保护电路及电子设备的制作方法

1.本技术属于电子电路技术领域，尤其涉及一种保护电路及电子设备。


背景技术：

2.过流/短路保护电路用于对电路进行过流保护或短路保护，其可以在电路发生过流或短路现象时迅速关断整个电路，避免电路被过流损坏。然而，在实际应用中，过流/短路保护电路可能会发生异常，导致其保护功能失效，从而无法实现对电路的保护，容易导致电路在过流时被损坏。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供了一种保护电路及电子设备，以解决现有的过流/短路保护电路在保护功能失效时无法实现对电路的保护的技术问题。
4.第一方面，用于对目标电路进行保护；所述保护电路包括采样电路、比较电路以及检测电路；
5.所述采样电路用于对所述目标电路的目标参数进行采样并输出采样值；
6.所述比较电路与所述采样电路连接，所述比较电路用于在所述采样值大于或者等于第一参考值时输出关断信号；所述关断信号用于控制所述目标电路断开；
7.所述检测电路的第一端连接于所述采样电路和所述比较电路之间，所述检测电路的第二端用于与所述目标电路连接；所述检测电路用于对所述采样电路和所述比较电路中的至少一个进行故障检测，并在检测到存在故障时输出故障信号；所述故障信号用于控制所述目标电路断开。
8.可选的，所述目标参数为目标电流；所述采样电路用于对所述目标电流进行采样并转化为电压采样值后输出；
9.所述检测电路包括分压单元和比较单元；所述分压单元的第一端连接于所述采样电路和所述比较电路之间，所述分压单元的第二端连接所述比较单元；所述分压单元用于对所述采样电路输出的电压采样值进行分压后输出电压检测值；所述比较单元用于在所述电压检测值大于或等于第二参考值时输出所述故障信号。
10.可选的，所述检测电路还包括信号模拟单元和检测单元；所述信号模拟单元的输出端与所述分压单元的第二端连接；所述信号模拟单元用于通过所述分压电单元输出模拟电压信号至所述比较电路；所述模拟电压信号为电压值高于所述第一参考值的电压信号；
11.所述检测单元的输入端连接所述比较电路的输出端，所述检测单元用于在所述信号模拟单元输出所述模拟电压信号时，检测所述比较电路的输出电压值，并在所述输出电压值小于第三参考值时，输出所述故障信号。
12.可选的，还包括控制电路，所述控制电路用于在接收到所述关断信号和所述故障信号中的至少一个时，控制所述目标电路处于断开状态。
13.可选的，所述分压单元包括第一电阻、第一电容、第一二极管及第二二极管，所述
第一电阻的第一端作为所述分压单元的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述分压单元的第二端，所述第一电容的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第一二极管的阳极连接所述第一电阻的第二端，所述第二二极管的阴极连接所述第一电阻的第二端，所述第一二极管的阴极连接电源，所述第二二极管的阳极接地。
14.可选的，所述采样电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻及第一运算放大器，所述第二电阻的第一端作为所述采样电路的第一采样端，所述第三电阻的第一端作为所述采样电路的第二采样端，所述采样电路的第一采样端用于连接所述目标电路的低电位端，所述采样电路的第二采样端用于连接所述目标电路的高电位端，所述第二电阻的第二端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第三电阻的第二端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第一运算放大器的输出端作为所述采样电路的输出端。
15.可选的，所述比较电路包括比较器、第五电阻及第三二极管；所述比较器的同相输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较电路的第一输入端用于连接所述采样电路的输出端，所述比较器的反相输入端用于接收所述第一参考值，所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端，所述比较器的电源端用于接入第二电源电压，所述比较器的地端接地，所述第三二极管的阴极连接所述比较器的同相输入端，所述第三二极管的阳极连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述比较器的输出端。
