一种具有限流功能的低边输出电路的制作方法

1.本技术汽车电子电路技术领域，尤其涉及一种具有限流功能的低边输出电路。


背景技术：

2.随着汽车家庭化，汽车销量日益增长，人们对汽车各方面的要求越来越高，比如安全性能、操作性能和舒适度等。那么要求越高，势必就对汽车的传感器，电子电器等相关部件提出了更为苛刻的要求。车身电子控制单元从过去的2
‑
3个增长成数10个甚至更多，而且单个零部件功能的多样性必然会增加电子线路系统的复杂程度，包括硬件、低层驱动和算法等，其中硬件设计是整个零部件实现功能的基本载体。
3.车上负载器件(如执行电机，led灯)都是通过功率mos管来驱动的。有些负载是需要低边驱动来的，由于汽车上用电环境比较复杂，会出现大电流浪涌，当负载电流瞬间变大，如果电流变化超过驱动电路的最大电流，就很容易烧坏nmos管。若采用一些智能驱动芯片，内部带有过流保护的功能，但这类芯片的价格更贵，成本会增加很多。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种具有限流功能的低边输出电路，至少部分解决现有技术中存在的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种具有限流功能的低边输出电路，所述电路包括：mos管q1,三极管q2,负载电阻r1以及反馈电阻r4，所述mos管q1的漏极通过负载电阻r1与电源v1的正极连接，所述电源v1的负极接地，所述mos管q1的栅极通过电阻r2与控制信号源连接，所述mos管q1的栅极还与所述三极管q2的集电极连接，所述mos管q1的源极与所述三极管q2的基极连接，所述mos管q1的源极还通过反馈电阻r4与所述三极管q2的发射极连接，所述三极管q2的发射极还通过电阻r3与所述电阻r2的输出端连接，所述三极管q2的发射极还接地。
6.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述三极管q2为npn三极管，所述mos管q1为nmos管。
7.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述低边输出电路还设有滤波电容c1，所述mos管q1的漏极还通过所述滤波电容c1接地。
8.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述电路的最大输出电流i
max
≤110％i
d
，其中，i
d
为负载电阻r1的额定电流。
9.根据本技术实施例的一种具体实现方式，反馈电阻r4的功率p>2
×
i2
max
×
r，其中，r为反馈电阻r4的电阻值。
10.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述mos管q1的型号为bsp130。
11.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述三极管q2的型号为bc817。
12.第二方面，本技术实施例还提供一种具有限流功能的低边输出电路，所述电路包括：mos管q1,三极管q2,负载电阻r1以及反馈组件康铜丝，所述mos管q1的漏极通过负载电
阻r1与电源v1的正极连接，所述电源v1的负极接地，所述mos管q1的栅极通过电阻r2与控制信号源连接，所述mos管q1的栅极还与所述三极管q2的集电极连接，所述mos管q1的源极与所述三极管q2的基极连接，所述mos管q1的源极还通过所述康铜丝与所述三极管q2的发射极连接，所述三极管q2的发射极还通过电阻r3与所述电阻r2的输出端连接，所述三极管q2的发射极还接地。
13.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述三极管q2为npn三极管，所述mos管q1为nmos管。
14.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述mos管q1的漏极还通过滤波电容c1接地。
15.有益效果
16.本技术实施例中的具有限流功能的低边输出电路，通过增加三极管与反馈电阻，通过三极管的负反馈作用来实现电流限流的作用，从而保护电路中的mos管，避免因负载电流瞬间变大，或是输出错接到较高压电源而烧坏mos管的情况；并且电路结构简单，制造成本低。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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它的附图。
18.图1为现有技术的低边输出电路图；
19.图2为根据本实用新型一实施例的具有限流功能的低边输出电路图；
20.图3为根据本实用新型另一实施例的具有限流功能的低边输出电路图；
21.图4为根据本实用新型一实施例的具有限流功能的低边输出电路图的电压电流变化流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
23.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除
了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
25.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
27.在汽车电子领域，车上负载器件都是通过功率mos管来驱动的。有些负载是需要低边驱动来的，参照图1所示，其中负载电流约为100ma，nmos管的最大电流350ma。由于汽车上用电环境比较复杂，会出现大电流浪涌。当负载电流瞬间变大，如果电流变化超过驱动电路的最大电流350ma，就很容易烧坏nmos管。
