一种短路保护电路及其控制电路和短路保护方法与流程

1.本发明涉及电子领域，具体但不限于涉及一种短路保护电路及其控制电路和短路保护方法。


背景技术：

2.在线性恒流驱动电路中，如果出现负载短路，负载电流由线性驱动电路控制为恒定电流，线性元件mosfet(金属氧化物半导体场效应管)的漏极电压短路至电源电压，从电源输出端无法检测到短路现象，但此时所有的功耗就施加在mosfet管上，会导致mosfet管烧毁，因此需要采样mosfet管的漏极电压，当漏极电压异常升高，并高于预设的短路保护阈值时，认为负载短路。
3.在带有待机功能的应用中，系统待机时，由于系统无负载，输入电压可能很高，导致mosfet管漏极电压高于正常工作时的电压值，启动后负载电流对输出电容充电，mosfet管的漏极电压会逐渐降低直至低于预设的短路保护阈值，这个过程需要一定的时间。因此在退出待机时，会有一段时间误检测为负载短路。为了避免误检测发生，加入一个计时电路，从退出待机时开始计时，如果负载未短路，退出待机后，输入电压和mosfet管漏极电压同时开始降低，在计时到预设时间之前，mosfet管漏极电压回到预设值以下，则退出短路保护计时，系统正常启动；如果负载短路，在计时到预设时间之前，mosfet管漏极仍然高于预设值，则认为负载短路，进入故障模式。然而，计时电路一旦确定无法灵活调整，如果负载电流发生变化，虽然设定了预设时间，仍可能导致正常启动误触发短路，或者负载短路未及时进行保护导致线性元件烧毁的问题。
4.有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。


