CN219739945U - 一种负载保护模块及其电流检测电路与装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种负载保护模块及其电流检测电路与装置，包括保险丝、滤波模块、负载保护模块、检测模块、微控制器，其中负载保护模块包括场效应管集成芯片、浪涌控制电容、压摆率调节电容组件、阈值调节电阻，所述场效应管集成芯片具有过压保护、欠压保护和过流保护功能，所述微控制器可根据检测模块数据控制所述负载保护模块，调整负载保护参数，以应对更加极端的电流电压浪涌，并通过保险丝、滤波模块来提高系统抗干扰能力与稳定性，高度集成化可简化芯片测试流程。

Description

一种负载保护模块及其电流检测电路与装置

技术领域

本实用新型涉及半导体测试领域，尤其涉及检流电路保护及负载检测技术。

背景技术

当前，通信行业及消费电子行业发展迅速，市场对产品相关性能提出了更高的要求，极大推动了半导体器件小型化，集成化的发展进程，相应的，半导体器件的测试技术也需要更进一步的发展，整体趋势上，负载的功能越来越多，电流越来越大，功能越来越复杂，现有的检测负载和负载保护电路应对极端情况的能力有限，当外接电源发生短路、过载时，电压浪涌和电流浪涌就会对负载电路造成损坏，测试效率将会因此收到影响。

实用新型内容

基于此，本实用新型设计了一种针对负载的保护及检测装置，以应对负载出现极端情况下无法工作的情况，提高了系统的可靠性，提高了负载的检测效率。

为了达成上述目的，本说明书实施例提供以下技术方案：

本实用新型在第一方面提供了一种负载保护模块，包括：场效应管集成芯片、浪涌控制电容、压摆率调节电容组件、阈值调节电阻；

所述场效应管集成芯片具有过压保护、欠压保护和过流保护功能；所述浪涌控制电容一端连接于所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地，用于实现所述场效应管集成芯片的过流保护功能；所述压摆率调节电容组件一端连接于所述场效应管集成芯片电压阈值设置引脚，另一端接地，用于调节所述场效应管集成芯片的输出压摆率；所述阈值调节电阻一端连接于所述场效应管集成芯片阈值设置引脚，另一端接地，用于调节所述场效应管集成芯片的过流保护阈值。

进一步的，所述浪涌控制电容由多个并联连接的电容器组成，所述多个电容器均一端连接所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地。

进一步的，所述压摆率调节电容组件包括第一调节电容器、第二调节电容器和一个模拟开关，所述第一调节电容器一端连接于所述场效应管集成芯片电压阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电容器，所述第二调节电容器另一端接地，所述模拟开关并联于所述第二调节电容器。

进一步的，所述阈值调节电阻包括第一调节电阻、第二调节电阻和一个模拟开关，所述第一调节电阻一端连接于所述场效应管集成芯片阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电阻，所述第二调节电阻另一端接地，所述模拟开关并联于所述第二调节电阻。

优选的，所述场效应管集成芯片还具有可扩展阈值，所述可扩展阈值为过流阈值的两倍，作为发生严重过电流事件时的快速跳闸响应过流阈值。

优选的，所述场效应管集成芯片还集成有温度传感器，所述温度传感器可检测芯片温度，当温度超过所述场效应管集成芯片内部额定PN结温时，所述场效应管集成芯片关闭并保持闭锁状态，具有过热保护功能。

更优选的，所述场效应管集成芯片还具有冷却恢复功能，当所述场效应管集成芯片过热关闭后，所述场效应管集成芯片在温度降至额定PN结温后自动重启。

更进一步的，所述场效应管集成芯片还具有瞬态过流恢复功能，可在瞬态电流毛刺去除后重新打开内部功率晶体管，减小所述场效应管集成芯片的输出电压下降值。

本实用新型在第二方面提供了一种电流检测电路，包括：如上述方案中所述的任意一种负载保护模块、保险丝、滤波模块、检测模块、微控制器；

所述检测模块包括供电芯片、检流电阻、匹配电阻、电流检测放大器、ADC，所述检流电阻一端作所述检测模块输入端连接于所述负载保护模块，所述供电芯片通过降压线路连接至所述检流电阻另一端，所述供电芯片给所述微控制器、所述电流检测放大器和所述ADC供电，所述匹配电阻有两个检测引线，分别连接于所述检流电阻两端，所述匹配电阻输出端连接于所述电流检测放大器输入端，所述电流检测放大器输出端连接于所述ADC输入端，所述ADC输出端通过SPI协议与所述微控制器连接。

