限流保护电路及电子设备的制作方法

1.本技术涉及电路技术领域，具体涉及一种限流保护电路及电子设备。


背景技术：

2.随着半导体行业的飞速发展，电子产品工作的安全性、稳定性变得愈发重要，其中电源电路的稳定与否直接影响到整个电路系统的稳定运行，应用于电源电路的限流保护电路作为电子产品保护功能中的重要组成部分，普遍存在于电子产品的方案设计中。
3.电源电路中常发生的电路短路、过流、功耗异常等故障，其在电源电路中的体现为电流急剧增大，相应的为了保证电路系统能够安全可靠地运行，必须设计相应的保护电路(过流保护电路)，以便监视供电系统的工作情况，及时发现故障并切断故障设备的电源，防止故障事故扩大，造成不必要的财产损失和人员安全。
4.现有的限流保护技术方案中，一种是采用保险丝的方式对电源电路中流过的电流值进行限制，以达到限流保护的作用，但是由于保险丝自身的固有特性，只有在电路发生短路故障电流瞬间剧增时，才缓慢地发生熔断，保护后端负载电路，限流保护反应太慢，保险丝熔断过程耗时较长，对负载电路的保护效果不佳。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种限流保护电路。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
6.根据本技术实施例的一个方面，提供一种限流保护电路，包括两两互相连接的过流采样触发电路模块、开关驱动电路模块和开关电路模块；所述过流采样触发电路模块连接电源；所述开关电路模块连接负载电路；
7.所述过流采样触发电路模块，用于对所述电源与所述负载电路之间的电流值进行采样，当采样得到的电流值超过过流阈值时，产生过流保护动作信号；
8.所述开关驱动电路模块，用于在接收到所述过流保护动作信号时，产生驱动信号；
9.所述开关电路模块，用于在接收到所述驱动信号时，断开所述电源与所述负载电路之间的连接。
10.在本技术的一些实施例中，所述过流采样触发电路模块包括第一电阻、第四npn型三极管和第一npn型三极管；
11.所述第一电阻用于在经过所述第一电阻的电流值超过过流阈值时，所述第一电阻的电压作用于所述第四npn型三极管的基极和发射极；
12.所述第四npn型三极管在所述第一电阻的电压作用下导通；
13.所述第一npn型三极管用于在所述第四npn型三极管导通时关断，所述第一npn型三极管关断的信号为所述过流保护动作信号；所述经过所述第一电阻的电流值为所述电源
与所述负载电路之间的电流值。
14.在本技术的一些实施例中，所述过流采样触发电路模块还包括第五电阻；所述第一电阻的第一端连接所述第四npn型三极管的发射极，所述第四npn型三极管的基极连接到所述第一电阻的第二端；所述第五电阻的第一端连接所述第四npn型三极管的集电极；所述第五电阻的第二端连接所述第一npn型三极管的基极，所述第一npn型三极管的集电极接地；所述第一npn型三极管的发射极连接所述开关驱动电路模块。
15.在本技术的一些实施例中，所述开关驱动电路模块包括第二npn型三极管和电容；
16.所述电容用于在接收到所述过流保护动作信号时放电；
17.所述第二npn型三极管用于在所述电容放电作用下导通，所述第二npn型三极管导通的信号为所述驱动信号。
18.在本技术的一些实施例中，所述开关驱动电路模块还包括第二电阻、第三电阻、充电缓冲电路；所述电容的第一端以及所述第三电阻的第一端分别连接所述第二npn型三极管的基极；所述第二电阻的第一端连接所述电容的第二端；所述第二npn型三极管的集电极、所述第二电阻的第二端以及所述充电缓冲电路的第二端均连接到所述过流采样触发电路模块；所述第三电阻的第二端、所述第二npn型三极管的发射极、所述充电缓冲电路的第一端均连接到所述开关电路模块。
19.在本技术的一些实施例中，所述充电缓冲电路为第六电阻或二极管组；
20.所述二极管组包括串联的第四二极管和第五二极管；所述第五二极管的正极端为所述充电缓冲电路的第一端；所述第四二极管的负极端为所述充电缓冲电路的第二端。
21.在本技术的一些实施例中，所述开关电路模块包括第四电阻和pmos管；所述第四电阻的第一端连接到所述过流采样触发电路模块；所述第四电阻的第二端均连接到所述pmos管的栅极；
22.所述pmos管用于在接收到所述驱动信号时关断，从而断开所述电源与所述负载电路之间的连接。
