一种高精度过流短路保护线路的制作方法

1.本实用新型属于电路技术领域，具体涉及一种高精度过流短路保护线路。


背景技术：

2.传统的过压线性浪涌抑制电路，没有过流、短路保护，当后级模块出现过流时，由于输出电流超过了额定电流，造成模块使用寿命降低；当过流严重时或出现短路状态，流过功率mosfet管的电流过大，超过功率mosfet的结温，mosfet管烧坏，浪涌抑制模块失效，给后级设备造成很大的安全隐患。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提供了一种高精度过流短路保护线路，以便解决上述提到的技术问题。
4.本实用新型的技术方案是：
5.一种高精度过流短路保护线路，包括：
6.浪涌抑制电路，电连接在外接输入端和外接输出端之间；
7.自举电路，用于在正常工作状态下为所述浪涌抑制电路提供驱动电压，所述自举电路的输出端与所述浪涌抑制电路的驱动电连接；
8.采样电路，用于提取外接输出端的输出电流信号，并将电流信号转化为电压信号，所述采样电路的输入端与所述外接输出端电连接；
9.比较电路，用于接收采样电路发送来的电压信号，并将电压信号和基准电压作比较，并将比较的结果送给逻辑控制电路，所述比较电路的输入端与采样电路的输出端电连接，所述比较电路的输出端与逻辑控制电路的输入端电连接；
10.逻辑控制电路，用于控制浪涌抑制电路的导通和关闭，所述逻辑控制电路的输出端与所述浪涌抑制电路的驱动电连接，用于在过流工作状态下将所述浪涌抑制电路的驱动电压拉低；
11.供电电路，分别和外接输入端、自举电路、采样电路、比较电路和逻辑控制电路电连接，用于保证后级线路的正常供电。
12.优选的，所述浪涌抑制电路包括：
13.至少两个并联的箝位单元，所述箝位单元包括：
14.第一mosfet管，所述第一mosfet管的源极与所述外接输入端电连接，所述第一mosfet管的漏极与外接输出端电连接，所述第一mosfet管的栅极与第一电容的一端电连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容背离接地端的一端与第十七电阻的一端电连接，所述第十七电阻的另一端与所述第一mosfet管的漏极电连接。
15.优选的，所述外接输入端与第二电容的一端电连接，所述第二电容的另一端接地；所述外接输出端与第三电容的一端电连接，所述第三电容的另一端接地。
16.优选的，所述供电电路包括：
17.第一供电电路，用于为过流保护电路提供稳定的电压，保证过流保护电路持续在线，包括：
18.一端与所述外接输入端电连接的第一电阻，所述第一电阻的另一端与第一稳压管的阴极电连接，所述第一稳压管的阳极接地；一端与所述外接输入端电连接的第二电阻，所述第二电阻的另一端与第一稳压管的阴极电连接；所述第一稳压管的阴极电连接第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极与所述外接输入端电连接，所述第一三极管的发射极与第四电容的一端电连接，所述第四电容的另一端接地；所述第一三极管的发射极还与第三电阻的一端电连接，所述第三电阻的另一端与集成电路的一端电连接，所述集成电路用于提供基准电压，所述集成电路与比较电路的第一输入端电连接，所述集成电路的另一端接地；
19.第二供电电路，用于给后级电路提供稳定的电压，保证后级线路的正常供电，包括：
20.一端与所述外接输入端电连接的第四电阻，所述第四电阻的另一端与第五电容的一端电连接，所述第五电容的另一端接地；一端与所述外接输入端电连接的第五电阻，所述第五电阻的另一端与第五电容背离接地端的一端电连接；一端与所述外接输入端电连接的第六电阻，所述第六电阻的另一端与第五电容背离接地端的一端电连接；第二三极管，其集电极与所述外接输入端电连接，其基极与第五电容背离接地端的一端电连接，其发射极与第六电容的一端电连接，所述第六电容的另一端接地；第二三极管的基极与第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极电连接第二稳压管的阴极，所述第二稳压管的阳极接地；所述第二三极管的发射极与第七电容的一端电连接，所述第七电容的另一端接地；所述第二三极管的基极与逻辑控制电路的第一基准电压接口端电连接，所述第二三极管的发射极与逻辑控制电路的第二基准电压接口端电连接。
