短路保护电路及电子烟

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种短路保护电路及电子烟。

背景技术

电子产品在使用过程中，短路现象很难避免，例如产品使用不当、进水和负载接入瞬间容易引发短路。短路发生时会产生大电流，导致电路中的元器件超负荷工作，产生大量的热，损坏元器件的使用寿命，给电子产品带来较大危害。

传统的电子产品中，短路检测与保护通常基于软件处理。例如，在电子烟设备中，通常使用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的引脚检测电子雾化器的输出电压，然后通过软件进行判断与处理，如果确定短路发生，则停止输出。基于软件的处理过程所需时间较长，通常为100mS左右，在这段时间内较大的电流停留在元器件上，有烧坏元器件的风险。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种短路保护电路及电子烟，以提高短路的检测与处理速度。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种短路保护电路，采用了如下所述的技术方案：

MOS管，所述MOS管的漏极连接负载；

放大电路，所述放大电路的第一输入端连接所述MOS管的漏极，所述放大电路的第二输入端与电源连接，所述放大电路用于放大所述MOS管的源极和漏极之间的电压差；

电压比较器，所述电压比较器的第一输入端连接所述放大电路的输出端，所述电压比较器的第二输入端接入参考电压，所述电压比较器用于比较放大后的电压差与所述电压比较器第二输入端的电压；

脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块的输入端连接所述电压比较器的输出端，所述脉冲宽度调制模块的输出端连接所述MOS管的源极，所述脉冲宽度调制模块用于控制所述MOS管的工作状态；

当放大后的电压差大于所述电压比较器第二输入端的电压时，所述电压比较器的输出端发生电平跳变；所述脉冲宽度调制模块根据跳变电平输出高电平，以使所述MOS管处于截止状态。

进一步的，所述MOS管的漏极和所述放大电路的第一输入端之间还包括滤波电路，用于对所述MOS管的源极和漏极之间的电压信号进行滤波。

进一步的，所述滤波电路包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述MOS管的漏极，所述第一电容的第二端接地。

进一步的，所述放大电路为双端输入单端输出的差分运算放大电路。

进一步的，所述差分运算放大电路包括运算放大器和第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述MOS管的漏极，所述第一电阻的第二端连接所述运算放大器的第一输入端；所述第二电阻连接于所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的输出端之间；所述第三电阻的第一端连接所述电源，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端共同连接于所述运算放大器的第二输入端；所述第四电阻的第二端接地。

进一步的，所述短路保护电路还包括连接所述脉冲宽度调制模块的输出端的第五电阻、第六电阻；

所述第五电阻连接于所述脉冲宽度调制模块的输出端和所述MOS管的源极之间；

所述第六电阻连接于所述脉冲宽度调制模块的输出端和所述MOS管的栅极之间。

进一步的，所述MOS管为PMOS管，所述PMOS管的源极还连接电源。

进一步的，所述放大电路中的运算放大器、所述电压比较器和所述脉冲宽度调制模块集成于一芯片；所述芯片具有多个引脚，所述芯片的引脚29为所述运算放大器的第一输入端；所述芯片的引脚27为所述运算放大器的输出端，所述芯片的引脚30为所述电压比较器的第一输入端；所述芯片的引脚27连接于所述芯片的引脚30；所述芯片的引脚35为所述脉冲宽度调制模块的输出端。

进一步的，所述电压比较器的第二输入端连接所述芯片内部的参考电压。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种电子烟，包括雾化器以及上述任一项所述的短路保护电路，所述雾化器的第一端连接所述短路保护电路中所述MOS管漏极。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：通过MOS管、放大电路、电压比较器和脉冲宽度调制模块构成对负载的短路保护闭环回路；当负载短路时，MOS管的源极和漏极之间具有较高的电压差，电压差经过放大电路放大后输入电压比较器，当大于电压比较器的参考电压时，电压比较器发生电平跳变，致使脉冲宽度调制模块输出高电平，使MOS管处于截止状态，负载输出停止，整个过程由硬件处理，减少了从短路发生到做出短路保护的时间，从而减少了短路对元器件的损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1是本申请一实施例的短路保护电路的结构示意框图；

图2是本申请一实施例的短路保护电路的电路连接图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，本申请提出了一种短路保护电路，包括MOS管，MOS管的漏极连接负载；放大电路，放大电路的第一输入端连接MOS管的漏极，放大电路的第二输入端与电源连接，放大电路用于放大MOS管的源极和漏极之间的电压差；电压比较器，电压比较器的第一输入端连接放大电路的输出端，电压比较器的第二输入端接入参考电压，电压比较器用于比较放大后的电压差与电压比较器第二输入端的电压；脉冲宽度调制模块，脉冲宽度调制模块的输入端连接电压比较器的输出端，脉冲宽度调制模块的输出端连接MOS管的源极，脉冲宽度调制模块用于控制MOS管的工作状态；

