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CN116093884A - 一种功率电路的过流保护电路及电子设备 - Google Patents

一种功率电路的过流保护电路及电子设备 Download PDF

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CN116093884A
CN116093884A CN202310081252.0A CN202310081252A CN116093884A CN 116093884 A CN116093884 A CN 116093884A CN 202310081252 A CN202310081252 A CN 202310081252A CN 116093884 A CN116093884 A CN 116093884A
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CN
China
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circuit
overcurrent protection
resistor
signal
overcurrent
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CN202310081252.0A
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田振
任广辉
殷桂来
汪知明
党书琴
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Zhongke Yichuang Guangzhou Technology Co ltd
Original Assignee
Zhongke Yichuang Guangzhou Technology Co ltd
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    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
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Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种功率电路的过流保护电路及电子设备，包括：依次连接的差分信号采样电路、过流信号触发电路以及过流保护控制电路；其中，所述过流保护控制电路包括过流保护自锁电路、过流保护检测电路和过流保护使能及复位电路。本发明通过分立器件完成智能化过流保护，解决了传统过流保护方案无法同时兼顾利用分立器件实现高抗扰性和低成本等，无法避免过流保护动作反复触发的问题，提高了抗干扰性，降低硬件成本，同时具有延时保护功能，安全可靠，使用方便。

Description

一种功率电路的过流保护电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种功率电路的过流保护电路及电子设备。
背景技术
随着电子器件的迅速发展，目前，电子器件行业关于过流保护方案主要分为以下两种：。
第一种方案：通过分立器件完成电流信号采集、差分采样、触发保护等动作，从而实现过流保护，该设计方案的具体电路结构如图1所示，其工作原理为：采样端进行信号采集，然后经过信号方法后输出电压，与保护阈值电压进行比较，输出对应保护信号，电路在未触发保护时输出的信号为低电平，这种通过分立器件实现过流保护的方案不具备过流保护延迟功能，抗扰性差，而且无法良好地维持过流保护状态，会反复触发保护，从而导致系统无法自动、准确地触发保护机制。
第二种方案：通过芯片集成的方式将第一种方案的功能集成，并完成故障信息的上报；这种设计方案虽然集成了部分过流保护功能，但是能够调节的参数较少，基本上靠芯片出厂设定，无法良好地匹配用户产品需求，导致芯片选型困难，并且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率电路的过流保护电路及电子设备，以在利用分立器件实现智能化过流保护的同时，提高抗干扰性，避免反复触发保护，降低硬件成本。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种功率电路的过流保护电路及电子设备。
第一方面，本发明提供了一种功率电路的过流保护电路，所述过流保护电路包括：依次连接的差分信号采样电路、过流信号触发电路以及过流保护控制电路；其中，所述过流保护控制电路包括过流保护自锁电路、过流保护检测电路和过流保护使能及复位电路；
所述差分信号采样电路，用于对采集到的差分信号进行放大，输出差分放大信号至所述过流信号触发电路；
所述过流信号触发电路，用于根据接收到的所述差分放大信号进行延时处理，生成延时保护信号，根据所述延时保护信号判断是否触发过流保护，并在不同的过流保护触发状态下，分别输出对应的过流保护电压信号至所述过流保护控制电路；
