[发明专利]一种自振荡打嗝式短路保护电路及其设计方法

摘要

本发明公开了一种自振荡打嗝式短路保护电路及其设计方法，该保护电路包括功率开关电路、电流检测电路、过流及短路判定电路、功率开关驱动电路、基准电压电路和振荡延时恢复电路；该设计方法包括：一、选择组成电流检测电路的合适参数；二、选择组成过流及短路判定电路的合适参数；步骤三、选择组成过流及短路判定电路并与电流检测电路连接；四、选择组成基准电压电路的合适参数；五、组成基准电压电路并与过流及短路判定电路连接；六、选择组成振荡延时恢复电路的合适参数；七、组成振荡延时恢复电路并与基准电压电路连接；八、连接自振荡打嗝式短路保护电路。本发明实现电路过流及短路保护，且能设定功率开关电路自动恢复时间。

主权项

1.一种自振荡打嗝式短路保护电路，包括连接在输入电路(8)与负载(7)之间且用于开通或关断输入电路(8)向负载(7)输出电能的功率开关电路(6)、与功率开关电路(6)相接且用于实时检测电路中电流大小的电流检测电路(2)和与电流检测电路(2)相接且判断电路过流或者短路的过流及短路判定电路(3)，以及用于驱动功率开关电路(6)开通或者关断的功率开关驱动电路(5)和与输入电路(8)相接且为过流及短路判定电路(3)提供基准电压的基准电压电路(1)，其特征在于：所述过流及短路判定电路(3)与功率开关驱动电路(5)之间接有振荡延时恢复电路(4)，所述过流及短路判定电路(3)的输出端接振荡延时恢复电路(4)的输入端，所述振荡延时恢复电路(4)的输出端接功率开关驱动电路(5)的输入端，所述功率开关驱动电路(5)与过流及短路判定电路(3)相接，所述基准电压电路(1)为振荡延时恢复电路(4)提供基准电压；所述振荡延时恢复电路(4)包括电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端与电容C2的一端相接，所述电阻R2的另一端接基准电压电路(1)的基准电压输出端，所述电阻R2的一端与电容C2的一端的连接端为振荡延时恢复电路(4)的输出端，所述电容C2的另一端为振荡延时恢复电路(4)的输入端；所述过流及短路判定电路(3)包括比较器U1、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和稳压管VZ2，所述比较器U1的同相输入端接电阻R5的一端和电阻R6的一端，所述电阻R5的另一端接输入电路(8)的负极输出端V_i‑和电流检测电路(2)的输出端，所述比较器U1的反相输入端接电阻R9的一端和电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端接地，所述电阻R10的另一端接电阻R11的一端和稳压管VZ2的阴极，所述稳压管VZ2的阳极接地，所述电阻R11的另一端接功率开关驱动电路(5)的一个输出端，所述比较器U1的输出端与比较器U1的电源输入端之间接有电阻R8，所述比较器U1的电源输入端和电阻R6的另一端均与基准电压电路(1)的基准电压输出端相接，所述比较器U1的输出端为过流及短路判定电路(3)的输出端；所述基准电压电路(1)包括稳压管VZ1、电阻R4和电容C1，所述电阻R4的一端接输入电路(8)的正极输出端V_i+，所述电阻R4的另一端接稳压管VZ1的阴极和电容C1的一端的连接端，所述稳压管VZ1的阳极和电容C1的另一端均接地，所述稳压管VZ1的阴极为基准电压电路(1)的基准电压输出端；所述电流检测电路(2)包括电阻R7，所述电阻R7的一端与电阻R5的一端与输入电路(8)的负极输出端V_i‑的连接端相接；所述功率开关驱动电路(5)包括NPN三极管VT2和电阻R3，所述NPN三极管VT2的基极接振荡延时恢复电路(4)的输出端，所述NPN三极管VT2的发射极接地，所述NPN三极管VT2的集电极与电阻R3的一端相接，所述NPN三极管VT2的集电极与电阻R3的一端的连接端为功率开关驱动电路(5)的一个输出端，所述电阻R3的另一端为功率开关驱动电路(5)的另一输出端；所述功率开关电路(6)包括电阻R1和增强型PMOS管VT1，所述电阻R1的一端与增强型PMOS管VT1的栅极的连接端和功率开关驱动电路(5)的输出端相接，所述电阻R1的一端与增强型PMOS管VT1的栅极的连接端为功率开关电路(6)的驱动端，所述增强型PMOS管VT1的源极与电阻R1的另一端的连接端与电阻R4的一端和输入电路(8)的正极输出端V_i+的连接端相接，所述增强型PMOS管VT1的源极与电阻R1的另一端的连