技术摘要：
本发明公开了一种开关晶体管的过流保护电路。解决现有技术中过流保护电路存在电路结构复杂、制造成本高，以及不能采用常规延时电路进行精准延时控制的问题。电路包括功率晶体管Qn、连接在功率晶体管Qn栅极端上的直流脉冲发生器、信号转换电路、过载保护开关和分频器。  全部
背景技术：
过流保护电路在电路中电流超过预定最大值时通过限制电流来对电路中的元件 进行保护，目前广泛应用在各种电器电路中。例如现有技术中便携式电动工具，以锂电池作 为动力，通过调试开关进行控制，其内部电路实质是：有直流脉冲调制信号（PWM）驱动功率 晶体管，通过改变驱动信号的占空比来改变直流电机的转速，以实现电机的平稳启动。为了 保护锂电池、电机以及功率晶体管本身不受到过载损坏，需要对其进行过流保护。现有技术 中，常用过流保护电路采用如图1所示的结构，由两个功率晶体管Qn’、Q1’串联组成，其中晶 体管Qn’由一个专用调速芯片1’输出直流脉冲调制信号驱动，以实现对直流电机调速的目 的；晶体管Q1’由锂电池保护集成电路即图中锂电池保护芯片2’内部的比较器BG’根据其饱 和压降的大小取得过流信号，以实现对电池供电回路的过流保护。但是，该保护电路存在缺 点：需要用到两个较大功率晶体管Qn’、Q1’，且分别由两个专用集成电路来控制，不仅电路 复杂，且制造成本高。 为此，已有专利号为ZL200810162438.4，名称为一种开关型晶体管的过载保护电 路的中国发明专利针对上述问题设计了一种只需要单个晶体管就能实现的过流保护电路， 在实际使用中，上述专利的电路在脉冲占空比一定的情况下确实有效可靠，但是当脉冲信 号的占空比在大范围内变化时（如电动工具的多级变速调节），采用上述专利的电路很难用 常规的RC延时电路来对过流信号实施精准的延时控制，而且，上述专利中的电路存在多个 电容和电阻，不适合集成电路的设计。
技术实现要素：
本发明主要是解决现有技术中过流保护电路存在电路结构复杂、制造成本高，以 及不能采用常规延时电路进行精准延时控制的问题，提供了一种开关晶体管的过流保护电 路。 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种开关晶体管的 过流保护电路，包括连接在电源电路上的功率晶体管Qn和连接在功率晶体管Qn栅极端上驱 动其工作的直流脉冲发生器，包括信号转换电路、过载保护开关和分频器，信号转换电路包 括信号输入端、信号输出端和信号控制端，信号输入端连接在功率晶体管Qn与电源之间线 路上，信号输出端通过连接分频器后连接在过载保护开关的控制端上，信号控制端连接在 功率晶体管Qn栅极与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输入端连接在功率晶体 管与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输出端接地； 信号转换电路，在功率晶体管Qn正常状态下，信号输出端输出直流电平信号，在功率晶 体管Qn过流状态下，信号输出端输出直流脉冲信号； 分频器，根据信号转换电路信号输出端输出的直流脉冲信号进行计时并输出延时信 4 CN 111585252 A 说　明　书 2/11 页 号。 本发明电路结构更加简单，相比现有电路无需采用多个电容和电阻，更适合集成 电路的设计。本发明信号转换电路能够根据功率晶体管过流状态分别输出直流电平信号和 直流脉冲信号，配合分频器可以对过流信号进行精准的延时控制。本发明中分频器采用现 有技术中的脉冲计时电路，可以采用不同比例的分频器，得到不同时间的延迟信号，分频器 输出信号起始电平可以根据需求进行设定。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第一比较器BG1、第一基准电压源E01、 第一电阻R1、第一场效应管Q1和第一反向器F1；第一比较器GB1同相输入端作为信号输入 端，第一比较器GB1反相输入端连接第一基准电压源E01正极，第一基准电压源E01负极接 地，第一比较器GB1输出端连接电阻R1第一端，电阻R1第二端作为信号输出端，第一场效应 管Q1漏极连接电阻R1第二端，第一场效应管Q1源极接地，第一场效应管Q1栅极经过与第一 反向器F1连接后作为信号控制端。本方案中采用比较器来检测功率晶体管过流状态，在功 率晶体管导通工作时，通过第一比较器BG1同相输入端采集功率晶体管上的电压信号，与反 相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第一比 较器BG1输出端输出高电平，同时配合信号控制端输入的脉冲信号来控制第一场效应管Q1 的通断，从而控制第一比较器BG1输出端即信号输出端的输出电平变化，信号输出端输出直 流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合集 成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源 E01，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第 二电阻R2、第三电阻R3、第二反向器F2和第三反向器F3，第二场效应管Q2栅极作为信号输入 端，第二场效应管Q2源极接地，第二场效应管Q2漏极分别连接第二电阻R2第一端和第二反 向器F2输入端，第二电阻R2第二端连接供电电源，第二反向器F2输出端连接第三电阻R3第 一端，第三电阻R3第二端作为信号输出端，场效应管Q3漏极连接第三电阻R3第二端，场效应 管Q3源极接地，场效应管Q3栅极经过与第三反向器F3连接后作为信号控制端。本方案中采 用场效应管来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，第二场效应管Q2栅极 采集功率晶体管上的电压信号，根据第二场效应管Q2是否导通工作检测功率晶体管是否为 过流状态，这里第二场效应管Q2的开启电压相当于基准电压。在过流状态下第二场效应管 Q2导通，信号输出端输出一个电平信号，同时配合信号控制端输入的脉冲信号来控制第三 场效应管Q3的通断，从而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出直流脉冲信号， 以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路采用了较少的电阻，适合集成电路设计，并 能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。另外电阻R2也可以用恒流源来代替。