CN104466886B - 负载保护电路及负载保护方法 - Google Patents

Abstract

一种负载保护电路，连接于电源单元和负载之间。其包括用于与负载插接的接口单元、第一侦测单元、控制单元以及开关单元。第一侦测单元用于在侦测到负载与接口单元插接时产生触发信号。控制单元用于在接收到触发信号时产生预定占空比的脉宽调制信号给开关单元。开关单元用于接收控制单元输出的脉宽调制信号并周期性地导通或断开电源单元与接口单元之间的电性连接。其中，脉宽调制信号的占空比逐渐增大；开关单元导通时间逐渐增大，断开时间逐渐减小。上述负载保护电路，可以有效地避免突波电流对负载造成的损伤。本发明还提供一种负载保护方法。

Description

负载保护电路及负载保护方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种负载保护电路及一种负载保护方法。

背景技术

负载，例如台式电脑主机、电视机、电冰箱、笔记本电脑等，通常都具有电源适配器。众所周知，电源适配器是插接220V交流电压，并将220V交流电压转换成12V或24V等直流电压，以提供给负载供电。然而，当电源适配器插电瞬间会出现突波电流过大的情况，上述突波电流会对负载中的电子元器件（例如降压IC、电容、磁珠等）造成损伤。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够防止负载损伤的负载保护电路。

还有必要提供一种够防止负载损伤的负载保护方法。

一种负载保护电路，连接于电源单元和负载之间。其包括用于与负载插接的接口单元、第一侦测单元、控制单元以及开关单元。第一侦测单元用于在侦测到负载与接口单元插接时产生侦测信号。该控制单元用于在接收到侦测信号时产生预定占空比的脉宽调制信号给开关单元。该开关单元用于接收控制单元输出的脉宽调制信号并周期性地导通或断开电源单元与接口单元之间的电性连接。其中，该脉宽调制信号的占空比逐渐增大；该开关单元导通时间逐渐增大，断开时间逐渐减小。

一种负载保护方法，其用于负载保护电路对负载进行保护；该负载保护电路包括控制单元；该控制单元预设有第一预定时间、多个不同的阈值电压以及与每个阈值电压一一对应的占空比；该负载保护方法包括如下步骤：

获取当前采样电压并累计采样时间；

判断当前采样时间是否小于第一预定时间；

若当前采样时间小于第一预定时间，判断采样电压是否等于前一时刻采样电压；

若当前采样电压不等于前一时刻采样电压，清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较；

输出与该阈值电压对应占空比的脉宽调制信号。

上述负载保护电路及负载保护方法，由于控制单元产生的脉宽调制信号的占空比由小变大，使得开关单元导通时间由短变长，使得流入负载的电流由小变大，进而使得负载与接口单元插接瞬间时电源单元产生较大的突波电流的损坏能力被削弱了，从而有效地避免了负载与接口单元插接瞬间时电源单元产生较大的突波电流对负载造成损坏。

附图说明

图1为一较佳实施方式的负载保护装置的功能模块图。

图2为图1中一较佳实施方式的负载保护电路的功能模块图。

图3为图2中一较佳实施方式的负载保护电路的电路图。

图4为一较佳实施方式的负载保护方法的流程图。

主要元件符号说明

负载保护装置	900
		负载保护电路	100
电源单元	200
		负载	300
接口单元	10
		第一侦测单元	20
滤波单元	30
		控制单元	40
开关单元	50
		第二侦测单元	60
第一电阻~第九电阻	R1~R9
		三极管	Q1
滤波电容	C1
		MOS管	M1
第一插孔~第四插孔	1~4
		第一插脚~第四插脚	11~14
触发引脚	42
		侦测引脚	44
控制引脚	46
		负载保护方法	S201~S210

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，一较佳实施方式的负载保护装置900包括负载保护电路100、电源单元200及负载300。负载保护电路100连接于电源单元200和负载300之间，其用于防止来自电源单元200的突波电流对负载300造成损伤。在本实施方式中，电源单元200为电源适配器，负载300为笔记本电脑，电源单元200输出的工作电压为24V或者12V。

请一并参阅图2，负载保护电路100包括接口单元10、第一侦测单元20、滤波单元30、控制单元40、开关单元50及第二侦测单元60。

接口单元10用于与负载300相连。在本实施方式中，负载300插接于接口单元10中。

第一侦测单元20连接于电源单元200和接口单元10之间，并与控制单元40相连。第一侦测单元20用于在侦测到负载300与接口单元10插接时产生触发信号，并在未侦测到负载300与接口单元10插接时停止产生触发信号。