当放大后的电压差大于电压比较器第二输入端的电压时，电压比较器的输出端发生电平跳变；脉冲宽度调制模块根据跳变电平输出高电平，以使MOS管处于截止状态。

具体地，MOS管的漏极连接负载，MOS管可以控制负载的工作状态。当MOS管处于导通状态时，负载可以正常工作；当MOS管处于截止状态时，负载停止工作。

放大电路具有两个输入端，放大电路的第一输入端连接MOS管的漏极，放大电路的第二输入端可以连接至一电源。放大电路第一输入端的输入为MOS管的源极和漏极之间的电压差，在负载正常工作时，该电压差数值较小，例如，当本申请应用于电子烟时，负载为雾化器，当雾化器正常工作时，MOS管源极和漏极之间的电压差仅为0.25伏左右；当雾化器发生短路时，MOS管源极和漏极之间的电压差会升高至3.3伏左右。因此可以通过检测MOS管源极和漏极之间的电压差，检测雾化器是否发生短路。为了准确检测到MOS管源极和漏极之间电压差的变化，可以通过放大电路对MOS管源极和漏极之间的电压差进行放大。

电压比较器具有两个输入端，电压比较器的第一输入端连接放大电路的输出端，MOS管源极和漏极之间的电压差经过放大电路放大后输入电压比较器的第一输入端。电压比较器的第二输入端可以连接预先设定好的参考电压。电压比较器用于比较第一输入端和第二输入端的电压，当第一输入端和第二输入端电压的相互大小发生变化时，电压比较器输出端的电平会发生跳变。在本申请的一个实施例中，当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，电压比较器输出高电平；当第一输入端的电压小于第二输入端的电压时，电压比较器输出低电平。

脉冲宽度调制模块的输入端连接电压比较器的输出端，脉冲宽度调制模块的输出端连接MOS管的源极。脉冲宽度调制模块输出的电平信号可以控制MOS管的工作状态，使MOS管处于导通或截止状态。当负载处于短路状态时，MOS管源极和漏极之间的电压差会升高，该电压差经过放大电路的放大，再输入电压比较器。在负载发生短路时，MOS管源极和漏极的电压差经过放大电路放大后，会大于电压比较器第二输入端的参考电压，此时电压比较器的输出端发生电平跳变，由低电平跳至高电平。脉冲宽度调制模块也会根据电压比较器输出端电平的跳变输出高电平，使得MOS管处于截止状态，停止负载工作，实现短路保护。

本实施例中，通过MOS管、放大电路、电压比较器和脉冲宽度调制模块构成对负载的短路保护闭环回路；当负载短路时，MOS管的源极和漏极之间具有较高的电压差，电压差经过放大电路放大后输入电压比较器，当大于电压比较器的参考电压时，电压比较器发生电平跳变，致使脉冲宽度调制模块输出高电平，使MOS管处于截止状态，负载输出停止，整个过程由硬件处理，减少了从短路发生到做出短路保护的时间，从而减少了短路对元器件的损坏。

图2为本申请一个实施例中短路保护电路的电路连接图。具体地，参考图2，短路保护电路包括芯片U1、滤波电路、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、芯片U2、第五电阻R5和第六电阻R6。

其中，芯片U1中集成了MOS管。芯片U1的型号可以是RU30S15H，RU30S15H上集成有两个PMOS管，本申请使用其中一个PMOS管，并具体使用了引脚1、引脚2、引脚7、引脚8。其中，引脚2(G1)属于PMOS管的栅极，引脚1(S1)属于PMOS管的源极，即PMOS管的输入端，PMOS管具有两个相同的漏极，即PMOS管的输出端，分别是引脚7(D1)和引脚8(D1)，在使用芯片U1上的PMOS管时，需要连接引脚7和引脚8。

芯片U2上集成有运算放大器、电压比较器和脉冲宽度调制模块。芯片U2的型号可以是GW201。芯片U2上的运算放大器和第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成了放大电路。芯片U2的引脚29(OPA0_INPA13)为运算放大器的第一输入端，芯片U2的引脚28(OPA0_INPA12)为运算放大器的第二输入端，芯片U2的引脚27(OPA0_OUTA11)为运算放大器的输出端，芯片U2上的引脚30(ACMP3_INPA14)为电压比较器的第一输入端，芯片U2上的引脚35(PWM0A)为脉冲宽度调制模块的输出端。芯片U2的引脚27连接芯片U2的引脚30。

本实施例中，将运算放大器、电压比较器和脉冲宽度调制模块集成于一芯片上，可以缩小电路的体积，使得短路保护电路能够应用于小体积的电子器件中，例如电子烟。

具体地，芯片U1的引脚7和引脚8相连接，引脚7和引脚8连接负载的第一端，以及滤波电路中第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地。在一个实施例中，第一电容C1的大小可以是0.1微法，第一电容可以对采集到的PMOS管的源极和漏极之间的电压信号进行滤波。在负载发生短路时，PMOS管源极和漏极之间的电压会突然升高，第一电容C1还可以减少电路中的电压波动。

