本實用新型涉及緊急保護電路領(lǐng)域，尤其涉及一種過流保護電路。

背景技術(shù)：

當(dāng)前越來越多的電子系統(tǒng)中使用到電子開關(guān)，而隨著流經(jīng)電子開關(guān)的電流越來越大、電子開關(guān)的電阻越做越??；當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，會引起流經(jīng)電子開關(guān)的電流過大，易造成電子開關(guān)的損壞；傳統(tǒng)的過流保護電路是直接在電流通路中串入一個電阻，通過檢測電阻上的壓差來實現(xiàn)保護，但由于隨著應(yīng)用電流的增大，電子開關(guān)電阻越做越小，通過串入電阻檢測的方式已經(jīng)不能滿足要求，且傳統(tǒng)的過流保護方式需要用到的是極高精度的電阻，因此過流保護電路的成本很高，制約了過流保護電路的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種過流保護電路，解決在出現(xiàn)異常情況時，負載設(shè)備電路內(nèi)電流過大，而易造成負載設(shè)備損壞的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型實施例提供一種過流保護電路。該電路包括：采樣控制電路，用于采集負載設(shè)備兩端的電壓；轉(zhuǎn)換電路，用于將負載設(shè)備兩端的電壓轉(zhuǎn)換成第一電壓；比較判斷單元，用于比較所述第一電壓和參考電壓，當(dāng)所述第一電壓超過所述參考電壓時，產(chǎn)生過流保護信號；鎖存驅(qū)動單元，用于鎖存過流保護信號，并將所述過流保護信號的驅(qū)動能力增強，輸出控制負載設(shè)備的通斷。

所述采樣控制電路包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端；所述第一輸入端和第二輸入端用于接收負載設(shè)備兩端的電壓；

當(dāng)?shù)谝惠斎攵私邮盏碾妷捍笥诘诙斎攵私邮盏碾妷簳r，所述第一輸入端接收的電壓經(jīng)第二輸出端輸出給所述轉(zhuǎn)換電路，所述第二輸入端接收的電壓經(jīng)第一輸出端輸出給所述轉(zhuǎn)換電路；

當(dāng)?shù)诙斎攵私邮盏碾妷捍笥诘谝惠斎攵私邮盏碾妷簳r，所述第一輸入端接收的電壓經(jīng)第一輸出端輸出給所述轉(zhuǎn)換電路，所述第二輸入端接收的電壓經(jīng)第二輸出端輸出給所述轉(zhuǎn)換電路。

所述采樣控制電路包括第一采樣開關(guān)、第二采樣開關(guān)、第三采樣開關(guān)和第四采樣開關(guān)；

所述第一采樣開關(guān)的第二端連接所述第二采樣開關(guān)的第一端，所述第二采樣開關(guān)的第二端連接所述第三采樣開關(guān)的第一端，所述第三采樣開關(guān)的第二端連接所述第四采樣開關(guān)的第一端，所述第四采樣開關(guān)的第二端連接所述第一采樣開關(guān)的第一端；所述第一采樣開關(guān)的控制端和所述第三采樣開關(guān)的控制端用于接收外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC1，所述第二采樣開關(guān)的控制端和所述第四采樣開關(guān)的控制端用于接收外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC2；

當(dāng)?shù)谝惠斎攵私邮盏碾妷捍笥诘诙斎攵私邮盏碾妷簳r，所述控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC2有效，所述第二采樣開關(guān)和所述第四采樣開關(guān)導(dǎo)通；

當(dāng)?shù)诙斎攵私邮盏碾妷捍笥诘谝惠斎攵私邮盏碾妷簳r，所述控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC1有效，所述第一采樣開關(guān)和所述第三采樣開關(guān)導(dǎo)通。

根據(jù)負載設(shè)備兩端之間的電流流向，所述轉(zhuǎn)換電路的第一輸入端選通所述采樣控制電路的第一輸出端，所述轉(zhuǎn)換電路的第二輸入端選通所述采樣控制電路的第二輸出端，所述轉(zhuǎn)換電路的第一輸入端和第二輸入端的電壓差為負載設(shè)備兩端的電壓差，所述第一電壓通過公式：VSENSE＝δ×Vloadswitch，進行轉(zhuǎn)換，其中，VSENSE為第一電壓的值，δ為所述轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Vloadswitch為負載設(shè)備兩端的電壓差。