21.优选的，所述采样电路包括：
22.运算放大器，其正电源接口与所述第一三极管的发射极电连接，其负电源接口接地；所述运算放大器的第一输入端与第七电阻的一端电连接，所述第七电阻的另一端接地；所述运算放大器的第二输入端与第八电容的一端电连接，所述第八电容的另一端接地；所述运算放大器的第二输入端还与第八电阻的一端电连接，所述第八电阻的另一端接地；所述运算放大器的第二输入端还与第九电阻的一端电连接，所述第九电阻的另一端与第十电阻的一端电连接，所述第十电阻的另一端接地；所述第十电阻背离接地端的一端还与第九电容的一端电连接，所述第九电容的另一端与外接输出端电连接；所述第七电阻背离接地端的一端与第十一电阻的一端电连接，所述第十一电阻的另一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述第七电阻背离接地端的一端与第十电容的一端电连接，所述第十电容的另一端与所述运算放大器的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与比较电路的第二输入端电连接。
23.优选的，所述比较电路包括：
24.比较器，其正电源接口与所述第二三极管的发射极电连接，其负电源接口接地；所述比较器的第一输入端与第十二电阻的一端电连接，所述第十二电阻的另一端与集成电路的一端电连接；所述比较器的第二输入端与第十三电阻的一端电连接，所述第十三电阻的另一端与采样电路的输出端电连接；所述比较器的第二输入端还与第十四电阻的一端电连
接，所述第十四电阻的另一端与第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极电连接比较器的输出端，所述比较器的输出端还与所述逻辑控制电路的输入端电连接。
25.优选的，所述逻辑控制电路包括：
26.第二mosfet管，其源极与所述第二三极管的基极电连接，所述第二mosfet管的漏极接地，所述第二mosfet管的栅极与比较电路的输出端电连接；
27.第三mosfet管，其源极与第十五电阻的一端电连接，所述第十五电阻的另一端作为输出端与所述第一mosfet管的栅极电连接，所述第三mosfet管的漏极接地，所述第三mosfet管的栅极与第二mosfet管的栅极电连接；
28.第四mosfet管，其源极与第十六电阻的一端电连接，所述第十六电阻的另一端与所述第二三极管的发射极电连接，所述第四mosfet管的漏极接地，所述第四mosfet管的栅极与第二mosfet管的栅极电连接。
29.优选的，所述第四电阻、第五电阻、第六电阻与第五电容有多个不同的替换规格，用于调整系统的启动延迟时间。
30.优选的，所述第二供电电路用定时电路替换。
31.本实用新型提供的一种高精度过流短路保护线路，其优点是通过精确检测浪涌抑制输出电流，当输出电流超过设定电流时，关闭箝位电路中主功率mosfet管，达到保护模块的要求。
32.与现有技术相比，本实用新型能灵活的放大倍数和比较自由的误差缩放，为不同功率等级的模块提供不同电流的过流保护，降低过流保护功耗，通过调节上电延迟时间，有效降低持续性过流、短路时浪涌抑制电路的功耗，提高了产品的可靠性，实用性强，值得推广。
附图说明
33.图1为本实用新型的总体电路图；
34.图2为本实用新型的原理框图；
35.图3为本实用新型的过流保护电路供电电路；
36.图4为本实用新型的浪涌抑制电路供电电路；
37.图5为本实用新型的比较电路；
38.图6为本实用新型的逻辑控制电路；
39.图7为本实用新型的采样电路。
具体实施方式
40.本实用新型提供了一种高精度过流短路保护线路，下面结合图1到图7的结构示意图，对本实用新型进行说明。
41.实施例1
