專利名稱：過流保護電路和數(shù)字輸出電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字輸出電路領域，尤其涉及一種過流保護電路和數(shù)字輸出電路。
背景技術：
在數(shù)字輸出電路中，為了防止過流損壞器件，一般采用在輸出電路中串聯(lián)熔斷保險絲或者自恢復保險絲的方法。當電流流過保險絲時，保險絲存在的電阻使保險絲發(fā)熱，隨著時間的增加其發(fā)熱量也增加。而電流與其電阻的大小確定了產(chǎn)生熱量的速度，保險絲的構(gòu)造與其安裝的狀況 確定了熱量耗散的速度，若產(chǎn)生熱量的速度小于熱量耗散的速度時，保險絲不會熔斷。若產(chǎn)生熱量的速度等于熱量耗散的速度，在相當長的時間內(nèi)它也不會熔斷。只有當產(chǎn)生熱量的速度大于熱量耗散的速度時，產(chǎn)生的熱量越來越多，當溫度升高到保險絲的熔點以上時保險絲才會發(fā)生熔斷，而且必須更換新的保險絲造成使用不方便。因此串聯(lián)熔斷保險絲方法在實際過流時，因其熔斷速度較慢，所以具有對負載設備的保護不夠快速的缺點。自恢復保險絲是由經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂及分布在里面的導電粒子組成。當線路發(fā)生短路或過載時，流經(jīng)自恢復保險絲的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護。當故障排除后，自恢復保險絲重新冷卻結(jié)晶，體積收縮，導電粒子重新形成導電通路，自恢復保險絲恢復為低阻狀態(tài)，從而完成對電路的保護，無須人工更換。自恢復保險絲的動作原理是一種能量的動態(tài)平衡，當流過自恢復保險絲系列元件的電流增加或環(huán)境溫度升高，但如果達到產(chǎn)生的熱和散發(fā)的熱的平衡時，自恢復保險絲系列仍不動作。只有當電流或環(huán)境溫度再提高時，產(chǎn)生的熱量大于散發(fā)出去的熱量，使得自恢復保險絲系列元件溫度驟增，使這些元件處于高阻保護狀態(tài)，阻抗的增加限制了電流，從而保護電路設備免受損壞，只要施加的電壓所產(chǎn)生的熱量足夠自恢復保險絲系列元件散發(fā)出的熱量，處于變化狀態(tài)下的自恢復保險絲系列元件便可以一直處于動作狀態(tài)(高阻)。只有當施加的電壓消失時，自恢復保險絲系列才可以自動恢復。串聯(lián)自恢復保險絲方法在實際過流時，難以確定過流時的電流大小，而且斷開負載設備的速度較慢，對負載設備的保護不夠快速。并且對瞬間的大過流無法保護。雖然不用更換保險絲，但是自恢復保險的恢復時間難以確定。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種過流保護電路和數(shù)字輸出電路，以解決現(xiàn)有電路中對負載設備保護不夠快速、使用不方便、難以確定過流時的電流大小以及自恢復保險的恢復時間難以確定的問題。為了實現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下—種過流保護電路，應用于數(shù)字輸出電路，包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單元，其中所述限流單元分別與所述數(shù)字輸出電路的電源、開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接地，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值；
或者，所述限流單元分別與地、所述開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接電源，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值；所述電壓調(diào)節(jié)單元分別與所述計時單元、限流單元和開關管相連，當所述電源電流大于第一閾值時，輸出第一控制信號控制所述開關管截止，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間；當所述開關管的截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間。優(yōu)選的，所述限流單元包括第一開關管、第一電阻和第二電阻；其中所述第一開關管為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點與電源相連；或者，所述第一開關管為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點接地；并且，所述第一開關管的基極和所述第二電阻的一端相連，所述第一開關管的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與所述開關管的源極相連。優(yōu)選的，所述計時單元包括電容、第一二極管、第二二極管、第三電阻、第四電阻；其中所述第一二極管的負極與所述第三電阻相連，所述第二二極管的正極與所述第四電阻相連，所述第一二極管的正極與所述第二二極管的負極相連并與所述電容的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容的另一端與電源相連，或者所述電容的另一端接地，所述第三電阻與所述第四電阻相連，連接點與限流單元相連。