所述过流保护自锁电路，用于根据接收到的所述过流保护电压信号判断是否进行信号自锁操作，并在采取信号自锁操作后，输出自锁电压信号；
所述过流保护检测电路连接MCU的输出端，用于将接收到的所述过流保护电压信号向外输出至所述MCU的输出端，以使所述MCU进行过流保护触发检测，生成触发检测信号，并根据所述触发检测信号和过流保护释放信号控制所述MCU的输入端电压，完成过流保护电路复位操作；
所述过流保护使能及复位电路连接所述MCU的输入端，用于根据所述MCU的输入端的电压信号，输出电路使能信号，并根据所述电路使能信号控制过流保护电路的工作状态。
在进一步的实施方案中，所述差分信号采样电路包括差分放大器。
在进一步的实施方案中，所述过流信号触发电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容以及比较器；
所述第一电阻的一端连接所述差分信号采样电路的输出端，所述第一电阻的另一端连接所述比较器的同相输入端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地；
所述比较器的反相输入端通过所述第二电阻连接供电电源，所述比较器的反相输入端还通过第三电阻接地。
在进一步的实施方案中，所述延时处理的计算公式为：
Figure BDA0004067489880000031
式中，t表示延时时间；R表示第一电阻的阻值；C表示第一电容的电容值；Va表示第一电容的目标电压值；V0表示第一电容的初始电压值；Vt表示第一电容在某一时刻的瞬时电压值。
在进一步的实施方案中，所述过流保护自锁电路包括第二电容、第四电阻和稳压二极管；
所述比较器的输出端通过串联的所述第四电阻和所述稳压二极管连接至所述比较器的同相输入端，所述第四电阻和所述稳压二极管并联连接所述第二电容。
在进一步的实施方案中，所述过流保护检测电路包括第五电阻和第六电阻；
所述比较器的输出端通过所述第五电阻输出短路输出信号；所述比较器的输出端还通过第六电阻连接所述MCU的输出端。
在进一步的实施方案中，所述过流保护使能及复位电路包括MOS管、第七电阻和第八电阻；
所述MCU的输入端通过所述第七电阻连接至所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极连接供电电源，所述MOS管的漏极连接所述比较器的同相输入端；
所述第八电阻并联于所述MOS管的栅极与源极之间。
在进一步的实施方案中，所述差分信号采样电路包括与所述过流信号触发电路连接的双向电流分流监控器以及与所述双向电流分流监控器连接的第九电阻。
第二方面，本发明提供了一种电子设备，包括上述的过流保护电路。
本发明提供了一种功率电路的过流保护电路及电子设备，所述过流保护电路通过依次连接的差分信号采样电路、过流信号触发电路以及过流保护控制电路，过流信号触发电路用于对差分放大信号进行延时处理并判断是否触发过流保护，在不同的过流保护触发状态下分别输出对应的过流保护电压信号至过流保护控制电路；过流保护控制电路用于实现过流保护自锁、使能以及复位等功能。与现有技术相比，本发明在采用分立器件实现智能化过流保护的基础上，增强了过流信号触发的抗扰性，大大降低了硬件成本，同时可以进行延时保护设定，满足更多的产品需求，使得设计更为灵活，实现较好的过流保护效果。
附图说明
图1是本发明背景技术提供的传统过流保护电路示意图；
图2是本发明一实施例提供的功率电路的过流保护电路结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的功率电路的过流保护电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
参考图2，本发明实施例提供了一种功率电路的过流保护电路，如图2所示，该过流保护电路包括依次连接的差分信号采样电路11、过流信号触发电路12以及过流保护控制电路；其中，所述过流保护控制电路包括过流保护自锁电路13、过流保护检测电路14和过流保护使能及复位电路15。
在本实施例中，所述差分信号采样电路11用于对采集到的差分信号进行放大，输出差分放大信号至所述过流信号触发电路12；
所述过流信号触发电路12，用于根据接收到的所述差分放大信号进行延时处理，生成延时保护信号，根据所述延时保护信号判断是否触发过流保护，并在不同的过流保护触发状态下，分别输出对应的过流保护电压信号至所述过流保护控制电路；
所述过流保护自锁电路13，用于根据接收到的所述过流保护电压信号判断是否进行信号自锁操作，并在采取信号自锁操作后，输出自锁电压信号；
所述过流保护检测电路14连接MCU的输出端，用于将接收到的所述过流保护电压信号向外输出至所述MCU的输出端，以使所述MCU进行过流保护触发检测，生成触发检测信号，并根据所述触发检测信号和过流保护释放信号控制所述MCU的输入端电压，完成过流保护电路复位操作；
所述过流保护使能及复位电路15连接所述MCU的输入端，用于根据所述MCU的输入端的电压信号，输出电路使能信号，并根据所述电路使能信号控制过流保护电路的工作状态。
在一个实施例中，如图2所示，所述差分信号采样电路11包括差分放大器U1A，其中，差分放大器的同相输入端和反相输入端用于采集差分信号，差分放大器的输出端用于输出经过一定比例放大的差分放大信号V1+，并将差分放大信号V1+输出至所述过流信号触发电路12。
