專利名稱：一種過流保護電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子設備的過流保護技術領域，特別涉及一種過流保護電路
背景技術：
過流保護電路是電子電路設計中最常用的保護電路之一，主要是為了在負載短路或電流突然變大時可以自動關斷電流輸出，避免燒壞功率驅動管，造成高昂的維修成本，而且還影響正常生產。常用過流保護方法包括一、直接使用標準過流保護器件(如保險絲)，在過流后會將燒掉保險絲，那么維修時就只需要更換保險絲即可，而不用更換昂貴的功率驅動管；二、使用自恢復保險絲，這種方法對瞬間負載短路有很好的保護效果，但一旦負載短路時間偏長，保險絲的自恢復功能會再次啟動功率驅動管，最終還是會導致功率驅動管損壞；三、根據自恢復保險絲的原理設計的特殊過流保護電路，可以應用在特定的使用環境中，但他們都有一個共同的缺點就是保護動作慢，無法保持在保護狀態，也就無法徹底避免設備的損壞，而只是通過一定的手段在一定范圍內盡量減少設備損壞或降低設備損壞后的維修成本。
發明內容
鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種過流保護電路，設備在運行過程中無論是外部負載異常，還是短路發生，過流保護電路都能迅速關斷負載并保持處于關斷狀態，甚至無論短路多長時間都不會導致設備損壞，而且在不需要斷電的情況下只要外部異常情況排除后即可馬上恢復正常工作狀態。為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案
一種過流保護電路，其包括
用于控制過流保護電路的工作狀態的開關控制模塊；
用于根據控制信號的高低電平狀態，相應控制開關控制模塊開啟與關閉的軟件開關保護模塊；
用于在負載工作異常或者斷電時控制開關控制模塊關閉，在負載正常時控制開關控制模塊開啟的硬件開關保護模塊；
所述開關控制模塊的輸入端連接高電平，輸出端連接負載；所述軟件開關保護模塊和硬件開關保護模塊連接開關控制模塊的控制端；
所述軟件開關保護模塊包括用于在開關控制模塊關閉時，為硬件開關保護模塊、軟件開關保護模塊、開關控制模塊供電，使硬件開關保護模塊、軟件開關保護模塊、開關控制模塊的狀態保持的恒流源模塊。所述的過流保護電路中，所述開關控制模塊包括開關管，所述開關管的基極連接硬件開關保護模塊，集電極連接負載，發射極連接高電平。所述的過流保護電路中，還包括用于在負載斷電時放電的放電模塊，所述放電模塊連接高電平和開關控制模塊。所述的過流保護電路中，所述放電模塊包括放電二極管和放電電阻，所述放電二極管的正極連接開關管的集電極，負極連接開關管的發射極和放電電阻的一端，所述放電電阻的一端還連接高電平，另一端接地。所述的過流保護電路中，還包括用于為負載提供穩定的電壓的濾波模塊，所述濾波模塊串聯在開關控制模塊的輸出端和負載之間。所述的過流保護電路中，所述濾波模塊包括濾波電容，所述濾波電容的一端連接負載和開關控制模塊，另一端接地。所述的過流保護電路中，所述硬件開關保護模塊包括第一三極管、第二三極管、第四三極管、第五三極管、第七三極管、第一電容、第一二極管、第三二極管、第二電阻、第三電 阻、第四電阻、第七電阻、第十電阻、第十一電阻和第十二電阻；
所述第一三極管的基極連接第七三極管的發射極、還經由第二電阻連接第五三極管的集電極，第一三極管的集電極連接開關控制模塊的輸出端和第三電阻的一端、還經由第四電阻連接第四三極管的基極，所述第一三極管發射極連接開關控制模塊的控制端、還經由第十二電阻連接高電平、第七三極管的集電極、第一電容的一端和軟件開關保護模塊；所述第一電容的另一端連接第七三極管的基極；所述第七三極管的基極連接軟件開關保護模塊和第三電阻的另一端；