優(yōu)選的，所述電壓調(diào)節(jié)單元包括比較器、第五電阻、第六電阻、第七電阻；其中所述第五電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第五電阻的另一端與所述比較器的高供電電壓輸入端口相連，所述第六電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第六電阻的另一端與比較器的輸出相連，所述連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第七電阻的另一端與所述比較器的低供電電壓輸入端口相連，所述比較器的負相輸入端與計時單元相連。優(yōu)選的，所述計時單元中的第三電阻的阻值與第四電阻的阻值相差2 3個數(shù)量級。一種數(shù)字輸出電路，包括過流保護電路、電源和開關管，其中過流保護電路包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單元；其中所述限流單元分別與所述數(shù)字輸出電路的電源、開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接地，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值；或者，所述限流單元分別與地、所述開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接電源，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值；所述電壓調(diào)節(jié)單元分別與所述計時單元、限流單元和開關管相連，當所述電源電流大于第一閾值時，輸出第一控制信號控制所述開關管截止，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間；當所述開關管的截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間。優(yōu)選的，所述限流單元包括第一開關管、第一電阻和第二電阻；其中所述第一開關管為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點與電源相連；或者，所述第一開關管為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其 連接點接地；并且，所述第一開關管的基極和所述第二電阻的一端相連，所述第一開關管的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與所述開關管的源極相連。優(yōu)選的，所述計時單元包括電容、第一二極管、第二二極管、第三電阻、第四電阻；其中所述第一二極管的負極與所述第三電阻相連，所述第二二極管的正極與所述第四電阻相連，所述第一二極管的正極與所述第二二極管的負極相連并與所述電容的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容的另一端與電源相連，或者所述電容的另一端接地，所述第三電阻與所述第四電阻相連，連接點與限流單元相連。優(yōu)選的，所述電壓調(diào)節(jié)單元包括比較器、第五電阻、第六電阻、第七電阻；其中所述第五電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第五電阻的另一端與所述比較器的高供電電壓輸入端口相連，所述第六電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第六電阻的另一端與比較器的輸出相連，所述連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第七電阻的另一端與所述比較器的低供電電壓輸入端口相連，所述比較器的負相輸入端與計時單元相連。優(yōu)選的，所述計時單元中的第三電阻的阻值與第四電阻的阻值相差2 3個數(shù)量級。從上述的技術方案可以看出，本發(fā)明公開的過流保護電路中，當數(shù)字輸出電路過流時，過流保護電路會通過所述限流單元將電流限制在第二閾值內(nèi)，得以確定過流時的電流大?。徊⑶彝ㄟ^電壓調(diào)節(jié)單元中比較器輸出的第一控制信號控制所述開關管截止迅速地關閉輸出，以保證過流時關斷速度快，且不用更換保險絲；當所述開關管的截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間，如果輸出仍然是過流狀態(tài)，則再次關閉輸出，本發(fā)明通過如此周期性的反復嘗試，直到輸出不再過流，使得輸出恢復正常的時間得以時間確定。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(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簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(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)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明公開的數(shù)字輸出電路的電路框圖；圖2為本發(fā)明公開的過流保護電路的電路框圖；圖3為本發(fā)明實施例公開的限流單元的電路原理圖；圖4為本發(fā)明實施例公開的是計時單元的原理圖；圖5為本發(fā)明實施例公開的電壓調(diào)節(jié)單元的原理圖； 圖6為本發(fā)明實施例公開的過流保護電路的原理圖；圖7為本發(fā)明實施例公開的另一種限流單元的原理圖；圖8為本發(fā)明實施例公開的另一種過流保護電路的原理圖。
