CN101593961A - 基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,包括霍尔电流传感器、电压比较输入延时网络、短路检测电路、短路锁定电路和锁定解除按键。本发明通过霍尔电流传感器进行无接触的电流采样,利用霍尔效应原理,传感器不需与直流电源放电回路相串联,即可将放电回路电流值转换成电压值,电流采样电路功耗低,精度高;并且,提供短路锁定电路,在短路瞬间将保护电路输出锁定为短路保护控制信号,使放电回路上的开关器件保持断开状态,防止开关器件频繁动作被烧毁;在短路故障排除后,按下锁定解除按键重新导通放电回路。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域,特别涉及一种直流电源的短路保护电路。
背景技术
作为电动汽车、大型UPS等直流设备的供电单元,当直流电源的输出发生短路时,保护电路必须能够及时地切断放电回路,确保电源自身以及直流设备的安全。
现有的直流电源的短路保护电路都是基于以下原理:在放电回路中串联采样电阻,放电时电流会在采样电阻上产生压降,放电电流越大则采样电阻上的压降越大,将该压降值与设定的阈值进行比较,超过阈值则视为短路,从而输出短路保护控制信号至后级开关器件切断放电回路,实现短路保护功能。
现有的直流电源的短路保护电路的缺点是,对于大功率的直流设备,如电动汽车或大型UPS,正常工作电流可达数百安培,短路时电流会有上千安培,很难选择合适的采样电阻,如果阻值偏大会使得采样电阻上的功耗过大,电阻容易被烧毁,如果阻值偏小将导致比较器精度难以达到。因此,需要一种方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一,特别是解决采样电阻选择困难的问题。
为了达到上述目的,本发明提出一种基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,包括霍尔电流传感器、电压比较输入延时网络、短路检测电路、短路锁定电路和锁定解除按键。其中,所述霍尔电流传感器利用霍尔效应实现无接触电流测量,将直流电源放电回路的电流信号转成电压信号,输出到所述电压比较输入延时网络;所述电压比较输入延时网络用于对所述电压信号进行延时后输出到所述短路检测电路;所述短路检测电路用于将所述电压比较输入延时网络输出的电压信号与电压比较阈值进行比较,判断是否短路,如果是,输出短路保护控制信号,从而断开放电回路;所述短路锁定电路,用于在短路时将所述短路检测电路的输出锁定为短路保护控制信号;所述锁定解除按键,用于在短路故障排除后取消锁定。
作为本发明的一个实施例,所述基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,包括以下步骤:直流电源放电回路从所述霍尔电流传感器的环中穿过,利用霍尔效应原理,所述霍尔电流传感器将所述直流电源放电回路的电流信号转换成电压信号;所述电压信号经过所述电压比较输入延时网络加到所述短路检测电路的比较器的同相输入端,与所述比较器反相输入端的电压比较阈值进行比较,当所述电压信号超出正常范围时,则视为短路;所述短路检测电路输出短路保护控制信号到后级的开关电路,从而断开放电回路,同时所述短路保护控制信号通过所述短路锁定电路反馈至所述比较器的同相输入端,将所述短路检测电路输出锁定为短路保护控制信号;短路故障排除后,按下所述锁定解除按键,取消锁定,消除短路保护控制信号,使开关器件重新吸合,放电回路导通。
本发明通过霍尔电流传感器进行无接触的电流采样,利用霍尔效应原理,传感器不需与直流电源放电回路相串联,即可将放电回路电流值转换成电压值,电流采样电路功耗低,精度高;并且,提供短路锁定电路,在短路瞬间将短路保护电路输出锁定为短路保护控制信号,使放电回路上的开关器件保持断开状态,防止开关器件频繁动作被烧毁;在短路故障排除后,按下锁定解除按键重新导通放电回路。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明实施例的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路的结构图;
图2为本发明实施例的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路的原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