所述第二三極管的集電極連接第一二極管的正極、還經由第十一電阻接地，所述第一二極管的負極連接高電平；所述第二三極管的發射極經由第七電阻連接第四三極管的集電極，第二三極管的基極連接第五三極管的集電極；所述第四三極管的發射極連接第三二極管的正極，第三二極管的負極連接軟件開關保護模塊；所述第五三極管的基極連接高電平，發射極通過第十電阻接地。所述的過流保護電路中，所述軟件開關保護模塊包括第三三極管、第六三極管、第二二極管、第五電阻、第六電阻、第八電阻和第九電阻；
所述第三三極管的基極連接第二二極管的正極和第三二極管的負極、還經由第五電阻連接第三三極管的發射極、第一電容的一端和第七三極管的集電極，所述第三三極管的集電極連接第一電容的另一端、第三電阻的另一端和第七三極管的基極；
所述第八電阻的一端連接第五電阻的一端，另一端連接第二二極管的負極、還經由第九電阻連接第六三極管的集電極；第六三極管的基極連接高電平，發射極經由第六電阻連接控制信號輸出端。所述的過流保護電路中，所述第一三極管、第二三極管、第三三極管、第四三極管、開關管為PNP三極管，第五三極管、第六三極管和第七三極和為NPN三極管。所述的過流保護電路中，所述恒流源模塊包括第三三極管和第五電阻。相較于現有技術，本發明提供的過流保護電路，包括開關控制模塊、軟件開關保護模塊和硬件開關保護模塊，可由軟件開關保護模塊根據設備實際運行的需要，如控制上電順序或者設備暫停時的省電，來控制開關控制模塊關閉輸出，也可由硬件自動檢測通過功率驅動管的電流大小，自動控制開關控制模塊關閉輸出，這樣可以以最快的速度實現保護功能，兩種保護方式融合在一起，任何時候任何一種條件滿足時保護生效；而且，在負載長時間短路時，由恒流源模塊保持關閉輸出的狀態，因此無論短路多長時間都不會導致設備損壞，在不需要斷電的情況下只要外部異常情況排除后即可馬上恢復正常工作狀態，真正做到了使設備在運轉過程中免維護、免人工干預，既降低了人工的成本又極大地提高勞動
生產率。
圖I為本發明過流保護電路的電路原理圖。圖2為本發明過流保護電路正常工作時，過流保護電路各三極管的導通狀態圖。圖3為本發明過流保護電路中軟件開關保護模塊啟動時，過流保護電路各三極管的導通狀態圖。圖4為本發明過流保護電路中硬件開關保護模塊啟動時，過流保護電路各三極管的導通狀態圖。
具體實施例方式本發明提供一種過流保護電路，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。請參閱圖1，本發明提供的過流保護電路包括開關控制模塊101、軟件開關保護模塊102和硬件開關保護模塊103。所述開關控制模塊101的輸入端連接DV133. O高電平，輸出端連接負載；所述軟件開關保護模塊102和硬件開關保護模塊103連接開關控制模塊101的控制端。在所述軟件開關保護模塊102包括恒流源模塊。其中，開關控制模塊101用于控制過流保護電路的工作狀態，軟件開關保護模塊102用于根據控制信號的高低電平狀態，相應控制開關控制模塊101開啟與關閉，硬件開關保護模塊103用于在負載工作異常或者斷電時控制開關控制模塊101關閉，在負載正常時控制開關控制模塊101開啟。通過軟件開關保護模塊102和硬件開關保護模塊103兩種方式融合在一起，任何時候任何一種條件滿足時自動關閉開關控制模塊101的輸出，使保護生效。所述恒流源模塊用于在開關控制模塊101關閉時，為硬件開關保護模塊103、軟件開關保護模塊102、開關控制模塊101供電，使硬件開關保護模塊103、軟件開關保護模塊102、開關控制模塊101的狀態保持，在負載短路情況不存在時，恒流源模塊的電流隨即消失，將開關控制模塊101自動打開，實現了保護電路的可保持可自動恢復功能，兩者相生相克、相輔相成。