CN216598959U - 自恢复过流保护电路及直流电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种自恢复过流保护电路及直流电源装置。其中，自恢复过流保护电路包括第一开关电路、电流采样电路和过流开关电路，第一开关电路的输入端与电源端连接，第一开关电路的输出端与电源输出端连接，电流采样电路串联在电源端与第一开关电路的输入端之间，过流开关电路的触发端与电流采样电路的输出端连接，过流开关电路的输出端与第一开关电路的受控端连接。本实用新型旨在消除环境温度对于过流保护电路工作的影响，提高直流电路中过流保护电路工作的稳定性和可靠性。

Description

自恢复过流保护电路及直流电源装置

技术领域

本实用新型涉及过流保护领域，特别涉及一种自恢复过流保护电路及直流电源装置。

背景技术

目前直流电源设计中，为避免后级电源的短路影响前级电源的正常工作，一般都是在电源回路里串联接入PTC自恢复性保险丝，以实现自恢复过流保护功能。但是PTC自恢复性保险丝较容易受到环境温度的影响，并且响应时间较长，影响直流电源中过流保护电路执行过流保护动作的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种自恢复过流保护电路，旨在消除环境温度对于过流保护电路工作的影响，提高直流电路中过流保护电路工作的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提出的自恢复过流保护电路，所述自恢复过流保护电路包括：

第一开关电路，所述第一开关电路的输入端与电源端连接，所述第一开关电路的输出端与电源输出端连接，所述第一开关电路被配置为处于常导通状态；

电流采样电路，所述电流采样电路串联在所述电源端与所述第一开关电路的输入端之间；

过流开关电路，所述过流开关电路的触发端与所述电流采样电路的输出端连接，所述过流开关电路的输出端与所述第一开关电路的受控端连接；

所述电流采样电路，用于检测所述电源端输出的电流值，并输出相应的电流检测信号；

所述过流开关电路，用于在所述电流检测信号的电压值大于所述过流开关电路的开启电压时，开始工作，以输出触发信号控制所述第一开关电路处于关断状态；

所述过流开关电路，还用于在所述电流检测信号的电压值小于所述过流开关电路的开启电压时，保持关断状态。

可选的，所述第一开关电路包括第一开关管、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端、所述第一开关管的源极均经所述电流采样电路与所述电源端连接，所述第一开关管的漏极与所述电源输出端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端分别与所述第一开关管的栅极连接，所述第二电阻的第二端接地。

可选的，所述第一开关管为PMOS管。

可选的，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻的第一端与所述电源端连接，所述电流采样电阻的第二端与所述第一电阻的第一端连接。

可选的，所述过流开关电路包括第一三极管，所述第一三极管的输入端与所述电流采样电阻的第一端连接，所述第一三极管的输出端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一三极管的触发端与所述电流采样电阻的第二端连接。

可选的，所述第一三极管为PNP三极管。

可选的，所述自恢复过流保护电路还包括：

缓启动电路，所述缓启动电路与所述第一开关电路的受控端电连接；

所述缓启动电路，用于延迟所述第一开关电路从关断状态切换到导通状态的时间。

可选的，所述自恢复过流保护电路还包括：

缓启动电路，所述缓启动电路包括第三电阻和第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一开关管的源极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电阻的第一端分别与所述第一开关管的栅极连接，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接。

本实用新型还提出了一种直流电源装置，包括上述任一项所述的自恢复过流保护电路。

本实用新型自恢复过流保护电路包括第一开关电路、电流采样电路和过流开关电路。其中，第一开关电路被配置为处于常导通状态；电流采样电路用于检测电源端输出的电流值，并输出相应的电流检测信号；过流开关电路用于在电流检测信号的电压值大于过流开关电路的开启电压时，开始工作，以输出触发信号控制第一开关电路处于关断状态；过流开关电路还用于在电流检测信号的电压值小于过流开关电路的开启电压时，保持关断状态。如此，本实用新型便能够自恢复过流保护电路通过硬件检测过流状态并且在过流时控制第一开关管电路处于关断状态，以防止过流对直流电源或者后级电路造成损害，并且在过流停止时，自行回复至导通状态。从而消除了环境温度对于过流保护电路工作的影响，同时因采用硬件执行上述操作，在降低了电路成本的同时，更有效地提高了自恢复过流保护电路执行过流保护动作的灵敏度，减少了执行过流保护动作的响应时间，更进一步的提高了直流电路中过流保护电路工作的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型自恢复过流保护电路一实施例的模块结构示意图；

