短路保护电路.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102790374 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 0 3 7 4 A *CN102790374A* (21)申请号 201110425789.1 (22)申请日 2011.12.19 H02H 3/08(2006.01) H02H 3/06(2006.01) (71)申请人洛阳理工学院 地址 471023 河南省洛阳市洛龙区王城大道 90号 (72)发明人张波 董红政 姚雷博 郭超 张伟民 葛运旺 王煜 (74)专利代理机构郑州中原专利事务所有限公 司 41109 代理人霍彦伟 (54) 发明名称 短路保护电路 (57) 摘

2、要 本发明公开一种短路保护电路，包括短路保 护执行电路、短路故障检测电路和短路状态检测 电路，所述短路保护执行电路包括相互串联的电 池组、开关K1、负载Load、充电控制MOS管Q1、放 电控制MOS管Q2和回路电流取样电阻RS，充电控 制MOS管Q1、放电控制MOS管Q2与驱动电路相连， 驱动电路与三极管Q3相连，三极管Q3与电阻R9、 三极管Q3的发射极与系统地相连。本发明能够区 分短路保护和系统自主停止放电两种状态，能随 时恢复放电回路。是一种高可靠性、高安全性、迅 速、智能的短路保护电路。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权

3、局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种短路保护电路，包括短路保护执行电路、短路故障检测电路和短路状态检测电 路，其特征在于：所述短路保护执行电路包括相互串联的电池组、开关K1、负载Load、充电 控制MOS管Q1、放电控制MOS管Q2和回路电流取样电阻RS，充电控制MOS管Q1、放电控制 MOS管Q2与驱动电路相连，驱动电路与三极管Q3相连，三极管Q3与电阻R9、三极管Q3的 发射极与系统地相连。 2.据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述短路故障检测电路由放大电 路（7）、滞回比较器电路（6）、R-S触发器电路（5）组成。

4、 3.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述短路状态检测电路包括分 压电路（3）和比较器电路（4）。 权 利 要 求 书CN 102790374 A 1/3页 3 短路保护电路 技术领域 0001 本发明涉及一种短路保护电路，具体涉及一种实时性好、启动迅速、故障消除后可 自恢复的短路保护电路。 背景技术 0002 短路保护是各类电路中最关键的保护之一，当电路系统出现短路故障时，短路保 护电路能否快速及时地启动保护，短路故障排除后，系统能否自动解除保护状态，是评价系 统可靠性、安全性和智能性的关键因素。 0003 现有的短路保护电路如图1所示。图中N型MOS管Q1、Q2分别实现对充电

5、和放电 的控制，R1、R2、C1和MOS管Q3构成短路保护电路。B+为电池组的正极，B-为电池组负极， P+为负载端正极，P-为负载端负极，R3为放电控制MOS管Q2栅极的上拉电阻，确保短路保 护MOS管Q3不工作时，Q2栅极能保持正常高低电平，实现对放电过程的控制操作。系统工 作时，手动开关K1应闭合，当回路处于正常放电状态且没有发生短路时，P-和B-的压差很 小，电阻Rl和R2的阻值很大，流过Rl和R2的电流几乎为0，短路保护MOS管Q3截止，放电 控制N型MOS管Q2的栅极有上拉电阻R3，系统控制器和驱动电路可输出高电平给Q2的栅 极，保持放电状态；当发生短路现象时，P+和P-之间电压急

6、剧下降，从而使P-和B-间有了 较大压差，该压差经电阻Rl和R2分压后提供给Q3的栅极，导致其栅极电压比源极高而导 通，并使放电控制MOS管Q2的栅极电压变低而关断，实现了放电短路保护功能；当短路故障 解除后，由于短路保护启动时Q2的栅极由于Q3的导通而处于低电平状态，故系统不能直接 恢复放电状态，必须切断手动开关K1，使得P-处电压降至足够让Q3截止后再闭合K1，系统 才能继续放电。 0004 由于该短路保护电路本质上是依据P-点对B-（即系统地）的电势来实现保护功能 的，因此导致系统正常切断放电回路后，负载Load上没有压降，P-电压极高，电路无法区分 正常停止放电状态和和短路保护状态，短

7、路保护MOS管Q3仍然会导通，将放电控制MOS管 Q2的栅极“锁死”为低电平，致使系统同样必须完成一次手动切断、再闭合开关K1操作后才 能恢复充电状态，这种情况在现实应用中与实际需求不太符合。 发明内容 0005 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种短路保护电路，解决现有短 路保护电路不能区分短路保护和系统自主停止放电两种状态、并导致自主停止放电后不能 恢复到放电状态的问题。 0006 本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种短路保护电路，包括短路保护执行 电路、短路故障检测电路和短路状态检测电路，所述短路保护执行电路包括相互串联的电 池组、开关K1、负载Load、充电控制MOS管Q

