负载短路保护装置的制作方法

本申请涉及电路保护技术，尤其涉及一种负载短路保护装置。

背景技术：

在日常生活中，电风扇、电冰箱、空调等这些家用电器都属于感性负载，这些感性负载与直流电源连接。相应的，为了保证感性负载的正常运行，会在感性负载与直流电源连接的一端的另一端串联半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductor，简称mos管)以及和mos管关联的电路，并在感性负载的两端并联反向的二极管作为续流回路，用以消除和降低感性负载在运行过程中产生的反电势。

但是，感性负载若出现短路故障，即感性负载从某一固定阻抗变为阻抗很小，接近于0阻抗的状态时，如果没有保护措施，在mos管上就会产生很大的短路电流，过大的短路电流会导致mos管或与mos管关联的电路中的器件损坏，严重时还会引起火灾等恶性事件。因此，在感性负载短路时进行短路保护一直是研究中的重点。

现有技术在进行负载短路保护时，需要在与感性负载串联的mos管端再串联电阻，该电阻可以称为过流抑制电阻，该过流抑制电阻用于抑制负载短路造成的mos管的过流以及与mos管关联的电路中器件的过流。但是，使用现有技术的设计在进行负载短路保护时，存在保护不及时，易造成器件损坏的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种负载短路保护装置，用以解决在进行负载短路保护时，现有技术存在保护不及时，易造成器件损坏的问题。

一方面，本申请提供一种负载短路保护装置，包括：

负载模块，所述负载模块的输入端用于和外部电源电连接；

驱动管模块，所述驱动管模块的第一输入端与所述负载模块的输出端连接，所述驱动管模块的第二输入端用于接收脉冲电压信号，所述脉冲电压信号用于提供导通电压，所述导通电压用于导通所述驱动管模块；

降压模块，所述降压模块的输入端与所述驱动管模块的输出端连接，所述降压模块的第一输出端接地，所述降压模块的第二输出端与所述驱动管模块的第二输入端连接；所述降压模块用于降低所述驱动管模块的第二输入端的电压，以使所述驱动管模块处于截止状态。

其中一项实施例中，所述装置还包括：

信号生成模块，所述信号生成模块的输入端与所述降压模块的第三输出端连接，所述信号生成模块的输出端用于生成负载短路信号并将所述负载短路信号输出至控制模块；

所述控制模块，与所述驱动管模块的第二输入端连接，与所述信号生成模块的输出端连接，所述控制模块用于接收所述负载短路信号，并根据所述负载短路信号切断所述脉冲电压信号。

其中一项实施例中，所述驱动管模块包括：

半导体场效应晶体管，所述半导体场效应晶体管的第一输入端为所述驱动管模块的第一输入端，所述半导体场效应晶体管的输出端为所述驱动管模块的输出端；

供流电源，与所述半导体场效应晶体管的第二输入端连接，所述供流电源用于为所述半导体场效应晶体管提供电流；

驱动电压单元，与所述半导体场效应晶体管的第二输入端连接，所述驱动电压单元的输入端为所述驱动管模块的第二输入端，所述驱动电压单元的输出端与所述半导体场效应晶体管的第二输入端连接；所述驱动电压单元用于接收所述脉冲电压信号并导通所述半导体场效应晶体管。

其中一项实施例中，所述降压模块包括：

电阻r1，一端与所述mos管的输出端连接，另一端接地；

三极管q1，所述电阻r1的一端与所述三极管q1的基极连接，所述电阻r1的另一端与所述三极管q1的发射极连接，所述三极管q1的基极与所述mos管的输出端连接，所述三极管q1的发射极接地；所述三极管q1的集电极与所述驱动电压单元的输入端连接。

其中一项实施例中，所述降压模块还包括：

灵敏度调节单元，包括电阻r2和电阻r3，所述电阻r2的一端与所述mos管的输出端连接，所述电阻r2的另一端与所述电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端接地；所述电阻r3的两端分别连接于所述三极管q1的基极和发射极。