接端为功率开关电路(6)的输入端，所述增强型PMOS管VT1的漏极为功率开关电路(6)的输出端；该保护电路的设计方法包括以下步骤：步骤一、选择组成电流检测电路(2)的合适参数的电阻R7：根据0.01Ω≤R7≤1Ω,选取电阻R7的阻值；步骤二、选择组成过流及短路判定电路(3)的合适参数的电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和稳压管VZ2，具体过程为：步骤201、根据5KΩ≤R6≤12KΩ,选择电阻R6的阻值；步骤202、根据公式选取电阻R5的阻值，其中，I_omax为电路电流I_o允许输出的最大电流值，V_ref为设定的基准电压电路(1)输出的基准电压；步骤203、根据10KΩ≤R8≤20KΩ,选择电阻R8的阻值；步骤204、根据公式V_Z2<V_imin选取稳压管VZ2，其中，V_Z2为稳压管VZ2的稳定电压，V_imin为输入电路(8)的最小输出电压值；步骤205、根据公式选取电阻R9和电阻R10的阻值；步骤206、根据公式选取电阻R11的阻值，其中，I_Vz2min为稳压管VZ2正常工作时的最小电流值，I_Vz2max为稳压管VZ2正常工作时的最大电流值，V_imax为输入电路(8)的最大输出电压值；步骤三、连接比较器U1和电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和稳压管VZ2，组成过流及短路判定电路(3)，并与电流检测电路(2)连接，具体过程为：步骤301、将电阻R5的一端和电阻R6的一端接到比较器U1的同相输入端，并将电阻R5的另一端接到输入电路(8)的负极输出端V_i‑和电阻R7的一端的连接端；步骤302、将电阻R9的一端和电阻R10的一端接到比较器U1的反相输入端，并将电阻R9的另一端接地；步骤303、将电阻R11的一端和稳压管VZ2的阴极接到电阻R10的另一端，将稳压管VZ2的阳极接地，并将电阻R11的另一端引出作为过流及短路判定电路(3)的反相电压输入端；步骤304、将电阻R8接到比较器U1的输出端与比较器U1的电源输入端之间，将比较器U1的输出端引出作为过流及短路判定电路(3)的输出端；步骤四、选择组成基准电压电路(1)的合适参数的电阻R4、电容C1和稳压管VZ1,具体过程如下：步骤401、根据10μF≤C1≤68μF,选择电容C1的容值；步骤402、根据公式V_u1min<V_VZ1<V_imin选取稳压管VZ1，其中，V_u1min为比较器U1正常工作的最小电压值，V_imin为输入电路(8)的最小输出电压值；步骤403、根据51Ω<R4<510Ω,选取电阻R4的阻值；步骤五、连接电阻R4、电容C1和稳压管VZ1，组成基准电压电路(1)，并与过流及短路判定电路(3)连接，具体过程为：步骤501、将电阻R4的一端接到输入电路(8)的正极输出端V_i+；步骤502、将稳压管VZ1的阴极和电容C1的一端接到电阻R4的另一端，将稳压管VZ1的阳极和电容C1的另一端均接地，并将稳压管VZ1的阴极引出作为基准电压电路(1)的基准电压输出端；步骤503、将电阻R6的另一端和比较器U1的电源输入端接到基准电压电路(1)的基准电压输出端；步骤六、选择组成振荡延时恢复电路(4)的合适参数的电阻R2和电容C2，具体过程为：根据公式选取电容C2的容值和电阻R2的阻值，其中，β为NPN三极管VT2的直流电流放大倍数，V_imax为输入电路(8)的最大输出电压值，t_d为设定的发生故障关断后的自恢复时间；步骤七、连接电阻R2和电容C2组成振荡延时恢复电路(4)，并与基准电压电路(1)连接，具体过程为：步骤701、将电阻R2的一端接到电容C2的一端，将电阻R2的另一端接到基准电压电路(1)的基准电压输出端，并将电阻R2的一端和电容C2的一端的连接端引出作为振荡延时恢复电路(4)的输出端；步骤702、将电容C2的另一端引出作为振荡延时恢复电路(4)的输入端；步骤八、连接自振荡打嗝式短路保护电路，具体过程为：步骤801、将过流及短路判定电路(3)的反相电压输入端接到功率开关驱动电路(5)的一个输出端；步骤802、将过流及短路判定电路(3)的输出端接到振荡延时恢复电路(4)的输入端，并将振荡延时恢复电路(4)的输出端接到功率开关驱动电路(5)的输入端；步骤803、将功率开关驱动电路(5)的另一输出端接到功率开关电路(6)的驱动端；步骤804、将功率开关电路(6)的输入端接到电阻R4的一端和输入电路(8)的正极输出端V_i+的连接端。