23.在本技术的一些实施例中，所述开关电路模块还包括tvs管，所述tvs管的第一端连接到所述过流采样触发电路模块，所述tvs管的第二端连接到所述开关电路模块；所述tvs管用于限制所述开关电路模块的电压。
24.在本技术的一些实施例中，所述限流保护电路还包括第一电流防反电路模块，所述第一电流防反电路模块分别连接所述电源与所述过流采样触发电路模块，用于防止由所述电源流向所述过流采样触发电路模块的电流反流。
25.在本技术的一些实施例中，所述限流保护电路还包括第二电流防反电路模块，所述第二电流防反电路模块分别连接所述开关电路模块与所述负载电路，用于防止由所述开关电路模块流向所述负载电路的电流反流。
26.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括负载电路以及上述任一项的限流保护电路。
27.本技术实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：
28.本技术实施例提供的限流保护电路，设计科学合理，限流保护反应迅速，当电路发生过流故障时能够快速地切断电源与负载电路之间的连接，从而防止负载电路损坏，用时短，对电路的限流保护效果好。
29.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术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技术中记载的一些实施例，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。
31.图1示出了本技术的实施例一的电路结构框图；
32.图2示出了本技术的实施例二的电路结构框图；
33.图3示出了本技术的实施例二的电路图；
34.图4示出了本技术的实施例三的电路图。
具体实施方式
35.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
36.本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
37.实施例一
38.参考图1所示，本实施例提供了一种限流保护电路，设置于电源与负载电路之间，分别与电源和负载电路相连接；该限流保护电路包括两两互相连接的过流采样触发电路模块、开关驱动电路模块和开关电路模块。
39.过流采样触发电路模块，用于对电源与负载电路之间的电流值进行采样，当采样得到的电流值超过过流阈值时，产生过流保护动作信号；
40.开关驱动电路模块，用于在接收到过流保护动作信号时，产生驱动信号；
41.开关电路模块，用于在接收到驱动信号时，断开电源与负载电路之间的连接。
42.实施例二
43.参考图2和图3所示，实施例二是建立在实施例一的基础上的，进一步地，在实施例二中，过流采样触发电路模块包括电阻r1、npn型三极管q4、电阻r5和npn型三极管q1；开关驱动电路包括npn型三极管q2、电阻r2、电阻r3、电阻r6和电容c；开关电路包括电阻r4和pmos管q3；电阻r1的第一端连接npn型三极管q4的发射极，npn型三极管q4的基极、pmos管q3的源极、电阻r4的第一端、npn型三极管q2的集电极分别连接到电阻r1的第二端；电阻r5的
第一端连接npn型三极管q4的集电极；电阻r5的第二端连接npn型三极管q1的基极，npn型三极管q1的集电极接地；电容c的第一端以及电阻r3的第一端分别连接npn型三极管q2的基极；电阻r3的第二端、npn型三极管q2的发射极、电阻r6的第一端以及电阻r4的第二端均连接到pmos管q3的栅极；电阻r2的第一端连接电容c的第二端；电阻r2的第二端以及电阻r6的第二端均连接到npn型三极管q1的发射极。
44.电路工作时，电源vcc与负载电路之间的电流经过r1和q3。
45.r1用于在经过r1的电流值超过过流阈值时，r1的电压作用于q4的基极和发射极；q4在r1的电压作用下导通；q1用于在q4导通时关断，q1关断的信号为所述过流保护动作信号；所述经过r1的电流值为所述电源与所述负载电路之间的电流值。电容c用于在接收到过流保护动作信号时放电；q2用于在电容c放电作用下导通，q2导通的信号即为所述驱动信号。pmos管q3用于在接收到驱动信号时关断，从而断开电源与负载电路之间的连接。