42.一种高精度过流短路保护线路，电路图见图1和图2所示，包括浪涌抑制电路，电连接在外接输入端和外接输出端之间，电压浪涌抑制电路为非隔离线性电路，当输入电压高过设定电压时，电压浪涌抑制电路工作，将输出电压箝位在设定电压以内，高过设定电压的部分由电压浪涌抑制电路吸收，以热的形式释放。
43.浪涌抑制电路包括：
44.至少两个并联的箝位单元，所述箝位单元包括：
45.第一mosfet管，所述第一mosfet管的源极与所述外接输入端电连接，所述第一mosfet管的漏极与外接输出端电连接，所述第一mosfet管的栅极与第一电容c2a的一端电连接，所述第一电容c2a的另一端接地，所述第一电容c2a背离接地端的一端与第十七电阻r2a的一端电连接，所述第十七电阻r2a的另一端与所述第一mosfet管的漏极电连接；
46.还包括：
47.自举电路、采样电路、比较电路、供电电路和逻辑控制电路，其中，自举电路用于在正常工作状态下为所述箝位单元提供栅极驱动电压，所述自举电路的输出端与所述第一mosfet管的栅极电连接；
48.采样电路用于提取外接输出端的输出电流信号，并将电流信号转化为电压信号，所述采样电路的输入端与所述外接输出端电连接，所述采样电路的输出端与比较电路的输入端电连接；
49.比较电路用于接收采样电路发送来的电压信号，并将电压信号和基准电压作比较，并将比较的结果送给逻辑控制电路，所述比较电路的输出端与逻辑控制电路的输入端电连接，所述逻辑控制电路用于控制浪涌抑制电路的导通和关闭，所述逻辑控制电路的输出端与所述第一mosfet管的栅极电连接，用于在过流工作状态下将所述箝位单元的栅极驱动电压拉低；
50.供电电路，分别和所述自举电路、采样电路、比较电路和逻辑控制电路电连接，用于保证后级线路的正常供电，所述供电电路的输入端和外接输入端电连接。
51.进一步的，所述外接输入端与第二电容ca的一端电连接，所述第二电容ca的另一端接地；所述外接输出端与第三电容cb的一端电连接，所述第三电容cb的另一端接地。
52.进一步的，所述供电电路包括：
53.第一供电电路，见图3所示，即过流保护电路供电部分，用于为过流保护电路提供稳定的电压，保证过流保护电路持续在线，由第一电阻r1、第二电阻r2、第一三极管vt1、第一稳压管dz1和第四电容c1组成。
54.第一供电电路包括：
55.一端与所述外接输入端电连接的第一电阻r1，所述第一电阻r1的另一端与第一稳压管dz1的阴极电连接，所述第一稳压管dz1的阳极接地；一端与所述外接输入端电连接的第二电阻r2，所述第二电阻r2的另一端与第一稳压管dz1的阴极电连接；所述第一稳压管dz1的阴极电连接第一三极管vt1的基极，所述第一三极管vt1的集电极与所述外接输入端电连接，所述第一三极管vt1的发射极与第四电容c1的一端电连接，所述第四电容c1的另一端接地；所述第一三极管vt1的发射极还与第三电阻r3的一端电连接，所述第三电阻r3的另一端与集成电路ic1的一端电连接，所述集成电路ic1用于提供基准电压，所述集成电路ic1与比较电路的第一输入端电连接，所述集成电路ic1的另一端接地；
56.其中，第一电阻r1、第二电阻r2是第一三极管vt1基极限流电阻，第一稳压管dz1是第一三极管vt1基极输出的限幅稳压二极管。集成电路ic1为过流保护线路提供基准信号vref1，第三电阻r3为集成电路ic1的限流电阻，集成电路ic1的型号是tl431。
57.第二供电电路，见图4所示，即浪涌抑制电路供电部分，用于给后级电路提供稳定
的电压，保证后级线路的正常供电，供电电路由第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二三极管vt2、第一二极管d1、用于稳压的第二稳压管dz2、第五电容c2、用于输出电压的第六电容c3、第七电容c4组成。第二供电电路的结构包括：
