專利名稱：過電流保護裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子通信技術領域，尤其涉及一種過電流保護裝置。
背景技術：
隨著當前電子通信設備對可靠性能和使用性能的要求越來越高，在許多電子通信設備中，為了避免出現(xiàn)因多電路板中某一電路板的回路電流負荷過大，而引起的其他電路 板工作狀態(tài)受到影響，甚至引起的電子設備燒毀的狀況，通常會在電源和負載的回路間設 置過電流保護電路。過電流保護電路實時地對負載回路的電流進行檢測，且在檢測到該電 流值過大時，關斷負載與電源的通路，從而對該電子設備進行保護?，F(xiàn)有技術中，常見的過電流保護電路通常通過在負載回路中設置可控開關和取樣 電阻，以及通過在取樣電阻兩端設置檢測電路予以實現(xiàn)。具體地，檢測電路設置在取樣電阻 兩端，可以實時地對取樣電阻兩端的電壓進行檢測，而達到檢測流經取樣電阻的電流、即檢 測負載電流的目的。而若檢測電路檢測到取樣電阻兩端的電壓高于預設的基準參考電壓時 (該基準參考電壓所對應的取樣電阻的電流值通常為負載的安全閾值電流值)，檢測電路 發(fā)出一控制信號給可控開關，以關斷負載與電源之間的通路，從而實現(xiàn)了電子設備的有效 保護。這種過電流保護方案可以實現(xiàn)在負載電流過大時對負載的保護，但是同時存在一 定的缺陷在實際應用中，對于電子設備中各個用于承載負載電路的電路板而言，不僅電 流負荷過大時會導致其他電路板的正常工作受到影響甚至導致電子設備的燒毀，當某一電 路板的通路電流產生瞬間突變時，同樣會導致該不良狀況的發(fā)生。尤其是由于目前的電路 板大多為大功率的消耗系統(tǒng)，因而當該大功率的電路板在系統(tǒng)機箱底盤上進行熱插拔動作 時，通常會從系統(tǒng)機箱底盤吸取或釋放很大的能量，而導致瞬間突變電流的產生?，F(xiàn)有的過 電流保護方案中并沒有針對實際應用中負載很有可能會出現(xiàn)的電流瞬間突變的現(xiàn)象，對各 電路板負載及電子設備進行保護，從而在此情況下，同樣很有可能導致其他電路板的不能 正常工作甚至電子設備的燒毀。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種過電流保護裝置，用以實現(xiàn)一種可靠的過電流保護方案，不僅能 夠在負載電流過大時對電子通信設備進行保護，還能夠在負載產生電流瞬間突變時，對電 子通信設備進行保護。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種過電流保護裝置，包括電源和負載，還包括設 置在所述電源和負載之間的半導體開關、取樣電阻和檢測電感，設置在所述取樣電阻兩端 的過流保護控制電路，以及設置在所述檢測電感兩端的異常死鎖保護電路，其中，所述過流保護控制電路實時地對所述取樣電阻兩端的電壓進行檢測，并在檢測到 所述取樣電阻兩端的電壓高于預設的第一閾值電壓時，關斷所述半導體開關；所述異常死鎖保護電路實時地對所述檢測電感兩端的感應電動勢進行檢測，并在檢測到所述檢測電感兩端的感應電動勢高于預設的第二閾值電壓時，鎖存當前狀態(tài)并關斷 所述半導體開關。本發(fā)明提供的過電流保護裝置，通過在電源與負載的回路間設置半導體開關、取 樣電阻和檢測電感，同時設置通過檢測取樣電阻兩端的電壓，對回路電流是否過大進行檢 測，以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關的過流保護控制電路，以及設置通過檢測檢測電 感兩端的電壓，對回路電流是否出現(xiàn)瞬間突變進行檢測，以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體 開關的異常死鎖保護電路，使得負載電流在無論出現(xiàn)電流過大或電流瞬間突變中的任一異 ?，F(xiàn)象時，電源與負載之間的半導體開關均將被關斷，而使得負載處于斷電無法工作的狀 態(tài)，從而加強了對負載保護的可靠性，不僅能夠在負載電流過大時對電子通信設備進行保 護，還能夠在負載產生電流瞬間突變時，對電子通信設備進行保護。