其中一项实施例中，所述装置还包括：

截止二极管d1，所述截止二极管d1的正极与所述驱动电压单元的输入端连接，所述截止二极管d1的负极与所述三极管q1的集电极连接。

其中一项实施例中，所述信号生成模块包括：

比较器，所述比较器的正极输入端与所述三极管q1的集电极连接；

正极供压单元，与所述比较器的正极输入端连接，用于为所述比较器的正极输入端提供电压，所述正极供压单元的输出端与所述三极管q1的集电极连接；

负极供压单元，与所述比较器的负极输入端连接，用于为所述比较器的负极输入端提供固定电压值；

信号输出供压单元，与所述比较器的输出端和所述控制模块连接，所述信号输出供压单元用于结合所述比较器的输出端输出的信号，向所述控制模块输送所述负载短路信号。

其中一项实施例中，所述正极供压单元包括：

第一供电电源，与所述比较器的正极输入端连接。

其中一项实施例中，所述装置还包括：

截止二极管d2，所述截止二极管d2的正极与所述第一供电电源连接，所述截止二极管的负极与所述三极管q1的集电极连接。

其中一项实施例中，所述装置还包括：

滤波电容c，所述滤波电容c的一端与所述截止二极管d2的正极连接，所述滤波电容c的另一端接地。

其中一项实施例中，所述负极供压单元包括：

第二供电电源；

稳压二极管，所述稳压二极管的第一端与所述第二供电电源和所述比较器的负极输入端连接，所述稳压二极管的第二端与所述第二供电电源连接，所述稳压二极管的第三端接地；

电阻r6，一端与所述第二供电电源连接，另一端与所述稳压二极管的第一端和所述稳压二极管的第二端连接。

其中一项实施例中，所述信号输出供压单元包括：

第三供电电源；

电阻r7，一端与所述第三供电电源连接，另一端与所述比较器的输出端连接，且电阻r7的另一端与所述控制模块连接。

其中一项实施例中，所述装置还包括：

电阻r8，一端与所述比较器的正极输入端连接，另一端与所述比较器的输出端连接。

本申请提供的负载短路保护装置，通过所述降压模块降低所述驱动管模块的导通电压，从而使所述驱动管模块处于未导通状态，即截止状态，切断了驱动管模块实现了负载短路的保护。所述驱动管模块不会再有过大的电流经过，则所述负载模块中的负载短路不会再造成所述驱动管模块的器件损坏。本申请提供的负载短路保护装置可以在负载短路时立即降低所述驱动管模块的输入电压，导致所述驱动管模块即刻处于截止状态。因此，本申请提供的负载短路保护装置可以解决现有技术在进行负载短路保护时存在的保护不及时，易造成器件损坏的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本申请的一个实施例提供的负载短路保护装置的示意图。

图2为本申请的又一个实施例提供的负载短路保护装置的示意图。

图3为本申请的另一个实施例提供的负载短路保护装置的示意图。

图4为本申请的又一个实施例提供的负载短路保护装置的示意图。

附图标号说明：

负载模块100

感性负载101

续流回路102

驱动管模块200

半导体场效应晶体管201

供流电源202

驱动电压单元203

降压模块300

灵敏度调节单元310

信号生成模块400

比较器401

正极供压单元402

第一供电电源4021

负极供压单元403

第二供电电源4031

稳压二极管4032

信号输出供压单元404

第三供电电源4041

控制模块500

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

感性负载作为日常生活中常用的负载，经常出现短路故障。为了保证感性负载的正常运行，会在感性负载与直流电源连接的一端的另一端串联半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductor，简称mos管)以及和mos管关联的电路。当该感性负载出现短路故障时，会在该mos管上施加过流，进而导致该mos管的损坏甚至烧毁。现有技术中，一般是在该mos管与该感性负载连接的一端的另一端串联一个电阻，这里将该电阻称为过流抑制电阻。该过流抑制电阻的另一端接地，通过不断增大该过流抑制电阻的阻值可以消除该感性负载的短路故障引起的过流现象。但是，这个方法需要不断得增加过流抑制电阻的投入成本，且在过流抑制电阻因为过流被损坏的时候，便无法再进行负载短路保护，接着导致该mos管损坏。因此，现有技术在负载短路保护时存在保护不及时，易造成器件损坏的问题。