16.可选的，还包括隔离开关电路，所述隔离开关电路与所述比较电路连接，所述隔离开关电路用于对所述关断信号进行隔离后输出隔离后的所述关断信号。
17.可选的，所述开关电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻及第一开关管，所述第六电阻的第一端作为所述开关电路的输入端，所述开关电路的输入端连接所述比较电路的输出端，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端共接于所述第一开关管的受控端，所述第七电阻的第二端与所述第一开关管的第一导通端均接地，所述第八电阻的第一端用于接入第三电源电压，所述第八电阻的第二端与所述第一开关管的第二导通端共接并作为开关电路的输出端。
18.第二方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括目标电路以及如第一方面或第一方面的任一可选方式所述的保护电路。
19.实施本技术实施例提供的保护电路及电子设备具有以下有益效果：
20.本技术实施例提供的保护电路，通过采样电路对目标电路的目标参数进行采样并输出采样值，通过比较电路在采样值大于或等于第一参考值时输出关断信号，以控制目标电路断开，从而可以在目标电路的目标参数的采样值超过第一参考值时实现对目标电路的保护；此外，还通过检测电路对采样电路和比较电路中的至少一个进行故障检测，并在采样电路和比较电路中的任意一个存在故障时输出故障信号，以控制目标电路断开，从而可以在采样电路和比较电路中的任意一个失效时实现对目标电路的保护，实现了对目标电路的多级保护。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本技术实施例提供的一种保护电路的结构示意图；
23.图2为本技术另一实施例提供的一种保护电路的结构示意图；
24.图3为本技术实施例提供的一种保护电路的电路原理示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
26.需要说明的是，本技术实施例的实施方式部分使用的术语仅用于对本技术的具体实施例进行解释，而非旨在限定本技术。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联物的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”。
28.本技术实施例首先提供一种保护电路，用于对目标电路进行保护。请参阅图1，为本技术实施例提供的一种保护电路的结构示意图。如图1所示，该保护电路包括采样电路11、比较电路12以及检测电路13。
29.采样电路11用于对目标电路的目标参数进行采样并输出采样值。示例性的，目标参数可以是目标电流，采样值可以是目标电流对应的电压采样值。
30.比较电路12与采样电路11连接，比较电路12用于将采样值与第一参考值进行比较，并在采样值大于或者等于第一参考值时输出关断信号；关断信号用于控制目标电路断开。其中，第一参考值对应目标电路的过流保护阈值。
31.示例性的，第一参考值可以是过流保护阈值对应的第一电压参考值。比较电路12可以将电压采样值与第一电压参考值进行比较，并在电压采样值大于或者等于第一电压参考值时输出关断信号，从而实现对目标电路的过流保护，避免电路被过流损坏。
32.检测电路13的第一端连接于采样电路11和比较电路12之间，检测电路13的第二端用于与目标电路连接；检测电路13用于对采样电路11和比较电路12中的至少一个进行故障检测，并在检测到采样电路11和比较电路12中的至少一个存在故障时输出故障信号；故障信号用于控制目标电路断开，从而可以在采样电路11和比较电路12中的任意一个失效时实现对目标电路的保护，进而实现对目标电路的多级保护。
33.本技术实施例中，目标电路中设置有关断电路(未图示)。