滤波单元30连接于电源单元200和控制单元40之间。滤波单元30用于对电源单元200输出的电压进行滤波，并将滤波后的电压输出给控制单元40。

控制单元40连接于滤波单元30和开关单元50之间，并接收第一侦测单元20产生的触发信号。控制单元40用于在接收到触发信号时产生预定占空比的脉宽调制信号给开关单元50，并在未接收到触发信号时停止产生脉宽调制信号给开关单元50。其中，脉宽调制信号由第一电平和第二电平交替组成并以周期循环。在本实施方式中，预定占空比为5%；其中，第一电平为高电平，第二电平为低电平。

开关单元50连接于电源单元200和接口单元10之间，开关单元50用于根据控制单元40输出的脉宽调制信号周期性地导通或断开电源单元200与接口单元10之间的电性连接。当脉宽调制信号处于第一电平时，开关单元50导通并建立电源单元200与接口单元10之间的电性连接；当脉宽调制信号处于第二电平时，开关单元50截止并断开电源单元200与接口单元10之间的电性连接。在本实施方式中，在预定时间内该脉宽调制信号的占空比逐渐增大，开关单元50相应的导通时间逐渐增大，断开的时间逐渐减小。

第二侦测单元60的一端与控制单元40连接，另一端连接于开关单元50和接口单元10之间。第二侦测单元60用于对接口单元10接收的电压进行分压后产生采样电压。

控制单元40还预设有第一预定时间、第二预定时间、基准电压、多个不同的阈值电压以及与每个阈值电压一一对应的占空比。控制单元40用于接收当前采样电压并累计采样时间，比较当前采样时间与第一预定时间的大小。若当前采样时间小于第一预定时间，将当前采样电压与前一时刻的采样电压进行比较。若当前采样电压等于前一时刻的采样电压，则控制单元40开始累计检测时间，并判断当前检测时间与第二预定时间的大小。若当前检测时间大于第二预定时间，则认为负载异常（例如负载300功率过大或者负载300短路），控制单元40控制开关单元50持续断开。

进一步地，若检测时间小于第二预定时间，则控制单元40继续接收采样电压，并将当前采样电压与前一时刻电压进行比较。若当前采样电压不等于前一时刻的采样电压，则控制单元40清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较。若当前采样电压等于其中一个阈值电压时，控制单元40产生一个与该阈值电压对应的占空比的PWM信号。在本实施方式中，阈值电压分别为0.25V、0.5V、0.75V、1V、1.25V、1.5V、1.75V、2V、2.25V及2.5V；与其一一对应的占空比分别为10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%及100%。即当采样电压为0.25V时，控制单元40产生占空比为10%的PWM信号，依此类推，当采样电压为2.25V时，控制单元40产生占空比为90%的PWM信号，当采样电压为2.5V时，控制单元40产生占空比为100%的PWM信号，此时开关单元50持续导通电源单元200与接口单元10之间的电性连接。

进一步地，若累计的当前采样时间大于或等于第一预定时间，控制单元40将前采样电压与基准电压进行比较。若前采样电压等于基准电压，则认为负载正常，控制单元40控制开关单元50持续导通；若前采样电压不等于基准电压，则认为负载异常（例如负载300功率过大或者负载300短路），控制单元40控制开关单元50持续断开。在本实施方式中，基准电压为阈值电压中的最大值。

在其他实施方式中，控制单元40可省略“将当前采样电压与前一时刻的采样电压进行比较”之步骤，直接将前采样电压与阈值电压进行比较。

请再参阅图3，其为一较佳实施方式的负载保护电路的电路图。负载300包括第一插脚11、第二插脚12、第三插脚13、第四插脚14。其中，第一插脚11与第二插脚12电性连接，第三插脚13与第四插脚14电性连接。

接口单元10包括由导电材料制成且相互绝缘设置的第一插孔1、第二插孔2、第三插孔3及第四插孔4。第二插孔2通过开关单元50与电源单元200电性连接，第三插孔3接地，第四插孔4与第一侦测单元20相连。

第一侦测单元20包括第一电阻R1及第二电阻R2。第一电阻R1的一端与电源单元200连接，另一端与第四插孔4电性连接。第二电阻R2的一端与控制单元40相连，另一端连接于第一电阻R1和第四插孔4之间。