所述微控制器MCU与所述负载保护模块之间通过GPIO通道连接，所述保险丝两端分别连接被测接口与所述滤波模块输入端，所述滤波模块输出端连接于所述负载保护模块输入端，所述负载保护模块输出端连接于所述检测模块输入端。

进一步的，所述滤波模块包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3，所述第一滤波电感L1一端作所述滤波模块输入端，另一端与所述第三滤波电感L3一端连接，所述第三滤波电感L3另一端作所述滤波模块输出端，所述第一滤波电容C1一端连接于所述第一滤波电感L1与第三滤波电感L3之间，另一端与所述第二滤波电感L2一端连接，所述第二滤波电感L2另一端接地，所述第二滤波电容C2一端连接于所述滤波模块输出端，另一端连接于所述第一滤波电容C1与所述第二滤波电感L2之间并接地；

进一步的，上述电流检测电路还包括限流电阻与LED，所述限流电阻一端连接于被测接口或所述保险丝与所述滤波模块之间，另一端连接于所述LED，用于显示所述被测接口是否有电流输出。

本实用新型在第三方面提供了一种负载保护及检测装置，包括：上述方案中所述的任意一种电流检测电路和封装壳体。

基于上述设计，本实用新型的有益效果是：

第一，本实用新型通过场效应管集成芯片和外围器件设计，在实现了过压保护、欠压保护和过流保护功能的基础上，对更复杂的负载工作情况也有了应对手段，通过场效应管集成芯片的过压保护阈值设置方法，结合电容调节方法实现了输出压摆率的可调。

第二，本实用新型通过场效应管集成芯片的过流阈值设置方法，结合电容扩充方法，可以防止更极端的浪涌电流对浪涌控制电容的冲击，在电容部分受损的情况下仍可保证负载正常工作，此外，扩充的电容器可以进一步抑制来自输入电源的高频干扰，提高系统的抗干扰性能。

第三，本实用新型通过使用具有过热保护功能和自启动功能的场效应管集成芯片，提高了负载检测电路的过载工作性能，在芯片过热的测试场景下，避免了重复启动测试负载的操作流程，测试效率大大提升。

第四，本实用新型通过滤波模块设计提高了负载抗干扰新能，具体来说，两个电容和三个电感组成的LC滤波电路可以提供更陡峭的滤波特性和更高的选择性，也就是说，在截止频率附近，可以更好地过滤掉不需要的高频分量，同时保留所需的低频信号，进一步提高了电流测试的准确度。

第五，本实用新型的微控制器MCU可控制负载保护模块中的压摆率调节电容和阈值调节电阻，可以灵活调整负载保护模块的参数，以应对不同的测试需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请中的负载保护模块示意图；

图2是本申请中的可调参负载保护模块示意图；

图3是本申请中的优选器件连接图；

图4是本申请中的电流检测电路模块示意图；

图5是本申请中的滤波模块示意图；

图6是本申请中的检测模块与MCU示意图；

图7是本申请中的电流检测电路连接示意图；

图8是本申请中的含LED的电流检测电路连接示意图；

附图标记说明：

1.负载保护模块；2.滤波模块；3.检测模块；4.保险丝；5.微控制器；6.限流电阻；10.场效应管集成芯片；11.浪涌控制电容；12.压摆率调节电容；121.第一调节电容器；122.第二调节电容器；13.阈值调节电阻；131.第一调节电阻；132.第二调节电阻；31.供电芯片；32.检流电阻；33.匹配电阻；34.电流检测放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图示中仅显示与本申请中有关的元件而非按照实际实施时的元件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各元件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其元件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