34.在一种可能的实现方式中，比较电路12可以在采样值大于或者等于第一参考值时输出关断信号至关断电路，以控制关断电路断开目标电路。检测电路13可以在检测到采样电路11和比较电路12中的至少一个存在故障时输出故障信号至关断电路，以控制关断电路断开目标电路。
35.在另一种可能的实现方式中，如图2所示，保护电路还包括控制电路14。比较电路12可以在采样值大于或者等于第一参考值时输出关断信号至控制电路14。控制电路14在接收到关断信号时控制关断电路断开目标电路。检测电路13可以在检测到采样电路11和比较电路12中的至少一个存在故障时输出故障信号至控制电路14。控制电路14在接收到故障信号时，一方面可以控制关断电路断开目标电路；另一方面可以输出故障提示信号。故障提示信号用于提示用户采样电路11和比较电路12中的至少一个存在故障，以便用户可以及时获知采样电路11和比较电路12的故障状态。
36.在具体应用中，示例性的，控制电路14可以与蜂鸣器(未图示)连接，控制电路14可以将故障提示信号输出至蜂鸣器，通过控制蜂鸣器鸣响来实现对故障的提示。控制电路14还可以与指示灯(未图示)连接，控制电路14可以将故障提示信号输出至指示灯，通过控制指示灯进入预设状态(例如，点亮或闪烁状态)来实现对故障的提示。
37.在一种可能的实现方式中，关断信号和故障信号可以为高电平信号。在其他实施例中，关断信号和故障信号也可以为低电平信号。
38.在本技术的另一个实施例中，采样电路11用于对目标电路的目标电流进行采样并转化为电压采样值后输出。基于此，如图2所示，检测电路13包括分压单元131和比较单元132。分压单元131的第一端连接于采样电路11和比较电路12之间，分压单元131的第二端连接比较单元132。分压单元131用于对采样电路11输出的电压采样值进行分压后输出电压检测值。比较单元132用于将电压检测值与第二参考值比较，并在电压检测值大于或等于第二参考值时输出故障信号。
39.本实施例中，由于采样电路11发生故障时，即便采样电路11的输入端无信号输入，其输出端的电压采样值大于或者等于预设值，因此，第二参考值可以根据预设值以及分压单元131对电压采样值的分压值确定，具体地，第二参考值可以为预设值与分压值的差值。其中，预设值可以是一个经验值，例如，预设值可以为5伏特。
40.本实施例通过判断电压采样值与第二参考值之间的大小关系来确定采样电路11输出的电压采样值是否正常，进而实现对采样电路11的故障检测。
41.在本技术的又一个实施例中，如图2所示，检测电路13还包括信号模拟单元133和检测单元134。信号模拟单元133的输出端与分压单元131的第二端连接。信号模拟单元133用于通过分压单元131输出模拟电压信号至比较电路12。其中，模拟电压信号为电压值高于第一参考值的电压信号。模拟电压信号用于模拟过流状态下采样电路11实际输出的电压信号。
42.检测单元134的输入端连接比较电路12的输出端，检测单元134用于在信号模拟单元133输出模拟电压信号时，检测比较电路12的输出电压值，并在输出电压值小于第三参考值时输出故障信号。
43.由于模拟电压信号为电压值高于第一参考值的电压信号，因此，当比较电路12正常时，其输出电压值大于或等于第三参考值；当比较电路发生故障时，其输出电压值小于第三参考值。因此，在信号模拟单元133向比较电路输出模拟电压信号的同时，通过判断比较电路12的输出电压值与第三参考值的大小关系可以确定比较电路12的故障状态，实现对比较电路的故障检测。
44.在具体应用中，比较单元132、信号模拟单元133以及检测单元134可以与控制电路
14集成在一个处理器中。
45.在本技术的又一个实施例中，保护电路还包括隔离开关电路15。隔离开关电路15与比较电路12连接。隔离开关电路15用于对比较电路12输出的关断信号进行隔离后输出隔离后的关断信号。本实施例中，检测电路13可以与隔离开关电路15的输出端连接，以对隔离后的关断信号进行检测。
46.在一种可能的实现方式中，隔离开关电路15可以与控制电路14连接。为了便于控制电路14进行信号检测，隔离开关电路15在接收到比较电路12输出的关断信号后，可以对关断信号进行电平转换得到低电平信号，并将该低电平信号输出至控制电路14。控制电路14检测到低电平信号时，控制关断电路断开目标电路。