所述轉(zhuǎn)換電路包括運放AMP1、運放AMP2、調(diào)整管N1、調(diào)整管P1、鏡像管P2、電阻R1、電阻R2和電流源I1；

運放AMP1的負輸入端為轉(zhuǎn)換電路的第一輸入端，運放AMP2的負輸入端為轉(zhuǎn)換電路的第二輸入端，所述轉(zhuǎn)換電路的第一輸入端和第二輸入端用于接收采樣控制電路輸出的電壓，運放AMP1的正輸入端連接調(diào)整管N1的漏極、電阻R1的一端和恒流源I1的一端，恒流源I1的另一端接地，運放AMP1的輸出端連接調(diào)整管N1的柵極，調(diào)整管N1的源極接地，運放AMP2的正輸入端連接調(diào)整管P1的漏極和電阻R1的另一端，運放AMP2的輸出端連接調(diào)整管P1的柵極，調(diào)整管P1的源極連接電源VDD，調(diào)整管P1的柵極連接鏡像管P2的柵極，鏡像管P2的源極連接電源VDD，鏡像管P2的漏極連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端接地，鏡像管P2的漏極和電阻R2之間取節(jié)點作為轉(zhuǎn)換電路的輸出端，用于輸出第一電壓；所述轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)為：其中R1為所述電阻R1的阻值，R2為所述電阻R2的阻值。

所述比較判斷單元包括：電壓比較器COMP；所述電壓比較器COMP的正輸入端用于接收所述第一電壓，所述電壓比較器COMP的負輸入端用于接收所述參考電壓，當(dāng)所述第一電壓超過所述參考電壓時，所述電壓比較器翻轉(zhuǎn)，輸出過流保護信號，所述過流保護信號的過流保護閾值為：其中，VREF為所述參考電壓的值，δ為所述轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)，RMOS為負載設(shè)備通路的導(dǎo)通電阻。

所述鎖存驅(qū)動單元包括：RS鎖存器，增強驅(qū)動能力DRIVER；所述RS鎖存器通過置位端S用于接收所述過流保護信號，所述RS鎖存器將所述過流保護信號鎖存，并輸出給驅(qū)動能力增強模塊DRTVER，所述驅(qū)動能力增強模塊DRTVER將所述過流保護信號的驅(qū)動能力增強，輸出控制負載設(shè)備通斷。

所述RS鎖存器通過重新上電再次開啟負載設(shè)備，或者通過打嗝方式隔一段時間復(fù)位，再次開啟負載設(shè)備。

本實用新型還包括參考電壓電路，用于產(chǎn)生所述參考電壓，并輸出給所述比較判斷單元。

所述負載設(shè)備包括負載開關(guān)。

采用本實用新型提供的方案時，由于在實際應(yīng)用中，異常情況下負載設(shè)備的兩端均有可能成為高電平的一端，因此，相對于現(xiàn)有的單向采集、保護的過流保護技術(shù)，本實用新型在設(shè)計采樣控制電路時，考慮到無論負載設(shè)備的那一端為高電平，均要實現(xiàn)對負載設(shè)備兩端的電壓進行采集，因此，采樣控制電路采用第一采樣開關(guān)、第三采樣開關(guān)和第二采樣開關(guān)、第四采樣開關(guān)兩組開關(guān)，通過根據(jù)負載開關(guān)兩端的電流流向，選通第一采樣開關(guān)和第三采樣開關(guān)導(dǎo)通，或選通第二采樣開關(guān)和第四采樣開關(guān)導(dǎo)通，來實現(xiàn)對負載設(shè)備的雙向過流保護，例如既可以使用在單向的負載開關(guān)應(yīng)用中，也可以應(yīng)用在雙向的負載開關(guān)中，對負載開關(guān)進行過流保護；

采用本實用新型提供的方案時，由于一般的過流保護技術(shù)中，當(dāng)達到斷開負載設(shè)備的目的后，需要手工重新更換或開啟負載設(shè)備，為解決這一問題，本實用新型在設(shè)計鎖存驅(qū)動單元，考慮到當(dāng)實現(xiàn)使負載設(shè)備斷開后，僅需通過對過流保護電路的操作就能實現(xiàn)重啟負載設(shè)備的目的，所以，本實用新型的鎖存驅(qū)動單元直接將過流保護信號鎖存，永久鎖死負載設(shè)備通路，只有重新上電才能再次開啟負載設(shè)備，或者通過打嗝方式，即隔一段時間復(fù)位RS鎖存器，再次開啟負載設(shè)備，進而使本實用新型更靈活、便捷地滿足用戶需要將關(guān)閉后的負載設(shè)備再次開啟的需求；