在测试半导体芯片或电路板时，往往需要通过外接电源对测试板供电，如果外接电源发生短路、过载等情况，电压浪涌和电流浪涌会对负载造成损坏，现有测试板中的保护电路应对越来越极端的浪涌电压和电流的能力有限，实用新型人针对更大的浪涌电流和浪涌电压，结合通用的电容扩充和控制方法，兼顾不同的测试需求，设计了可灵活调节保护电路参数的电流检测电路。

基于此，本说明书实施例在第一方面提供了一种负载保护模块，包括：场效应管集成芯片10、浪涌控制电容11、压摆率调节电容12、阈值调节电阻13。

图1为负载保护模块示意图，其中，所述场效应管集成芯片10具有过压保护、欠压保护和过流保护功能，保证基本的负载保护功能的实现；所述浪涌控制电容11一端连接于所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地，根据公式浪涌电流I_INRUSH(mA)发生时，压摆率SR(V/ms)与输出电容值C_OUT(μF)成反比，当所述浪涌控制电容11越大时，输出端电压上升越慢，浪涌输出越小，实现过流保护功能；所述压摆率调节电容12一端连接于所述场效应管集成芯片10电压阈值设置引脚，另一端接地，用于调节所述场效应管集成芯片10的输出压摆率，即调节电压转换速率；所述阈值调节电阻13一端连接于所述场效应管集成芯片10阈值设置引脚，另一端接地，用于调节所述场效应管集成芯片的过流保护阈值。

进一步的，所述浪涌控制电容11由多个并联连接的电容器组成，所述多个电容器均一端连接所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地。(未示出)

进一步的，图2所示为可调参负载保护模块示意图，所述压摆率调节电容由第一调节电容器121、第二调节电容器122和一个模拟开关组成，所述第一调节电容器121一端连接于所述场效应管集成芯片10电压阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电容器122，所述第二调节电容器122另一端接地，所述模拟开关包括至少一个开关通道，并联于所述第二调节电容器122，当所述模拟开关导通时，可降低所述压摆率调节电容的电容值，以应对不同过电压测试条件。

进一步的，如图2所示，所述阈值调节电阻包括第一调节电阻131、第二调节电阻132和一个模拟开关组成，所述第一调节电阻131一端连接于所述场效应管集成芯片10阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电阻132，所述第二调节电阻132另一端接地，所述模拟开关包括至少一个开关通道，并联于所述第二调节电阻132。当所述模拟开关导通时，可降低所述阈值调节电阻13的电阻值，以应对不同过电流测试条件。

应理解的是，上述优选可调参负载保护模块方案中，图2所示模拟开关个数与连接于所示第二调节电容器122和所示第二调节电阻132的方式不应理解为对权利要求保护范围的限制，所示模拟开关数量或开关通道数量由本领域技术人员根据需要自行选择，凡是可以实现对所述压摆率调节电容和所述阈值调节电阻控制的模拟开关都应涵盖于本实施例的合理启示中。

图3为优选器件连接图，其中所述场效应管集成芯片10优选为TPS25981，所述浪涌控制电容为并联连接的四个电容，所述四个电容为C31、C32、C33、C34，所述压摆率调节电容为C35，所述阈值调节电阻为R31，其他外围器件根据TPS25981芯片手册设置，此优选实施例具有以下优选特征：

优选的所述场效应管集成芯片具有可扩展阈值功能，所述可扩展阈值为过流阈值的两倍，作为发生严重过电流事件时的快速跳闸响应过流阈值。

优选的所述场效应管集成芯片还集成有温度传感器，所述温度传感器可检测芯片温度，当检测温度过高时，所述场效应管集成芯片关闭并保持闭锁状态，具有过热保护功能。

更优选的所述场效应管集成芯片还具有冷却恢复功能，当所述场效应管集成芯片过热关闭后，所述场效应管集成芯片经一段时间冷却后自动重启。

更进一步的，所述场效应管集成芯片还具有瞬态过流恢复功能，可在瞬态电流毛刺去除后重新打开内部功率晶体管，减小所述场效应管集成芯片的输出电压下降值。

本说明书实施例在第二方面提供了一种电流检测电路，包括：如上述各项实施例中所述的任意一种负载保护模块1、滤波模块2、检测模块3、保险丝4、微控制器5，图4为电流检测电路模块示意图，其中，被检接口的电压通过保险丝4后再通过滤波模块2会被滤除高频的干扰，使得输出电源更加平稳。