具體實施例方式下面將結(jié)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，所描述的實施例僅僅是本發(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。本發(fā)明提供了一種過流保護電路，以解決現(xiàn)有電路中對負載設備保護不夠快速、使用不方便、難以確定過流時的電流大小以及自恢復保險的恢復時間難以確定的問題。如圖2所示，本發(fā)明公開的過流保護電路包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單
J Li ο具體的，限流單元如圖3所示，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一開關管VTl ；其中，所述第一開關管VTl為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻Rl的一端相連，其連接點與數(shù)字輸出電路的電源VDD相連，所述第一開關管VTl的基極和所述第二電阻R2的一端相連，所述第一開關管VTl的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與開關管的柵極相連，所述第一電阻Rl的另一端與所述第二電阻R2的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與開關管的源極相連，所述開關管為PMOS晶體管?；蛘呷鐖D7所示，所述第一開關管VTl為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻Rl—端相連的其連接點接地，所述開關管為NMOS晶體管。計時單元如圖4所示，包括第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三電阻R3、第四電阻R4、電容Cl ;其中，所述第一二極管VDl的負極與所述第三電阻R3相連，所述第二二極管VD2的正極與所述第四電阻R4相連，所述第一二極管VDl的正極與所述第二二極管VD2的負極相連并與所述電容Cl的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容Cl的另一端與數(shù)字輸出電路的電源VDD相連，所述第三電阻R3與所述第四電阻R4相連，連接點與限流單元相連?；蛘弋斚蘖鲉卧拥貢r，所述電容Cl的另一端也接地。電壓調(diào)節(jié)單元如圖5所示，包括比較器U1、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7 ;其中，所述第五電阻R5的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第五電阻R5的另一端與所述比較器Ul的高供電電壓輸入端口 VP相連，所述第六電阻R6的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第六電阻R6的另一端與所述比較器Ul的輸出相連，連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻R7的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第七電阻R7的另一端與所述比較器Ul的低供電電壓輸入端口 VN相連，所述比較器Ul的負相輸入端與計時單元相連。整體的過流保護電路原理圖如圖6或者圖8所示，其中，所述限流單元第一電阻Rl與第二電阻R2的連接點連接到所述計時單元第三電阻R3與第四電阻R4的連接點，所述計時單元電容Cl與所述第一二極管VDl正極、第二二極管VD2負極的連接點連接到所述電壓調(diào)節(jié)單元比較器Ul的負相輸入端，所述電壓調(diào)節(jié)單元比較器Ul的輸出端連接到開關管的柵極。過流保護電路具體的工作過程如下當數(shù)字輸出電路的輸出電流處于正常情況下(非過流)，過流保護電路不起作用， 對電路的正常功能不產(chǎn)生影響。當輸出電路發(fā)生過流情況下，如果所述電源電流大于第一閾值II，則經(jīng)過所述第一電阻Rl的電流變大，其兩端壓降URl也增大，當所述限流單元與電源VDD相連時，所述電容Cl經(jīng)由所述第一二極管VDl和所述第三電阻R3放電，致使電壓調(diào)節(jié)單元比較器負相輸入端的電壓值UlN降低，直至負相輸入端的電壓值UlN小于正相輸入端的電壓值U1P，此時所述比較器Ul輸出第一控制信號高電平VP，輸入至所述PMOS開關管的柵極，控制所述開關管截止，然后計時單元電容Cl開始經(jīng)由所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2充電，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間Tl。