由于諸如負載開關(guān)Loadswitch這樣的負載設(shè)備，柵寄生電容一般都較大，因此本方案采用按比例增加驅(qū)動級數(shù)的反相器來實現(xiàn)對過流保護信號驅(qū)動能力的增強，使得本方案在高電壓、大電流的應(yīng)用場合中更有效地控制負載設(shè)備的通斷，對負載設(shè)備進行實施保護；

此外，本實用新型提供的的過流保護電路，可不需要外部高精度的電阻情況下，就能現(xiàn)高精度的過流保護作用，相比現(xiàn)有技術(shù)中因采用高精度電阻而增加價昂貴成本，本方案在保持高精度的同時也降低了的成本。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的過流保護保護電路的原理圖；

圖2是本實用新型實施例提供的過流保護保護電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的參考電壓電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例提供的過流保護保護電路的工作流程圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，過流保護電路包括：采樣控制電路001、轉(zhuǎn)換電路002、比較判斷單元003和鎖存驅(qū)動單元004。

采樣控制電路001通過第一輸入端和第二輸入端采集負載設(shè)備兩端的電壓，并將采集的電壓輸出給轉(zhuǎn)換電路002；轉(zhuǎn)換電路002將接收到的電壓轉(zhuǎn)換成第一電壓后，發(fā)送給比較判斷單元003；比較判斷單元003將第一電壓和參考電壓進行比較，當(dāng)?shù)谝浑妷撼^所述參考電壓VREF時，比較判斷單元003向鎖存驅(qū)動單元004發(fā)送過流保護信號；鎖存驅(qū)動單元004將過流保護信號進行鎖存，并將過流保護信號的驅(qū)動能力增強，輸出控制負載設(shè)備的通斷。

如圖2所示，本實施例選擇負載開關(guān)作為本實用新型實施保護的負載設(shè)備，其中，采樣控制電路001包括第一采樣開關(guān)S1、第二采樣開關(guān)S2、第三采樣開關(guān)S3、第四采樣開關(guān)S4。

所述第一采樣開關(guān)S1、第二采樣開關(guān)S2、第三采樣開關(guān)S3和第四采樣開關(guān)S4均為CMOS傳輸門；第一采樣開關(guān)S1的第二端連接第二采樣開關(guān)S2的第一端，第二采樣開關(guān)S2的第二端連接第三采樣開關(guān)S3的第一端，第三采樣開關(guān)S3的第二端連接第四采樣開關(guān)S4的第一端，第四采樣開關(guān)S4的第二端連接第一采樣開關(guān)S1的第一端；第一采樣開關(guān)S1的控制端和第三采樣開關(guān)S3的控制端用于接收外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC1，第二采樣開關(guān)S2的控制端和第四采樣開關(guān)S4的控制端用于接收外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC2；

第一采樣開關(guān)S1和第四采樣開關(guān)S4之間取節(jié)點作為采樣控制電路001的第一輸入端SENSE1，用于接收負載開關(guān)Loadswitch第一端IO1的電壓；

第一采樣開關(guān)S1和第二采樣開關(guān)S2之間取節(jié)點作為采樣控制電路001的第一輸出端OUT1，用于連接轉(zhuǎn)換電路002的第一輸入端；

第二采樣開關(guān)S2和第三采樣開關(guān)S3之間取節(jié)點作為采樣控制電路001的第二輸入端SENSE2，用于接收負載開關(guān)Loadswitch第二端的電壓IO2；

第三采樣開關(guān)S3和第四采樣開關(guān)S4之間取節(jié)點作為采樣控制電路001的第二輸出端OUT2，用于連接轉(zhuǎn)換電路002的第二輸入端；

當(dāng)負載開關(guān)Loadswitch通路中的電流從第一端IO1流到第二端IO2時，負載開關(guān)Loadswitch第一端IO1的電壓高于第二端IO2的電壓，此時外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC2有效，使第二采樣開關(guān)S2、第四采樣開關(guān)S4導(dǎo)通，第一輸出端OUT1將第二輸入端SENSE2采集到的電壓輸出至轉(zhuǎn)換電路002的第一輸入端，第二輸出端OUT2將第一輸入端SENSE1采集到的電壓輸出至轉(zhuǎn)換電路002的第二輸入端；