為了更清楚地說明本發(fā)明或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一 些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明過電流保護裝置實施例一的結構示意圖；圖2為本發(fā)明過電流保護裝置實施例二的結構示意圖；圖3為本發(fā)明過電流保護裝置中保護決策電路的一種電路結構示意圖；圖4為本發(fā)明過電流保護裝置中異常死鎖保護電路的一種電路結構示意圖；圖5為本發(fā)明過電流保護裝置中阻尼電路的一種電路結構示意圖；圖6為本發(fā)明過電流保護裝置實施例三的電路結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附 圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明 一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有 做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1為本發(fā)明過電流保護裝置實施例一的結構示意圖，如圖1所示，本實施例的過 電流保護裝置包括電源1和負載2，以及設置在電源1和負載2之間的、相互連接的半導體 開關3、取樣電阻4和檢測電感5。其中，在取樣電阻4的兩端還設置有過流保護控制電路 6，用于通過實時地檢測取樣電阻4兩端的電壓，實時地對電源1與負載2之間的回路上的 電流進行檢測，并在檢測到取樣電阻4兩端的電壓高于預設的第一閾值電壓時，輸出控制 信號以控制關斷半導體開關3。同時，在本實施例中，檢測電感5的兩端還設置有異常死鎖 保護電路7，異常死鎖保護電路7通過實時地對檢測電感5兩端的感應電動勢進行檢測，以 實時地檢測電源1與負載2之間的回路上電流的變化情況，并在檢測到檢測電感5兩端的 感應電動勢高于預設的第二閾值電壓時，將當前狀態(tài)進行鎖存，并輸出控制信號以控制關 斷半導體開關3。具體地，對于取樣電阻4而言，根據(jù)歐姆定律，取樣電阻4兩端的電壓與流經該取樣電阻4的電流，即負載回路電流是成正比的，因此過流保護控制電路6通過對取樣電阻4 兩端的電壓進行檢測，相當于對流經取樣電阻4的電流進行了檢測。而在檢測到取樣電阻 4兩端的電壓，高于過流保護控制電路6預設的第一閾值電壓時，過流保護控制電路6發(fā)出 控制信號給半導體開關3，關斷該半導體開關3，從而使得負載2與電源1之間的通路斷開， 負載2處于斷電的狀態(tài)，從而對負載2在過流狀態(tài)下進行了保護。而對于檢測電感5而言，根據(jù)法拉第電磁感應定律，電感兩端產生的感應電動勢 的大小與單位時間內流經電感的電流變化大小成正比，因而若流經檢測電感5的電流發(fā)生 較大的瞬間突變時，檢測電感5兩端會產生較大的感應電動勢。此時，異常死鎖保護電路7 通過實時地對檢測電感5兩端的電壓進行檢測，能夠檢測到該較大的感應電動勢，因而能 夠在檢測到該感應電動勢的值突然超出了異常死鎖保護電路7預設的第二閾值電壓時，向 半導體開關3發(fā)出控制信號，以關斷該半導體開關3，使得負載2與電源1之間的通路斷開， 負載2處于斷電的狀態(tài)，從而在負載電流發(fā)生瞬間突變時對負載2進行了保護。進一步地，由于在實際應用中，當負載電流發(fā)生瞬間突變時，通常表現(xiàn)為負載回路 出現(xiàn)為了短路現(xiàn)象，或者負載自身出現(xiàn)了故障或損壞，因而為了更進一步地對此時的負載 狀態(tài)進行保護，異常死鎖保護電路7還將鎖存住當前狀態(tài)，以使負載電流即使在一段時間 后恢復正常時，該死鎖保護電路同樣不會打開半導體開關3，以使負載2通電，從而可以保 護負載2在通電時再次發(fā)生電流瞬間突變的情況。
此外需要說明的是，在實際應用中，上述過流保護控制電路6以及異常死鎖保護 電路7中的、用于與檢測電壓進行比較的第一閾值電壓和第二閾值電壓，分別可以根據(jù)取 樣電阻4的電阻值大小、檢測電感5的電感量的大小，以及根據(jù)負載2實際需要被控制的電 流值的安全范圍進行設置。通過設置第一閾值電壓和第二閾值電壓，可以控制負載2的電 流值處于一個安全的范圍之內，以及控制負載2在發(fā)生電流突變時處于斷電的狀態(tài)，加強 了對負載進行保護的可靠性及有效性。本實施例的過電流保護裝置，通過在電源與負載的回路間設置半導體開關、取樣 電阻和檢測電感，同時設置通過檢測取樣電阻兩端的電壓，對回路電流是否過大進行檢測， 以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關的過流保護控制電路，以及設置通過檢測檢測電感兩 端的電壓，對回路電流是否出現(xiàn)瞬間突變進行檢測，以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關 的異常死鎖保護電路，使得負載電流在無論出現(xiàn)電流過大或電流瞬間突變中的任一異?，F(xiàn) 象時，電源與負載之間的半導體開關均將被關斷，而使得負載處于斷電無法工作的狀態(tài)，從 而加強了對負載保護的可靠性，不僅能夠在負載電流過大時對電子通信設備進行保護，還 能夠在負載產生電流瞬間突變時，對電子通信設備進行保護。