本實用新型屬于機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)載過流保護電路，本實用新型保護電路還涉及峰值電流關(guān)斷電路。

背景技術(shù)：

芯片廠家推出的電源管理方案，如TI的電源管理芯片TPS2490/TPS2491和LINEAR TECHNOLOGY的LT4363都是把電子開關(guān)(MOS管)和采樣電阻串聯(lián)在電源母線的正線中，電源管理芯片外接一個電容來設(shè)置內(nèi)部定時器的延時時間，電源管理芯片監(jiān)測采樣電阻上的壓降并與內(nèi)部的參考源相比較，當(dāng)采樣電阻上的壓降超過參考源時，電源管理芯片開始調(diào)整MOS管柵極電壓，以限制采樣電阻上的壓降，同時啟動延時定時器，當(dāng)定時時間到，關(guān)斷MOS管。

電源管理芯片從開始調(diào)整MOS管柵極電壓到關(guān)斷MOS管，這一延時時間很短，只是數(shù)十毫秒，同時在延時過程中，MOS管漏極-源極間的壓降(VDS)增大，導(dǎo)致MOS管的功耗瞬間增大，很容易燒壞MOS管，失去保護功能。

當(dāng)電源母線上出現(xiàn)了很大的瞬間電流時，由于延時定時器的存在，電源管理芯片還沒來得及關(guān)斷MOS管，負(fù)載已經(jīng)被瞬間電流損壞。如果不使用芯片內(nèi)部的延時定時器，只要采樣電阻上的壓降超過參考值，芯片就會迅速關(guān)斷MOS管，這樣當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)數(shù)百微秒的過流時，電源管理芯片仍然會關(guān)斷MOS管，使得系統(tǒng)的容錯性能下降。

綜上，這種方案的缺陷是：1、過流保護的延時時間短，同時很容易燒壞MOS管；2、缺少靈活性，不能夠針對負(fù)載過電流和峰值電流而設(shè)置不同的延時關(guān)斷時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題本實用新型提供一種負(fù)載過流保護電路，本實用新型采用當(dāng)負(fù)載過流時，比較器輸出高電平，該高電平經(jīng)過定時器延時，進入具有自鎖功能的自鎖控制電路，關(guān)斷電子開關(guān)并保持鎖定狀態(tài)。

本實用新型提供的負(fù)載過流保護電路，包括依次連接的電流采樣電阻、放大器、比較器一、定時器、自鎖控制電路以及電子開關(guān)，所述電流采樣電阻與電子開關(guān)連接，所述比較器一還與參考源一連接；

所述放大器對電流采樣電阻的電壓放大后送入比較器一，所述比較器一比較放大器輸出的電壓信號與參考源一之間的大小，如果放大器輸出的電壓信號高于參考源一，則定時器開始延時計時，在延時計時過程中，如果放大器輸出的電壓信號低于參考源一，則定時器停止計時，電子開關(guān)正常導(dǎo)通，否則，定時器延時計時達(dá)到設(shè)定值，自鎖控制電路關(guān)斷電子開關(guān)并鎖定電子開關(guān)斷開狀態(tài)。

本實用新型可以改變定時器的定時時間設(shè)置負(fù)載承受過電流的時間，改變參考源一的大小設(shè)置需要保護的負(fù)載電流大小，解決了解決過流保護的延時時間短，同時很容易燒壞MOS管的問題。

為了解決芯片內(nèi)部延時定時器不能夠有效針對負(fù)載過電流和峰值而設(shè)置不同的延時關(guān)斷時間問題，采用放大器對電流采樣電阻上的電壓進行放大，放大后的電壓信號同時進入兩個比較器，一個用于過流保護，一個用于峰值電流保護，

本實用新型還包括比較器二，所述比較器二與放大器、自鎖控制電路連接；所述比較器二還與參考源二連接，用于比較放大器輸出的電壓信號與參考源二之間大?。辉诙〞r器未啟動延時計時或者處于延時計時過程中，如果放大器輸出的電壓信號高于參考源二，自鎖控制電路關(guān)斷電子開關(guān)并鎖定電子開關(guān)斷開狀態(tài)，如前所述，比較器一的比較結(jié)果進行過流保護控制，比較器二的比較結(jié)果則用于峰值電流保護控制，兩者結(jié)合，則有效針對負(fù)載過電流和峰值而設(shè)置不同的延時關(guān)斷時間。同時，當(dāng)瞬間尖峰電流流過負(fù)載時，比較器二輸出高電平，該高電平直接進入自鎖控制電路關(guān)斷電子開關(guān)并保持鎖定狀態(tài)，此時，可不考慮比較器一的輸出結(jié)果，只要比較器二的比較結(jié)果為放大器輸出的電壓信號高于參考源二，則立即關(guān)斷電子開關(guān)。