本申请实施例基于上述问题，通过设置降压模块来降低驱动管模块的导通电压，从而使得驱动管模块和负载截止或断开，进而使得驱动管模块在该负载短路的情况下不被损坏。

请参见图1，本申请提供一种负载短路保护装置10，包括负载模块100、驱动管模块200和降压模块300。

该负载模块100的输入端用于和外部电源电连接。该外部电源为直流电源，在一个可选的实施例中，该负载模块100包括感性负载101和与该感性负载101并联连接的续流回路102。在本实施例中，该负载模块100的型号和规格不受限制。

该驱动管模块200的第一输入端与该负载模块100的输出端连接，该驱动管模块200的第二输入端用于接收脉冲电压信号，该脉冲电压信号用于提供导通电压，该导通电压用于导通该驱动管模块200。该脉冲电压信号由该驱动管模块200的控制模块，或者也可以称为该驱动管模块200的控制器产生并输入至该驱动管模块200。在一个可选的实施例中，该控制模块可以为微处理器。在一个可选的实施例中，该驱动管模块200包括mos管。在该感性负载101正常运行时，该mos管处于导通状态，不会影响该感性负载101的运行。该mos管的导通电压需要根据该感性负载101的型号和规格、以及该mos管所在的电路的特征选择。该mos管的规格和型号选择的原则是保证该感性负载101正常运行时该mos管处于导通状态。

该降压模块300的输入端与该驱动管模块200的输出端连接，该降压模块300的第一输出端接地，该降压模块300的第二输出端与该驱动管模块200的第二输入端连接。该降压模块300用于降低该驱动管模块200的第二输入端的电压，以使该驱动管模块200处于截止状态。该驱动管模块200的第二输入端用于接收该脉冲电压信号，该脉冲电压信号用于提供导通电压，该导通电压用于导通该驱动管模块200。该降压模块300的第二输出端与该驱动管模块200的第二输入端连接，在该负载模块100中的该感性负载101短路时，该降压模块300用于降低该导通电压，降低的幅度是使该导通电压不足以导通该驱动管模块200，使该驱动管模块200中的处于截止状态，该驱动管模块200上不再有过流电压，也就不会造成该驱动管模块200中的mos管，以及其他与该mos管连接的电路中的器件被烧毁。

本实施例提供的该负载短路保护装置10包括该负载模块100、该驱动管模块200和该降压模块300。该负载模块100包括该感性负载101，在该感性负载101短路时，该降压模块200可以降低该驱动管模块200的导通电压，致使该驱动管模块200中的mos管不再导通，从而保障该mos管不会因为该感性负载101的短路而被损坏甚至烧毁。因此，本申请提供的负载短路保护装置10可以解决现有技术在进行负载短路保护时存在的保护不及时，易造成器件损坏的问题。