所述过流信号触发电路包括第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5、第一电容C3以及比较器U1B，其中，所述第一电阻R3的一端连接所述差分信号采样电路11的输出端，所述第一电阻R3的另一端连接所述比较器U1B的同相输入端和所述第一电容C3的一端，所述第一电容C3的另一端接地；所述比较器U1B的反相输入端通过所述第二电阻R4连接供电电源VCC，所述比较器U1B的反相输入端还通过第三电阻R5接地GND。
在本实施例中，所述第一电阻R3和所述第一电容C3用于构成延时触发电路，以使所述过流信号触发电路12在接收到差分放大信号V1+后，经第一电阻R3和第一电容C3的延时处理输入至比较器U1B的同相输入端，其中，所述延时处理的计算公式为：
Figure BDA0004067489880000051
式中，t表示延时时间，单位为秒；R表示第一电阻R3的阻值；C表示第一电容C3的电容值；Va表示第一电容C3的目标电压值，在本实施例中，
Figure BDA0004067489880000061
其中，VCC表示供电电源电压值，R4表示第二电阻R4的阻值，R5表示第三电阻R5的阻值；V0表示第一电容C3的初始电压值；Vt表示第一电容C3在某一时刻的瞬时电压值。
所述第二电阻R4、所述第三电阻R5、所述第一电容C3和所述比较器U1B用于构成触发保护电路，在电路未触发过流信号时，若所述比较器U1B的反相输入端电压V1-大于所述比较器U1B的同相输入端电压V1+时，即V1->1B+时，所述比较器U1B的输出端电压V2B＝0V；在电路触发过流信号时，若所述比较器U1B的反相输入端电压V1-小于所述比较器U1B的同相输入端电压V1+时，即V1-<1B+时，所述比较器U1B的输出端电压V2B＝VCC，此时，所述比较器U1B的输出端电压为高电平，高电平触发过流保护信号；需要说明的是，在本实施例中，所述比较器U1B的同相输入端电压V1+是根据差分信号采样电路11输出端输出的电压确定的，所述比较器U1B的反相输入端电压
Figure BDA0004067489880000062
所述过流保护自锁电路13包括第二电容C1、第四电阻R6和稳压二极管D1，其中，所述比较器U1B的输出端通过串联的所述第四电阻R6和所述稳压二极管D1连接至所述比较器U1B的同相输入端，所述第四电阻R6和所述稳压二极管D1并联连接所述第二电容C1；在本实施例中，第二电容C1用于防止信号干扰，当所述比较器U1B的输出端电压为V2B＝VCC时，信号经过第四电阻R6和稳压二极管D1反馈到所述比较器U1B的同相输入端，从而实现自锁。
所述过流保护检测电路14包括第五电阻R7和第六电阻R8，其中，所述比较器U1B的输出端通过所述第五电阻R7向外输出短路输出信号，供硬件系统灵活设计；所述比较器U1B的输出端还通过第六电阻R8连接所述MCU的输出端MCU_IO_Output，以使所述MCU的输出端MCU_IO_Output在通过第六电阻R8接收并检测所述比较器U1B的输出端电压信号，若检测到所述比较器U1B的输出端电压信号为高电平时，说明已经触发过流信号。
所述过流保护使能及复位电路15包括MOS管Q1、第七电阻R1和第八电阻R2，其中，所述MCU的输入端通过所述第七电阻R1连接至所述MOS管Q1的栅极，所述MOS管Q1的源极连接供电电源VCC，所述MOS管Q1的漏极连接所述比较器U1B的同相输入端；所述第八电阻R2并联于所述MOS管的栅极与源极之间，MOS管Q1采用的是N沟道MOS晶体管。
本实施例根据MCU的输入端电压控制所述差分信号采样电路和所述过流信号触发电路电源的通断，具体为：当所述MCU的输入端电压“MCU_IO_Input”为高电平时，MOS管Q1截止，则差分信号采样电路和过流信号触发电路无电源，整个过流保护电路不工作；当所述MCU的输入端电压“MCU_IO_Input”为低电平时，MOS管Q1导通，则差分信号采样电路和过流信号触发电路上电，过流保护电路开始工作，从而实现使能功能。
在本实施例中，当所述MCU的输出端电压信号MCU_IO_Output为高电平时，所述比较器U1B输出电平V2B＝VCC，此时，若要释放过流保护，需要控制所述MCU的输入端电平“MCU_IO_Input”由低电平(0V)转变为高电平(VCC)，再由高电平(VCC)变为低电平(0V)，从而实现复位功能。
在另一个实施例中，如图3所示，所述差分信号采样电路包括与所述过流信号触发电路连接的双向电流分流监控器以及与所述双向电流分流监控器连接的第九电阻R16，其中，双向电流分流监控器采用INA199A1DCKR芯片U2，INA199A1DCKR芯片U2具有集成度高，可简化电路，提高可靠性等优点，同时，INA199A1DCKR芯片U2有三种固定增益可供选择：50V/V(INA199x1)、100V/V(INA199x2)、200V/V(INA199x3)，本实施例优先选取50V/V增益；在本实施例中，第九电阻R16串联差分信号采样电路的主回路中，两端信号输入IN+、IN-引脚，6_OUT引脚输出经过放大的差分信号V1+，并将差分放大信号V1+输出至所述过流信号触发电路12，需要说明的是，后续的过流信号触发电路以及过流保护控制电路工作原理以及电路结构与上述均相同，此处不再一一赘述。
