MOS管高边输出的短路过流保护电路、保护方法及车辆与流程

mos管高边输出的短路过流保护电路、保护方法及车辆
技术领域
1.本技术涉及电子电路技术领域，特别是涉及mos管高边输出的短路过流保护电路、保护方法及车辆。


背景技术：

2.汽车上的各种灯光控制，各种电器的控制，以及电源控制盒中的各路电流输出的保护等，目前采用的方案一般为智能mos管方案，但智能mos管存在可选择性差，价格贵，输出功率有限等缺点；而在采用智能mos管前，传统的控制方式为继电器加保险丝，这种方式存在开关动作寿命短、保护不及时等缺点。
3.采用mos管控制加输出保护的方案，能使整个电路既有智能mos的优点，同时具有输出大电流，成本低等优点，普通的mos管也得以应用于如汽车的各种灯光控制，各种电器的控制，还有电源控制盒中的各路电流输出的保护等，因此mos管的短路保护是汽车零部件正常运行的重要保障，是普通mos管取代智能mos管最关键的一步。
4.mos管作为开关的输出方式分为低边输出和高边输出，低边输出即电源先接负载，负载通过mos管接地，高边输出即电源先经过mos管再接负载，负载再接地。对于电源电压固定且配置了各种负载的电路，例如在汽车电池固定电压、车身gnd接地的环境下，输出容易发生短路，检测异常状态适合使用容易进行接地检测的高边开关，即mos管高边输出。nmos管一般作为低边驱动器件，低边输出方式下，g极电压比地电压高导通阀值电压即可。高边输出一般用pmos管，pmos管的高边输出的驱动也比较简单，但是pmos管制造相对复杂，成本高，不利于造大功率的管子，输出50a以上的pmos管就很少了，大功率mos管都为nmos管，nmos管输出电流最大可以达300a多，生产厂家也很多，可选择性大。因此在小功率的高边输出一般采用pmos管，大功率的高边输出一般采用nmos管。
5.因此，需要设计pmos管以及nmos管的高边输出的短路过流保护电路。