请参见图2，本申请提供的负载短路保护装置10还包括信号生成模块400和控制模块500。

该信号生成模块400的输入端与该降压模块300的第三输出端连接，该信号生成模块400的输出端用于生成负载短路信号并将该负载短路信号输出至控制模块。在一个可选的实施例中，该信号生成模块400包括比较器，该比较器的正极输入端与该降压模块300的第二输出端连接。在该感性负载101正常运行时，该比较器输出信号的正负符号不变，输出保持恒定。在该感性负载101发生短路故障时，该降压模块300的第二输出端的电压也会降低，从而使该比较器的正极输入端的电压降低，造成该比较器输出的信号的正负极翻转，即该比较器原来的正极输入端输出的信号变为从该比较器的负极输入端输出的信号，该比较器的原来的负极输入端输出的信号变为从该比较器的正极输入端输出的信号。在一个可选的实施例中，该信号生成模块400可以为数字信号处理芯片(digitalsignalprocess，简称dsp芯片)，该dsp芯片中设置有比较器。在一个可选的实施例中，该比较器、该dsp芯片的规格和型号均可以根据实际需要选择，本申请不做限定。在一个可选的实施例中，该信号生成模块400也可以是处理器，在该处理器上可以通过软件、程序等设置实现该信号生成模块400的功能。在一个可选的实施例中，该处理器可以为dsp芯片，也可以为其他芯片，只要能实现该信号生成模块400的功能即可。该处理器的具体型号、规格均可以根据实际需要选择，本申请不做限定。

该控制模块500与该驱动管模块200的第二输入端连接，与该信号生成模块400的输出端连接，该控制模块500用于接收该负载短路信号，并根据该负载短路信号切断该脉冲电压信号。该控制模块500可以为处理芯片、单片机等，在一个可选的实施例中，该控制模块500可以为微处理器，该微处理器的型号和规格可以根据实际需要选择，本申请不做限定。在该感性负载101发生短路故障的时候，该信号生成模块400生成负载短路信号并将该负载短路信号输出至该控制模块500，该控制模块500在接收到该负载短路信号后，停止向该驱动管模块200发送该脉冲电压信号，从而使该驱动管模块200中的mos管彻底处于截止状态，从而保障该mos管不会因为该感性负载101的短路而被损坏甚至烧毁。

本实施例提供的信号生成模块400可以在该负载模块100中的感性负载101短路状态下，及时生成负载短路信号，并将该负载短路信号发送至该控制模块500，该控制模块500在接收到该负载短路信号后可以停止向该驱动管模块200发送脉冲电压信号，从而使该驱动管模块200中的mos管彻底处于截止状态，保障该驱动管模块200不会因该感性负载101的短路而被损坏甚至烧毁。

请参见图3，在本申请的一个实施例中，该驱动管模块200包括半导体场效应晶体管201、供流电源202、驱动电压单元203。

该半导体场效应晶体管201可以简称为mos管，为了表述方便，下文均以该mos管201代替该半导体场效应晶体管201进行描述。该mos管201的第一输入端为该驱动管模块200的第一输入端，该mos管201的输出端为该驱动管模块200的输出端。即该mos管201的第一输入端与该负载模块100的输出端连接，该mos管201的输出端与该降压模块300的第二输出端连接。该mos管201的规格和型号可以根据实际需要选择，本申请不做限定。

供流电源202，与该mos管201的第二输入端连接，该供流电源202用于为该mos管提供电流。该供流电源202的供流能力可以根据实际需要选择，本申请不做限定。

驱动电压单元203，与该mos管的第二输入端连接，该驱动电压单元203的输入端为该驱动管模块200的第二输入端，该驱动电压单元203的输出端与该mos管201的第二输入端连接；该驱动电压单元203用于接收该脉冲电压信号并导通该mos管。该驱动电压单元203的输入端用于接收脉冲电压信号，该驱动电压单元203将该脉冲电压信号依附于该供流电源202提供的电流上，从该驱动电压单元203的输出端传输给该mos管201，以导通该mos管201。该驱动电压单元203的另一个输入端接地，在该驱动管模块200中的mos管处于截止状态时，需要通过该驱动电压单元203的另一个接地的输入端释放电流。