在一个实施例中，本发明实施例提供了一种电子设备，所述系统包括上述的过流保护电路。
关于一种电子设备的具体限定可以参见上述对于一种功率电路的过流保护电路的限定，此处不再赘述。
本发明实施例提供的一种功率电路的过流保护电路，所述过流保护电路利用过流保护自锁电路将过流触发信号锁住，避免了在过流情况下保护动作反复被触发的情况；基于过流保护使能及复位电路，使电路具备过流保护功能的使能以及智能化的复位功能；同时增加了过流保护检测电路，使系统能够识别出当前电路状态。相较于传统过流保护方案而言，本发明实施例提供的基于分立器件搭建的过流保护电路不仅增强了过流信号触发的抗扰性，实现了延时保护、自锁、复位等功能，而且避免了集成芯片的选型，极大地降低了系统复杂度和硬件成本。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种功率电路的过流保护电路，其特征在于，包括：依次连接的差分信号采样电路、过流信号触发电路以及过流保护控制电路；其中，所述过流保护控制电路包括过流保护自锁电路、过流保护检测电路和过流保护使能及复位电路；
所述差分信号采样电路，用于对采集到的差分信号进行放大，输出差分放大信号至所述过流信号触发电路；
所述过流信号触发电路，用于根据接收到的所述差分放大信号进行延时处理，生成延时保护信号，根据所述延时保护信号判断是否触发过流保护，并在不同的过流保护触发状态下，分别输出对应的过流保护电压信号至所述过流保护控制电路；
所述过流保护自锁电路，用于根据接收到的所述过流保护电压信号判断是否进行信号自锁操作，并在采取信号自锁操作后，输出自锁电压信号；
所述过流保护检测电路连接MCU的输出端，用于将接收到的所述过流保护电压信号向外输出至所述MCU的输出端，以使所述MCU进行过流保护触发检测，生成触发检测信号，并根据所述触发检测信号和过流保护释放信号控制所述MCU的输入端电压，完成过流保护电路复位操作；
所述过流保护使能及复位电路连接所述MCU的输入端，用于根据所述MCU的输入端的电压信号，输出电路使能信号，并根据所述电路使能信号控制过流保护电路的工作状态。
2.如权利要求1所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述差分信号采样电路包括差分放大器。
3.如权利要求1所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述过流信号触发电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容以及比较器；
所述第一电阻的一端连接所述差分信号采样电路的输出端，所述第一电阻的另一端连接所述比较器的同相输入端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地；
所述比较器的反相输入端通过所述第二电阻连接供电电源，所述比较器的反相输入端还通过第三电阻接地。
4.如权利要求3所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于，所述延时处理的计算公式为：
Figure FDA0004067489850000021
式中，t表示延时时间；R表示第一电阻的阻值；C表示第一电容的电容值；Va表示第一电容的目标电压值；V0表示第一电容的初始电压值；Vt表示第一电容在某一时刻的瞬时电压值。
5.如权利要求3所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述过流保护自锁电路包括第二电容、第四电阻和稳压二极管；
所述比较器的输出端通过串联的所述第四电阻和所述稳压二极管连接至所述比较器的同相输入端，所述第四电阻和所述稳压二极管并联连接所述第二电容。
6.如权利要求3所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述过流保护检测电路包括第五电阻和第六电阻；
所述比较器的输出端通过所述第五电阻输出短路输出信号；所述比较器的输出端还通过第六电阻连接所述MCU的输出端。
7.如权利要求3所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述过流保护使能及复位电路包括MOS管、第七电阻和第八电阻；
所述MCU的输入端通过所述第七电阻连接至所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极连接供电电源，所述MOS管的漏极连接所述比较器的同相输入端；
所述第八电阻并联于所述MOS管的栅极与源极之间。
8.如权利要求1所述的一种功率电路的过流保护电路，其特征在于：所述差分信号采样电路包括与所述过流信号触发电路连接的双向电流分流监控器以及与所述双向电流分流监控器连接的第九电阻。
9.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的过流保护电路。
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