滤波单元30包括滤波电容C1。滤波电容C1的一端连接于电源单元200和控制单元40之间，另一端接地。

控制单元40包括用于与第一侦测单元20连接的触发引脚42、用于接收采样电压的侦测引脚44以及用于输出脉宽调制信号的控制引脚46。

开关单元50包括三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、MOS管M1及第六电阻R6。三极管Q1的基极通过第三电阻R3连接控制引脚46，三极管Q1的基极还通过第四电阻R4接地。三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过第五电阻R5连接MOS管M1的栅极， MOS管M1的源极连接电源单元200，MOS管M1的漏极连接接口单元10的第二插孔2。第六电阻R6连接于MOS管M1的源极与栅极之间。在本实施方式中，三极管Q1为NPN三极管，MOS管M1为PMOS管。

第二侦测单元60包括第七电阻R7、第八电阻R8及第九电阻R9。第七电阻R7的一端连接于MOS管M1的漏极与第二插孔2之间，另一端通过第八电阻R8接地。第九电阻R9的一端与第二侦测引脚44相连，另一端连接于第八电阻R8和第九电阻R9之间。

负载保护电路100的工作原理介绍如下：

当负载300与接口单元10未插接时，第一电阻R1与第二电阻R2之间的电位（即A点电位）为高电位。当负载300与接口单元10插接时，第一插脚11与第一插孔1电性连接，第二插脚12与第二插孔2电性连接，第三插脚13与第三插孔3电性连接，第四插脚14与第四插孔4电性连接，使得第四插孔4接地。此时，A点电位由高电位变成低电位，即第一侦测单元20产生侦测信号。此时，控制单元40输出占空比为5%的脉宽调制信号给三极管Q1的基极，使得三极管Q1及MOS管M1间隔导通，控制单元40通过第二侦测单元60获得采样电压并开始计时，累计采样时间。若当前采样时间小于第一预定时间时，控制单元40将当前采样电压与前一时刻采样电压进行比较，并当前采样电压等于前一时刻的采样电压时开始累计检测时间，若当前检测时间大于第二预定时间，则认为负载异常（例如负载300功率过大或者负载300短路），控制单元40控制MOS管M1持续断开。因此，若负载300在插接过程中出现异常，负载保护电路100会断开电源单元200与负载300之间的电性连接已达到保护负载的目的。

若当前检测时间小于第二预定时间则控制单元40继续接收采样电压并比较当前采样电压与前一时刻采样电压是否相等。若当前采样电压不等于前一时刻的采样电压，则控制单元40清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较。若当前采样电压等于其中一个阈值电压时，控制单元40产生一个与该阈值电压对应的占空比的PWM信号。例如，当控制单元40的侦测引脚44侦测到采样电压为0.25V且与前一时刻采样电压不相等时，控制引脚46输出10%占空比的脉宽调制信号给三极管Q1的基极，使得三极管Q1及MOS管M1的导通时间变长。依此类推，开关单元50输出的电压值逐渐增大，进而使得侦测引脚44侦测到的采样电压逐渐增大，控制单元40根据增大的采样电压调整脉宽调制信号的占空比，以延长MOS管M1的导通时间。由于开关单元50导通时间由短变长，使得流入负载300的电流由小变大，进而使得负载300与接口单元10插接瞬间时电源单元200产生较大的突波电流的损坏能力被削弱了，从而有效地避免了负载300与接口单元10插接瞬间时电源单元200产生较大的突波电流对负载300造成损坏。

进一步地，若当前采样时间大于或等于第一预定时间时，若侦测引脚44侦测到的采样电压不等于基准电压，则表示负载300出现异常，此时，控制单元40控制MOS管M1持续断开，即停止输出脉宽调制信号；若侦测引脚44侦测到的采样电压等于基准电压，则表示负载300正常，此时，控制单元40控制MOS管M1持续导通，即输出100%占空比的脉宽调制信号。因此，若负载300正常工作后出现异常时，负载保护电路100会断开电源单元200与负载300之间的电性连接已达到保护负载的目的。

请参看图4，其为一较佳实施方式的负载保护方法的流程图。负载保护方法，包括如下步骤：

S201：获取当前采样电压并累计采样时间。

S202：判断当前采样时间是否小于第一预定时间。若当前采样时间小于第一预定时间，进入步骤S203；若当前采样时间大于第一预定时间，进入步骤S208。

S203：判断当前采样电压是否等于前一时刻采样电压。若当前采样电压等于前一时刻采样电压，进入步骤S204；若当前采样电压不等于前一时刻采样电压，进入步骤S206。