46.当流过r1的电流值在过流阈值以内时，r1两端的压降值较小，此时三极管q4截止，供电电源通过r1给后端电路供电；由于三极管q4截止，使得三极管q1的基极电压为低，三极管q1导通，进而导致后端开关电路模块中的mos管q3导通，供电电源正常给负载电路供电；
47.当发生过流故障时，流过r1的电流值超过过流阈值，使得r1两端产生较大的压降值，此压降值作用于三极管q4的基极和发射极，使得三极管q4发生导通，进而三极管q1的基极电压为vcc，此时三极管q1不导通，进而导致后端开关电路中的pmos管q3关断，供电电源与负载电路断开。pmos管q3为p沟道增强型mosfet管，在本技术实施例的技术方案中能够起到开关的作用。
48.在某些实施方式中，过流阈值为第一电压与所述第一电阻的阻值的比值，第一电压为所述第四npn型三极管的发射极与基极之间的电压；具体地，电路的过流阈值设置依据以下计算公式：
[0049][0050]ilm
为过流阈值；v
eb
为三极管q4的发射极和基极之间的电压，一般取0.7v；r1为电流采样电阻的电阻值。通过上述公式计算得到的过流阈值非常精确，精准的限流阈值有利于保证后端电路可靠、稳定地运行，避免了因过流故障引发的电路异常。根据不同的应用场合，根据实际应用的需要，可以通过调整r1的值或者调整v
eb
的值对过流阈值进行调整。现有技术采用保险丝进行限流保护的技术方案，其电流阈值不精准，而本实施例的过流阈值非常精确，克服了现有技术的缺陷。
[0051]
当电路正常工作时，npn型三极管q1导通，供电电源通过r6快速给pmos管q3的栅极与源极之间的寄生电容充电；当pmos管的栅源电压大于pmos管q3的阈值电压时，pmos管q3开通；同时，电源通过电阻r2、电阻r3和电阻r4给电容c充电；
[0052]
当电路发生过流故障时，npn型三极管q1关断，电容c的放电能使npn型三极管q2快速导通，从而使pmos管q3的栅极与源极之间的寄生电容快速放电、pmos管q3快速关断。
[0053]
电阻r4的作用是在npn型三极管q1关断时，防止npn型三极管q1关断时的漏电流在pmos管的栅源间产生的电压降超过pmos管q3的阈值电压而导致pmos管q3误导通，即确保pmos管q3可靠关断；pmos管q3主要是用于实现供电电源和后端负载电路连接线路的导通和切断功能，即q3能够起到开关的作用。
[0054]
本实施例的限流保护电路，设计科学合理，结构简单，成本低，限流保护反应迅速，当电路发生过流故障时能够快速地切断电源与负载电路之间的连接，从而防止负载电路损坏，用时短，对电路的限流保护效果好。另外，现有技术中的通常使用一次性保险丝进行电路限流保护，在限流保护发生后，一次性保险丝熔断，不可恢复，需更换保险丝，后期产品维护难度加大，而本实施例的限流保护电路在过流故障消除后，其限流保护机制自动恢复唤醒，不需要再进行人工维护，从而降低了产品的后期维护成本。
[0055]
实施例三
[0056]
实施例三是建立在实施例一的基础上的，进一步地，实施例三还包括第一电流防反电路模块，第一电流防反电路模块分别连接上述电源与上述过流采样触发电路模块，用于防止由电源流向过流采样触发电路模块的电流反流。
[0057]
在某些实施方式中，第一电流防反电路模块包括第一二极管，第一二极管的负极端连接所述第四npn型三极管的发射极。
[0058]
在某些实施方式中，该限流保护电路还包括第二电流防反电路模块，第二电流防反电路模块分别连接开关电路与负载电路，用于防止由开关电路流向负载电路的电流反流。
[0059]
在某些实施方式中，第二电流防反电路模块可以包括第三二极管，第三二极管的正极端连接pmos管的漏极。
[0060]
参考图4所示，过流采样触发电路模块包括电阻r1、电阻r5、三极管q1和npn型三极管q4，其中r1的两端与三极管q4的基极和发射极相连，r5与三极管q4的集电极和三极管q1的基极相连。电阻r1可以称为电流采样电阻。
[0061]
开关驱动电路模块，包括电阻r2、电阻r3、二极管d4、二极管d5、npn型三极管q2和电容c。
[0062]
开关电路模块，包括电阻r4、tvs管d2和pmos管q3。
[0063]
第一二极管为二极管d1，第三二极管为二极管d3。
[0064]