技术实现要素：

6.本技术的目的之一在于提供一种mos管高边输出的短路过流保护电路，其能检测负载是否短路并进行mos管启动限流，具有结构简单，相对智能mos管成本低，输出功率大等优点。
7.本技术的目的之二在于提供一种mos管高边输出的短路过流保护方法，其能根据负载的短路或过流，通过改变控制信号以使mos管开关断开，具有结构简单、成本低、输出功率大等优点。
8.本技术的目的之三在于提供一种车辆，其使用上述的mos管高边输出的短路过流保护电路或保护方法。
9.为达到目的之一，本技术采用的技术方案为：mos管高边输出的短路过流保护电路包括与负载并联的第八电阻、检测电路、控制电路、延时电路、及控制端，所述第八电阻与所述检测电路的第一输入端连接，所述控制端的输入端通过所述延时电路与所述检测电路的
电源引脚连接，所述控制端的输出端与mos管后续的驱动电路相连，所述检测电路的输出端与所述控制电路连接，所述控制电路与所述控制端的输出端连接。
10.作为一种优选，所述控制端的输入端适于接收一用于控制mos管开闭的控制信号，所述控制端包括第一电阻，控制信号经过所述第一电阻与mos管后续驱动电路连接，所述控制电路为下拉电路，适于下拉所述第一电阻的输出电压。
11.进一步的，所述控制电路包括第一三极管、第五电阻，所述第一电阻与所述第一三极管的集电极或发射极连接，所述第一三极管的基极与所述检测电路的输出端连接，并经过所述第五电阻接地，所述第一三极管的另一极接地。
12.作为一种优选，所述检测电路为门电路，负载短路时，所述第一输入端输入低电压，所述检测电路适于输出高电平或低电平。
13.进一步的，所述门电路为与非门，所述与非门包括第一输入端及第二输入端，所述第一输入端与所述第八电阻相连，所述第二输入端与所述控制端的输入端相连。
14.作为一种优选，所述延时电路为rc延时电路，所述延时电路包括第一电容及第六电阻，所述控制端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第一电容及所述检测电路的电源引脚连接，所述第一电容接地。
15.作为一种优选，所述第八电阻与第七电阻串联，所述第七电阻一端与mos管的输出端连接，另一端与所述第八电阻连接，所述第八电阻接地。
16.为达到目的之二，本技术采用的技术方案为：mos管高边输出的短路过流保护方法包括步骤：检测电路延时开启以等待mos管输出电压上升；将第八电阻高电位端的电压输入所述检测电路；所述检测电路输出高电平或低电平至控制电路；所述控制电路下拉控制端的输出端电压以使mos管关闭。
17.作为一种优选，所述检测电路为与非门，所述控制电路包括第一三极管，所述短路过流保护方法还包括步骤：将控制信号输入所述与非门；负载短路时，所述与非门输出高电平，所述第一三极管导通。
18.控制端的输出端的电压被所述第一三极管下拉，mos管关闭。
19.为达到目的之三，本技术采用的技术方案为：一种车辆，其使用上述的mos管高边输出的短路过流保护电路或方法。
20.与现有技术相比，本技术的有益效果在于：（1）所述mos管高边输出的短路过流保护电路为硬件保护电路，当mos管输出端的负载短路时，该电路能实时保护mos管不被损坏；（2）负载越大，mos管输出电平稳定的时间越长，本技术能调节延时电路的延时时间，相当于改变允许mos管输出电流的大小，起到启动限流的作用。
21.（3）本技术提供的保护电路对nmos管与pmos管通用，pmos管驱动方式简单、nmos管输出功率高，该保护电路能搭配不同的nmos管或pmos管组成不同特点的mos管高边输出电路；并且采用普通mos管控制加保护电路的方案，能使整个电路即有智能mos的优点，同时具有输出大电流，成本低等优点。
附图说明
22.图1为pmos管高边输出及短路过流保护电路的电路图。
23.图2为nmos管高边输出及短路过流保护电路的电路图。
24.图中：1、pmos高边输出电路；2、pmos驱动电路；01、nmos高边输出电路；02、nmos驱动电路；3、短路过流保护电路；4、控制端；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；r8、第八电阻；r9、第九电阻；r10、第十电阻；con、控制信号；vc、电源电压；out、mos管的输出电压；q1、第一三极管；q2、第二三极管；q3、第三场效应管；t1、mos管；d1、二极管；u1、与非门；drvc、nmos管的驱动电压。
具体实施方式
25.下面，结合具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、
ꢀ“
横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、
ꢀ“
前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本技术的具体保护范围。
27.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
28.本技术的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.如图1至图2所示，本技术分别给出mos管高边输出的短路过流保护电路与pmos、nmos搭配时的电路图。
30.实施例一、如图1所示，pmos管高边输出及短路过流保护电路包括pmos高边输出电路1、pmos驱动电路2和短路过流保护电路3。其中pmos驱动电路2和短路过流保护电路3可共用一控制端4来控制pmos管t1的输出与闭合，控制端4的输入端可与mcu连接，由mcu发送控制信号con，控制信号con为高电平时mos管t1导通能进行输出，控制信号con为低电平时mos管t1关闭。
31.pmos高边输出电路1包括电源、mos管t1和负载，图中负载未示出，其中，二极管d1为继流二极管，mos管t1的s极连接电源，d极连接负载，电源电压vc根据对应的汽车控制模块设定，可以是12v系统，24v系统，或48v系统等，mos管t1的输出电压记为out。
32.pmos管t1的g极连接pmos驱动电路2，具体的，pmos驱动电路2包括控制端4、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第二三极管q2，其中，控制端4的输出端与第二电阻r2及第二三极管q2的基极连接，第二电阻r2接地，第二三极管q2的发射极接地，集电极连接第三电阻r3，第三电阻r3连接mos管t1的g极，并串联第四电阻r4，第四电阻r4与电源电压vc连接。