图2为本实用新型自恢复过流保护电路另一实施例的模块结构示意图；

图3为本实用新型自恢复过流保护电路又一实施例的具体电路示意图；

图4为本实用新型自恢复过流保护电路再一实施例的具体电路示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	第一开关电路	20	电流采样电路
30	过流开关电路	40	缓启动电路

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前直流电源设计中，为避免后级电源的短路影响前级电源的正常工作，一般都是在电源回路里串联接入PTC自恢复性保险丝，以实现自恢复过流保护功能。但是PTC自恢复性保险丝较容易受到环境温度的影响，并且响应时间较长，影响直流电源装置过流保护的可靠性。

为此，参考图1，在本实用新型一实施例中，自恢复过流保护电路包括：

第一开关电路10，第一开关电路10的输入端与电源端连接，第一开关电路10的输出端与电源输出端连接，第一开关电路10被配置为处于常导通状态；

电流采样电路20，电流采样电路20串联在电源端与第一开关电路10的输入端之间；

过流开关电路30，过流开关电路30的触发端与电流采样电路20的输出端连接，过流开关电路30的输出端与第一开关电路10的受控端连接；

电流采样电路20，用于检测电源端输出的电流值，并输出相应的电流检测信号；

过流开关电路30，用于在电流检测信号的电压值大于过流开关电路30的开启电压时，开始工作，以输出触发信号控制第一开关电路10处于关断状态；

过流开关电路30，还用于在电流检测信号的电压值小于过流开关电路30的开启电压时，保持关断状态。

在本实施例中，自恢复过流保护电路设置于直流电源中，电源端输出的电源电压由直流电源中的供电电源提供，可选的，供电电源可以为一电池，也可以为一AC/DC转换电路或者是DC/DC电路。电源端包括电源正极端和电源负极端(接地端)，电源输出端包括电源正极输出端和电源负极输出端。可选的，电流采样电路20和第一开关电路10可以设置在直流电源回路的正极侧，即电源正极端经过电流采样电路20、第一开关电路10和电源正极输出端与后级电路的正极连接，以为后级电路提供电源电压。其中，电源负极输出端与电源负极端直接连接，用于连接后级电路的负极。当第一开关电路10断开时，会断开后级电路的电源正极与电源正极端之间的通路，从而停止后级电路工作，即使电源端输出的电流值降到0；

可选的，电流采样电路20和第一开关电路10还可以设置在直流电源回路的负极侧，即电源负极端(即接地端)经电流采样电路20、第一开关电路10和电源负极输出端与后级电路的负极连接，电源正极端经过电源正极输出端与后级电路的正极电连接，以为后级电路提供电源电压。当第一开关电路10断开时，会断开后级电路的电源负极与电源负极端之间的通路，从而停止后级电路工作，即使电源端输出的电流值降到0；

可以理解的是，若直流电源内部电路出现故障，导致自恢复过流保护电路上的流过的电流过流，则同样会触发电流保护动作，以关断第一开关电路10，从而防止过大电流对后级电路造成损害。

在本实施例中，第一开关电路10可以采用上/下拉电路和与其电连接的开关管例如MOS管或者是三极管来实现，上/下拉电路与开关管的受控端连接，从而保证开关管处于常导通状态。例如，第一开关电路10采用了下拉电路和PMOS管，下拉电路与PMOS管的栅极连接，PMOS管的源极与电源正极端连接，PMOS管的漏极与电源正极输出端连接，从而使得PMOS管处于常导通状态。