本實用新型提供的一種自鎖控制電路包括電阻R1、R2、R3、R4，三極管Q1、Q2；所述電阻R4的一端與定時器、比較器二連接，另一端與三極管Q2的基極連接；三極管Q2的集電極與電阻R1連接，電阻R1的另一端與三極管Q1的基極連接，三極管Q1的發(fā)射極連接電源VCC，其集電極與電阻R3連接，電阻R3的另一端、三極管Q2的發(fā)射極分別接地連接，電阻R2的兩端分別與三極管Q1的集電極、三極管Q2的基極連接，三極管Q1的集電極與電子開關(guān)連接。

本實用新型提供的一種自鎖控制電路包括電阻R5、R6，反饋二極管D1，比較器U1A；所述比較器U1A的同相輸入端與電阻R5連接，其反相輸入端連接參考源VREF，電阻R5的另一端與比較器二、定時器連接，比較器U1A的輸出端與電子開關(guān)連接，反饋二極管D1的兩端分別與U1A的輸出端、同相輸入端連接，電阻R6的兩端分別與U1A的電源正極及輸出端連接。

本實用新型還包括與自鎖控制電路連接的解鎖電路，該解鎖電路接收到解鎖信號后使自鎖控制電路打開電子開關(guān)，當(dāng)對負(fù)載重新上電時，向解鎖電路發(fā)出解鎖信號即可。

本實用新型提供的一種解鎖電路包括三極管Q4、電阻R7；三極管Q4的集電極與自鎖控制電路連接，其發(fā)射極接地連接，其基極與電阻R7連接，電阻R7的另一端與解鎖信號源連接。

本實用新型提供的另一種解鎖電路包括三極管Q3、電阻R8、電阻R9；三極管Q3的集電極與自鎖控制電路連接，其基極與電阻R8連接，電阻R8的另一端與解鎖信號源連接，電阻R9的兩端分別接地、與三極管Q3的基極連接。

本實用新型提供的負(fù)載過流保護電路可實現(xiàn)如下負(fù)載過流保護方法，對電路回路進行電壓采樣，對電壓采樣信號進行放大，將放大后的電壓信號與第一參考電壓信號進行比較，如果放大后的電壓信號高于第一參考電壓信號，則啟動延時計時，在延時計時過程中，對電路回路進行持續(xù)采樣并放大，如果放大后的電壓信號低于第一參考電壓信號，則停止延時計時，電路回路保持導(dǎo)通，否則，延時計時達(dá)到設(shè)定值時，關(guān)斷電路回路并鎖定關(guān)斷狀態(tài)。

本實用新型在未啟動延時計時或者延時計時過程中，對電路回路進行持續(xù)采樣并放大，如果放大后的電壓信號高于第二參考電壓信號，則關(guān)斷電路回路并鎖定關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)電路回路處于關(guān)斷狀態(tài)鎖定情況下，輸入解鎖信號，導(dǎo)通電路回路，也即當(dāng)對負(fù)載重新上電時，向解鎖電路發(fā)出解鎖信號即可。

本實用新型具有以下有益效果：

(1)改變定時器的定時時間設(shè)置負(fù)載承受過電流的時間；改變參考源一的大小設(shè)置需要保護的負(fù)載電流大??；改變參考源二的大小設(shè)置峰值電流大小。

(2)精確調(diào)整定時器的參數(shù)改變負(fù)載過流時的關(guān)斷時間。

(3)集成過電流延時關(guān)斷負(fù)載和峰值電流瞬間關(guān)斷負(fù)載于一體。

(4)所使用的電子開關(guān)不限于MOS管，也可以是晶體管、晶閘管、固態(tài)繼電器等半導(dǎo)體開關(guān)器件和繼電器、接觸器等機械開關(guān)。

(5)具有自鎖功能的自鎖控制電路不限于使用分立元件構(gòu)成，也可以使用集成電路構(gòu)成。

(6)放大電路(使用成熟集成電路—運算放大器)、比較延時電路、自鎖控制電路不僅適用于采樣電阻在電源正線上的負(fù)載過流保護，也適用于采樣電阻位于電源負(fù)線上的負(fù)載過流保護。