8、1、放电控制MOS管Q2和回路电流取样电阻RS， 充电控制MOS管Q1、放电控制MOS管Q2与驱动电路相连，驱动电路与三极管Q3相连，三极 管Q3与电阻R9，三极管Q3的发射极与系统地相连。 说 明 书CN 102790374 A 2/3页 4 0007 所述短路故障检测电路由放大电路、滞回比较器电路、R-S触发器电路组成。 0008 所述短路状态检测电路包括分压电路和比较器电路。 0009 本发明能够区分短路保护和系统自主停止放电两种状态，能随时恢复放电回路。 是一种高可靠性、高安全性、迅速、智能的短路保护电路。 附图说明 0010 图1是现有技术的结构示意图。 0011 图2是本发明使用状

9、态示意图。 具体实施方式 0012 如图2所示，一种短路保护电路，包括短路保护执行电路、短路故障检测电路和短 路状态检测电路，所述短路保护执行电路包括相互串联的电池组、开关K1、负载Load、充电 控制MOS管Q1、放电控制MOS管Q2和回路电流取样电阻RS，充电控制MOS管Q1、放电控制 MOS管Q2与驱动电路相连，驱动电路与三极管Q3相连，三极管Q3与电阻R9，三极管Q3的 发射极与系统地相连。 0013 所述短路故障检测电路由放大电路7、滞回比较器电路6、R-S触发器电路5组成。 0014 所述短路状态检测电路包括分压电路3和比较器电路4。 0015 图2中，电池组Battery、手动开

10、关K1、负载Load、充电控制MOS管Q1、放电控制MOS 管Q2和回路电流取样电阻RS构成的主回路，以及R9和三极管Q3构成的短路保护执行电 路；短路故障检测电路由放大电路、滞回比较器电路、R-S触发器电路组成，短路状态检测 电路由分压电路、比较器电路组成。其中，运放A1和电阻R1、R2、R3、R4组成放大电路对取 样电阻RS两端的电压进行放大，其输出与参考电压Vref1作为由运放A2、电阻R5和R6构 成的滞回比较器的输入信号，滞回比较器的输出信号INT0一方面连接到控制器的外部中 断引脚作为中断源，另一方面作为由与非门NAND1和与非门NAND2构成的R-S触发器的置 位信号，R-S触发

11、器的清除信号Reset由控制器提供，R-S触发器的输出信号Guard连接到 NPN型三极管Q3的基极电阻R9上，Q3的发射极接地,集电极连接放电控制MOS管Q2的栅 极。从P-端引出的信号通过二极管D1、电阻R7、R8、电容C1构成分压电路，分压结果通过 比较器A3与参考电压Vref2进行比较，比较输出结果State作为状态信号输入给控制器。 0016 本电路中，当回路正常放电时，电流大小在正常范围内，取样电阻RS两端的电压 经放大后不足以使滞回比较器的输出翻转，INT0信号为高电平，触发器输出信号Guard为 低电平，三极管Q3截止，不影响放电控制MOS管Q2的状态；当负载短路时，回路电流激

12、增， 取样电阻RS两端电压迅速升高，经放大后足以使滞回比较器的输出翻转为低电平，从而产 生有效的负脉冲和下降沿有效的中断信号INT0，负脉冲使R-S触发器输出高电平有效的硬 件短路保护信号Guard，该信号使三极管Q3导通，将Q2的栅极电压拉为低电平，切断放电回 路，实现硬件保护操作；短路故障出现的同时，由于P-电压的升高，使R7、R8支路中R8上 得到足够高的电压，运放A3输出高电平的状态信号State给控制器；另一方面，INT0的下 降沿引起控制器的外部中断，在中断服务程序中首先输出切断放电回路的控制信号给驱动 电路，由驱动电路输出低电平确保MOS管Q2截止，然后控制器输出一个负脉冲的Re

13、set信 号，使R-S触发器输出信号Guard复位为低电平，解除Q3信号对短路保护状态的“锁死”状 说 明 书CN 102790374 A 3/3页 5 态；中断程序接下来查询运放A3输出的状态信号State，当短路状态被解除后，将手动开关 K1先断开，使State信号产生一段时间的低电平，此低电平将被控制器的中断程序查询到， 从而输出使Q2导通的控制信号，待手动开关再次闭合后，回路将恢复为放电状态。 0017 以上分析过程中，当系统正常切断放电回路时，State信号也将为高电平，但由于 没有检测到短路电流信号，R-S触发器不会动作，INT0中断也不会产生，程序中也无需检测 State信号，因此不存在所谓的“锁死”状态，系统可根据实际情况随时恢复放电回路。 说 明 书CN 102790374 A 1/2页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102790374 A 2/2页 7 图2 说 明 书 附 图CN 102790374 A