圖2為本發(fā)明過電流保護裝置實施例二的結構示意圖，如圖2所示，在上一實施例 的基礎上，本實施例的過電流保護裝置中，過流保護控制電路6具體可以包括第一差分放 大器61和保護決策電路62。其中第一差分放大器61連接在取樣電阻4的兩端，用于對取 樣電阻4兩端的電壓進行差分放大處理并輸出給下一級電路，而保護決策電路62則用于在 第一差分放大器61輸出的電壓信號的驅動下，輸出不同的控制信號給半導體開關3，以控 制半導體開關的通斷。具體地，第一差分放大器61對取樣得到的取樣電阻4兩端的電壓進行差分放大的 目的在于由于在實際應用中，取樣電阻4的存在必然會引起一定的功率消耗，而為了減小這部分不必要的功率消耗，通常會選取阻值較小(通常為毫歐姆級別)的電阻作為取樣電 阻。因此，在對取樣電阻4兩端的電壓進行檢測時，通常會由于取樣到的電壓值過小的緣 故，導致檢測的精度和范圍受到限制。而在本實施例中，利用第一差分放大器61對取樣到 的電壓進行放大處理，將其放大到一定的范圍之后再進行檢測，可以更好地對檢測的精度 進行控制。圖3為本發(fā)明過電流保護裝置中保護決策電路的一種電路結構示意圖。如圖3所 示，在本實施例中，保護決策電路62具體可以由以下元器件組成依次串聯(lián)在第一差分放 大器61的輸出端和半導體開關3的控制端之間的第一電阻Rl和第二電阻R2，以及并聯(lián)在 第二電阻R2兩端的第一反相器UlA和第二反相器U2A，其中第二反相器U2A的輸出端作為 保護決策電路62的輸出端，連接半導體開關3的控制端。具體地，對于保護決策電路62而言，其輸入端接收的信號為第一差分放大器61 輸出的電壓信號，在本實施例中，假定該電壓信號為VII。在保護決策電路62中，VIl經過第一電阻Rl和第二電阻R2的分壓之后，分配到第二電阻R2兩端的電壓為,VI1XR2/R1+R2，即第一反相器UlA的輸入端的電壓值為VI1XR2/R1+R2。由于在互補金屬氧化物半導體
(Complementary Metal OxideSemiconductor，簡稱CMOS)工藝器件中，器件有效的輸入閾 值電壓通常為電源電壓VDD的一半，因而對于第一反相器UlA而言，UlA的輸入端電壓一旦 大于VDD/2時，相當于在UlA的輸入端加載了高電平的電壓信號，UlA在該高電平信號的驅 動下將會發(fā)生翻轉，輸出一低電平信號，從而使得第二反相器U2A也隨之發(fā)生翻轉，輸出一 高電平控制信號至半導體開關3的控制端。在本實施例中，可以設置半導體開關3具體為一 P溝道金屬氧化物半導體場效應 管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，簡稱 M0SFET)，對于 P 溝道 MOSFET而言，其固有特征為當控制端的電壓信號低于輸入端的電壓信號一定值時，P溝道 MOSFET將會導通，而當控制端的電壓信號高于輸入端的電壓信號一定值時，P溝道MOSFET 將會截止。因而，在本實施例中，當?shù)诙聪嗥鱑2A輸出一高電平控制信號至半導體開關3 的控制端時，半導體開關3在該高電平控制信號的作用下，將處于截止的狀態(tài)，從而關斷負 載2與電源1之間的通路，使得負載斷電。此外需要說明的是，在本實施例中，采用P溝道MOSFET作為半導體開關3的目的 還在于相比于現(xiàn)有技術中使用N溝道MOSFET作為負載與電源之間的開關，由于依據(jù)N溝 道MOSFET的開關特性，為了保證負載在正常狀態(tài)下能夠保持通電狀態(tài)，在正常狀態(tài)下，需 要隨時加載一高電平電壓至該N溝道MOSFET開關的控制端，以保證半導體開關3在正常狀 態(tài)時的導通，因而現(xiàn)有技術中在對電路進行過流保護時，通常還需要設置一升壓電路用以 生成高于N溝道MOSFET的輸入端的電壓信號(通常為高于電源電壓)，以維持半導體開關 的導通。該升壓電路通常通過電荷泵予以實現(xiàn)，電荷泵電路不僅設計復雜，并且還會產生開 關噪聲，從而影響過流保護電路的正常工作。而在本實施例中，通過采用P溝道MOSFET作 為半導體開關，在正常狀態(tài)下，只需將P溝道MOSFET的控制端接地便可維持該半導體開關 的導通，避免了升壓電路的使用，節(jié)省了成本，提高了電路的性能。相反地，若在一段時間后，隨著負載回路的漸漸恢復，負載電流慢慢變小恢復了正常值，從而使得取樣電阻兩端的電壓也隨之變小，當取樣電壓恢復到使第一差分放大器61
的輸出電壓<formula>formula see original document page 8</formula>又重新小于反相器的輸入閾值電壓VDD的一半時，此時相當于在 Kl + KZ