33.短路过流保护电路3包括与负载并联的第八电阻r8、检测电路、控制电路、延时电
路、及控制端4，第八电阻r8与检测电路的第一输入端b连接，控制端4的输入端通过延时电路与检测电路的电源引脚vcc连接，控制端4的输出端与pmos管t1后续的驱动电路相连，检测电路的输出端y与控制电路连接，控制电路与控制端4的输出端连接。
34.该短路过流保护电路3工作原理为：mcu发送控制信号con打开mos管t1时，控制信号con通过延时电路传导至检测电路的电源引脚vcc，检测电路延时开启以等待mos管t1输出电压上升，当负载短路时，第八电阻r8分到的电压变低，检测电路的第一输入端b处的输入由高电压切换至低电压，使得检测电路输出端y的输出发生变化，从而控制电路开始工作，继而改变控制端4的输出端电压使得mos管t1后续驱动电路不能驱动mos管t1。
35.与现有技术相比，本技术的短路过流保护电路3为硬件保护电路，当mos管t1输出端的负载短路时，该电路能实时保护mos管t1不被损坏；由于负载越大，mos管t1输出电平稳定的时间越长，若mos管t1输出电平未稳定时检测电路启动，则将驱动控制电路使控制端4的输出端电压改变，即通过设定延时时间，相当于改变允许mos管t1输出电流的大小，起到启动限流的作用；pmos管t1驱动方式简单、整个pmos高边输出及短路过流保护电路结构简单，相比智能mos大大降低了使用成本。
36.控制端4的输入端适于接收一用于控制mos管t1开闭的控制信号con，控制端4包括第一电阻r1，控制信号con经过第一电阻r1与mos管t1后续驱动电路连接，控制电路为下拉电路，适于下拉第一电阻r1输出端的电压。
37.优选的，检测电路为门电路，负载短路时，第一输入端b输入低电压，检测电路适于输出高电平或低电平。门电路结构简单，使用成本低。
38.当控制信号con为高电平时，第一电阻r1能够向后续的pmos驱动电路2提供一较高电压，使得pmos管t1导通，当负载正常工作时，检测电路不会驱动下拉电路，第一电阻r1两端的电压基本不变，当负载短路时，第八电阻r8向检测电路输入一低电压，此时检测电路驱动下拉电路运行，下拉电路将第一电阻r1右侧电压拉低使pmos驱动电路2不能导通pmos管t1，即通过下拉控制端4的输出端电压使pmos管t1关闭。
39.进一步的，门电路为与非门u1，与非门u1包括第一输入端b及第二输入端a，第一输入端b与第八电阻r8相连，第二输入端a与控制端4的输入端相连，即第二输入端a接收控制信号con作为输入之一。
40.控制电路包括第一三极管q1、第五电阻r5，第一电阻r1与第一三极管q1的集电极或发射极连接，第一三极管q1的基极与检测电路的输出端y连接，并经过第五电阻r5接地，第一三极管q1的另一极接地。与非门u1输出端y输出高电平时，第一三极管q1导通，第一电阻r1右侧电压变低。
41.进一步的，第一三极管q1为npn型三极管，其集电极与第一电阻r1相连，发射极接地。
42.延时电路为rc延时电路，延时电路包括第一电容c1及第六电阻r6，控制端4与第六电阻r6的第一端连接，第六电阻r6的第二端与第一电容c1及检测电路的电源引脚连接，第一电容接地。rc延时电路便于计算延时时间，延时时间调整方便。
43.第八电阻r8与第七电阻r7串联，第七电阻r7一端与mos管t1的输出端连接，另一端与第八电阻r8连接，第八电阻r8接地。
44.由于不同汽车控制模块的电源电压vc可能是12v、24v、48v等，将第八电阻r8与第
七电阻r7串联分压，能避免检测电路第一输入端b输入电压过高，保护检测电路。
45.实施例二、本技术还能提供一nmos高边输出及短路过流保护电路，如图2所示，包括nmos高边输出电路01、nmos驱动电路02和短路过流保护电路3。其中nmos驱动电路02和短路过流保护电路3可共用一控制端4来控制nmos管t1的输出与闭合，控制端4的输入端与mcu连接，由mcu发送控制信号con，控制信号con为高电平时mos管t1导通能进行输出，控制信号con为低电平时mos管t1关闭。
46.nmos高边输出电路01包括电源、nmos管t1和负载，nmos管的s极连接负载，d极连接电源，g极连接nmos驱动电路02，nmos高边输出电路01、nmos驱动电路02与实施例一不同，短路过流保护电路3与实施例一结构相同。
47.具体的，nmos驱动电路02包括控制端4、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第九电阻r9、第十电阻r10、第二场效应管q2、第三场效应管q3。其中，控制端4的输出端与第二电阻r2及第二场效应管q2的g极连接，第二电阻r2接地，第二场效应管q2的s极接地，d极连接第三电阻r3，第三电阻r3串联第四电阻r4，第三电阻r3连接第三场效应管q3的g极，第三场效应管q3的s极及第四电阻r4与nmos管t1的驱动电压相连，第三场效应管q3的d极经串联的第九电阻r9、第十电阻r10接地，第九电阻r9与nmos管t1的g极连接。
48.短路过流保护电路3对nmos与pmos通用，能搭配不同的nmos或pmos组成不同特点的mos高边输出电路；并且采用普通mos管t1控制加短路过流保护电路3的方案，能使整个电路即有智能mos的优点，同时具有输出大电流，成本低等优点。
49.本技术还能提供一mos高边输出的短路过流保护方法，包括步骤：检测电路延时开启以等待mos管t1输出电压上升；将第八电阻r8高电位端的电压输入检测电路；检测电路输出高电平或低电平至控制电路；控制电路下拉控制端4的输出端电压以使mos管t1关闭。
50.作为一种优选，检测电路为与非门u1，控制电路包括第一三极管q1，短路过流保护方法还包括步骤：将控制信号con输入与非门u1；负载短路时，与非门u1输出高电平，第一三极管q1导通。
51.控制端4的输出端的电压被第一三极管q1下拉，mos管t1关闭。
52.进一步的，本技术还能提供一种车辆，其使用上述的短路过流保护电路或方法。
53.以上描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术的范围内。本技术要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。