本發明實施例中，所述開關控制模塊101包括開關管Q8，所述開關管Q8的基極(即開關控制模塊101的控制端)連接硬件開關保護模塊103，集電極(即開關控制模塊101的輸出端)連接負載，發射極(即開關控制模塊101的輸入端)連接DV133. O高電平。本發明提供的過流保護電路還包括用于為負載提供穩定的電壓的濾波模塊105，所述濾波模塊105串聯在開關控制模塊101的輸出端和負載之間。該濾波模塊105濾波電容⑶I，所述濾波電容⑶I的一端連接負載和開關控制模塊101，另一端接地。該濾波電容CUl主要為在設備上電時使電壓緩慢上升，防止浪涌電壓的產生，導致后級電路系統因瞬間高壓遭到破壞，并保證整個工作過程中的電壓穩定。由于濾波電容CUl的儲存電量的特征，設備斷電后將仍然會有殘余電量，并可能維持一段時間，殘余電量使后級電路處于一種不受控的狀態。為了防止負載斷電時，避免人工操作時設備帶電，本發明提供的過流保護電路還包括用于在負載斷電時放電的放電模塊104，所述放電模塊104連接高電平和開關控制模塊101，可在負載斷電的瞬間迅速將DV133. O和負載中殘留的電量放掉降低至0V，確保了操作人員的人生安全。所述放電模塊104包括放電二極管D4 和放電電阻R13，所述放電二極管D4的正極連接開關管Q8的集電極，負極連接開關管Q8的發射極和放電電阻R13的一端，所述放電電阻R13的一端還連接高電平，另一端接地。請繼續參閱圖1，在本發明提供的過流保護電路中，所述硬件開關保護模塊103包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第四三極管Q4、第五三極管Q5、第七三極管Q7、第一電容Cl、第一二極管D1、第三二極管D3、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第七電阻R7、第十電阻R10、第i^一電阻Rll和第十二電阻R12。所述第一三極管Ql的基極連接第七三極管Q7的發射極、還經由第二電阻R2連接第五三極管Q5的集電極，第一三極管Ql的集電極連接開關控制模塊101的輸出端和第三電阻R3的一端、還經由第四電阻R4連接第四三極管Q4的基極，所述第一三極管Ql發射極連接開關控制模塊101的控制端、還經由第十二電阻R12連接DV133. O高電平、第七三極管Q7的集電極、第一電容Cl的一端和軟件開關保護模塊102 ;所述第一電容Cl的另一端連接第七三極管Q7的基極；所述第七三極管Q7的基極連接軟件開關保護模塊102和第三電阻R3的另一端。所述第二三極管Q2的集電極連接第一二極管Dl的正極、還經由第十一電阻Rll接地，所述第一二極管Dl的負極連接AV15. O高電平；所述第二三極管Q2的發射極經由第七電阻R7連接第四三極管Q4的集電極，第二三極管Q2的基極連接第五三極管Q5的集電極；所述第四三極管Q4的發射極連接第三二極管D3的正極，第三二極管D3的負極連接軟件開關保護模塊102 ;所述第五三極管Q5的基極連接AV15. O高電平，發射極通過第十電阻RlO接地。在本發明提供的過流保護電路中，所述軟件開關保護模塊102包括第三三極管Q3、第六三極管Q6、第二二極管D2、第五電阻R5、第六電阻R6、第八電阻R8和第九電阻R9。該軟件開關保護模塊102與硬件開關保護模塊103中的第一電容Cl、第三電阻R3、第十二電阻R12、第一三極管Q1、第七三極管Q7和第三二極管D3共同作用，其工作方式將在后方進行詳細描述。所述恒流源模塊包括第三三極管Q3和第五電阻R5，該恒流源模塊在過流保護后，維持給第一三極管Q1、第三三極管Q3、第七三極管Q7和開關管Q8供電，保護這些三極管的導通狀態，直到短路情況撤銷。