UlA輸入端又加載了低電平的電壓信號，第一反相器UlA在該低電平信號的驅動下將會重 新發(fā)生翻轉，且輸出一高電平信號至第二反相器U2A，從而第二反相器U2A在該高電平信號 的驅動下同樣會隨之發(fā)生翻轉，又輸出一 低電平控制信號至半導體開關3的控制端。最終 使得半導體開關3在該低電平控制信號的作用下，重新處于導通的狀態(tài)，從而導通了負載2 與電源1之間的通路，使得負載繼續(xù)通電工作。由此可見，在本實施例中，通過設置保護決策電路62，可以實現(xiàn)當負載電流過大及 恢復時，控制半導體開關3的關斷及導通的目的。而由于在本實施例中，保護決策電路62 中對輸入電壓信號的檢測以及對半導體開關3的控制，都通過利用CMOS半導體工藝器件的 自身屬性予以實現(xiàn)，從而克服了必須使用復雜的基準參考電源用以提供用于比較的基準參 考電壓，以及使用脈沖發(fā)生器，用以在檢測到負載電流過流時，發(fā)出脈沖信號控制開關的關 斷的限制，從而節(jié)省了過流保護裝置的成本。進一步地，在本實施例中，通過調節(jié)取樣電阻4、第一電阻Rl和第二電阻R2的
阻值，以及通過采用具有不同放大倍數(shù)的第一差分放大器61，還可以對過流保護控制電
路6中第一閾值電壓進行靈活的設置。具體地，由于在第一差分放大器61的輸出電壓大
于VDD/2時，保護決策電路62將輸出控制信號以關斷半導體開關3，即對于取樣電阻兩端
的電壓Vq而言，假定第一差分放大器61的放大倍數(shù)為Al，當<formula>formula see original document page 8</formula>時，半導體開關3將被關斷，因而在過流保護控制電路6中，用于保護負 1A\Kl
載的第一閾值電壓為^^ 二)，其與第一電阻Rl和第二電阻R2的比值有關。如此一來，在本實施例中，為了設置更理想的電壓閾值，以對負載電流進行更精確 的控制，不僅通過調節(jié)第一電阻Rl和第二電阻R2的比值便可以實現(xiàn)，而且在選取第一電阻 和第二電阻時，還完全可以采用大阻值的電阻，例如千歐姆級別的電阻予以實現(xiàn)。大阻值的 電阻不僅是電子電路設計很容易獲取的器件，而且還可實現(xiàn)精度更高的控制。例如當選取 的取樣電阻以及第一差分放大器的參數(shù)，使得第一差分放大器輸出VDD/2電壓對應的回路 電流為5. OA時，此時只要選取第一電阻Rl的阻值為1. 5千歐姆，第二電阻R2的阻值為2. 5 千歐姆，即可實現(xiàn)對負載電流在8. OA時的過流保護；而選取第一電阻Rl的阻值為1千歐 姆，第二電阻R2的阻值為2千歐姆，則可實現(xiàn)對負載電流在7. 5Α時的過流保護。上述這些 精度值在現(xiàn)有技術中，通常都只能通過選取實際應用中較難獲取到的、阻值級別控制到0. 1 毫歐姆的電阻而得以實現(xiàn)，而是無法通過阻值級別為千歐姆的電阻而實現(xiàn)的。此外，優(yōu)化地，為了在第一差分放大器61對取樣電阻4兩端的電壓進行放大處理 之前，還對取樣電阻4兩端的電壓進行降噪處理，以抑制線路噪聲，消除外部干擾，使得過 流保護控制電路6對回路電流的檢測更加精確，在本實施例中，過流保護控制電路6還包 括設置在取樣電阻4兩端的噪聲抑制電路63。噪聲抑制電路63用于在第一差分放大器 61對取樣電阻4兩端的電壓進行差分放大處理之前，對取樣電阻4兩端的電壓進行降噪處 理。
如圖2所示，在上一實施例的基礎上，本實施例的過電流保護裝置中，異常死鎖保護電路7具體可以包括第二差分放大器71和鎖存電路72兩個部分。其中，第二差分放大 器71連接在檢測電感5的兩端，用于對檢測電感5產生的感應電動勢，即檢測電感5兩端 的電壓進行差分放大處理并輸出給下一級電路，而鎖存電路72則用于在檢測到第二差分 放大器71輸出的電壓信號高于預設的第二閾值電壓時，鎖存當前狀態(tài)并發(fā)出控制信號至 半導體開關3，以關斷該半導體開關3，使負載2處于斷電被保護的狀態(tài)。圖4為本發(fā)明過電流保護裝置中異常死鎖保護電路的一種電路結構示意圖。如 圖4所示，進一步地，在本實施例中，鎖存電路72還可以包括第一或非門U3A和第二或非 門U4A，該第一或非門U3A和第二或非門U4A串聯(lián)在第二差分放大器71 (本實施例中具體 為Ul)的輸出端以及半導體開關3的控制端之間。其中，第一或非門U3A的兩個輸入端分 別連接第二差分放大器Ul的輸出端和第二或非門U4A的輸出端，第二或非門U4A的兩個輸 入端分別連接第一或非門U3A的輸出端和地，而第二或非門U4A的輸出端則連接半導體開 關3的控制端。具體地，由于根據(jù)法拉第電磁感應定律，電感兩端產生的感應電動勢的大小與單 位時間內流經該電感的電流變化大小成正比，因而對于檢測電感5而言，當流經檢測電感 5的電流發(fā)生較大的瞬間突變時，檢測電感5兩端將會產生較大的感應電動勢，即產生較大 的電壓。