一种过流延时保护模块及电压比较延时电路的制作方法

1.本发明属于电子电路领域，尤其是涉及一种过流延时保护模块及电压比较延时电路。


背景技术：

2.很多电子设备都有个额定电流，不允许超过额定电流，不然会烧坏设备。所以有些设备就做了电流保护模块。当电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。如主板cpu的usb接口一般有usb过流保护，保护主板不被烧坏。
3.目前通用的过流保护装置主要包括半导体器件、快速熔断器、电流继电器、过负荷继电器、直流快速断路器等。将上述过流保护装置串联于电源和用电设备的电源输入端之间，当出现过流情况时，过流保护装置断开，切断电源，避免过流导致用电设备被烧坏，实现了过流保护。
4.由于电源在接通、断开或供电过程中存在短暂尖峰电流的情况，采用上述各过流保护装置进行过流保护时，无法判断过流情况时因为电源导致还是因为尖峰电流导致，存在误保护的情况。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的技术问题，本发明在此的目的在于提供一种能够有效避免过流误保护的过流延时保护模块。
6.为实现本发明的目的，在此提供的过流延时保护模块包括：
7.开关电路，用于在输入电流过流时切断输入；
8.电流采集电路，用于电流采集；
9.电压比较延时电路，用于将所述电流采集电路采集到的电流对应的电压与基准电压进行比较，当存在持续过流时存在输出控制所述开关电路关断。
10.本发明的有益效果：本发明提供的过流保护模块通过电压比较延时电路存在持续过流时存在输出控制开关电路关断，该模块需过流信号持续一段时间再输出控制开关电路关断，避免了因尖峰电流而导致误保护的情况。
附图说明
11.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合发明的实施例，并与说明书一起用于解释发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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获得其他的附图。在附图中：
12.图1为本发明提供的过流延时保护模块的原理框图；
13.图2为本发明提供的电压比较延时电路的电路图；
14.图3为本发明提供的过流延时保护模块的部分电路图；
15.图4为本发明提供的过流延时保护模块的整体框图；
16.图5为本发明提供的重连电路的电路图。
具体实施方式
17.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
18.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、实现或者操作以避免模糊发明的各方面。
19.本发明为了避免过流时产生误保护的情况，提供了一种过流延时保护模块，该过流延时保护模块包括：
20.开关电路，用于在输入电流过流时切断输入，包括mos开关管和用于驱动mos开关管的驱动电路；mos开关管的漏极作为输入电流端，用于电流输入；
21.电流采集电路，用于电流采集，电流采集电路的输出端作为输出电流端用于电流输出，接用电负载；在此电流采集电路采用电流传感器或采样电阻的方式进行采样，电流传感器是将电流模拟信号转换为电压信号，传输至电压比较延时电路，电流传感器量程越大精度越低，量程越小精度越高；采样电阻是在电流回路中串联小电阻进行采集通过小电阻两端压降进行采集，采样电阻导致电路结构简单，性价比高；
22.电压比较延时电路，用于将电流采集电路采集到的电流对应的电压与基准电压进行比较，当一定时间内存在持续过流时，电压比较延时电路存在输出控制开关电路关断，达到过流延时保护的目的。
23.其中，电压比较延时电路包括比较电路、延时电路和反馈电路，其中比较电路用于将电流采集电路采集到的电流对应的电压与基准电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平；延迟电路接收比较电路输出的高电平/低电平，当一定时间内存在持续过流时存在输出；反馈电路在延时电路存在输出时，输出过流反馈信号作为控制信号加载于开关电路中的驱动电路上，通过驱动电路控制mos开关管关断，切断电流输入，达到过流保护的目的。
24.在此，比较电路和延时电路之间，及延时电路和反馈电路之间利用光耦合元件或三极管元件进行隔离。当然在开关电路和电流采集电路之间及电流采集电路和电压比较延时电路之间同样利用光耦合元件或三极管元件进行隔离。三极管元件作为隔离元件时还具有信号放大的作用。
25.本文中记载的比较电路、延时电路和反馈电路可以采用任何一种，在此比较电路包括电阻r1、电阻r2和比较器。如图2所示，电阻r1和电阻r2串联于供电电源和地之间，比较器的反向输入端接电阻r1和电阻r2相连接的一端。电阻r1和电阻r2构成基准电压产生电路，产生基准电压加载于比较器的反向输入端，电流采集电路的输出经电阻r3输入比较器的同向输入端。
26.通过电阻r1、电阻r2进行分压将比较器反向输入端电压设置为采样电路采集到的过流点所对应的电压，即基准电压。可通过公式v＝vcc*r2/(r1 r2)对电阻r1、r2进行阻值分配，实现了过流保护点。其中vcc应使用dc/dc技术将5v电压转为稳定的电压对其供电，此处电压是否稳定直接影响电流保护点的精度及误差。当比较器正向输入端电压大于反向输入端电压时比较器输出高电平，当反向输入端电压大于正向输入端电压时比较器输出低电平。