在本实施例中，电流采样电路20可以选择一阻性负载来实现，例如电流感测电阻。过流开关电路30可以采用开关管，例如MOS管、三极管等来实现。由于电流感测电阻串联在电源端和第一开关管的输入端之间，所以电源端输出的电流即流过电流感测电阻上的电流值，故研发人员可以根据过流开关电路30中的开关管的开启电压和所需要的过流值选择电流感测电阻的阻值。

可选的，过流开关电路30的输入端可以与一外部电源连接，从而在电流感测电阻上的电压值，即电流采样电路20输出的电流检测信号的电压值大于过流开关电路30中开关管的开启电压时，输出一触发信号以控制第一开关电路10处于关断状态。例如，过流开关电路30的输入端与一外部电源连接，外部电源输出的电压高于电源端输出的电压，第一开关电路10为PMOS管，在过流时，电流感测电阻上的电压大于了过流开关电路30的开启电压，即电流检测信号的电压值大于过流开关电路30的开启电压，过流开关电路30输入端和输出端之间的通路导通，将PMOS管的受控端的电压上拉到外部电源，以使PMOS管关闭。在PMOS管关闭时，电流感测电阻上的电流为零值，则电流感测电阻上的电压也为零值，过流开关电路30处于关断状态，使PMOS管恢复导通状态。

可选的，过流开关电路30的输入端还可以直接与电源端连接，例如第一开关电路10为PMOS管，过流开关电路30的输入端与电源正极端连接，从而在过流时，使PMOS管的栅极电压上拉至电源正极端电压，从而关闭PMOS管。

本实用新型自恢复过流保护电路包括第一开关电路、电流采样电路和过流开关电路。其中，第一开关电路被配置为处于常导通状态；电流采样电路用于检测电源端输出的电流值，并输出相应的电流检测信号；过流开关电路用于在电流检测信号的电压值大于过流开关电路的开启电压时，开始工作，以输出触发信号控制第一开关电路处于关断状态；过流开关电路还用于在电流检测信号的电压值小于过流开关电路的开启电压时，保持关断状态。如此，本实用新型便能够自恢复过流保护电路通过硬件检测过流状态并且在过流时控制第一开关管电路处于关断状态，以防止过流对直流电源或者后级电路造成损害，并且在过流停止时，自行回复至导通状态。从而消除了环境温度对于过流保护电路工作的影响，同时因采用硬件执行上述操作，在降低了电路成本的同时，更有效地提高了自恢复过流保护电路执行过流保护动作的灵敏度，减少了执行过流保护动作的响应时间，更进一步的提高了直流电路中过流保护电路工作的稳定性和可靠性。

可选的，参考图2，在本实用新型一实施例中，第一开关电路10包括第一开关管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端、第一开关管Q1的源极均经电流采样电路20与电源端连接，第一开关管Q1的漏极与电源输出端连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端分别与第一开关管Q1的栅极连接，第二电阻R2的第二端接地。

电流采样电路20包括电流采样电阻SR1，电流采样电阻SR1的第一端与电源端连接，电流采样电阻SR1的第二端与第一电阻R1的第一端连接。

过流开关电路30包括第一三极管Q2，第一三极管Q2的输入端与电流采样电阻SR1的第一端连接，第一三极管Q2的输出端与第一电阻R1的第二端连接，第一三极管Q2的受控端与电流采样电阻SR1的第二端连接。

其中，第一开关管Q1为PMOS管，第一三极管Q2为PNP三极管。

在本实施例中，电流检测电阻SR1和第一开关管Q1设置于直流电源的正极输出回路上，即与电源端中的电源正极端连接，电源负极端为接地端。第一电阻R1的阻值和第二电阻R2的阻值在选择时，需要满足在将电源端接入的电源电压进行分压后输出至第一开关管Q1的栅极的驱动电压能够控制第一开关管Q1处于导通状态。例如第一电阻R1的阻值为10K，第二电阻R2的阻值为10K，第一电阻R1和第二电阻R2将电源电压分压为二分之一电源电压后输出至第一开关管Q1的栅极，由于第一开关管Q1为PMOS，且第一开关管Q1的源极电压为电源电压，所以满足了PMOS管的导通条件，第一开关管Q1处于常导通状态。