這個電壓通過輸入到第二差分放大器Ul中后，將經過第二差分放大器Ul的差分 放大處理，并被第二差分放大器Ul將放大處理后的電壓VI2輸出至第一或非門U3A的一輸 入端中。同樣地，由于第一或非門U3A和第二或非門U4A選取CMOS工藝器件，因而對于U3A 和U4A而言，其輸入有效的閾值電壓同樣為供電電源的一半VDD/2。因此，當?shù)诙罘址糯?器Ul輸出的電壓信號大于VDD/2時，相當于在第一或非門U3A的一輸入端加載了高電平信 號，將致使U3A產生翻轉，并輸出低電平信號至U4A的一輸入端中，而由于U4A的另一輸入 端接地，U4A在兩個輸入端均為低電平信號的情況下，將同樣產生翻轉，輸出一高電平信號 至半導體開關3的控制端，而導致半導體開關3的關斷，負載2斷電而得以保護。與此同時，U4A還將輸出的高電平信號反饋回U3A的另一輸入端中，以將當前狀態(tài) 予以鎖存。在此情況下，對于U3A而言，即使負載回路的電流在發(fā)生瞬間突變后，又漸漸恢 復正常時，即使第二差分放大器Ul輸出給U3A的一輸入端的電壓信號小于VDD/2，為一低電 平信號時，U3A在U4A反饋回的高電平信號的作用下，同樣不會發(fā)生翻轉，不會發(fā)生狀態(tài)的 改變，而U4A在此前提下也不會發(fā)生翻轉，輸出至半導體開關3的控制信號將一直為高電平 信號，半導體開關3將一直處于關斷的狀態(tài)，直至系統(tǒng)重新啟動為止。從而通過在異常死鎖 保護電路7中設置鎖存電路72，在檢測到負載回路電流出現(xiàn)瞬間突變時，能夠將當前狀態(tài) 予以長期鎖存，以在較長一段時間對負載狀態(tài)進行了保護。此外還需要說明的是，由于在本實施例中，過流保護控制電路6和異常死鎖保護 電路7的任一電路輸出高電平控制信號至半導體開關3的控制端時，均將控制該半導體開 關3的導通，因而如圖2所示，在本實施例中，在過流保護控制電路6、異常死鎖保護電路7 以及半導體開關3之間還可以設置一或門U5A。該或門U5A的兩個輸入端分別連接過流保 護控制電路6和異常死鎖保護電路7的輸出端，而該或門U5A的輸出端則連接半導體開關 3的控制端。或門U5A的設置使得當過流保護控制電路6和異常死鎖保護電路7的任一輸出高電平控制信號至或門U5A的輸入端時，U5A均將輸出高電平控制信號至半導體開關 3的控制端，以控制半導體開關3的關斷，對負載2進行保護。而對于異常死鎖保護電路7 而言，當其檢測到負載回路出現(xiàn)瞬間突變電流時，將鎖存該狀態(tài)，輸出固定不變的高電平控 制信號至或門U5A，從而使得U5A同樣一直輸出高電平控制信號以控制導通半導體開關3關 斷，即使在過流保護控制電路6和異常死鎖保護電路7均檢測到負載回路電流恢復正常時， 半導體開關3仍然將被關斷，保證了對負載的更可靠的保護。更進一步優(yōu)化地，在本實施例中，在半導體開關3的輸入端和控制端之間還可以 連接一阻尼電路8，用于對電源上電后半導體開關的導通起阻尼作用，從而使得半導體開關 3在電源1上電后等待一定時間后再開啟，以避免出現(xiàn)電源1剛上電時電路中可能產生的波 動。圖5為本發(fā)明過電流保護裝置中阻尼電路的一種電路結構示意圖，如圖5所示，本實施 例中，阻尼電路8具體可以通過串聯(lián)在半導體開關3的輸入端和控制端之間的電容Cl和第 三電阻R5，以及連接在半導體開關3的控制端與地之間的第四電阻R6予以實現(xiàn)。具體地，由于在本實施例中，半導體開關3為一 P溝道MOSFET開關Ql，因而通過在 該P溝道MOSFET開關的輸入端和控制端之間設置電容Cl和第三電阻R5，當電源1上電后， 根據(jù)電容自身的特性，Cl兩端的電壓，即Ql的輸入端與控制端之間的電壓不能突然發(fā)生變 化，因此此時Ql的柵極電壓將被瞬間充電到VDD，而導致Ql不能立即被導通。而在一段時 間之后，Ql柵極端存儲的電壓VDD將通過電容Cl、第三電阻R5及第四電阻R6被緩慢地被 釋放，使得開關Ql的柵極電壓在一段時間后低于輸入極電壓，從而被導通?？梢?，通過在半導體開關3的輸入端和控制端之間設置阻尼電阻8，可以保證在電 源上電后，半導體開關慢慢被導通開啟，而不是迅速打開，從而避免了在開關立即被導通時 電路中產生的沖擊電流。更進一步地優(yōu)化地，如圖2所示，在本實施例中，過電流保護裝置中，在負載2兩 端還可以并聯(lián)設置一過載旁路電路9，該過載旁路電路9具體可以通過一三極管或者一 MOSFET開關器件予以實現(xiàn)。具體地，該過載旁路電路9的控制端連接上述或門U5A的輸出 端，用于在通過控制端，接收并檢測到過流保護控制電路6和異常死鎖保護電路7中的任一 電路輸出指示半導體開關3關斷的控制信號時，處于導通狀態(tài)以對負載2進行旁路。即當 負載回路電流出現(xiàn)任一異?