當(dāng)負載開關(guān)Loadswitch通路中的電流從第二端IO2流到第一端IO1時，負載開關(guān)Loadswitch第二端IO2的電壓高于第一端IO1的電壓，此時外部應(yīng)用的控制開關(guān)導(dǎo)通信號VC1有效，第一采樣開關(guān)S1、第三采樣開關(guān)S3導(dǎo)通，第一輸出端OUT1將第一輸入端SENSE1采集到的電壓輸出至轉(zhuǎn)換電路002的第一輸入端，第二輸出端OUT2將第二輸入端SENSE2采集到的電壓輸出至轉(zhuǎn)換電路002的第二輸入端；

轉(zhuǎn)換電路002包括運放AMP1、運放AMP2、調(diào)整管N1、調(diào)整管P1、鏡像管P2、電阻R1、電阻R2和電流源I1。

運放AMP1的負輸入端為轉(zhuǎn)換電路002的第一輸入端，用于接收采樣控制電路001的第一輸出端OUT1的輸出電壓，運放AMP1的正輸入端連接調(diào)整管N1的漏極、電阻R1的一端和恒流源I1的一端，恒流源I1的另一端接公共參考地GND，運放AMP1的輸出端連接調(diào)整管N1的柵極，調(diào)整管N1的源極接公共參考地GND，運放AMP2的負輸入端為轉(zhuǎn)換電路002的第二輸入端，用于接收采樣控制電路001的第二輸出端的輸出電壓，運放AMP2的正輸入端連接調(diào)整管P1的漏極和電阻R1的另一端，運放AMP2的輸出端連接調(diào)整管P1的柵極，調(diào)整管P1的源極連接電源VDD，調(diào)整管P1的柵極連接鏡像管P2的柵極，調(diào)整管P1和鏡像管P2為鏡像關(guān)系，鏡像管P2的源極連接電源VDD，鏡像管P2的漏極連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端接公共參考地GND，鏡像管P2的漏極和電阻R2之間取節(jié)點作為轉(zhuǎn)換電路002的輸出端，用于輸出第一電壓VSENSE；

根據(jù)負載開關(guān)Loadswitch兩端之間電流流向不同，運放AMP1的負輸入端選通采樣控制電路001的第一輸出端OUT1，運放AMP2的負輸入端選通采樣控制電路001中的第二輸出端OUT2，運放AMP1的負輸入端和運放AMP2的負輸入端之間的電壓差等于負載開關(guān)Loadswitch第一端IO1和第二端IO2之間的電壓差Vloadswitch，由運放的虛短特性，運放AMP1正輸入端的電壓與負輸入端的電壓相等，運放AMP2正輸入端的電壓與負輸入端的電壓相等，因此電阻R1兩端的壓差則等于運放AMP1負輸入端和運放AMP2負輸入端之間的電壓差，實際也就為負載開關(guān)Loadswitch第一端IO1和第二端IO2之間的電壓之差，通過將電流源I1接公共參考地，避免在負載開關(guān)Loadswitch兩端電壓差較小，以及運放AMP1和運放AMP2存在失調(diào)時，保證電壓轉(zhuǎn)電流支路有明確的直流偏置，以保證轉(zhuǎn)換電路002的正常工作，此外，流過調(diào)整管P1的電流等于電阻R1的電流，通過調(diào)整管P1和鏡像管P2的鏡像關(guān)系，將前端電壓轉(zhuǎn)成電流進行采樣，進而通過電阻R2將電流轉(zhuǎn)換成第一電壓VSENSE，而電流的鏡像準(zhǔn)確程度，也決定著過流保護閾值的準(zhǔn)確性，因此，基于轉(zhuǎn)換電路002的電路結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)運放AMP1的負輸入端和運放AMP1的負輸入端之間的電壓差，也就是負載設(shè)備兩端的電壓差Vloadswitch來計算電阻R2兩端的電壓差VR2，計算公式為：

其中Vloadswitch為負載開關(guān)兩端的電壓差，R1電阻R1的值，R2為電阻R2的值，由于電阻R2另一端接公共參考地GND，因此電阻R2兩端的電壓差VR2等于第一電壓VSENSE，即：

另為系數(shù)δ，則：

VSENSE＝δ×Vloadswitch (3)

比較判斷單元003包括電壓比較器COMP。

電壓比較器COMP的正輸入端作為比較判斷單元003的第一輸入端，用于接收轉(zhuǎn)換電路002輸出的第一電壓VSENSE，電壓比較器COMP的負輸入端作為比較判斷單元003的第二輸入端，用于接收參考電壓VREF，電壓比較器COMP的輸出端OCP_COMP為比較判斷單元003的輸出端，用于輸出比較結(jié)果；