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第 四电阻R4，第四场效应管Q4栅极作为信号输入端，第四场效应管Q4源极接地，第四场效应管 Q4漏极与第五场效应管Q5源极连接，第五场效应管Q5栅极作为信号控制端，第五场效应管 Q5漏极分为两路，一路连接第四电阻R4第一端，另一路作为信号输出端，第四电阻R4第二端 连接供电电源。本方案中同样采用场效应管来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导 通工作时，第四场效应管Q4栅极采集功率晶体管上的电压信号，根据第四场效应管Q4是否 导通工作检测功率晶体管是否为过流状态，这里第四场效应管Q4的开启电压相当于基准电 5 CN 111585252 A 说　明　书 3/11 页 压。在过流状态下第四场效应管Q4导通工作，信号输出端电平信号的高低根据电阻R4、第五 场效应管Q5、第四场效应管Q4构成的电路导通情况来决定。通过信号控制端输入的脉冲信 号来控制第五场效应管Q5的通断，从而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出 直流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合 集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。另外电阻R4也可以用 恒流源来代替。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第二比较器BG2、第二基准电压源E02、 第六场效应管Q6和恒流源ID，第二比较器BG2反相输入端作为信号输入端，第二比较器BG2 同相输入端连接第二基准电压源E02正极，第二基准电压源E02负极接地，第二比较器BG2输 出端连接第六场效应管Q6源极，第六场效应管Q6栅极作为信号控制端，第六场效应管Q6漏 极分为两路，一路作为信号输出端，另一路连接恒流源ID。本方案中采用比较器来检测功率 晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第二比较器BG2反相输入端采集功率晶体 管上的电压信号，与同相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状 态，在过流状态下第二比较器BG2输出端输出低电平。信号输出端的电平信号由第六场效应 管Q6工作状态来决定。通过信号控制端输入的脉冲信号来控制第六场效应管Q6的通断，从 而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出直流脉冲信号，以使得分频器进行延 时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对 过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E02，可以得到不同电压的功率晶体 管Qn过流值。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第三比较器BG3、第三基准电压源E03、 或非门和第四反向器F4，第三比较器BG3反相输入端作为信号输入端，第三比较器BG3同相 输入端连接第三基准电压源E03正极，第三基准电压源E03负极接地，第三比较器BG3输出端 连接或非门第一输入端，或非门第二输入端通过连接第四反向器F4后作为信号控制端，或 非门输出端作为信号输出端。本方案信号转换电路采用比较器、或非门和反向器的组合，比 较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第三比较器BG3的反相输 入端采集功率晶体管上的电压信号，与同相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体 管是否为过流状态，在过流状态下第三比较器BG3输出低电平，其与信号控制端的信号共同 输入或非门，通过输入信号控制端的脉冲信号来控制或非门输出端电平即信号输出端电 平，使得信号输出端输出直流脉冲信号，则分频器进行延时输出信号。信号转换电路无需采 用电阻、电容，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。 选择不同的基准电压源E03，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。 作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第四比较器BG4、第四基准电压源E04 和与非门，第四比较器BG4同相输入端作为信号输入端，第四比较器BG4反相输入端连接第 四基准电压源E04正极，第四基准电压源E04负极接地，第四比较器BG4输出端连接与非门第 一输入端，与非门第二输入端作为信号控制端，与非门输出端作为信号输出端。本方案信号 转换电路采用比较器和与非门的组合，比较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管 导通工作时，通过第四比较器BG4的同输入端采集功率晶体管上的电压信号，与反相输入端 上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第四比较器BG4 输出高电平，其与信号控制端的信号共同输入与非门，通过输入信号控制端的脉冲信号来 6 CN 111585252 A 说　明　书 4/11 页 控制与非门输出端电平即信号输出端电平，使得信号输出端输出直流脉冲信号，则分频器 进行延时输出信号。信号转换电路无需采用电阻、电容，更适合集成电路设计，并能够配合 分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E04，可以得到不同电压的 功率晶体管Qn过流值。 作为一种优选方案，所述过载保护开关为过载保护晶体管Qt，过载保护晶体管Qt 漏极连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护晶体管Qt源极接地，过 载保护晶体管Qt栅极通过分频器与信号输出端连接。 作为一种优选方案，所述信号转换电路集成在集成芯片内，信号输入端和信号控 制端分别形成集成芯片的两个引脚。信号转换电路中不采用电阻、电容或较少采用电阻，使 得更适合集成电路设计。采用较少引脚设计，减少了集成芯片的制造成本。 因此，本发明的优点是：电路结构更加简单，相比现有电路无需采用多个电容和电 阻，更适合集成电路的设计。信号转换电路能够根据功率晶体管过流状态分别输出直流电 平信号和直流脉冲信号，能够采用常规的延时电路对过流信号进行精准的延时控制。 附图说明 图1是本发明