47.在本技术的又一个实施例中，保护电路还包括参考电路16。参考电路16与比较电路12连接。参考电路16用于向比较电路12提供第一参考值，例如，用于向比较电路12提供第一电压参考值。
48.在本技术的又一个实施例中，保护电路还包括第一滤波电路17。第一滤波电路17的第一端连接采样电路11的输出端，第一滤波电路17的第二端连接比较电路12的第一输入端和检测电路13的第一端。第一滤波电路17的第三端接地。第一滤波电路17用于对采样电路11输出的电信号进行滤波处理。
49.在本技术的又一个实施例中，保护电路还包括第二滤波电路18。第二滤波电路18的第一端与比较电路12的输出端连接，第二滤波电路18的第二端与隔离开关电路15的输入端连接。第二滤波电路18的第三端接地。第二滤波电路18用于对比较电路12输出的电信号进行滤波处理。
50.请参阅图3，为本技术实施例提供的一种保护电路的电路原理示意图。如图3所示，在本技术的一个实施例中，分压单元131包括第一电阻r1、第一电容c1、第一二极管d1及第二二极管d2。第一电阻r1的第一端作为分压单元131的第一端，第一电阻r1的第二端作为分压单元131的第二端，第一电容c1的第一端连接第一电阻r1的第二端，第一电容c1的第二端接地，第一二极管d1的阳极连接第一电阻r1的第二端，第二二极管d2的阴极连接第一电阻r1的第二端，第一二极管d1的阴极用于接入第一电源电压vdd1，第二二极管d2的阳极接地。
51.本实施例中，分压单元11对电压采样值的分压值为第一电阻r1两端的压降，即，采样电路11输出的电压采样值与分压单元131输出的电压检测值之间的差值为第一电阻r1两端的压降。
52.本实施例通过在第一电阻r1的第二端设置第一电容c1来对第一电阻r1的第二端的杂波进行滤除，可以提高电压检测值的准确性，进而提高比较单元132对采样电路11的故障检测的准确性。
53.通过在第一电阻r1的第二端设置由第一二极管d1和第二二极管d2构成的稳压电路来稳定电压检测值，从而可以使电压检测值更加准确，进一步提高比较单元132对采样电路11的故障检测的准确性。
54.在本技术的又一个实施例中，采样电路11可以为差分采样电路，采样电路11包括第一采样端和第二采样端，第一采样端用于连接目标电路的低电位端cur-，第二采样端用于连接目标电路的高电位端cur+。具体地，采样电路11包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第一运算放大器u1。第二电阻r2的第一端作为采样电路11的第一采样端，第三电
阻r3的第一端作为采样电路11的第二采样端，第二电阻r2的第二端连接第一运算放大器u1的同相输入端int1+，第三电阻r3的第二端连接第一运算放大器u1的反相输入端int1-，第四电阻r4连接在第一运算放大器u1的反相输入端int1-和输出端vout1之间，第一运算放大器u1的输出端vout1作为采样电路11的输出端。
55.本实施例中，当目标电路发生过流或短路现象时，第一运算放大器u1的输出端vout1的电压值大于或者等于第一参考值。
56.在本技术的又一个实施例中，比较电路12包括比较器u2、第五电阻r5及第三二极管d3。比较器u2的同相输入端int2+作为比较电路12的第一输入端，比较电路12的第一输入端用于连接采样电路11的输入端，比较器u2的反相输入端int2-用于接收第一参考值，比较器u2的输出端vout2作为比较电路12的输出端，比较器u2的电源端用于接入第二电源电压vdd2，比较器u2的地端接地，第三二极管d3的阴极连接比较器u1的同相输入端int2+，第三二极管d3的阳极连接第五电阻r5的第一端，第五电阻r5的第二端连接比较器u2的输出端vout2。
57.本实施例中，比较器u2用于将第一运算放大器u1的输出端vout1的电压值与第一参考值进行比较，并在第一运算放大器u1的输出端vout1的电压值大于第一参考值时输出高电平信号，该高电平信号即为关断信号。
58.本实施例通过将比较器u2的输出端vout2通过第五电阻r5和第三二极管d3连接至比较器u2的同相输入端int2+，从而可以确保在目标电路发生过流或短路现象时，比较器u2的输出端vout2和同相输入端int2+一直为高电平信号，进而确保在目标电路发生过流或短路现象时目标电路一直处于断开状态，实现对目标电路的过流或短路保护。