附圖說明

圖1本實用新型模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于分立元件的自鎖控制電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為基于集成電路的自鎖控制電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為解鎖電路結(jié)構(gòu)圖一；

圖5為解鎖電路結(jié)構(gòu)圖二。

圖中：1、電流采樣電阻；2、電子開關(guān)；3、參考源一；4、比較器一；5、定時器；6、放大器；7、自鎖控制電路；8、比較器二；9、參考源二；10、解鎖電路。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型包括負(fù)載過流保護功能和峰值電流關(guān)斷功能，圖1所示的電路接在電源正線上，相應(yīng)地，該電路也可以接在電源負(fù)線上。本實用新型所提供的電路包括電流采樣電阻1、電子開關(guān)2、放大器6、比較器一4、定時器5、自鎖控制電路7、比較器二8、解鎖電路10，比較器一4與定時器5構(gòu)成比較延時電路。電流采樣電路1與電源正極、電子開關(guān)2、放大器6連接，電子開關(guān)2與負(fù)載、自鎖控制電路7連接，放大器6與比較器一4、比較器二8連接，比較器一4與參考源一3、定時器5連接，比較器二8與參考源二9連接，自鎖控制電路7與比較器二8、定時器5、解鎖電路10連接。放大器6對電流采樣電阻1上的電壓進行放大，放大后的電壓信號同時進入比較器一4和比較器二8，比較器一4用于過流保護，比較器二8用于峰值電流保護。

正常工作時，放大器6輸出的電壓信號送入比較器一4、比較器二8，如果放大器輸出的電壓信號低于參考源一3，比較器一4輸出低電平，定時器5不啟動，自鎖控制電路7不動作，電子開關(guān)2正常導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載過流且超過設(shè)定值時，放大器6輸出的電壓信號高于參考源一3，比較器4輸出高電平，該高電平啟動定時器5開始延時計時，在延時計時的過程中，放大器6持續(xù)將采樣電阻1上的電壓放大并送入比較器一4、比較器二8，如果負(fù)載過流現(xiàn)象消失，放大器輸出的電壓信號低于參考源一3，比較器一4輸出低電平，則定時器停止計時，自鎖控制電路7不會動作；如果延時計時達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定時間間隔，則自鎖控制電路動作，關(guān)斷電子開關(guān)2并保持鎖定狀態(tài)。在負(fù)載過流、定時器5計時的過程中，如果出現(xiàn)峰值電流且超過設(shè)定值，放大器6輸出的電壓信號高于參考源二9，比較器二8輸出高電平，該高電平直接進入自鎖控制電路7關(guān)斷電子開關(guān)2并保持鎖定狀態(tài)。即便在負(fù)載未過流時，當(dāng)出現(xiàn)峰值電流并超過設(shè)定值時，放大器6輸出的電壓信號高于參考源二9，比較器8輸出高電平，該高電平直接進入自鎖控制電路7關(guān)斷電子開關(guān)2并保持鎖定狀態(tài)。電子開關(guān)2關(guān)斷狀態(tài)鎖定后，當(dāng)對負(fù)載重新上電時，向解鎖電路10發(fā)出解鎖信號就可以解除鎖定狀態(tài)，從而繼續(xù)向負(fù)載供電。

本實用新型解決了過流保護的延時時間短，同時很容易燒壞MOS管的問題，可改變定時器的定時時間設(shè)置和負(fù)載承受過電流的時間。采用當(dāng)負(fù)載過流時，比較器輸出高電平，該高電平經(jīng)過定時器延時，進入具有自鎖功能的控制電路，關(guān)斷電子開關(guān)并保持鎖定狀態(tài)；當(dāng)瞬間尖峰電流流過負(fù)載時，比較器輸出高電平，該高電平直接進入自鎖控制電路關(guān)斷電子開關(guān)并保持鎖定狀態(tài)；當(dāng)對負(fù)載重新上電時，向解鎖電路發(fā)出解鎖信號即可。本實用新型解決了芯片內(nèi)部的延時定時器不能夠有效針對負(fù)載過電流和峰值而設(shè)置不同的延時關(guān)斷時間的問題，采用放大器對電流采樣電阻上的電壓進行放大，放大后的電壓信號同時進入兩個比較器，一個用于過流保護，一個用于峰值電流保護。