58.一端与所述外接输入端电连接的第四电阻r4，所述第四电阻r4的另一端与第五电容c2的一端电连接，所述第五电容c2的另一端接地；一端与所述外接输入端电连接的第五电阻r5，所述第五电阻r5的另一端与第五电容c2背离接地端的一端电连接；一端与所述外接输入端电连接的第六电阻r6，所述第六电阻r6的另一端与第五电容c2背离接地端的一端电连接；第二三极管vt2，其集电极与所述外接输入端电连接，其基极与第五电容c2背离接地端的一端电连接，其发射极与第六电容c3的一端电连接，所述第六电容c3的另一端接地；第二三极管vt2的基极与第一二极管d1的阳极电连接，所述第一二极管d1的阴极电连接第二稳压管dz2的阴极，所述第二稳压管dz2的阳极接地；所述第二三极管vt2的发射极与第七电容c4的一端电连接，所述第七电容c4的另一端接地；所述第二三极管vt2的基极与逻辑控制电路的第一基准电压接口端电连接，所述第二三极管vt2的发射极与逻辑控制电路的第二基准电压接口端电连接。
59.其中，第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6是第二三极管vt2基极限流电阻，第二稳压管dz2是三极管基极输出的限幅稳压二极管，第一二极管d1是高低温补偿温漂的二极管。第五电容c2和第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6组成启动供电延迟电路，通过调整其大小，即可使得整个系统的启动供电延迟时间变化。
60.进一步的，见图7所示，采样电路的功能是提取采样信号，将电流信号转化为电压信号送给比较电路。
61.所述采样电路包括：
62.运算放大器ic2a，其正电源接口与所述第一三极管vt1的发射极电连接，其负电源接口接地；所述运算放大器ic2a的第一输入端与第七电阻r13的一端电连接，所述第七电阻r13的另一端接地；所述运算放大器ic2a的第二输入端与第八电容c7的一端电连接，所述第八电容c7的另一端接地；所述运算放大器ic2a的第二输入端还与第八电阻r14的一端电连接，所述第八电阻r14的另一端接地；所述运算放大器ic2a的第二输入端还与第九电阻r15的一端电连接，所述第九电阻r15的另一端与第十电阻r16的一端电连接，所述第十电阻r16的另一端接地，第十电阻r16为电流采样电阻；所述第十电阻r16背离接地端的一端还与第九电容cc的一端电连接，所述第九电容cc的另一端与外接输出端电连接；所述第七电阻r13背离接地端的一端与第十一电阻r10的一端电连接，所述第十一电阻r10的另一端与所述运算放大器ic2a的输出端电连接，所述第七电阻r13背离接地端的一端与第十电容c6的一端电连接，所述第十电容c6的另一端与所述运算放大器ic2a的输出端电连接，所述运算放大器ic2a的输出端与比较电路的第二输入端电连接。
63.其中，第十一电阻r10、第七电阻r13、第八电阻r14、第九电阻r15组成差分放大电路，将流过第十电阻r16的电流信号转化为电压信号，然后输出电压。调节第十一电阻r10可以改变输出放大倍数，可以灵活的调节输出电压，改变过流点，其次，调节第十电阻r16也可以改变模块过流点。第十电容c6和第十一电阻r10组成rc并联网络，加快响应速度，第八电容c7为滤波电容，消除采样过程中的噪声信号，提高采样信号的抗干扰性，使模块更加可靠稳定的运行。图中电阻、电容均为高精度等级，运算放大器ic2a是高速运算放大器，可有效
提高采样电路响应速度、采样精度。
64.第十电阻r16，用于采样，其还可以更改为多个电阻并联的方式进行采样。
65.进一步的，见图5所示，所述比较电路的功能是将比较电压信号送给逻辑控制电路，包括：
66.比较器ic3a，其正电源接口与所述第二三极管vt2的发射极电连接，其负电源接口接地；所述比较器ic3a的第一输入端与第十二电阻r12的一端电连接，所述第十二电阻r12的另一端与集成电路ic1的一端电连接；所述比较器ic3a的第二输入端与第十三电阻r11的一端电连接，所述第十三电阻r11的另一端与采样电路的输出端电连接；所述比较器ic3a的第二输入端还与第十四电阻r9的一端电连接，所述第十四电阻r9的另一端与第二二极管d2的阳极电连接，所述第二二极管d2的阴极电连接比较器ic3a的输出端，所述比较器ic3a的输出端还与所述逻辑控制电路的输入端电连接。