，F(xiàn)象時，過載旁路電路9均會導通到地，從而使得將本應流向 負載的電流通過該過載旁路電路9導通至地端，進一步地起到了保護負載的作用。同時，由于對于過流保護控制電路6而言，當過流保護控制電路6在一段時間后又 檢測到負載回路恢復正常時，將重新輸出低電平控制信號以重新導通半導體開關3，該低電 平控制信號輸入至或門U5A的輸入端之后，U5A同時會輸出一低電平控制信號至過載旁路 電路9的控制端，以控制過載旁路電路9的截止關斷，從而保證了電源電流又重新通過負載 回路流向了負載2。由此可見，過載旁路電路9的設置，不僅進一步地在負載電流出現(xiàn)異常時，加強了對負載2的保護，與此同時，該電路還同時保證了在過流保護控制電路6產生過流保護后， 負載回路能夠自恢復一段足夠長的延遲時間才重新導通，而這段延遲時間不是固定的延 時，而是能夠保證負載回路電流降到足夠小后才得以恢復。具體地，該延遲的時間取決于觸 發(fā)過流保護控制電路6進行過流保護時的電流大小、過流保護控制電路6設定的電流恢復 閾值以及回路的電流泄放速度。從而相對于現(xiàn)有技術而言，過載旁路電路9的設置能夠使得過流保護控制電路6無需采用復雜的脈沖發(fā)生電路，以產生符合電流大小以及恢復時間的定時控制脈沖，以在負載回路電流恢復時控制半導體開關3的重新導通，節(jié)省了電路成 本。更進一步地優(yōu)化地，如圖2所示，為了對半導體開關3的高壓脈沖起抑制的作用， 在本實施例中，半導體開關3的輸出端與地之間還可以連接高壓抑制二極管D1，該高壓抑 制二極管Dl的陽極連接半導體開關3的輸出端，陰極連接地。具體地，該高壓抑制二極管 Dl除了具有抑制高壓脈沖的作用外，還可以與取樣電阻4、檢測電感5以及過載旁路電路9 一起構成一通路。具體地，當高壓抑制二極管Dl兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極 高的速度(最高達10_12秒)使自身阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將兩端的電壓箝 位在一個預定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。本實施例的過電流保護裝置，通過在電源與負載的回路間設置半導體開關、取樣 電阻和檢測電感，同時設置通過檢測取樣電阻兩端的電壓，對回路電流是否過大進行檢測， 以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關的過流保護控制電路，以及設置通過檢測檢測電感兩 端的電壓，對回路電流是否出現(xiàn)瞬間突變進行檢測，以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關 的異常死鎖保護電路，使得負載電流在無論出現(xiàn)電流過大或電流瞬間突變中的任一異?，F(xiàn) 象時，電源與負載之間的半導體開關均將被關斷，而使得負載處于斷電無法工作的狀態(tài)，從 而加強了對負載保護的可靠性，不僅能夠在負載電流過大時對電子通信設備進行保護，還 能夠在負載產生電流瞬間突變時，對電子通信設備進行保護。進一步地，在本實施例中，過流保護控制電路和異常死鎖保護電路中的閾值電壓 都通過利用組成器件自身的屬性特征予以實現(xiàn)，不僅能夠實現(xiàn)更高精度控制，而且還可以 設置比較理想的保護閾值；同時本實施例還通過在過流保護控制電路中設置噪聲抑制電 路，以及在過電流保護裝置中設置阻尼電路、過載旁路電路及高壓抑制二極管，避免了復雜 的基準參考電源、升壓電路以及脈沖發(fā)生器的應用，節(jié)省了成本，且使得對負載的過流保護 更加方便有效。圖6為本發(fā)明過電流保護裝置實施例三的電路結構示意圖。同時參照上述實施例 中的描述，如圖6所示，在本實施例中，過電流保護裝置主要包括如下幾部分由電源VDD、 半導體開關Q1、取樣電阻R7、檢測電感Ll以及負載構成的負載回路，取樣電阻R7兩端設置 的過流保護控制電路，檢測電感Ll兩端設置的異常死鎖保護電路，負載兩端并聯(lián)的過載旁 路電路，半導體開關Ql輸入端連接的阻尼電阻，以及半導體開關Ql輸出端連接的高壓抑制 二極管Dl。具體地，在過流保護控制電路中，還設置了連接在取樣電阻R7兩端的噪聲抑制電 路，用于對取樣電阻R7兩端的電壓作降噪處理，并輸出給第一差分放大器U2。如圖6所示， 在本實施例中，噪聲抑制電路主要可以由電容C2 C5以及鐵磁氧體L2組成。其中，電容 C2、C3組成共模噪聲抑制器，電容C4、C5和鐵磁氧體L2組成差模噪聲抑制器。