本发明主要在于采用霍尔电流传感器进行无接触的电流采样,利用霍尔效应原理,传感器不需与直流电源放电回路相串联,即可将放电回路电流值转换成电压值,电流采样电路功耗低,精度高;并且,提供短路锁定电路,在短路瞬间将短路保护电路输出锁定为短路保护控制信号,使放电回路上的开关器件保持断开状态,防止开关器件频繁动作被烧毁;在短路故障排除后,按下锁定解除按键重新导通放电回路。
如图1所示,为本发明实施例的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路的结构图。该直流电源短路保护电路包括霍尔电流传感器100、电压比较输入延时网络200、短路检测电路300、短路锁定电路400和锁定解除按键500。
在本发明实施例中,电压比较输入延时网络200由积分电路构成,包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第一二极管;短路检测电路300由电压比较电路构成,包括比较器、电压比较阈值输入、第三电阻和第四电阻;短路锁定电路400由光耦反馈电路构成,包括光耦、第五电阻、第六电阻和第二二极管。
如图2所示,为本发明实施例的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路的原理图。在图中,VCC端子为比较器及光耦提供工作电压,霍尔电流传感器将直流电源放电回路的电流信号转换成电压信号,送到Vcmp端,作为直流电源短路保护电路的输入信号,Vref端口是电压比较阈值输入端,Ctrl端口为短路保护控制信号的输出端,短路保护时为高电平,用于驱动三极管或MOS管来控制开关器件(IGBT或大功率继电器等),以关断放电回路。
如图所示,直流电源放电回路从霍尔电流传感器的圆环中穿过,IN为放电回路电流信号。霍尔电流传感器的输出端Vcmp连接到第一电阻R1的一端。第一电阻R1与第二电阻R2串联,第二电阻R2与第一电容C 1并联,第一电阻R1和第二电阻R2串联的中点连接到第一二极管D1的阳极,第一二极管D1的阴极连接到短路检测电路300的比较器U1的同相输入端。比较器U1的反相输入端连接到电压比较阈值输入端Vref。第三电阻R3的一端连接到电源VCC,另一端连接到比较器U1的输出端,构成比较器U1的输出上拉电路。第四电阻R4的一端连接到比较器U1的输出端,另一端连接到短路保护控制信号的输出端Ctrl。光耦U2输入端的发光二极管的阳极(1脚)连接到第五电阻R5的一端,第五电阻R5的另一端连接到电源VCC,光耦U2输入端的发光二极管的阴极(2脚)连接到短路保护控制信号的输出端Ctrl,短路保护控制信号的输出端Ctrl经过锁定解除按键S 1接地;光耦U2输出端的三极管的发射极(3脚)接地,光耦U2输出端的三极管的集电极(4脚)连接到第六电阻R6的一端和第二二极管D2的阳极,第六电阻R6的另一端连接电源VCC,第二二极管D2的阴极连接到比较器U1的同相输入端。
应理解,上述实施例仅是示意性的实施例,并不限制本发明仅能够通过上述实施例实现,还可通过除上述电路以外的其他方式实现。
当直流电源正常工作时,IN的电流值在正常范围内,霍尔电流传感器将放电回路电流信号转换成电压信号,输出到Vcmp端,则Vcmp端电压值正常,此电压信号经电压比较输入延时网络200后,加到比较器U1的同相输入端,使比较器U1同相输入端的电压低于比较器U1反相输入端Vref提供的比较阈值,则比较器U1的输出端保持低电平,此低电平经第四电阻R4输出到Ctrl端,使Ctrl端也是低电平,控制后级的开关器件使放电回路正常导通。Ctrl端的低电平也使光耦U2输入端的发光二极管导通,从而U2输出端的三极管也导通,三极管的集电极(4脚)变为低电平,此低电平再经过二极管D2加到比较器U1的同相输入端。可见,直流电源正常工作时,短路锁定电路对短路保护电路并无影响。
当直流电源发生短路时,IN的电流值瞬间增大,霍尔电流传感器将放电回路电流信号转换成电压信号,输出到Vcmp端,则Vcmp端的电压值会升高,此电压信号经电压比较输入延时网络200后,加到比较器U1的同相输入端,使比较器U1的同相输入端的电压高于比较器U1反相输入端Vref提供的比较阈值,则比较器U1的输出端由低电平跳变成高电平,此高电平经第四电阻R4后输出到Ctrl端,使Ctrl端变为高电平,输出短路保护控制信号,关断放电回路。Ctrl端输出高电平时,光耦U2输入端的发光二极管由导通变为截止,从而U2输出端的三极管也由导通变为截止,三极管的集电极(4脚)从低电平跳变为高电平,此高电平经二极管D2加到比较器U1的同相输入端,U1的同相输入端的电平就被锁定在高电平,使比较器U1的同相输入端的电压始终高于比较器U1反相输入端Vref提供的比较阈值,比较器U1的输出也被锁定在高电平。因此,即使放电回路被关断,Vcmp端的电压值变为低电平,短路保护控制信号仍然能够继续保持。