图5所示为滤波模块示意图，所述滤波模块包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3，所述第一滤波电感L1一端作所述滤波模块输入端，另一端与所述第三滤波电感L3一端连接，所述第三滤波电感L3另一端作所述滤波模块输出端，所述第一滤波电容C1一端连接于所述第一滤波电感L1与第三滤波电感L3之间，另一端与所述第二滤波电感L2一端连接，所述第二滤波电感L2另一端接地，所述第二滤波电容C2一端连接于所述滤波模块输出端，另一端连接于所述第一滤波电容C1与所述第二滤波电感L2之间并接地；本实施例所述的两个电容和三个电感组成的LC滤波电路通常可以提供更陡峭的滤波特性和更高的选择性，更多的电感元件具有更高的阻抗值，可以在截止频率附近提供更大的衰减，也就是说，在截止频率附近，该滤波电路可以更好地过滤掉不需要的高频分量，同时保留所需的低频信号。

图6所示为检测模块与MCU示意图，所述检测模块3包括供电芯片31、微控制器MCU、检流电阻32、匹配电阻33、电流检测放大器34、ADC，所述检流电阻32一端作所述检测模块3输入端连接于所述负载保护模块1，所述供电芯31通过降压线路连接至所述检流电阻另一端，所述供电芯片给所述微控制器MCU、所述电流检测放大器34和所述ADC供电，所述匹配电阻33有两个检测引线，分别连接于所述检流电阻32两端，所述匹配电阻33输出端连接于所述电流检测放大器34输入端，所述电流检测放大器34输出端连接于所述ADC输入端，所述ADC输出端通过SPI协议与所述微控制器MCU连接，所述微控制器MCU可以实时监测系统的电压和电流。本实施例中，所述供电芯片工作电源不需要额外的外部电源，其他元件所需电源也由所述供电芯片提供，不需外部电源，可提高电流检测电路的集成度。本实施例中，所述降压线路采用LDO或BUCK降压方式，但应理解的是，降压方式由本领域技术人员根据供电芯片所需电压自行选择，不应理解为对本申请要求的权利范围的限制。

图7所示为电流检测电路连接示意图，所述微控制器MCU与所述负载保护模块1之间通过GPIO通道连接，所述保险丝4两端分别连接被测接口与所述滤波模块2输入端，所述滤波模块2输出端连接于所述负载保护模块1输入端，所述负载保护模块1输出端连接于所述检测模块3输入端。当系统出现异常时，如果负载出现短路，所述检流电阻32压降变小，所述微控制器MCU检测出的电压为低电平，此时负载保护模块1的欠压保护功能使得负载保护模块1输出为低电平，从而保护检测电路；如果负载的电流超过所述负载保护模块1的限制电流时，所述负载保护模块1可以断开输出使得输出为0，从而保护检测电路；如果被测接口的电压超过所述负载保护模块1的设定电压阈值时，所述负载保护模块1也可以使系统的输出断开，从而保护检测电路；当被测接口的电压短路时，所述保险丝4会熔断，保护所述滤波模块2后的系统和负载。

进一步的，上述电流检测电路还包括限流电阻6与LED，图8所示为含LED的电流检测电路连接示意图，所述限流电阻6一端连接于被测接口或所述保险丝4与所述滤波模块2之间，另一端连接于所述LED，用于显示被测接口是否有电流输出。

本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的实施例而言，描述比较简单，相关之处参见前述实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种负载保护模块，其特征在于，包括：