當所述開關管截止后由圖5可以得到，所述第五電阻R5與所述第六電阻R6并聯(lián)于高供電電壓VP和正相輸入端,第七電阻R7連接于低供電電壓VN與正相輸入端,所以此時UlP=VN+ (VP-VN) *R7/ ((R5//R6) +R7)；當比較器翻轉(zhuǎn)時，UlN ^ UlP,忽略計時單元中的小電流，第一閾值 Il ^ (VDD-UlP)/Rl0或者當限流單元接地時，如果所述電源電流大于第一閾值II，第一電阻Rl兩端壓降URl增大，電流流經(jīng)所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2，所述電容Cl充電，致使電壓調(diào)節(jié)單元比較器負相輸入端的電壓值UlN升高，直至負相輸入端的電壓值UlN高于正相輸入端的電壓值U1P，此時所述比較器Ul輸出第一控制信號低電平VN，輸入至NMOS開關管的柵極，控制所述開關管截止，然后計時單元電容Cl開始經(jīng)由所述第一二極管VDl和第三電阻R3放電，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間Tl。當所述開關管截止后由圖5可以得到，此時所述第五電阻R5連接于高供電電壓VP和正相輸入端，所述第六電阻R6與所述第七電阻R7并聯(lián)于低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VP- (VP-VN) *R5/ ((R6//R7) +R5)；當所述比較器翻轉(zhuǎn)時，UlN ^ UlP,忽略計時單元中的小電流，第一閾值Il ^ (UlP-GND)/R1。當限流單元與計時單元接VDD時，經(jīng)歷了第一計時時間TI之后，所述計時單元電容Cl充電結(jié)束，此時比較器的負相輸入端電壓值UlN升高到即將超過正相輸入端ΠΡ電壓值，則所述比較器Ul輸出第二控制信號低電平VN，輸入至PMOS開關管的柵極，控制所述開關管導通，此時電流流經(jīng)所述第一二極管VDl和所述第三電阻R3，所述計時單元電容Cl開始放電，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間T2。此時由圖5可以得到，所述第五電阻R5連接高供電電壓VP和正相輸入端，所述第六電阻R6與所述第七電阻R7并聯(lián)于于低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VN+(VP-VN) *(R6//R7)/((R6//R7)+R5)。或者當限流單元與計時單元接地時，在經(jīng)歷了第一計時時間TI之后，所述計時單兀電容Cl放電結(jié)束,此時比較器的負相輸入端電壓值UlN減小到即將低于正相輸入端UIP電壓值，則所述比較器Ul輸出第二控制信號高電平VP，輸入至NMOS開關管的柵極，控制所述開關管導通，此時電流流經(jīng)所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2，所述計時單元電容Cl開始充電，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間T2。
此時所述第五電阻R5與所述第六電阻R6并聯(lián)于高供電電壓VP和正相輸入端，所述第七電阻R7于連接低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VN+(VP-VN) *R7/ ((R5//R6) +R7)。在第二計時時間T2之內(nèi)，如果電流仍然過流，則再次關閉輸出，再等待第一計時時間Tl后，再次打開輸出。如此周期性反復嘗試打開輸出，直到輸出電流不再過流。當電流一直變大時，如果所述電源電流大于第二閾值12，所述限流單元內(nèi)電阻Rl兩端的壓降URl也隨之變大，當URl逼近PNP型三極管的第一開關管VTl發(fā)射結(jié)正向壓降Veb時，所述第一開關管VTl處于打開狀態(tài)，從而將URl限制在Veb附近，也就是將輸出電流限制在設定的第二電流閾值12，此時12 Veb/Rl，或者當限流單元接地時，當URl逼近NPN型三極管的第一開關管VTl發(fā)射結(jié)反向壓降Vbe時，所述第一開關管VTl處于打開狀態(tài)，從而將URl限制在Vbe附近，也就是將輸出電流限制在設定的第二電流閾值12，此時12 Vbe/Rl，此時各個單元的工作原理同輸出電流僅大于第一閾值Il時一樣，此處不再贅述。本發(fā)明還提供了一種數(shù)字輸出電路，如圖I所示，包括輸入控制、驅(qū)動控制、開關管和過流保護電路，其中過流保護電路包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單元。具體的，限流單元如圖3所示，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一開關管VTl ；其中，所述第一開關管VTl為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻Rl的一端相連，其連接點與數(shù)字輸出電路的電源VDD相連，所述第一開關管VTl的基極和所述第二電阻R2的一端相連，所述第一開關管VTl的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與開關管的柵極相連，所述第一電阻Rl的另一端與所述第二電阻R2的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與開關管的源極相連，所述開關管為PMOS晶體管?