27.如图2所示，延时电路包括电阻r6和电容c，比较器的输出加载于第一三极管q1的基极，第一三极管q1的发射极经电阻r5接地并经电阻r6接电容c的第一极板，第一三极管q1的集电极接供电电源，电容c的第二极板接地。其中第一三极管q1的基极还经电阻r4接供电电源，第一三极管q1为隔离元件，用于隔离比较电路和延时电路，又实现信号耦合，将比较电路的输出耦合至延时电路。
28.本文采用rc电路构成延时电路，通过对电容c的充放电进行延时。延时时间可通过t＝-rc*ln((e-v)/e)进行计算，r6限流电阻，c为充电电容，e为充电电压即控制信号电压，v为需要充电到达的电压。
29.如图2所示，反馈电路包括第三三极管q3和二极管d，电容c的第一极板接第二三极管q2的基极，第二三极管q2的集电极经电阻r7接供电电源并作为输出端接第三三极管q3的基极，第三三极管q3的集电极经电阻r8接地，并作为输出端接二极管d的阳极，第三三极管q3的发射极接供电电源。二极管d的阴极作为反馈电路的输出，输出过流反馈信号。其中第二三极管q2为隔离元件，用于隔离延时电路和反馈电路，又实现信号耦合，将延迟电路的输出耦合至反馈电路。当电容c电压充至0.7v时第二三极管q2导通输出信号为低电平对第三三极管q3进行控制。
30.反馈电路中第三三极管q3基极为低电平时第三三极管q3导通，二极管d起限压作用，只有当二极管d正端电压大于二极管d的导通压降时方可导通，将过流反馈信号形成控制信号加载于驱动电路。
31.本文中反馈电路输出的过流反馈信号还加载于比较器的正向输入端，使比较器对模块进行锁死处理，可防止电路中的误触发。
32.本文中第一三极管q1、第二三极管q2作为隔离元件还可以用光隔离器件替换。
33.本文提供的过流延时保护模块还包括状态指示电路，状态指示电路用于对前端有无电流进行指示、后端有无电流进行指示和/或过流状态指示。此处前端为mos开关管前端，后端为电流采集电路的后端。
34.如图3所示，本文在此采用的状态指示电路包括前端状态指示电路、后端状态指示电路，前端状态指示电路、后端状态指示电路均为oc门。如图3所示，前端状态指示电路包括第四三极管q4，第四三极管q4的基极经电阻r9接mos开关管的漏极，第四三极管q4的基极和发射极之间串联电阻r10；第四三极管q4的集电极作为输出端用于接指示器件，如led。当输入电流端加载电流时，第四三极管q4导通，使连接于第四三极管q4输出端的指示器件处于工作状态用于提示输入电流端存在电流输入。
35.如图3所示，后端状态指示电路包括第五三极管q5，第五三极管q5的基极经电阻r11接电流采集电路的输出端，第五三极管q5的基极和发射极之间串联有电阻r12，第五三极管q5的集电极作为输出端用于接指示器件，如led。当输出电流端存在电流输出时，第五
三极管q5导通，使连接于第五三极管q5输出端的指示器件处于工作状态用于提示输出电流端存在电流输入。
36.为了实现过流指示，可以在反馈电路的输出端和地之间串联led灯，如在第三三极管q3的集电极和地之间串联led灯。当反馈电路存在输出时(即存在过流)，led灯处于工作状态，实现了过流指示目的。
37.功率电源经过mos开关管及电流采集电路输出至用电负载，mos开关管需要驱动电路进行驱动，控制信号从驱动电路的驱动端输入控制驱动电路进行工作。当mos开关管前端有电流时，可通过前端状态指示电路进行前端有无电的指示，经过电流采集电路采样后将电流参数转换为电压参数随后进入比较电路如附图2所示，电阻r1、r2进行分压为比较器一端提供稳定的电压比较点，这点电压对应需要设置的电流保护点，r3为限流电阻，当电流超过保护点时，比较器输出信号至第一三极管q1，故障信号经过上拉电阻r4对第一三极管q1进行驱动使第一三极管q1接通，即电阻r6电压为4.3v对电容c进行充电，充电过程即为延时时间。当电容c充满电后控制第二三极管q2接通那么第三三极管q3的基极电压就为低电平，第三三极管q3为pnp型三极管，那么第三三极管q3接通二极管d阳极电压为高电平，阴极接比较器正端，那么比较器正端恒为4.3v电压即对电路进行锁死，若需要解除锁死状态，需对比较器进行重新上电即可。
38.如图1、图4所示，本文的过流延时保护模块集电路输入输出控制、可变电流检测、可控制过流保护时间及各个状态指示位的电路保护模块。其目的是输入端接电流时，控制驱动电路使mos开关管接通，通过电流采集电路采集电流参数与预设电压值进行比较输出反馈信号，经过延时电路进行保护，并对控制端状态、mos开关管前后端状态及过流保护状态进行指示。若过流时，通过比较器输出的信号将比较器锁死，只要通过重连电路消除比较器锁死状态电路方可重新运转，这样就实现了过流保护延时控制功能。
39.本文中的重连电路结构如图5所示，包括第六三极管q6、电阻r13和电阻r14，电阻r13的一端作为重连管脚，另一端接第六三极管q6的基极；第六三极管q6的集电极经电阻r14接电源，并作为输出端接比较器的正极供电端。重连管脚正常状态为悬空状态，当需要重连时，按压开关将管脚接高电平，则比较器正极供电端为低电平，相当于给比较器断电，解除锁死机制。此处重连管脚外部可接一个高电平脉冲即可实现重连功能。
40.本文提供的过流延时保护模块可在过流情况下进行延时保护，并且该模块可控制过流保护点及保护时间，即通过采样电阻采集电流，将电流参数转换为电压参数，并通过电压比较器与预设电流保护点所对应电压进行比较进而输出反馈信号，然后通过延时电路进行延时反馈保护。
41.本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。