技术实现要素：

5.至少针对背景技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种短路保护电路及其控制电路和短路保护方法。
6.根据本发明的一个方面，一种短路保护电路用于在负载短路时提供保护，其中负载和线性元件串联，所述短路保护电路包括：计时电路，在系统退出待机时，计时电路开始计时；时间阈值调整电路，根据流过负载或线性元件的电流调整时间阈值；以及短路保护控制电路，若达到时间阈值时线性元件和负载耦接处节点电压大于预设电压阈值，则控制系统进入保护模式，若达到时间阈值前线性元件和负载耦接处节点电压小于电压阈值，则系统正常启动。
7.在一个实施例中，时间阈值随着电流减小而延长，随着电流增加而减小。
8.在一个实施例中，负载包括led(发光二极管)。
9.在一个实施例中，线性元件包括mosfet。
10.在一个实施例中，短路保护电路进一步包括电压采样电路，其中电压采样电路耦接mosfet的漏极并输出电压采样信号。
11.在一个实施例中，短路保护电路进一步包括电流采样电路，用于获取流过负载或线性元件的电流并获取电流采样信号，电流采样信号输入时间阈值调整电路的输入端。
12.在一个实施例中，时间阈值调整电路包括：积分电路，对电流采样信号进行积分并提供积分信号；以及比较电路，比较积分信号和参考电压，提供表征时间阈值的时间阈值信号。
13.在一个实施例中，短路保护电路进一步包括比较电路，其中比较电路的第一输入端接收表征线性元件和负载耦接处节点电压的电压采样信号，比较电路的第二输入端接收电压阈值，比较电路比较电压采样信号和电压阈值，当电压采样信号低于电压阈值时，比较电路输出有效值。
14.在一个实施例中，比较电路的输出端耦接计时电路的输入端，当比较电路输出有效值时，计时电路输出时间信号。
15.在一个实施例中，短路保护控制电路包括时间比较电路，用于比较计时电路输出的时间信号和时间阈值，当比较电路输出有效值时，若时间信号时长小于时间阈值，短路保护控制电路控制系统正常启动，若时间信号达到时间阈值时比较电路尚未输出有效值，短路保护控制电路启动短路保护。
16.根据本发明的另一个方面，一种用于驱动线性元件的控制电路，包括如上任一实施例的短路保护电路和线性驱动电路，线性驱动电路的输出端耦接线性元件的控制端。
17.根据本发明的又一个方面，一种短路保护方法，包括：检测负载电流并基于负载电流调整时间阈值，其中负载和线性元件串联；在系统退出待机时开始计时；当线性元件和负载耦接处节点电压小于预设阈值时，计时小于时间阈值，则控制系统正常启动；当计时达到时间阈值时线性元件和负载耦接处节点电压大于预设阈值，启动短路保护。
18.本发明提出的短路保护电路及其控制电路和短路保护方法，可以适应负载的变化，提供可靠的实时短路保护，防止误触发。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1示出了根据本发明一实施例的含短路保护电路的负载驱动系统框图示意图；
21.图2示出了根据本发明一具体实施例的含短路保护电路的负载驱动系统电路图；
22.图3a和图3b示出了根据本发明一实施例的短路保护方法的波形示意图。
具体实施方式
23.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
24.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
25.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过
中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
26.图1示出了根据本发明一实施例的含短路保护电路的负载驱动系统框图示意图。图示的负载驱动系统中，负载和线性元件串联，基于对线性元件的状态进行驱动控制，控制负载中的电流，进而驱动负载工作。图示的负载驱动系统包括短路保护电路10，短路包括电路10用于在负载短路时输出有效状态的保护信号pt，为负载驱动系统提供保护。负载驱动系统可进一步包括驱动线性元件的线性驱动电路，用于驱动线性元件。负载驱动系统可进一步包括电流采样电路和电压采样电路等部件，分别用于检测流过负载或线性元件的电流io和线性元件和负载耦接处节点电压vd。在其他的实施例中，电流采样电路和电压采样电路也可作为短路保护电路的一部分。电流采样电路和电压采样电路可采用任意适用的电路。短路保护电路包括计时电路，时间阈值调整电路和短路保护控制电路。其中计时电路接收待机信号，在系统退出待机时，计时电路开始计时。时间阈值调整电路耦接电流采样电路，用于根据流过负载或线性元件的电流io调整时间阈值t2。在一个实施例中，时间阈值t2随着电流io减小而延长，随着电流io增加而减小。短路保护控制电路接收时间阈值信号t2、计时信号t1和线性元件和负载耦接处节点电压信号vd，判断自退出待机状态时起达到时间阈值t2时，若线性元件和负载耦接处节点电压vd大于预设电压阈值，则输出有效的保护信号pt，控制系统进入保护模式，若在计时达到时间阈值前线性元件和负载耦接处节点电压小于电压阈值，则系统正常启动。
27.图2示出了根据本发明一具体实施例的含短路保护电路的负载驱动系统电路图。负载驱动系统包括线性元件q、控制线性元件q工作的控制电路20和负载21。其中负载21和线性元件q串联耦接。在这个实施例中，负载21包括led(发光二极管)，其阳极端接收输入电压信号vin，阴极端耦接线性元件q的第一端。线性元件q的第二端耦接参考地，线性元件q的控制端耦接线性驱动电路22用于接收驱动信号。在线性驱动电路22控制下，通过线性元件q控制流过负载21的电流。在这个实施例中，线性元件q包括mosfet(金属氧化物半导体场效应管)。在其他的实施例中，线性元件也可以为其他类型的元件。控制电路20包括短路保护电路和耦接线性元件q控制端的线性驱动电路22。短路保护电路用于在检测到负载21短路时及时触发短路保护。在一个实施例中，当触发短路保护时，通过线性驱动电路22控制线性元件q关断，停止提供输出电流。在另一个实施例中，当触发短路保护时，通过控制前级驱动电路停止工作来实现。短路保护电路包括电压采样电路23、电流采样电路24、比较电路25、计时电路26、时间阈值调整电路27、时间比较电路28和短路保护触发电路29。电压采样电路23的输入端耦接mosfet的漏极，用于获取mosfet q的漏源电压，电压采样电路23输出电压采样信号vds。电压采样电路23可采用任何适用的电路，如分压电路。电流采样电路24用于获取流过负载21或线性元件q的电流并获取电流采样信号vio，电流采样信号vio输入时间阈值调整电路27的输入端。时间阈值调整电路27基于电流信号vio在输出端提供时间阈值信号t2，时间阈值t2随电流变化而变化。在一个实施例中，当系统待机结束后，在一段时间内的电流平均值越大，时间阈值t2越小，电流越小，时间阈值t2越长。在一个实施例中，时间阈值调整电路包括积分电路和比较电路，当系统退出待机状态时积分电路开始对电流采样
信号vio进行积分并提供积分信号，当积分信号大于预设参考电压值时，达到时间阈值t2，比较电路提供有效的时间阈值信号，电流越大，积分速度越快，时间阈值越小。
28.比较电路25的第一输入端接收表征线性元件和负载耦接处节点电压的电压采样信号vds，比较电路25的第二输入端接收电压阈值信号v1，比较电路比较电压采样信号vds和电压阈值v1，当电压采样信号vds低于电压阈值v1时，比较电路25输出有效值用于使计时电路26输出时间信号t1。比较电路25的输出端耦接计时电路26的输入端。计时电路26在系统退出待机状态时开始计时，当比较电路25输出有效值时，计时电路26输出时间信号t1。在这个实施例中，短路保护控制电路包括时间比较电路28，时间比较电路28将时间信号t1与t2进行比较，如果时间信号t1时长小于时间阈值t2，则控制系统正常启动。如t1大于t2，或计时达到时间阈值t2时比较电路25尚未输出有效值，表明达到时间阈值t2时线性元件漏极电压vds大于预设电压阈值v1，则时间比较电路28控制短路保护触发电路29输出有效的保护信号，控制系统进入保护模式。
29.在其它的实施例中，短路保护电路可具有其他的结构，用于实现若达到时间阈值时线性元件和负载耦接处节点电压大于预设电压阈值，则系统进入保护模式，若达到时间阈值前线性元件和负载耦接处节点电压小于电压阈值，则系统正常启动的控制。如计时电路26实时输出计时数据t1，比较电路25的输出端耦接时间比较电路28的输入端，计时电路26的输出端耦接时间比较电路的另一个输入端。当比较电路25输出有效值时，时间比较电路28比较t1和t2，若t1小于t2，则控制系统正常启动。当计时t1达到t2时，检测比较电路25的输出，若输出为无效值则启动短路保护。
30.图3a和图3b示出了根据本发明一实施例的短路保护方法的波形示意图，用于在负载被短路时系统提供短路保护。在这个短路保护方法中，负载和线性元件串联。短路保护方法包括检测负载电流并基于负载电流调整时间阈值t2。先参看图3a，在系统退出待机时，电流较小，mosfet漏极电压缓慢下降，由此获得的时间阈值t2较大，不因电流小而误将正常状态误判为负载短路。与之对比地，参看图3b，在系统退出待机后，电流较大，mosfet漏极电压下降迅速，由此获得的时间阈值t2较小，能及时响应短路保护。重新参看图3a，当mosfet漏极电压小于预设阈值v1时，时间小于时间阈值t2，系统正常启动，不触发短路保护。与之对比的，参看图3b，当计时达到时间阈值t2时，mosfet漏极电压vds依然大于阈值电压v1，因此判断系统存在负载短路情况，及时启动短路保护。
31.通过上述控制，系统可以适应负载的变化，提供可靠的实时短路保护，避免烧坏线性元件，同时防止在退出待机时误触发短路保护，提高系统可靠性。
32.本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
33.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和
部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