本申请中的放大电路可以是差分运算放大电路。在差分运算放大电路中，第一电阻R1的第一端连接芯片U1的引脚7和引脚8，第一电阻R1的第二端连接芯片U2的引脚29；第二电阻R2连接于第一电阻R1的第二端和芯片U2的引脚27之间；第三电阻R3的第一端连接电源，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端共同连接于芯片U2的引脚28；第四电阻R4的第二端接地。

本申请中的放大电路是双端输入单端输出的差分运算放大电路，其中，第一电阻R1为差分电阻，第二电阻R2为反馈电阻，第三电阻为差分电阻，第四电阻为下拉电阻。在一个具体的实施例中，第一电阻R1阻值为10kΩ，第二电阻R2的阻值为100kΩ，第三电阻R3的阻值为10kΩ，第四电阻R4的阻值为100kΩ，此时，差分运算放大电路可以将输入的电压信号放大十倍。

电压比较器的第二输入端可以连接芯片U2内置的参考电压，电压比较器用于比较第一输入端和第二输入端的电压，当第一输入端和第二输入端电压的相互大小发生变化时，电压比较器输出端的电平会发生跳变。本申请中，当第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，电压比较器输出高电平；当第一输入端的电压小于第二输入端的电压时，电压比较器输出低电平。

在芯片U2内部集成了多个电压比较器，本申请使用的电压比较器可以是芯片U2内的比较器3(ACMP3)，在芯片U2内部，比较器3的输出端连接脉冲宽度调制模块的输入端PWM_MK2，当PWM_MK2输入高电平时，脉冲宽度调制模块输出高电平。

第五电阻R5连接于芯片U2的引脚35和芯片U1的引脚1之间；第六电阻R6连接于芯片U2的引脚35和芯片U1的引脚2之间。芯片U1的引脚1还可以连接电源。第五电阻R5是上拉电阻，第六电阻R6是引脚2的串联电阻。在一个具体的实施例中，第五电阻R5的阻值可以是4.7kΩ，第六电阻R6的阻值可以是470Ω。

当负载处于短路状态时，芯片U1上PMOS管的源极和漏极之间的电压差会升高。PMOS管的源极和漏极之间的电压信号经过滤波电路，输入差分运算放大电路的第一输入端，差分运算放大电路对第一输入端和第二输入端的电压信号进行差分放大，并将放大后的电压信号输入电压比较器的第一输入端。

当负载处于短路状态时，由于PMOS管的源极和漏极之间的电压差升高，电压比较器第一输入端的电压会高于电压比较器第二输入端的电压，此时电压比较器的输出端会由低电平跳变为高电平。电压比较器输出的高电平输入脉冲宽度调制模块的输入端，脉冲宽度调制模块在输入高电平时，也会输出高电平。脉冲宽度调制模块输出的高电平会作用于芯片U1上PMOS管的源极，使得PMOS管处于截止状态，此时，负载所在的电路会断开，负载停止工作，不再有电流流过，实现了短路发生时对电路的及时保护。

本实施例中，通过MOS管、放大电路、电压比较器和脉冲宽度调制模块构成对负载的短路保护闭环回路；当负载短路时，MOS管的源极和漏极之间具有较高的电压差，电压差经过放大电路放大后输入电压比较器，当大于电压比较器的参考电压时，电压比较器发生电平跳变，致使脉冲宽度调制模块输出高电平，使MOS管处于截止状态，负载输出停止，整个过程由硬件处理，减少了从短路发生到做出短路保护的时间，从而减少了短路对元器件的损坏。

本申请提供的实施例可以应用于电子烟，应用本申请实施例的电子烟产品包括雾化器以及短路保护电路，短路保护电路包括MOS管、放大电路、电压比较器和脉冲宽度调制模块。

雾化器的一端连接短路保护电路中MOS管的漏极。当雾化器发生短路时，短路保护电路可以迅速做出反应，将MOS管置于截止状态，从而断开雾化器所在的回路，使雾化器停止工作，实现短路保护。

本实施例中，通过MOS管、放大电路、电压比较器和脉冲宽度调制模块构成对负载的短路保护闭环回路；当负载短路时，MOS管的源极和漏极之间具有较高的电压差，电压差经过放大电路放大后输入电压比较器，当大于电压比较器的参考电压时，电压比较器发生电平跳变，致使脉冲宽度调制模块输出高电平，使MOS管处于截止状态，负载输出停止，整个过程由硬件处理，减少了从短路发生到做出短路保护的时间，从而减少了短路对元器件的损坏。

显然，以上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，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。