圖2示出的是基于分立元件的自鎖控制電路結(jié)構(gòu)圖，自鎖控制電路包括電阻R1、R2、R3、R4，三極管Q1、Q2；電阻R4的一端與定時器5、比較器二8連接，另一端與三極管Q2的基極連接；三極管Q2的集電極與電阻R1連接，電阻R1的另一端與三極管Q1的基極連接，三極管Q1的發(fā)射極連接電源VCC，其集電極與電阻R3連接，電阻R3的另一端、三極管Q2的發(fā)射極分別接地連接，電阻R2的兩端分別與三極管Q1的集電極、三極管Q2的基極連接，三極管Q1的集電極與電子開關(guān)連接。圖2中，VIN是比較器二8或比較延時電路(該電路的定時器的輸出)的輸出(電路正常工作時，VIN為低電平)，當(dāng)VIN出現(xiàn)高電平脈沖時，三極管Q2導(dǎo)通，這時電阻R1上會有電流流過(電流流向為：VCC—三極管Q1的發(fā)射級(管腳2)—三極管Q1的基極(管腳1)—R1—三極管Q2的集電極(管腳3)—三極管Q2的發(fā)射級(管腳2)—GND)，三極管Q1導(dǎo)通，VO處電壓接近VCC，同時VO處的電壓經(jīng)過電阻R2到三極管Q2的基極，即使VIN為低，仍能維持三極管Q2持續(xù)導(dǎo)通，從而維持VO一直為高電平，VO輸出的高電平到達(dá)電子開關(guān)，達(dá)到自鎖的目的。

圖3示出的是基于集成電路的自鎖控制電路結(jié)構(gòu)圖，自鎖控制電路包括電阻R5、R6，反饋二極管D1，比較器U1A；所述比較器U1A的同相輸入端與電阻R5連接，其反相輸入端連接參考源VREF，電阻R5的另一端與比較器二、定時器連接，比較器U1A的輸出端與電子開關(guān)連接，反饋二極管D1的兩端分別與U1A的輸出端、同相輸入端連接，電阻R6的兩端分別與U1A的電源正極及輸出端連接，比較器U1A的電源正極接電源VCC，電源負(fù)極接地。圖3中，比較器U1A的反相輸入端(引腳2)接參考源VREF，U1A的同相輸入端(引腳3)經(jīng)電阻R5接比較器二8或比較延時電路(該電路的定時器的輸出)的輸出VIN，當(dāng)VIN大于反相輸入端的電壓VREF時，其輸出VO是高電平，經(jīng)過正反饋二極管D1，維持比較器U1A的同相輸入端電壓大于反相輸入端電壓，使得VO為持續(xù)的高電平，即使VIN<VREF，VO仍然為高電平，VO輸出的高電平到達(dá)電子開關(guān)，達(dá)到自鎖目的。

圖4示出了一種解鎖電路，如圖4中虛線框所示，解鎖電路包括三極管Q4、電阻R7；三極管Q4的集電極與三極管Q2的基極連接，其發(fā)射極接地連接，其基極與電阻R7連接，電阻R7的另一端與解鎖信號源連接。圖4中，解鎖電路是在自鎖電路的基礎(chǔ)上增加的功能，當(dāng)自鎖電路動作后，VO輸出高電平，需要解鎖時，發(fā)出的高電平解鎖信號到達(dá)電阻R7左側(cè)的UNLOCK處時，會將三極管Q4導(dǎo)通，從而將三極管Q2的基極拉低，關(guān)斷三極管Q2，使得三極管Q1截至，VO輸出為低，從而實現(xiàn)了解鎖的目的。

圖5示出了另一種解鎖電路，如圖5中虛線框所示，解鎖電路包括三極管Q3、電阻R8、電阻R9；三極管Q3的集電極與比較器U1A的同相輸入端連接，其基極與電阻R8連接，電阻R8的另一端與解鎖信號源連接，電阻R9的兩端分別接地、與三極管Q3的基極連接。

圖5中，解鎖電路是在自鎖電路的基礎(chǔ)上增加的功能，當(dāng)自鎖電路動作后，VO輸出高電平，需要解鎖時，發(fā)出的高電平解鎖信號到達(dá)電阻R8左側(cè)的UNLOCK處時，會將三極管Q3導(dǎo)通，比較器U1A的同相輸入端電壓小于反相輸入端電壓，使得VO為低電平，從而實現(xiàn)了解鎖的目的。