28.为解决上述问题，常用的方法是增加驱动电流余量，例如，实际额定电流为100ma，选取能驱动能力为3倍以上(本例中为350ma)的nmos管来增加驱动能力。当负载电流超过额定电流100ma，又不超过350ma时，负载没有烧坏的情况下，驱动电路依然可以工作，不至于烧坏驱动电路。但是当负载电流超过350ma时，还是会烧掉驱动的nmos管。这种解决方式只能解决部分情况，解决问题不彻底。
29.针对上述问题，本技术实施例提供了一种具有限流功能的低边输出电路，参照图2所示，所述电路包括：mos管q1,三极管q2,负载电阻r1以及反馈电阻r4，所述mos管q1的漏极通过负载电阻r1与电源v1的正极连接，所述电源v1的负极接地，所述mos管q1的栅极通过电阻r2与控制信号源连接，所述mos管q1的栅极还与所述三极管q2的集电极连接，所述mos管q1的源极与所述三极管q2的基极连接，所述mos管q1的源极还通过反馈电阻r4与所述三极管q2的发射极连接，所述三极管q2的发射极还通过电阻r3与所述电阻r2的输出端连接，所述三极管q2的发射极还接地。具体的，所述三极管q2为npn三极管，所述mos管q1为nmos管。控制信号源可以是cpu或mcu的管脚，用于输出控制信号。
30.进一步的，所述mos管q1的漏极还通过滤波电容c1接地，mos管高频工作会有电压波动，滤波电容c1用来滤除高频杂波起到稳压的作用。
31.在一个实施例中，所述mos管q1的型号为bsp130。
32.在一个实施例中，所述三极管q2的型号为bc817。
33.需要解释的是，mos管q1和三极管q2的型号可根据实际的电路情况进行选定，并不局限于上述实施例中所列举的。
34.为便于描述本技术实施例中的具有限流功能的低边输出电路的工作原理，下面参照图3进行详细说明，各元器件的具体参数已在图中标出，本实施例中实现最大电流限流110ma，以及电路中的电压电流的动态变化流程图参照图4。
35.本实施例中，电源v1的电压为12v，负载电阻r1的电阻值为120ω，反馈电阻r4的电阻值为6ω，电阻r2的电阻值为1kω，电阻r3的电阻值为10kω，滤波电容c1的电容为47nf。应当注意的是，本实施例中的元器件的具体数值仅为参考，可根据汽车电子电路中的实际情况进行调整，并不局限于本实施例中所列举的。
36.当电路正常工作时，流过负载r1的电流值i
d
约为96ma，此时mos管q1处于饱和导通
状态，三极管q2处于截止状态。
37.当负载r1电阻变大时，负载电流i
d
值会变小，不会影响mos管q1的使用，此处不作分析。
38.当负载r1电阻发生变小时，负载电流i
d
值变大，流过电阻r4的电流也会变大。由欧姆定律知，电阻r4两端的电压值vbe也会变大。当电压值vbe大于三级管q2的基极开启电压值(本例为0.66v)时，三极管q2开始开启,三极管q2由截止状态进入放大状态。随着流入三极管q2基极电流持续增大时，从a点进入三极管q2集电极的电流也会变大，从而使a处的电压值逐渐变小。当va的电压值小于mos管q1饱和导通电压门限电压值vth时，使mos管q1进入放大状态，mos管q1的栅源极之间的导通沟道变窄，从而使mos管q1的漏极流入到源极的电流值变小，即负载电流id值变小。也即利用三极管q2负反馈的作用实现电流限流的作用，从而保护mos管q1。
39.当负载电流id值持续变小时，流过反馈电阻r4两端的电流值也会相应的变小。由欧姆定律知，电阻r4两端的电压值vbe也会变小。当电压vbe小于三级管q2的基极开启电压典型值为0.66v时，三极管q2又会进入截止状态，此时va的电压值又会升高，当va的电压值大于mos管q1饱和导通电压门限电压值vth时，又会使mos管q1进入到饱和状态,从而恢复到整个电路最初正常的状态。
40.具体使用时，需要先确定负载电阻r1的额定电流i
d
。
41.根据i
d
，确定最大输出电流i
max
。由于负反馈的作用，根据需要i
max
略大于i
d
即可，不需要留很大的余量，一般情况下电路的最大输出电流i
max
≤110％i
d
，优选的，留5％
‑
10％余量。如果最大输出电流i
max
要精确控制到5％以内的电流，选取基极开启电压vth受温度影响波动范围比较小的三极管，便于控制一致性。其他情况，可选取基极开启电压范围比较小的三极管，便于控制一致性。
42.对于反馈电阻r4的选取，反馈电阻r4的电阻值r＝vth/i
max
，由于负载电流一般都是比较大，一定要注意选取功率p较大的反馈电阻，并预留由余量。汽车电子中常见2倍以上的余量，则反馈电阻r4的功率
43.需要说明的是，如果要求控制精度比较高的话，反馈电阻的精度也需要选取高精度的。
44.在一个实施例中，考虑到由于电阻的功率和封装有很大关系，所以反馈电阻的封装一般都比较大。电流i
d
比较大的情况下需要将反馈电阻r4换成高精度的康铜丝来实现。
45.本实用新型提供的实施例，针对现有的车上负载低边驱动电路中mos管容易烧坏的问题，发明了一种基于三极管负反馈作用实现限流功能的低边输出电路，主要适用于汽车电子产品对外接口低边输出的场景，常见用于驱动led灯或继电器线包的驱动。通过选择不同阻值的反馈电阻，可以准确设定最大的输出电流。当输出电流超过设定的最大电流时，通过负反馈作用可以实现电路自身电流调节的功能，使输出限定在设定的最大电流值以下，此电路可以避免因负载短路，或是输出接错到较高压电源而损坏驱动nmos管的情况；且具有电路结构简单，制造成本低的优点。
46.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。