比較判斷單元003將第一輸入端接收的第一電壓VSENSE和第二輸入端接收的參考電壓VREF進行比較，當(dāng)?shù)谝浑妷篤SENSE超過參考電壓VREF時，電壓比較器COMP翻轉(zhuǎn)，輸出過流保護信號OCP至鎖存驅(qū)動單元004；

根據(jù)公式(2)，負載開關(guān)Loadswitch通路兩端允許的安全電壓差為：

過流保護信號OCP的保護的閾值即為：其中，δ為轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換系數(shù)，即RMOS為負載開關(guān)Loadswitch通路的導(dǎo)通電阻，RMOS是可測的，通過選擇相應(yīng)的參考電壓VREF和設(shè)置電阻R₁、電阻R2的值，根據(jù)公式就可計算所要的過流保護閾值；

鎖存驅(qū)動單元004包括鎖存器RS，增強驅(qū)動能力DRIVER。

RS鎖存器的置位端S與比較判斷單元003的輸出端連接，RS鎖存器的復(fù)位端R用于接收過流保護電路的使能信號EN，所述使能信號EN為應(yīng)用系統(tǒng)對過流保護電路的控制信號，RS鎖存器的輸出端Q連接驅(qū)動能力增強模塊DRTVER的輸入端，增強驅(qū)動能力DRIVER的輸出端與負載開關(guān)Loadswitch的控制輸入端連接，向負載開關(guān)Loadswitch輸出過流保護信號OCP，控制負載開關(guān)Loadswitch的通斷；

根據(jù)用戶需求，鎖存驅(qū)動單元004可將過流保護信號OCP直接鎖存，永久鎖死負載開關(guān)Loadswitch通路，只有重新上電才能再次開啟負載開關(guān)Loadswitch，或者通過打嗝方式，即隔一段時間復(fù)位RS鎖存器，再次開啟負載開關(guān)Loadswitch；

由于負載開關(guān)Loadswitch柵寄生電容一般較大，所以需要對過流保護信號OCP增強驅(qū)動能力，故在實施案例中增加增強驅(qū)動能力DRIVER，用于增強過流保護信號OCP的驅(qū)動能力，在本實施例中，增強驅(qū)動能力DRIVER為按1:4:16:64的四級驅(qū)動來實現(xiàn)的反相器，在不同的應(yīng)用中，可根據(jù)實際需要的驅(qū)動能力來設(shè)置相應(yīng)的比例和級數(shù)來；

如圖3所示，本實用新型提供的過流保護電路還包括參考電壓電路，參考電壓電路包括恒流源IDC、鏡像管P1、鏡像管P3，MOS電阻N1。

鏡像管P1源極連接電源VDD，鏡像管P1的柵極和漏極都與恒流源IDC的一端連接，恒流源IDC的另一端接公共參考地GND，鏡像管P3的源極連接電源VDD，鏡像管P3的柵極連接鏡像管P1的柵極，鏡像管P3的漏極連接MOS電阻N1的漏極，鏡像管P3與MOS電阻N1之間取節(jié)點作為參考電壓電路的輸出端，用于輸出參考電壓VREF給比較判斷單元003，MOS電阻N1的源極接公共參考地GND，MOS電阻N1的柵極連接電壓源VDD；MOS電阻N1和負載開關(guān)LoadSwitch通路中的管子的類型相同，恒流源IDC可在帶隙參考中產(chǎn)生得到。

由于VREF的產(chǎn)生與MOS管N1大小和流過其電流大小直接相關(guān)，為了保證VREF可控，將鏡像管P3與鏡像管P1設(shè)計為鏡像關(guān)系，以保證流過N1電流為設(shè)定值，得到的所需的VREF電壓值；

如圖4所示，本實施例的工作過程包括以下步驟：

S101：采用采樣控制電路001采集負載開關(guān)Loadswitch兩端的電壓；

S102：采用轉(zhuǎn)換電路002將負載開關(guān)Loadswitch兩端的電壓轉(zhuǎn)換成第一電壓VSENSE；

S103：采用比較判斷單元003將所述第一電壓VSENSE與參考電壓VREF進行比較，當(dāng)所述第一電壓VSENSE超過所述參考電壓VREF時，輸出過流保護信號OCP；

S104：采用鎖存驅(qū)動單元004將所述過流保護信號OCP進行驅(qū)動能力增強，輸出控制負載開關(guān)LoadSwitch的通斷。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。