59.在本技术的又一个实施例中，隔离开关电路15包括第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8及第一开关管q1。第六电阻r6的第一端作为隔离开关电路15的输入端，隔离开关电路15的输入端连接比较电路12的输出端，第六电阻r6的第二端与第七电阻r7的第一端共接于第一开关管q1的受控端，第七电阻r7的第二端与第一开关管q1的第一导通端均接地，第八电阻r8的第一端用于接入第三电源电压vdd3，第八电阻r8的第二端与第一开关管q1的第二导通端共接并作为隔离开关电路15的输出端。
60.示例性的，第一开关管q1可以是npn型三极管。npn型三极管的基极可以作为第一开关管q1的受控端，npn型三极管的发射极可以作为第一开关管q1的第一导通端，npn型三极管的集电极可以作为第一开关管q1的第二导通端。基于此，当比较器u2输出高电平信号时，npn型三极管导通，使得开关电路16输出低电平信号。基于此，当比较器u2输出高电平信号(即关断信号)时，第一开关管q1导通，此时隔离开关电路15的输出端输出低电平信号，从而实现了对关断信号的电平转换。
61.在本技术的又一个实施例中，参考电路16可以包括第九电阻r9、第十电阻r10及第二电容c2。第九电阻r9的第一端用于接入参考电压ref，第九电阻r9的第二端作为参考电路16的输出端，参考电路16的输出端用于连接比较器u2的反相输入端int2-，第十电阻r10的第一端连接第九电阻r9的第二端，第二电容c2的第一端连接第九电阻r9的第二端，第十电阻r10的第二端和第二电容c2的第二端均接地。
62.本实施例中，第九电阻r9对参考电压ref进行分压后输出第一参考值至比较器u2的反相输入端int2-。
63.在本技术的又一个实施例中，第一滤波电路17可以包括第十一电阻r11和第三电容c3。第十一电阻r11的第一端作为第一滤波电路17的第一端，第十一电阻r11的第二端与第三电容c3的第一端共接并作为第一滤波电路17的第二端，第三电容c3的第二端作为第一滤波电路17的第三端。
64.在本技术的又一个实施例中，第二滤波电路18可以包括第十二电阻r12和第四电容c4。第十二电阻r12的第一端作为第二滤波电路18的第一端，第十二电阻r12的第二端与第四电容c4的第一端共接并作为第二滤波电路18的第二端，第四电容c4的第二端作为第二滤波电路18的第三端。
65.下面结合图3对本实施例的保护电路做进一步说明：
66.首先，采样电路11以及比较电路12能够对目标电路进行过流保护，从而在目标电路出现过流或短路时及时输出关断信号以控制目标电路关断。
67.其次，本实施例中还设置有检测电路13，检测电路13能够在目标电路未启动时实现对采样电路11以及比较电路12的故障检测，从而确保目标电路运行过程中，采样电路11和比较电路12是正常工作的，从而实现对目标电路的二级保护。具体地，检测电路13可以对采样电路11的输出端的电压进行采样。由于采样电路11采用差分采样电路，其在没有输入时，输出的电压为0，因此当检测到采样电路11输出的电压高于0时，或者高于某个阈值时，可以确定采样电路11中存在故障。比如当检测到采样电路11输出的电压为5伏特时，可以确定其存在故障，进而由比较单元132输出故障信号，以关断目标电路，避免目标电路在采样电路11异常时启动。
68.检测电路13还可以输出模拟电压信号至比较电路12的输入端，用于模拟目标电路过流时采样电路11实际输出的电压信号，从而检测比较电路12是否能够正常输出关断信号，如果不能，则表示存在故障，输出故障信号，以关断目标电路，避免目标电路在比较电路12异常时启动。
69.本技术实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以包括目标电路以及图1至图3对应的任一实施例中的保护电路。
70.在一个实施例中，该电子设备可以为储能设备，用于储存电能，以在需要时向其他设备供电。
71.在其他实施例中，该电子设备也可以是其他需要进行过流保护的用电设备。
72.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。