阈值设定的第一可调节电阻(R10)与地线(GND)连接，所述第八电阻(R8)与第一可调节电阻(R10)的连接端为第一检测输出端(OP_OUT2)，所述第一检测输出端(OP_OUT2)与比较控制电路(40)连接。

3.根据权利要求2所述的一种过压过流保护电路，其特征在于，所述第二检测电路(30)设置有第二运算放大器(U2)，所述第二运算放大器(U2)的同相输入端通过第十七电阻(R17)与第一电阻(R1)和第一二极管(D1)的连接端连接，所述第一运算放大器(U1)的输出端依次通过第十八电阻(R18)和用于检测阈值设定的第二可调节电阻(R21)与地线(GND)连接，所述第十八电阻(R18)与第二可调节电阻(R21)的连接端为第二检测输出端(OP_OUT1)，第二检测输出端(OP_OUT1)与比较控制电路(40)连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种过压过流保护电路，其特征在于，所述比较控制电路(40)设置有同相输入端与第二检测电路(30)连接并且反相输入端与第一检测电路(10)连接的比较器(U3)，所述比较器(U3)的输出端通过第十九电阻(R19)与第三MOS管(Q3)的栅极连接并且比较器(U3)的输出端还通过第二十二电阻(R22)与地线(GND)连接，所述第三MOS管(Q3)的栅极还通过第三电容(C3)与地线(GND)连接，所述第三MOS管(Q3)的源极与地线(GND)连接并且还通过第四瞬态二极管(D4)与第三MOS管(Q3)的漏极连接，第四瞬态二极管(D4)的正极与第三MOS管(Q3)的源极连接，所述第三MOS管(Q3)的漏极通过第十五电阻(R15)与第一二极管(D1)与输出控制电路(20)的连接端连接，所述第三MOS管(Q3)的漏极为比较输出端并且与输出控制电路(20)连接。

5.根据权利要求1所述的一种过压过流保护电路，其特征在于，所述输出控制电路(20)设置有第一MOS管(Q1)和第二三极管(Q2)，所述第一MOS管(Q1)的漏极与保护电路输出端(VOUT)连接，所述第一MOS管(Q1)的源极与第一二极管(D1)连接，所述第一MOS管(Q1)的栅极与第二三极管(Q2)的集电极连接并且第一MOS管(Q1)的栅极通过第三电阻(R3)与第一MOS管(Q1)的源极连接，所述第二三极管(Q2)的发射极通过第四电阻(R4)与第一MOS管(Q1)的源极连接，所述第二三极管(Q2)的集电极还通过第十一电阻(R11)与地线(GND)连接，所述第二三极管(Q2)的基极通过第七电阻(R7)与第三瞬态二极管(D3)与地线(GND)连接，所述第三瞬态二极管(D3)的正极端与地线(GND)连接，所述第七电阻(R7)与第三瞬态二极管(D3)的连接端与比较控制电路(40)连接并且还通过第五电阻(R5)与第一MOS管(Q1)的源极连接。

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