所述第三三極管Q3的基極連接第二二極管D2的正極和第三二極管D3的負極、還經由第五電阻R5連接第三三極管Q3的發射極、第一電容Cl的一端和第七三極管Q7的集電極，所述第三三極管Q3的集電極連接第一電容Cl的另一端、第三電阻R3的另一端和第七三極管Q7的基極。所述第八電阻R8的一端連接第五電阻R5的一端，另一端連接第二二極管D2的負極、還經由第九電阻R9連接第六三極管Q6的集電極；第六三極管Q6的基極連接AV15. O高電平，發射極經由第六電阻R6連接控制信號輸出端。其中，本發明對各三極管的類型也需相關規定，所述第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、開關管為PNP三極管，第五三極管Q5、第六三極管Q6和第七三極和為NPN三極管。請再次參閱圖1，在本發明提供的過流保護電路中，在開關管Q8的發射極和放電二極管D4的負極之間串聯有第一電阻R1，該第一電阻Rl為采樣電阻，用于檢測主通路中的電流的大小，在電流變大時，第一電阻Rl兩端的電壓隨之變大。以下結合圖I、圖2、圖3和圖4對本發明提供的過流保護電路的工作原理進行詳細說明
一、正常工作狀態
通過第一電阻Rl的電流比較小時，第十二電阻R12兩端的電壓也比較小，而由于DV133. O高電平的電壓是恒定的，所以第一三極管Ql發射極的電壓也就較大，促使第一三極管Ql導通，第一三極管Ql導通后，電流經過第十二電阻R12、第一三極管Q1、第二電阻R2、第五三極管Q5、第十電阻RlO到地形成電流回路，從而使開關管Q8基極產生電流，使開關管導通，此時開關管Q8處于正常打開狀態，使過流保護電路中各個三極管的導通狀態如圖2所示，使軟件開關保護模塊102和硬件開關保護模塊103均不動作。二、軟件開關保護模塊102的保護功能
軟件開關保護模塊102啟動時，過流保護電路中各個三極管的導通狀態如圖3所示。當控制信號輸出端輸出控制信號off時(該控制信號off由軟件程序控制輸出，當軟件工作異常不處理數據時，此時控制信號off為高電平，即開路狀態)，并且當off信號為高電平(即DV15. O)或開路時，第六三極管Q6基極沒有電流產生，故處于截止狀態，因此第九電阻R9上也沒有電流產生，其兩端電壓相等，同樣地，第八電阻R8、第二二極管D2、第五電阻R5兩端的電壓也相同，那么第三三極管Q3基極和發射極兩端的電壓相等，沒有電流產生，所以第三三極管Q3處于截止狀態，這樣一來第七三極管Q7基極電壓為0V，所以第七三極管Q7也截止，對應第一三極管Ql和開關管均處于導通，一旦off信號被拉低為0V，第六三極管Q6導通，有電流產生，電流經過第五電阻R5、第二二極管D2、第九電阻R9、第六三極管Q6、第六電阻R6、控制信號輸入端形成電流回路，促使第三三極管Q3也導通，此時第七三極管Q7的基極會有一個高電壓產生，使第七三極管Q7也導通，使得第一三極管Ql的基極電壓會變大，使第一三極管Ql截止，進而使開關管Q8也截止，從而關斷輸出。三、硬件開關保護模塊I03的保護功能
硬件開關保護模塊103啟動時，過流保護電路中各個三極管的導通狀態如圖4所示。當通過第一電阻Rl的電流變大時，第十二電阻R12兩端的電壓也變大，而由于此時DV133. O高電平的電壓是恒定的，所以第一三極管Ql發射極的電壓就變小，促使第一三極管Ql發射極和基極的電壓差不多，不能形成足夠的基極電流，故第一三極管Ql截止，此時第一三極管Ql沒有基極電壓，促使第七三極管Q7的基極電壓大于發射極電壓，于是第七三極管Q7導通，由于第一三極管Ql截止，第二三極管Q2會因為其基極電壓降低而導通，根據前面的 描述，開關管也會截止關斷輸出，達到過流保護關斷輸出的目的，傳統的過流保護電路一般能達到這樣的效果，但是一旦關斷輸出后，由于沒有電流存在，過流保護電路的保護功能又會撤消，再次自動打開輸出，如果負載短路情況沒有排除，便又會短路保護，使電路處于過流一保護一過流的狀態，周而復始時間一長，最終還是會把功率驅動管燒壞，然后，本發明的硬件開關保護模塊103解決了這個問題。