S204：开始累计检测时间。

S205：判当前断检测时间是否大于第二预定时间。若当前检测时间大于第二预定时间，进入步骤S210；若当前检测时间小于第二预定时间，进入步骤S201。

S206：清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较。

S207：输出与该阈值电压对应占空比的PWM信号，进入步骤S201。

S208：判断当前采样电压是否等于基准电压。若当前采样电压等于基准电压，进入步骤S209；若当前采样电压不等于基准电压，进入步骤S210。

S209：控制开关单元持续导通，进入步骤S201。

S210：控制开关单元持续断开。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种负载保护电路，连接于电源单元和负载之间；其包括用于与负载插接的接口单元，其特征在于：该负载保护电路还包括第一侦测单元、控制单元以及开关单元；该第一侦测单元用于在侦测到负载与接口单元插接时产生触发信号；该控制单元用于在接收到触发信号时产生预定占空比的脉宽调制信号给该开关单元；该开关单元用于接收脉宽调制信号并周期性地导通或断开电源单元与接口单元之间的电性连接；其中，该脉宽调制信号的占空比逐渐增大；该开关单元导通时间逐渐增大，断开时间逐渐减小；该负载保护电路还包括第二侦测单元，该第二侦测单元的一端与控制单元连接，另一端连接于该开关单元和该接口单元之间；该第二侦测单元用于侦测该接口单元接收到的电压以产生采样电压；该控制单元还预设有第一预定时间、多个不同的阈值电压以及与每个阈值电压一一对应的占空比；该控制单元还用于在接收到触发信号后开始计时并累计采样时间，比较采样时间与第一预定时间的大小；若当前采样时间小于第一预定时间，该控制单元将采样电压与每个阈值电压进行比较。

2.如权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于：若当前采样电压等于其中一个阈值电压时，该控制单元产生一个与该阈值电压对应的占空比的脉宽调制信号。

3.如权利要求2所述的负载保护电路，其特征在于：该负载保护电路还包括基准电压；若该当前采样时间大于第一预定时间，该控制单元将采样电压与基准电压进行比较；若当前采样电压等于基准电压，该控制单元控制该开关单元持续导通；若当前采样电压不等于基准电压，该控制单元控制该开关单元持续断开。

4.如权利要求2所述的负载保护电路，其特征在于：该负载保护电路还包括第二预定时间；若当前采样时间小于第一预定时间时，该控制单元将当前采样电压与前一时刻的采样电压进行比较；若当前采样电压等于前一时刻的采样电压，该控制单元累计检测时间，并判断检测时间与第二预定时间的大小；若当前检测时间大于第二预定时间，该控制单元控制开关单元持续断开。

5.如权利要求4所述的负载保护电路，其特征在于：若当前采样电压不等于前一时刻的采样电压，该控制单元清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较；若当前采样电压等于其中一个阈值电压时，该控制单元产生一个与该阈值电压对应的占空比的脉宽调制信号。

6.如权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于：该开关单元包括三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、MOS管及第六电阻；该三极管的基极通过第三电阻连接控制单元，该三极管的基极还通过第四电阻接地；该三极管的发射极接地，该三极管的集电极通过第五电阻连接MOS管的栅极；该MOS管的源极连接电源单元，该MOS管的漏极连接接口单元的第二插孔；该第六电阻连接于MOS管的源极与栅极之间。

7.如权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于：该负载保护电路还包括滤波单元；该滤波单元连接于该电源单元和该控制单元之间；该滤波单元用于对该电源单元输出的电压进行滤波，并将滤波后的电压输出至该控制单元。

8.一种负载保护方法，其用于负载保护电路对负载进行保护；该负载保护电路包括控制单元；该控制单元预设有第一预定时间、多个不同的阈值电压以及与每个阈值电压一一对应的占空比；该负载保护方法包括如下步骤：

获取当前采样电压并累计采样时间；

判断当前采样时间是否小于第一预定时间；

若当前采样时间小于第一预定时间，判断采样电压是否等于前一时刻采样电压；

若采样电压不等于前一时刻采样电压，清零检测时间并将当前采样电压与若干阈值电压依次进行比较；

输出与该阈值电压对应占空比的脉宽调制信号。

9.如权利要求8所述的负载保护方法，其特征在于：该控制单元还包括第二预定时间；若采样时间小于第一预定时间，判断当前采样电压是否等于前一时刻采样电压之步骤还包括如下步骤：

若当前采样电压等于前一时刻采样电压，开始累计检测时间；

判断当前检测时间是否大于第二预定时间；

若当前检测时间大于第二预定时间，控制开关单元持续断开。

10.如权利要求8所述的负载保护方法，其特征在于：该控制单元还包括基准电压；判断当前采样时间是否小于第一预定时间之步骤还包括如下步骤：

若当前采样时间大于第一预定时间，判断当前采样电压是否等于基准电压；

若当前采样电压不等于基准电压，控制开关单元持续断开。