；蛘呷鐖D7所示，所述第一開關管VTl為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻Rl —端相連的其連接點接地，所述開關管為NMOS晶體管。計時單元如圖4所示，包括第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三電阻R3、第四電阻R4、電容Cl ;其中，所述第一二極管VDl的負極與所述第三電阻R3相連，所述第二二極管VD2的正極與所述第四電阻R4相連，所述第一二極管VDl的正極與所述第二二極管VD2的負極相連并與所述電容Cl的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容Cl的另一端與數(shù)字輸出電路的電源VDD相連，所述第三電阻R3與所述第四電阻R4相連，連接點與限流單元相連?；蛘弋斚蘖鲉卧拥貢r，所述電容Cl的另一端也接地。電壓調(diào)節(jié)單元如圖5所示，包括比較器U1、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7 ;其中，所述第五電阻R5的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第五電阻R5的另一端與所述比較器Ul的高供電電壓輸入端口 VP相連，所述第六電阻R6的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第六電阻R6的另一端與所述比較器Ul的輸出相連，連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻R7的一端連接所述比較器Ul的正相輸入端，所述第七電阻R7的另一端與所述比較器Ul的低供電電壓輸入端口 VN相連，所述比較器Ul的負相輸入端與計時單元相連。整體的過流保護電路原理圖如圖6或者圖8所示，其中，所述限流單元第一電阻Rl與第二電阻R2的連接點連接到所述計時單元第三電阻R3與第四電阻R4的連接點，所述計時單元電容Cl與所述第一二極管VDl正極、第二二極管VD2負極的連接點連接到所述電壓調(diào)節(jié)單元比較器Ul的負相輸入端，所述電壓調(diào)節(jié)單元比較器Ul的輸出端連接到開關管的柵極。過流保護電路具體的工作過程如下當數(shù)字輸出電路的輸出電流處于正常情況下(非過流)，過流保護電路不起作用，對電路的正常功能不產(chǎn)生影響。當輸出電路發(fā)生過流情況下，如果所述電源電流大于第一 閾值II，則經(jīng)過所述第一電阻Rl的電流變大，其兩端壓降URl也增大，當所述限流單元與電源VDD相連時，所述電容Cl經(jīng)由所述第一二極管VDl和所述第三電阻R3放電，致使電壓調(diào)節(jié)單元比較器負相輸入端的電壓值UlN降低，直至負相輸入端的電壓值UlN小于正相輸入端的電壓值U1P，此時所述比較器Ul輸出第一控制信號高電平VP，輸入至所述PMOS開關管的柵極，控制所述開關管截止，然后計時單元電容Cl開始經(jīng)由所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2充電，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間Tl。當所述開關管截止后由圖5可以得到，所述第五電阻R5與所述第六電阻R6并聯(lián)于高供電電壓VP和正相輸入端,第七電阻R7連接于低供電電壓VN與正相輸入端,所以此時UlP=VN+ (VP-VN) *R7/ ((R5//R6) +R7)；當比較器翻轉(zhuǎn)時，UlN ^ UlP,忽略計時單元中的小電流，第一閾值 Il ^ (VDD-UlP)/Rl0或者當限流單元接地時，如果所述電源電流大于第一閾值II，第一電阻Rl兩端壓降URl增大，電流流經(jīng)所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2，所述電容Cl充電，致使電壓調(diào)節(jié)單元比較器負相輸入端的電壓值UlN升高，直至負相輸入端的電壓值UlN高于正相輸入端的電壓值U1P，此時所述比較器Ul輸出第一控制信號低電平VN，輸入至NMOS開關管的柵極，控制所述開關管截止，然后計時單元電容Cl開始經(jīng)由所述第一二極管VDl和第三電阻R3放電，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間Tl。當所述開關管截止后由圖5可以得到，此時所述第五電阻R5連接于高供電電壓VP和正相輸入端，所述第六電阻R6與所述第七電阻R7并聯(lián)于低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VP- (VP-VN) *R5/ ((R6//R7) +R5)；當所述比較器翻轉(zhuǎn)時，UlN ^ UlP,忽略計時單元中的小電流，第一閾值Il ^ (UlP-GND)/R1。