在第一三極管Ql截止后，沒有輸出導致第四三極管Q4的基極電壓消失，于是第四三極管Q4就會處于導通狀態，第四三極管Q4導通后就會在第五電阻R5、第三二極管D3、第四三極管Q4、第七電阻R7、第二三極管Q2和第十一電阻Rll上就會形成電流，而且因為第三三極管Q3導通后其發射極和基極電壓是恒定的O. 6V，所以這個電流還是恒定的，形成一個標準的恒流源電路，正因為這個恒流源電路的存在，使得即使在沒有大電流輸出的情況下開關管也不會輕易地打開，從而達到持續起保護作用的效果，當然由于第三三極管Q3和第四三極管Q4的導通，還是會有高壓通過第三三極管Q3和第四三極管Q4輸出，但是因為第三三管的輸出端分別串聯了第三電阻R3和第四電阻R4(第三電阻R3和第四電阻R4的阻值均為220ΚΩ )，只能產生約O. 6毫安的電流，所以對電路的狀態沒有影響，也正因為這個O. 6毫安電流的存在，使得恒流源一直存在，持續起保護作用。一旦外部短路情況真正撤消，那么這個O. 6毫安的電流也就不存在了，恒流源的電流也撤消，使第七三極管Q7截止、第一三極管Ql導通，此時開關管也導通，于是可以恢復到正常的工 作狀態，并且，由于本發明中的過流保護全部由純硬件完成，所以可以獲得最高的保護動作速度。綜上所述，本發明提供的過流保護電路與傳統的過流保護電路相比，傳統保護電路在保護發生后，仍需要人工的維護和維修，只能盡量減少維修的成本和極有限地減少維修的次數，但同樣依然會影響正常的生產，使生產效率無法達到最高，本發明提供了一種具備完備的過流保護功能的過流保護電路，使設備在運行過程中無論任何的外部負載異常或短路發生的情況下，都可以迅速關斷負載并保持處于關斷狀態，甚至無論短路多長時間都不會導致設備損壞，而且在不需要斷電的情況下只要外部異常情況排除后即可馬上恢復正常工作狀態，這樣就真正做到了使設備在運轉過程中免維護、免人工干預，既降低了人工的成本又極大地提高勞動生產率，而且此過流保護電路采用的電子元件均為常規的電子元件，其電路結構簡單成本低，適合推廣使用。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種過流保護電路，其特征在于，包括 用于控制過流保護電路的工作狀態的開關控制模塊； 用于根據控制信號的高低電平狀態，相應控制開關控制模塊開啟與關閉的軟件開關保護模塊； 用于在負載工作異常或者斷電時控制開關控制模塊關閉，在負載正常時控制開關控制模塊開啟的硬件開關保護模塊； 所述開關控制模塊的輸入端連接高電平，輸出端連接負載；所述軟件開關保護模塊和硬件開關保護模塊連接開關控制模塊的控制端； 所述軟件開關保護模塊包括用于在開關控制模塊關閉時，為硬件開關保護模塊、軟件開關保護模塊、開關控制模塊供電，使硬件開關保護模塊、軟件開關保護模塊、開關控制模塊的狀態保持為恒流源模塊。
2.根據權利要求I所述的過流保護電路，其特征在于，所述開關控制模塊包括開關管，所述開關管的基極連接硬件開關保護模塊，集電極連接負載，發射極連接高電平。
3.根據權利要求2所述的過流保護電路，其特征在于，還包括用于在負載斷電時放電的放電模塊，所述放電模塊連接高電平和開關控制模塊。