需要理解的是，第一三极管Q2为PNP三极管，其导通条件是第一三极管Q2的发射极(第一三极管Q1的输入端)的电压Ue减去基极(第一三极管Q1的受控端)的电压Ub的差值大于0.7V。由于电流检测电阻SR1的第一端与第一三极管Q2的发射极连接，其第二端与第一三极管Q2的基极连接，所以电流检测电阻上的电压即为第一三极管Q2的发射极和基极之间的电压差Ueb。因此，由于电流检测电阻SR1串联在电源端与第一开关电路10的输入端之间的通路上，所以流过电流检测电阻SR1的电流，就是电源端输出电流。在实际应用中，用户可以根据过流的具体过流电流值的需求，设置电流检测电阻SR1的阻值，例如用户需要设置当前自恢复过流保护电路的过流值为2A，那么只需要设置一0.33欧姆的电流检测电阻SR1，就可以使电源端的输出的电流，即流过第一开关电路10和电流检测电阻以及后级电路上的电流达到2A时，就能使得电流检测电阻SR1上的电压驱动第一三极管Q2处于导通状态。

在本实施例中，电源输出端用于接入后级电路。当后级电路故障等原因导致电源端输出的电流达到一预设的过流电流值时，电流检测电阻SR1上的电压驱动第三极管Q2处于导通状态，第一三极管Q2导通了电源端与第一开关管Q1的栅极之间的通路，第一开关管Q1的栅极电压直接被上拉至电源电压，使得第一开关管Q1处于关断状态。随后，由于第一开关管Q1处于关断状态，电源端输出的电流降低到0值，进而使得电流检测电阻SR1上的电压值降低到了0.7V以下，此时第一三极管Q2重新处于关断状态，第一开关管Q1的栅极电压回归至第二电阻R2的第一端上的电压，第一开关管Q1重新进入导通状态，后级电路与电源端之间的通路重新导通。若此时过流问题已经解决，例如由于用户误操作导致的后级电路瞬间短路过流，并且故障已经排除，则第一开关管Q1会保持导通状态，以使得电源端正常为后级电路提供电源电压。若此时过流问题并且解决，则会重复上述过流保护动作以及自恢复动作，直至过流问题解除。

需要理解的是，若与自恢复过流保护电路的电源输出端所连接的负载依然故障导致过流问题没有解决，换而言之，就是在本实用新型自恢复过流保护电路在过流断开后的自恢复时，流过整个电路的电流依然处于过流状态，此时自恢复过流保护电路会触发电流保护动作以及自恢复动作(即过流时第一开关电路10断开，断开后再自恢复)。但第一开关电路10如果在过流时依然快速的开关切换，也可能会导致第一开关电路10中的开关管损坏。

为此，参考图2，在本实用新型一实施例中，所述自恢复过流保护电路还包括：

缓启动电路40，所述缓启动电路40与所述第一开关电路10的受控端电连接；

所述缓启动电路40，用于延迟所述第一开关电路10从关断状态切换到导通状态的时间。

在本实施例中，可选的，缓启动电路40可以采用RC积分电路来实现，通过在第一开关管的受控端设置RC积分电路，可以实现延缓第一开关电路10导通的时长，即延长第一开关电路10从关断状态切换到完全导通状态的时间。

可选地，在一实施例中，参考图4，自恢复过流保护电路还包括缓启动电路40，缓启动电路40包括第三电阻R3和第一电容C1，第一电容C1的第一端与第一开关管Q1的源极连接，第一电容C1的第二端、第三电阻R3的第一端分别与第一开关管Q1的栅极连接，第三电阻R3的第一端与第一电阻R1的第二端连接。