在本申请的一个实施例中，该降压模块300包括电阻r1和三极管q1。

该电阻r1的一端与该mos管201的输出端连接，另一端接地。该电阻r1的一端与该三极管q1的基极连接，该电阻r1的另一端与该三极管q1的发射极连接，该三极管q1的基极与该mos管201的输出端连接，该三极管q1的发射极接地；该三极管q1的集电极与该驱动电压单元203的输入端连接。即该电阻r1并联安装于该三极管q1的基极和发射极。在该感性负载101短路时，该电阻r1两端的电压导通该三极管q1，在该三极管q1导通后，该三极管q1的集电极、基极和发射极的电压都会降低。而该三极管q1的集电极与该驱动电压单元203的输入端连接，因此会降低输入至该mos管201的导通电压，从而使该mos管201处于截止状态，保护mos管不会因为该感性负载101短路而被损坏，甚至烧毁。

在本实施例中，电阻r1的阻值不需要足够大，而是能够在该感性负载101短路的时候，使加载在该电阻r1上的电压足够导通该三极管q1。在选择该三极管q1时需要考虑到该电阻r1，同样，在选择该电阻r1时需要考虑到该三极管q1。在一个可选的实施例中，该三极管q1的导通电压为0.5v，在该感应负载101运行正常时，该三极管q1的基极端电压小于0.5v，q2处于截止状态，不影响该感应负载101的正常运行。当该感性负载101短路时，该三极管q1的基极端电压大于0.75v，该三极管q1处于导通状态和小信号放大状态，对该mos管201的导通电压有拉低作用，使该mos管201处于截止状态。

在本申请的一个实施例中，该降压模块300还包括灵敏度调节单元310，该灵敏度调节单元310包括电阻r2和电阻r3，该电阻r2的一端与该mos管201的输出端连接，该电阻r2的另一端与该电阻r3的一端连接，该电阻r3的另一端接地。该电阻r3的两端分别连接于该三极管q1的基极和发射极。通过控制该电阻r2的阻值和该电阻r3的阻值的比例，可以控制该降压模块300的降压灵敏度。具体的，该电阻r2的阻值越小，该电阻r3的阻值越大，加载在该三极管q1的基极端的电压越大，该三极管q1导通后降低的该导通电压的幅度越大，此时该降压模块300的降压速度就越快，保护该mos管201不被损坏的灵敏度也越高。

在本申请的一个实施例中，该负载短路保护装置10还包括截止二极管d1，该截止二极管d1的正极与该驱动电压单元203的输入端连接，该截止二极管d1的负极与该三极管q1的集电极连接。由于该信号生成模块400中可能存在电源，设置该截止二极管d1的目的在于防止该信号生成模块400中的电源产生电压，影响该降压模块300对该驱动管模块200的导通电压的降压效果。该截止二极管d1的规格和型号可以根据实际需要选择，本申请不做限定。

在一个可选的实施例中，该驱动电压单元203包括三极管q2和三极管q3。

该三极管q2的集电极与该供流电源连接，该三极管q2的基极为该驱动电压单元的输入端，即该三极管q2的基极用于接收该脉冲电压信号。该三极管q2的发射极与该mos管的第二输入端连接。该三极管q3的发射极与该三极管q2的发射极连接，该三极管q3的集电极接地，该三极管q3的基极为该驱动电压单元的输入端。该三极管q2的发射极、该三极管q3的发射极均与该mos管的第二输入端连接。当该降压模块300对该mos管的第二输入端的电压进行降压后，该mos管的回流需要通过该三极管q3的集电极释放。在一个可选的实施例中，该三极管q2的发射极和该mos管的第二输入端之间串联一个电阻r4，该电阻r4用于稳定该mos管的输入端的电压。

请参见图4，在本申请的一个实施例中，该信号生成模块400包括比较器401，正极供压单元402，负极供压单元403和信号输出供压单元404。

该比较器401包括正极输入端和负极输入端，该比较器401的正极输入端与该三极管q1的集电极连接，该比较器401的负极输入端由该负极供压单元403提供稳定的电压，即该比较器401的负极输入端的电压是固定不变的。当该三极管q1的集电极端的电压降低时，输入该比较器401的正极输入端的电压也会降低，若该比较器401的正极输入端的电压小于该比较器401的负极输入端的电压，则该比较器401的输出端输出的信号会发生翻转，从而使该控制模块500获知该感应负载101发生了短路故障，进而由该控制模块500切断该脉冲电压信号的输入，彻底使该mos管处于截止状态，防止该mos管因为负载短路被损坏甚至烧毁。