當限流單元與計時單元接VDD時，經(jīng)歷了第一計時時間TI之后，所述計時單元電容Cl充電結(jié)束，此時比較器的負相輸入端電壓值UlN升高到即將超過正相輸入端ΠΡ電壓值，則所述比較器Ul輸出第二控制信號低電平VN，輸入至PMOS開關管的柵極，控制所述開關管導通，此時電流流經(jīng)所述第一二極管VDl和所述第三電阻R3，所述計時單元電容Cl開始放電，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間T2。此時由圖5可以得到，所述第五電阻R5連接高供電電壓VP和正相輸入端，所述第六電阻R6與所述第七電阻R7并聯(lián)于于低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VN+(VP-VN) *(R6//R7)/((R6//R7)+R5)。或者當限流單元與計時單元接地時，在經(jīng)歷了第一計時時間TI之后，所述計時單兀電容Cl放電結(jié)束,此時比較器的負相輸入端電壓值UlN減小到即將低于正相輸入端UIP電壓值，則所述比較器Ul輸出第二控制信號高電平VP，輸入至NMOS開關管的柵極，控制所述開關管導通，此時電流流經(jīng)所述第四電阻R4和所述第二二極管VD2，所述計時單元電容Cl開始充電，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間T2。此時所述第五電阻R5與所述第六電阻R6并聯(lián)于高供電電壓VP和正相輸入端，所述第七電阻R7于連接低供電電壓VN與正相輸入端，所以此時UlP=VN+(VP-VN) *R7/ ((R5//R6) +R7)。在第二計時時間T2之內(nèi)，如果電流仍然過流，則再次關閉輸出，再等待第一計時時間Tl后，再次打開輸出。如此周期性反復嘗試打開輸出，直到輸出電流不再過流。當電流一直變大時，如果所述電源電流大于第二閾值12，所述限流單元內(nèi)電阻Rl 兩端的壓降URl也隨之變大，當URl逼近PNP型三極管的第一開關管VTl發(fā)射結(jié)正向壓降Veb時，所述第一開關管VTl處于打開狀態(tài)，從而將URl限制在Veb附近，也就是將輸出電流限制在設定的第二電流閾值12，此時12 Veb/Rl，或者當限流單元接地時，當URl逼近NPN型三極管的第一開關管VTl發(fā)射結(jié)反向壓降Vbe時，所述第一開關管VTl處于打開狀態(tài)，從而將URl限制在Vbe附近，也就是將輸出電流限制在設定的第二電流閾值12，此時12 Vbe/Rl，此時各個單元的工作原理同輸出電流僅大于第一閾值Il時一樣，此處不再贅述。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種過流保護電路，其特征在于，應用于數(shù)字輸出電路，包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單元，其中 所述限流單元分別與所述數(shù)字輸出電路的電源、開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接地，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值； 或者，所述限流單元分別與地、所述開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接電源，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值； 所述電壓調(diào)節(jié)單元分別與所述計時單元、限流單元和開關管相連，當所述電源電流大于第一閾值時，輸出第一控制信號控制所述開關管截止，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間；當所述開關管的截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述限流單元包括第一開關管、第一電阻和第二電阻；其中 所述第一開關管為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點與電源相連； 或者，所述第一開關管為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點接地； 并且，所述第一開關管的基極和所述第二電阻的一端相連，所述第一開關管的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與所述開關管的源極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述計時單元包括電容、第一二極管、第二二極管、第三電阻、第四電阻；其中 所述第一二極管的負極與所述第三電阻相連，所述第二二極管的正極與所述第四電阻相連，所述第一二極管的正極與所述第二二極管的負極相連并與所述電容的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容的另一端與電源相連，或者所述電容的另一端接地，所述第三電阻與所述第四電阻相連，連接點與限流單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)單元包括比較器、第五電阻、第六電阻、第七電阻；其中 所述第五電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第五電阻的另一端與所述比較器的高供電電壓輸入端口相連，所述第六電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第六電阻的另一端與比較器的輸出相連，所述連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第七電阻的另一端與所述比較器的低供電電壓輸入端口相連，所述比較器的負相輸入端與計時單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述計時單元中的第三電阻的阻值與第四電阻的阻值相差2 3個數(shù)量級。