在本实施例中，MOS管在导通过程中存在米勒效应导致的米勒平台，米勒效应会栅极与源级的Vgs电压上升，使得导通时间变长，所以只需要增大MOS管的米勒电容，就能够达到延长Vds的下降时间，从而延长MOS管的导通时间，即延长第一开关电路10从关断状态切换到完全导通状态的时间。由上述实施例内容可知，第一开关管Q1为PMOS管，所以只需要在源极和栅极之间并联一电容以及在栅极上连接一电阻，使电阻电容组成RC积分电路，就可以实现延时第一开关管Q1的导通时间。当第二开关管Q2被触发导通以后，以自恢复过流保护电路执行过流保护动作以后，第一开关管Q1处于关断状态，此时，电流采样电阻SR1上的电流值为零，第二开关管Q2重新处于关断状态，此时电源端输出的电源电压会在第一电阻R1和第二电阻R2的分压下重新使得第一开关管Q1处于导通状态(具体过程参考上述实施例)，在第三电阻R3和第一电容C1以及米勒效应的影响下，会延长第一开关管Q1的导通时间，从而防止第一开关管Q1过快的开关动作在整条电路依然处于过流状态时造成损害，有效地提高了自恢复过流保护电路工作的可靠性与稳定性。

本实用新型还提出一种直流电源装置，直流电源装置包括如上述任一项所述的自恢复过流保护电路。

值得注意的是，由于本实用新型直流电源装置基于上述的自恢复过流保护电路，因此，本实用新型直流电源装置的实施例包括上述自恢复过流保护电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上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，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种自恢复过流保护电路，其特征在于，所述自恢复过流保护电路包括：

第一开关电路，所述第一开关电路的输入端与电源端连接，所述第一开关电路的输出端与电源输出端连接，所述第一开关电路被配置为处于常导通状态；

电流采样电路，所述电流采样电路串联在所述电源端与所述第一开关电路的输入端之间；

过流开关电路，所述过流开关电路的触发端与所述电流采样电路的输出端连接，所述过流开关电路的输出端与所述第一开关电路的受控端连接；

所述电流采样电路，用于检测所述电源端输出的电流值，并输出相应的电流检测信号；

所述过流开关电路，用于在所述电流检测信号的电压值大于所述过流开关电路的开启电压时，开始工作，以输出触发信号控制所述第一开关电路处于关断状态；

所述过流开关电路，还用于在所述电流检测信号的电压值小于所述过流开关电路的开启电压时，保持关断状态。

2.如权利要求1所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关管、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端、所述第一开关管的源极均经所述电流采样电路与所述电源端连接，所述第一开关管的漏极与所述电源输出端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端分别与所述第一开关管的栅极连接，所述第二电阻的第二端接地。

3.如权利要求2所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述第一开关管为PMOS管。

4.如权利要求2所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻的第一端与所述电源端连接，所述电流采样电阻的第二端与所述第一电阻的第一端连接。

5.如权利要求4所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述过流开关电路包括第一三极管，所述第一三极管的输入端与所述电流采样电阻的第一端连接，所述第一三极管的输出端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一三极管的触发端与所述电流采样电阻的第二端连接。

6.如权利要求5所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述第一三极管为PNP三极管。

7.如权利要求1所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述自恢复过流保护电路还包括：

缓启动电路，所述缓启动电路与所述第一开关电路的受控端电连接；

所述缓启动电路，用于延迟所述第一开关电路从关断状态切换到导通状态的时间。

8.如权利要求5所述的自恢复过流保护电路，其特征在于，所述自恢复过流保护电路还包括：

缓启动电路，所述缓启动电路包括第三电阻和第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一开关管的源极连接，所述第一电容的第二端、所述第三电阻的第一端分别与所述第一开关管的栅极连接，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接。

9.一种直流电源装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的自恢复过流保护电路。

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