具體地，噪 聲抑制電路的原理在于由于半導體開關Ql的導通電阻結合電容C2能夠組成低通濾波器， 而Ql的導通電阻加上取樣電阻R7和電容C3能夠組成另外一個低通濾波器，兩個濾波器共 同作用可以起到濾除共模噪聲的作用；此外，電容C4、C5和鐵磁氧體L2加上Ql的導通電阻 能夠組成一巴特沃斯統(tǒng)一耗散濾波器，從而進一步地能夠濾出差模噪聲。而第一差分放大器U2在對降噪后的電壓進行差分放大處理后，將放大后的電壓信號輸出至保護決策電路中，以使保護決策電路根據(jù)該電壓信號不同大小值，即在第一差 分放大器U2輸出的不同大小的電壓信號的驅動下，輸出不同的控制信號至或門U5A的一個 輸入端，以使U5A輸出相應的控制信號控制半導體開關Ql的導通與關斷。具體地，保護決策 電路由第一反相器U1A、第二反相器U2A以及第一電阻Rl和第二電阻R2組成。而本實施例 中過流保護控制電路的具體工作過程，可以參照上述實施例中的相應描述，在此不再贅述。進一步地，在本實施例中，異常死鎖保護電路主要由第二差分放大器Ul以及鎖存 電路組成，而鎖存電路則由第一或非門U3A和第二或非門U4A以及電阻R3、R4組成。具體 地，第二差分器Ul連接在檢測電感Ll的兩端，用于對Ll兩端產生的感應電動勢進行差分 放大處理后，將放大后的電壓信號輸出給鎖存電路，而鎖存電路在通過對該放大后的電壓 信號進行檢測，且在檢測到該電壓信號高于預設的閾值電壓后，將當前狀態(tài)鎖存，并輸出控 制信號至或門U5A的另一個輸入端，以使U5A輸出相應的控制信號控制半導體開關Ql關 斷。同樣地，本實施例中異常死鎖保護電路的具體工作過程，可以參照上述實施例中的相應 描述，在此不再贅述。更進一步地，如圖6所示，在本實施例中，負載兩端還并聯(lián)設置了過載旁路電路， 半導體開關Ql的輸入端與控制端之間還設置了阻尼電路，以及半導體開關Ql的輸出端與 地之間還設置了高壓抑制二極管D1。其中，過載旁路電路例如可以通過三極管Q2予以實現(xiàn)，且Q2的控制端連接或門 U5A的輸出端，而Q2的輸入端和輸出端分別連接負載兩端，從而在通過U5A輸出的信號，檢 測到過流保護控制電路或異常死鎖保護電路的任一輸出指示半導體開關Ql關斷的控制信 號時，處于導通狀態(tài)以使負載旁路。而阻尼電路則包括串聯(lián)在半導體開關Ql的輸入端和 控制端之間的電容Cl和第三電阻R5，以及連接在半導體開關Ql的控制端與地之間的第四 電阻R6。具體地，本實施例中，過載旁路電路、阻尼電路以及高壓抑制二極管的具體工作過 程以及具體功能，均可以參照上述實施例中的相應描述，在此不再贅述。本實施例的過電流保護裝置，通過在電源與負載的回路間設置半導體開關、取樣 電阻和檢測電感，同時設置通過檢測取樣電阻兩端的電壓，對回路電流是否過大進行檢測， 以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關的過流保護控制電路，以及設置通過檢測檢測電感兩 端的電壓，對回路電流是否出現(xiàn)瞬間突變進行檢測，以根據(jù)檢測結果控制關斷半導體開關 的異常死鎖保護電路，使得負載電流在無論出現(xiàn)電流過大或電流瞬間突變中的任一異常現(xiàn) 象時，電源與負載之間的半導體開關均將被關斷，而使得負載處于斷電無法工作的狀態(tài)，從 而加強了對負載保護的可靠性，不僅能夠在負載電流過大時對電子通信設備進行保護，還 能夠在負載產生電流瞬間突變時，對電子通信設備進行保護。進一步地，在本實施例中，過流保護控制電路和異常死鎖保護電路中的閾值電壓 都通過利用組成器件自身的屬性特征予以實現(xiàn)，不僅能夠實現(xiàn)更高精度控制，而且還可以 設置比較理想的保護閾值；同時本實施例還通過在過流保護控制電路中設置噪聲抑制電 路，以及在過電流保護裝置中設置阻尼電路、過載旁路電路及高壓抑制二極管，避免了復雜 的基準參考電源、升壓電路以及脈沖發(fā)生器的應用，節(jié)省了成本，且使得對負載的過流保護 更加方便有效。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例 技術方案的精 神和范圍。
權利要求
一種過電流保護裝置，包括電源和負載，其特征在于，還包括設置在所述電源和負載之間的半導體開關、取樣電阻和檢測電感，設置在所述取樣電阻兩端的過流保護控制電路，以及設置在所述檢測電感兩端的異常死鎖保護電路，其中，所述過流保護控制電路實時地對所述取樣電阻兩端的電壓進行檢測，并在檢測到所述取樣電阻兩端的電壓高于預設的第一閾值電壓時，關斷所述半導體開關；所述異常死鎖保護電路實時地對所述檢測電感兩端的感應電動勢進行檢測，并在檢測到所述檢測電感兩端的感應電動勢高于預設的第二閾值電壓時，鎖存當前狀態(tài)并關斷所述半導體開關。