67.其中，如图5所示，比较器ic3a为轨对轨比较器，图中采样电压信号bj和基准信号vref1通过第十三电阻r11和第十二电阻r12比较电压信号，当采样电压信号bj小于基准信号vref1时，输出为低电平(0～0.7v)，模块正常工作，当采样电压信号bj大于基准信号vref1时，输出为高电平，模块关闭，图中第十四电阻r9实现负逻辑反馈，第二二极管d2为单向滞回二极管，通过调节第十四电阻r9可以改变模块重新正常工作的过流点。
68.进一步的，见图6所示，逻辑控制电路的功能是控制浪涌抑制电路的导通和关闭，逻辑控制电路包括：
69.第二mosfet管q3，其源极与所述第二三极管vt2的基极电连接，所述第二mosfet管q3的漏极接地，所述第二mosfet管q3的栅极与比较电路的输出端电连接；
70.第三mosfet管q4，其源极与第十五电阻r7的一端电连接，所述第十五电阻r7的另一端作为输出端与所述第一mosfet管的栅极电连接，所述第三mosfet管q4的漏极接地，所述第三mosfet管q4的栅极与第二mosfet管q3的栅极电连接；
71.第四mosfet管q5，其源极与第十六电阻r8的一端电连接，所述第十六电阻r8的另一端与所述第二三极管vt2的发射极电连接，所述第四mosfet管q5的漏极接地，所述第四mosfet管q5的栅极与第二mosfet管q3的栅极电连接。
72.在正常工作时，采样电路将采样到的输出电流信号转换为电压信号与基准电压比较，此时，输出电压信号小于基准电压，比较电路输出低电平，浪涌抑制电路正常工作。
73.过流时，采样电路将采样到的输出电流信号转换为电压信号与基准电压比较，此时，输出电压信号高于基准电压，比较电路输出高电平，比较电路将这个信号送给逻辑控制电路。逻辑控制电路中的第二mosfet管q3、第三mosfet管q4和第四mosfet管q5全部被拉低，浪涌抑制电路停止工作，重启浪涌抑制电路，若浪涌抑制电路依然处于过流状态时，重复以上过程，达到过流保护的设计要求。若重启后，浪涌抑制电路不过流，浪涌抑制电路正常工作。
74.进一步的，所述第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6与第五电容c2有多个不同的替换规格，用于调整系统的启动延迟时间。
75.系统的启动延迟时间还可以通过其它方式，比如设置定时电路等方式。
76.本实用新型中，见图5所示，比较电路将ljkz信号送给逻辑控制电路，当逻辑控制信号为低电平(0～0.7v)时，逻辑控制电路不工作，当ljkz信号为高电平时，第二mosfet管
q3、第三mosfet管q4和第四mosfet管q5全部被拉低，浪涌抑制电路停止工作。
77.图6中第二mosfet管q3接的是浪涌抑制电路中供电部分的基级，第二mosfet管q3导通，使供电三极管无法输出供电电压，直到ljkz信号变为低电平信号，第二mosfet管q3关闭，供电三极管再次输出供电电压，供电启动延时时间由第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和第五电容c2决定，通过调节4、第五电阻r5、第六电阻r6和第五电容c2，可以改变浪涌抑制电路重新工作间隔时间。
78.图6中第三mosfet管q4为拉低箝位主功率mosfet管第二级的栅极信号，当ljkz为高电平时，vth2被迅速拉低，关闭主功率mosfet管，使浪涌抑制电路停止工作。
79.图6中第四mosfet管q5为拉低vcc供电，使浪涌抑制其它电路也停止工作。
80.本实用新型提供的一种高精度过流短路保护线路，能灵活的放大倍数和比较自由的误差缩放，为不同功率等级的模块提供不同电流的过流保护，降低过流保护功耗，通过调节上电延迟时间，有效降低持续性过流、短路时浪涌抑制电路的功耗，提高了产品的可靠性，实用性强，值得推广。
81.以上公开的仅为本实用新型的较佳具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。