r1的第一端连接q4的发射极，q4的基极、q3的源极、d2的第一端、r4的第一端、q2的集电极分别连接到r1的第二端；r5的第一端连接q4的集电极；r5的第二端连接q1的基极，q1的集电极接地；c的第一端以及r3的第一端分别连接q2的基极；r3的第二端、q2的发射极、d2的第二端、d5的正极端以及r4的第二端均连接到q3的栅极；r2的第一端连接c的第二端；r2的第二端以及d4的负极端均连接到q1的发射极；d4的正极端连接d5的负极端；d3的负极端连接q3的漏极；d1的负极端连接q4的发射极。
[0065]
电路工作时，电源vcc与负载电路之间的电流经过d1、r1、q3和d4。
[0066]
当流过r1的电流值在过流阈值以内时，r1两端的压降值较小，此时三极管q4截止，供电电源通过r1给后端电路供电；由于三极管q4截止，使得三极管q1的基极电压为低，三极管q1导通，进而导致后端开关电路模块中的mos管q3导通，供电电源正常给负载电路供电；
[0067]
当发生过流故障时，流过r1的电流值超过过流阈值，使得r1两端产生较大的压降值，此压降值作用于三极管q4的基极和发射极，使得三极管q4发生导通，进而三极管q1的基极电压为vcc，此时三极管q1不导通，进而导致后端开关电路中的pmos管q3关断，供电电源与负载电路断开。pmos管q3为p沟道增强型mosfet管，在本技术实施例的技术方案中能够起到开关的作用。
[0068]
当电路正常工作时，npn型三极管q1导通，供电电源通过二极管d4、d5快速给pmos管q3的栅极与源极之间的寄生电容充电；当pmos管的栅源电压大于pmos管q3的阈值电压时，pmos管q3开通；同时，电源通过电阻r2、电阻r3和电阻r4给电容c充电，在此期间，通过选择合适的电路元器件参数，二极管d4、d5的作用是维持一定的压降值，以确保电容c能充电到合适的电压；
[0069]
当电路发生过流故障时，npn型三极管q1关断，电容c的放电能使npn型三极管q2快速导通，从而使pmos管q3的栅极与源极之间的寄生电容快速放电、pmos管q3快速关断。
[0070]
电阻r4的作用是在npn型三极管q1关断时，防止npn型三极管q1关断时的漏电流在pmos管的栅源间产生的电压降超过pmos管q3的阈值电压而导致pmos管q3误导通，即确保pmos管q3可靠关断；tvs管d2的作用是将pmos管q3的栅源电压限制到一定的电压范围内，以防止pmos管q3的栅极源极之间击穿，通常tvs管d2的稳压值一般不超过20v；pmos管q3主要是用于实现供电电源和后端负载电路连接线路的导通和切断功能。tvs管即瞬态二极管。
[0071]
因此，本实施例的限流保护电路能够在电路发生过流故障时，迅速地切断电源与负载电路的连接，使得负载电路断电，避免了负载电路损坏；当过流故障排除时，过流保护机制又能够快速地恢复正常，这种自恢复特性，降低了后期产品的维护成本。本实施例的限流保护电路是由基本的电子元器件组成的，电路成本低。
[0072]
tvs管d2的作用是能够将pmos管q3的栅源电压限制到一定的电压范围内，避免q3被电压击穿，从而能够确保当发生过流故障时能够完成电源与负载电路之间线路的切断。二极管d1和d3具有电流防反流功能，避免当电源反接时电路损坏。二极管d4和d5能够确保将电容c端的电压保持在一定的电压范围，并简化了电路参数设计，降低了电路设计难度。
[0073]
实施例四
[0074]
本实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括负载电路以及上述三个实施例中任一实施方式的限流保护电路。
[0075]
需要说明的是：
[0076]
在本实用新型的描述中，如果存在“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语，则该类术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0077]
在本实用新型的描述中，如果存在“安装”、“设置”、“相连”、“连接”、“固定”等术语，则除非另有明确的规定和限定，该类术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0078]
以上所述实施例仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。