6.一種數(shù)字輸出電路，其特征在于，包括過流保護電路、電源和開關管，其中過流保護電路包括限流單元、計時單元和電壓調(diào)節(jié)單元；其中所述限流單元分別與所述數(shù)字輸出電路的電源、開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接地，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值； 或者，所述限流單元分別與地、所述開關管和所述計時單元相連，所述開關管接負載后接電源，當所述電源電流大于第二閾值時，所述限流單元控制所述電源電流不大于所述第二閾值； 所述電壓調(diào)節(jié)單元分別與所述計時單元、限流單元和開關管相連，當所述電源電流大于第一閾值時，輸出第一控制信號控制所述開關管截止，且所述開關管的截止時間為所述計時單元的第一計時時間；當所述開關管的截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管的導通時間為所述計時單元的第二計時時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述限流單元包括第一開關管、第一電阻和第二電阻；其中 所述第一開關管為PNP型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點與電源相連； 或者，所述第一開關管為NPN型三極管，其發(fā)射極與所述第一電阻的一端相連，其連接點接地； 并且，所述第一開關管的基極和所述第二電阻的一端相連，所述第一開關管的集電極與電壓調(diào)節(jié)單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的另一端相連，其連接點與計時單元相連，并與所述開關管的源極相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述計時單元包括電容、第一二極管、第二二極管、第三電阻、第四電阻；其中 所述第一二極管的負極與所述第三電阻相連，所述第二二極管的正極與所述第四電阻相連，所述第一二極管的正極與所述第二二極管的負極相連并與所述電容的一端相連，連接點與電壓調(diào)節(jié)單元相連，所述電容的另一端與電源相連，或者所述電容的另一端接地，所述第三電阻與所述第四電阻相連，連接點與限流單元相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)單元包括比較器、第五電阻、第六電阻、第七電阻；其中 所述第五電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第五電阻的另一端與所述比較器的高供電電壓輸入端口相連，所述第六電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第六電阻的另一端與比較器的輸出相連，所述連接點與限流單元相連，并與所述開關管的柵極相連，所述第七電阻的一端連接所述比較器的正相輸入端，所述第七電阻的另一端與所述比較器的低供電電壓輸入端口相連，所述比較器的負相輸入端與計時單元相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述計時單元中的第三電阻的阻值與第四電阻的阻值相差2 3個數(shù)量級。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種過流保護電路和數(shù)字輸出電路，所述過流保護電路包括限流電路，計時電路，電壓調(diào)節(jié)電路和比較器。當數(shù)字輸出電路過流時，過流保護電路通過所述限流單元將電流限制在第二閾值內(nèi)，以確定過流時的電流大?。徊⑼ㄟ^電壓調(diào)節(jié)單元中比較器輸出第一控制信號控制所述開關管截止迅速地關閉輸出，保證過流時關斷速度快，且不用更換保險絲；當所述開關管截止時間大于所述計時單元的第一計時時間時，所述電壓調(diào)節(jié)單元輸出第二控制信號控制所述開關管導通，且所述開關管導通時間為所述計時單元的第二計時時間，如果輸出仍然過流，則再次關閉輸出，本發(fā)明通過如此周期性的反復嘗試，直到輸出不再過流，使得輸出恢復正常的時間得以時間確定。
文檔編號H03K19/01GK102810851SQ20121027970
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者葛金來, 王永庭, 王飛, 王舜琰 申請人:北京經(jīng)緯恒潤科技有限公司