4.根據權利要求3所述的過流保護電路，其特征在于，所述放電模塊包括放電二極管和放電電阻，所述放電二極管的正極連接開關管的集電極，負極連接開關管的發射極和放電電阻的一端，所述放電電阻的一端還連接高電平，另一端接地。
5.根據權利要求I所述的過流保護電路，其特征在于，還包括用于為負載提供穩定的電壓的濾波模塊，所述濾波模塊串聯在開關控制模塊的輸出端和負載之間。
6.根據權利要求5所述的過流保護電路，其特征在于，所述濾波模塊包括濾波電容，所述濾波電容的一端連接負載和開關控制模塊，另一端接地。
7.根據權利要求I所述的過流保護電路，其特征在于，所述硬件開關保護模塊包括第一三極管、第二三極管、第四三極管、第五三極管、第七三極管、第一電容、第一二極管、第三二極管、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第七電阻、第十電阻、第十一電阻和第十二電阻； 所述第一三極管的基極連接第七三極管的發射極、還經由第二電阻連接第五三極管的集電極，第一三極管的集電極連接開關控制模塊的輸出端和第三電阻的一端、還經由第四電阻連接第四三極管的基極，所述第一三極管發射極連接開關控制模塊的控制端、還經由第十二電阻連接高電平、第七三極管的集電極、第一電容的一端和軟件開關保護模塊；所述第一電容的另一端連接第七三極管的基極；所述第七三極管的基極連接軟件開關保護模塊和第三電阻的另一端； 所述第二三極管的集電極連接第一二極管的正極、還經由第十一電阻接地，所述第一二極管的負極連接高電平；所述第二三極管的發射極經由第七電阻連接第四三極管的集電極，第二三極管的基極連接第五三極管的集電極；所述第四三極管的發射極連接第三二極管的正極，第三二極管的負極連接軟件開關保護模塊；所述第五三極管的基極連接高電平，發射極通過第十電阻接地。
8.根據權利要求7所述的過流保護電路，其特征在于，所述軟件開關保護模塊包括第三三極管、第六三極管、第二二極管、第五電阻、第六電阻、第八電阻和第九電阻；所述第三三極管的基極連接第二二極管的正極和第三二極管的負極、還經由第五電阻連接第三三極管的發射極、第一電容的一端和第七三極管的集電極，所述第三三極管的集電極連接第一電容的另一端、第三電阻的另一端和第七三極管的基極； 所述第八電阻的一端連接第五電阻的一端，另一端連接第二二極管的負極、還經由第九電阻連接第六三極管的集電極；第六三極管的基極連接高電平，發射極經由第六電阻連接控制信號輸出端。
9.根據權利要求8所述的過流保護電路，其特征在于，所述第一三極管、第二三極管、第三三極管、第四三極管、開關管為PNP三極管，第五三極管、第六三極管和第七三極和為NPN三極管。
10.根據權利要求8所述的過流保護電路，其特征在于，所述恒流源模塊包括第三三極管和第五電阻。
全文摘要
本發明公開了一種過流保護電路，包括開關控制模塊，高低電平狀態和軟、硬件開關保護模塊；開關控制模塊的輸入端連接高電平，輸出端連接負載；軟、硬件開關保護模塊連接開關控制模塊的控制端；軟件開關保護模塊包括恒流源模塊。本發明可由軟件開關保護模塊可根據設備實際運行的需要，來控制開關控制模塊關閉輸出，也可由硬件自動檢測通過功率驅動管的電流大小，自動控制開關控制模塊關閉輸出，兩種保護方式融合在一起，任何時候任何一種條件滿足時保護生效。在負載長時間短路時，由恒流源模塊保持關閉輸出的狀態，在外部異常情況排除后即可恢復正常狀態，使設備在運轉過程中免維護、免人工干預，既降低了人工的成本又極大地提高勞動生產率。
文檔編號H02H3/08GK102629751SQ201210125639
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者趙義發 申請人:深圳市漢拓數碼有限公司