该正极供压单元402与该比较器401的正极输入端连接，用于为该比较器401的正极输入端提供电压，该正极供压单元402的输出端与该三极管q1的集电极连接。在一个实施例中，该正极供压单元402包括第一供电电源4021，该第一供电电源4021与该比较器401的正极输入端连接。该第一供电电源4021还与该三极管q1的集电极连接。在一个可选的实施例中，该负载短路保护装置10还包括截止二极管d2，该截止二极管d2的正极与该第一供电电源4021连接，该截止二极管d2的负极与该三极管q1的集电极连接。当该三极管q1的集电极端的电压降低时，通过该截止二极管d2拉低该比较器401的正极输入端的输入电压。在一个可选的实施例中，该第一供电电源4021和该比较器401的正极输入端之间串联有电阻r5，该电阻r5用于钳位该截止二极管d2的正极的电压，防止该截止二极管d2的正极的电压高于该第一供电电源401提供的电压。该电阻r5的阻值可以根据实际需要选择。

该负极供压单元403与该比较器401的负极输入端连接，用于为该比较器401的负极输入端提供固定电压值。在一个可选的实施例中，该负极供压单元403包括第二供电电源4031，稳压二极管4032和电阻r6。该稳压二极管4032的第一端与该第二供电电源4031和该比较器401的负极输入端连接，该稳压二极管4032的第二端与该第二供电电源4031连接，该稳压二极管4032的第三端接地。该电阻r6一端与该第二供电电源4031连接，另一端与该稳压二极管4032的第一端和该稳压二极管4032的第二端连接。该第二供电电源4031用于为该电阻r6提供电流，使电阻r6两端的电压足以击穿该稳压二极管4032，该稳压二极管4032击穿后可以提供给该比较器401的负极输入端的电压。需要说明的是，该稳压二极管4032的提供给该比较器401的负极输入端的电压值需要大于该感性负载101短路后造成的该比较器401的正极输入端的压降值。

该信号输出供压单元404与该比较器401的输出端和该控制模块500连接，该信号输出供压单元404用于结合该比较器401的输出端输出的信号，向该控制模块500输送该负载短路信号。可以理解的是，从该比较器401输出的信号无法直接输入至该控制模块500中，而需要该信号输出供压单元404提供电流，跟该比较器401输出的信号相结合输入至该控制模块500中。在一个可选的实施例中，该信号输出供压单元404包括第三供电电源4031和电阻r7,。该第三供电电源4041用于提供电流，该电阻r7用于控制该比较器401最终输送给该控制模块500的该负载短路信号的电压。

需要说明的是，该第一供电电源4021、该第二供电电源4022和该第三供电电源4023均为逻辑电源。

在本申请的一个实施例中，该负载短路保护装置10还包括滤波电容c，该滤波电容c的一端与该截止二极管d2的正极连接，该滤波电容c的另一端接地。该滤波电容c用于滤除该三极管q1在关断时产生的脉冲，从而使该稳压二极管4032两端的电压稳定。

在本申请的一个实施例中，该负载短路保护装置10还包括电阻r8，该电阻r8一端与该比较器401的正极输入端连接，另一端与该比较器401的输出端连接。该电阻r8用于产生回差电压，以防止该比较器401输出的信号的抖动。

在本申请的一个实施例中，该负载模块100包括感性负载101和续流回路102。该续流回路102包括电阻r9和二极管d3。该感性负载101一端用于和该外部电源电连接，另一端与该mos管201的第一输入端连接。该电阻r0一端用于和该外部电源电连接，另一端与该二极管d3的负极连接，该二极管d3的正极与该mos管201的第一输入端连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。