场效应管集成芯片；

浪涌控制电容；

压摆率调节电容组件；

阈值调节电阻；

所述场效应管集成芯片具有过压保护、欠压保护和过流保护功能；

所述浪涌控制电容一端连接于所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地；

所述压摆率调节电容组件一端连接于所述场效应管集成芯片电压阈值设置引脚，另一端接地；

所述阈值调节电阻一端连接于所述场效应管集成芯片阈值设置引脚，另一端接地，用于调节所述场效应管集成芯片的过流保护阈值。

2.如权利要求1所述的负载保护模块，其特征在于，

所述浪涌控制电容由多个并联连接的电容器组成，所述多个电容器均一端连接所述场效应管集成芯片输出端，另一端接地。

3.如权利要求1所述的负载保护模块，其特征在于，

所述压摆率调节电容组件包括第一调节电容器、第二调节电容器和一个模拟开关，所述第一调节电容器一端连接于所述场效应管集成芯片电压阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电容器，所述第二调节电容器另一端接地，所述模拟开关并联于所述第二调节电容器。

4.如权利要求1所述的负载保护模块，其特征在于，

所述阈值调节电阻包括第一调节电阻、第二调节电阻和一个模拟开关，所述第一调节电阻一端连接于所述场效应管集成芯片阈值设置引脚，另一端连接于所述第二调节电阻，所述第二调节电阻另一端接地，所述模拟开关并联于所述第二调节电阻。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的负载保护模块，其特征在于，

所述场效应管集成芯片还具有可扩展阈值功能，所述可扩展阈值大于所述场效应管集成芯片的过流阈值，作为发生严重过电流事件时的快速跳闸响应过流阈值。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的负载保护模块，其特征在于，

所述场效应管集成芯片还集成有温度传感器，所述温度传感器可检测芯片温度，当温度超过所述场效应管集成芯片内部额定PN结温时，所述场效应管集成芯片关闭并保持闭锁状态。

7.如权利要求6所述的负载保护模块，其特征在于，

所述场效应管集成芯片还具有冷却恢复功能，当所述场效应管集成芯片过热关闭后，所述场效应管集成芯片在温度降至额定PN结温后自动重启。

8.如权利要求1-4中任意一项所述的负载保护模块，其特征在于，

所述场效应管集成芯片还具有瞬态过流恢复功能，可在瞬态电流毛刺去除后重新打开内部功率晶体管，减小所述场效应管集成芯片的输出电压下降值。

9.一种电流检测电路，其特征在于，包括：

如权利要求1-8中任意一项所述的负载保护模块；

保险丝；

滤波模块；

检测模块；

微控制器；

所述检测模块包括供电芯片、检流电阻、匹配电阻、电流检测放大器、ADC，所述检流电阻一端作所述检测模块输入端连接于所述负载保护模块，所述供电芯片通过降压线路连接至所述检流电阻另一端，所述供电芯片给所述微控制器、所述电流检测放大器和所述ADC供电，所述匹配电阻有两个检测引线，分别连接于所述检流电阻两端，所述匹配电阻输出端连接于所述电流检测放大器输入端，所述电流检测放大器输出端连接于所述ADC输入端，所述ADC输出端与所述微控制器连接；

所述微控制器与所述负载保护模块之间通过GPIO通道连接；

所述保险丝两端分别连接被测接口与所述滤波模块输入端；

所述滤波模块输出端连接于所述负载保护模块输入端；

所述负载保护模块输出端连接于所述检测模块输入端。

10.如权利要求9所述的电流检测电路，其特征在于，

所述滤波模块包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3；

所述第一滤波电感L1一端作所述滤波模块输入端，另一端与所述第三滤波电感L3一端连接，所述第三滤波电感L3另一端作所述滤波模块输出端，所述第一滤波电容C1一端连接于所述第一滤波电感L1与第三滤波电感L3之间，另一端与所述第二滤波电感L2一端连接，所述第二滤波电感L2另一端接地，所述第二滤波电容C2一端连接于所述滤波模块输出端，另一端连接于所述第一滤波电容C1与所述第二滤波电感L2之间并接地。

11.如权利要求9所述的电流检测电路，其特征在于，还包括：

限流电阻与LED，所述限流电阻一端连接于被测接口或所述保险丝与所述滤波模块之间，另一端连接于所述LED，用于显示所述被测接口是否有电流输出。

12.一种负载保护及检测装置，其特征在于，包括：

如权利要求9-11中任意一项所述的电流检测电路；

封装壳体。