技术特征：
1.一种短路保护电路，用于在负载短路时提供保护，其中负载和线性元件串联，所述短路保护电路包括：计时电路，在系统退出待机时，计时电路开始计时；时间阈值调整电路，根据流过负载或线性元件的电流调整时间阈值；以及短路保护控制电路，若达到时间阈值时线性元件和负载耦接处节点电压大于预设电压阈值，则控制系统进入保护模式，若达到时间阈值前节点电压小于电压阈值，则系统正常启动。2.如权利要求1所述的短路保护电路，其中时间阈值随着电流减小而延长，随着电流增加而减小。3.如权利要求1所述的短路保护电路，其中负载包括led(发光二极管)。4.如权利要求1所述的短路保护电路，其中线性元件包括mosfet(金属氧化物半导体场效应管)。5.如权利要求4所述的短路保护电路，进一步包括电压采样电路，其中电压采样电路耦接mosfet的漏极并输出电压采样信号。6.如权利要求1所述的短路保护电路，进一步包括电流采样电路，用于获取流过负载或线性元件的电流并获取电流采样信号，电流采样信号输入时间阈值调整电路的输入端。7.如权利要求6所述的短路保护电路，其中时间阈值调整电路包括：积分电路，对电流采样信号进行积分并提供积分信号；以及比较电路，比较积分信号和参考电压，提供表征时间阈值的时间阈值信号。8.如权利要求1所述的短路保护电路，进一步包括比较电路，其中比较电路的第一输入端接收表征节点电压的电压采样信号，比较电路的第二输入端接收电压阈值，比较电路比较电压采样信号和电压阈值，当电压采样信号低于电压阈值时，比较电路输出有效值。9.如权利要求7所述的短路保护电路，其中比较电路的输出端耦接计时电路的输入端，当比较电路输出有效值时，计时电路输出时间信号。10.如权利要求7所述的短路保护电路，其中短路保护控制电路包括时间比较电路，用于比较计时电路输出的时间信号和时间阈值，当比较电路输出有效值时，若时间信号时长小于时间阈值，短路保护控制电路控制系统正常启动，若时间信号达到时间阈值时比较电路尚未输出有效值，短路保护控制电路启动短路保护。11.一种控制电路，用于驱动线性元件，控制电路包括如权利要求1-10任一项所述的短路保护电路和线性驱动电路，线性驱动电路的输出端耦接线性元件的控制端。12.一种短路保护方法，包括：检测负载电流并基于负载电流调整时间阈值，其中负载和线性元件串联；在系统退出待机时开始计时；以及当线性元件和负载耦接处节点电压小于预设阈值时，若计时小于时间阈值，则控制系统正常启动；或者当计时达到时间阈值时若节点电压大于预设阈值，启动短路保护。

技术总结
本发明提供了一种短路保护电路及其控制电路和短路保护方法。短路保护电路包括：计时电路，在系统退出待机时，计时电路开始计时；时间阈值调整电路，根据流过负载或线性元件的电流调整时间阈值；以及短路保护控制电路，若达到时间阈值时线性元件和负载耦接处节点电压大于预设电压阈值，则控制系统进入保护模式，若达到时间阈值前线性元件和负载耦接处节点电压小于电压阈值，则系统正常启动。本发明提出的短路保护电路及其控制电路和短路保护方法，可以适应负载的变化，提供可靠的实时短路保护，防止误触发。防止误触发。防止误触发。


技术研发人员：白浪 刘白仁
受保护的技术使用者：深圳市必易微电子股份有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/22