2.根據(jù)權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述過流保護控制電路具體 包括第一差分放大器，連接在所述取樣電阻兩端，對所述取樣電阻兩端的電壓進行放大處理；保護決策電路，連接在所述第一差分放大器的輸出端與所述半導體開關的控制端之 間，用于在所述第一差分放大器輸出的不同電壓信號的驅動下，輸出不同的控制信號至所 述半導體開關，以導通或關斷所述半導體開關； 其中，所述保護決策電路具體包括依次串聯(lián)的第一電阻和第二電阻，及并聯(lián)在所述第二電阻兩端的第一反相器和第二反 相器，所述第二反相器的輸出端連接所述半導體開關的控制端。
3.根據(jù)權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述異常死鎖保護電路具體 包括第二差分放大器，連接在所述檢測電感兩端，對所述檢測電感兩端的感應電動勢進行 放大處理；鎖存電路，連接在所述第二差分放大器的輸出端與所述半導體開關的控制端之間，用 于在檢測到所述第二差分放大器輸出的電壓信號高于所述第二閾值電壓時，鎖存當前狀態(tài) 并關斷所述半導體開關；其中，所述鎖存電路具體包括依次串聯(lián)的第一或非門和第二或非門，所述第一或非門的兩個輸入端分別連接所述 第二差分放大器的輸出端和所述第二或非門的輸出端，所述第二或非門的兩個輸入端分別 連接所述第一或非門的輸出端和地，所述第二或非門的輸出端連接所述半導體開關的控制端。
4.根據(jù)權利要求2所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述過流保護控制電路還包括設置在所述取樣電阻兩端的噪聲抑制電路，在所述第一差分放大器對所述取樣電阻兩 端的電壓進行放大處理之前，對所述取樣電阻兩端的電壓進行降噪處理。
5.根據(jù)權利要求1 4任一所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述半導體開關為P 溝道金屬氧化物半導體場效應管。
6.根據(jù)權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述半導體開關的輸入端和 控制端之間還連接有阻尼電路，在所述電源上電后對所述半導體開關的導通起阻尼作用；所述阻尼電路包括串聯(lián)在所述半導體開關的輸入端和控制端之間的第一電容和第三電阻，以及連接在所述半導體開關的控制端與地之間的第四電阻。
7.根據(jù)權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述過流保護控制電路、異常 死鎖保護電路和半導體開關之間還連接一或門，所述或門的兩個輸入端分別連接所述過流 保護控制電路和異常死鎖保護電路的輸出端，所述或門的輸出端連接所述半導體開關的控 制端。
8.根據(jù)權利要求7所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述負載兩端還并聯(lián)過載旁 路電路，所述過載旁路電路的控制端連接所述或門的輸出端，用于在檢測到所述過流保護 控制電路和異常死鎖保護電路任一輸出指示所述半導體開關關斷的控制信號時，處于導通 狀態(tài)以旁路所述負載。
9.根據(jù)權利要求8所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述過載旁路電路通過三極 管或者金屬氧化物半導體場效應管實現(xiàn)。
10.根據(jù)權利要求1所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述半導體開關的輸出端 與地之間還連接高壓抑制二極管，所述高壓抑制二極管的陽極連接所述半導體開關的輸出 端，陰極連接地。
全文摘要
本發(fā)明提供一種過電流保護裝置，包括電源和負載，還包括設置在電源和負載之間的半導體開關、取樣電阻和檢測電感，設置在取樣電阻兩端的過流保護控制電路，設置在檢測電感兩端的異常死鎖保護電路，其中，過流保護控制電路實時地對取樣電阻兩端的電壓進行檢測，并在檢測到取樣電阻兩端的電壓高于預設的第一閾值電壓時，關斷半導體開關；異常死鎖保護電路實時地對檢測電感兩端的感應電動勢進行檢測，并在檢測到檢測電感兩端的感應電動勢高于預設的第二閾值電壓時，鎖存當前狀態(tài)并關斷半導體開關。本發(fā)明在負載電流無論出現(xiàn)電流過大或電流瞬間突變的任一異?，F(xiàn)象時，均能關斷電源與負載之間的半導體開關，加強了對負載保護的可靠性。
文檔編號H02H3/08GK101820162SQ20101017740
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權日2010年5月18日
發(fā)明者黃金燦 申請人:北京星網銳捷網絡技術有限公司