当短路故障被排除后,Vcmp端的电压恢复正常,此电压经电压比较输入延时网络200后,加到比较器U1的同相输入端。此时,按下锁定解除按键S 1,将Ctrl端强制拉到低电平,使光耦U2输入端的发光二极管导通,从而U2输出端的三极管也导通,三极管的集电极(4脚)从高电平跳变为低电平,此低电平经二极管D2加到比较器U1的同相输入端。此时,松开锁定解除按键S1,由于比较器U1同相输入端的电平低于反相输入端Vref提供的比较阈值,比较器U1的输出保持在低电平,则Ctrl端变为低电平,短路保护控制信号的锁定解除。
本发明通过霍尔电流传感器进行无接触的电流采样,利用霍尔效应原理,传感器不需与直流电源放电回路相串联,即可将放电回路电流值转换成电压值,电流采样电路功耗低,精度高;并且,提供短路锁定电路,在短路瞬间将短路保护电路输出锁定为短路保护控制信号,使放电回路上的开关器件保持断开状态,防止开关器件频繁动作被烧毁;在短路故障排除后,按下锁定解除按键重新导通放电回路。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (6)
1、一种基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,包括霍尔电流传感器、电压比较输入延时网络、短路检测电路、短路锁定电路和锁定解除按键。
所述霍尔电流传感器,利用霍尔效应实现无接触电流测量,将直流电源放电回路的电流信号转换成电压信号,输出到所述电压比较输入延时网络;
所述电压比较输入延时网络,用于对所述电压信号进行延时后输出到所述短路检测电路;
所述短路检测电路,用于将所述电压比较输入延时网络输出的电压信号与电压比较阈值进行比较,判断是否短路,如果是,输出短路保护控制信号,从而断开放电回路;
所述短路锁定电路,用于在短路时将所述短路检测电路的输出锁定为短路保护控制信号;
所述锁定解除按键,用于在短路故障排除后取消锁定。
2、如权利要求1所述的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,所述电压比较输入延时网络由积分电路构成,包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第一二极管,
所述第一电阻与所述第二电阻串联;
所述第二电阻与所述第一电容并联;
所述第一电阻与第二电阻串联的中点连接到所述第一二极管的阳极;
所述第一二极管的阴极连接到所述短路检测电路中比较器的同相输入端。
3、如权利要求1所述的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,所述短路检测电路由电压比较电路构成,包括比较器、电压比较阈值输入、第三电阻和第四电阻,
所述比较器的同相输入端连接所述第一二极管的阴极,反相输入端连接所述电压比较阈值输入;
所述第三电阻连接在电源VCC和所述比较器的输出端之间;
所述第四电阻连接在所述比较器的输出端和短路保护控制信号的输出端之间。
4、如权利要求1所述的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,所述短路锁定电路由光耦反馈电路构成,包括光耦、第五电阻、第六电阻和第二二极管,
所述光耦输入端的发光二极管的阳极连接所述第五电阻,阴极连接短路保护控制信号的输出端,所述光耦输出端的三极管的发射极接地,集电极连接所述第六电阻及所述第二二极管的阳极;
所述第五电阻连接在电源VCC和所述光耦输入端的发光二极管的阳极之间;
所述第六电阻连接在电源VCC和所述光耦输出端的三极管的集电极之间;
所述第二二极管的阳极连接所述光耦输出端的三极管的集电极,阴极连接所述比较器的同相输入端。
5、如权利要求1所述的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,短路保护控制信号的输出端经所述锁定解除按键接地。
6、如权利要求1所述的基于无接触电流采样的直流电源短路保护电路,其特征在于,包括以下步骤:
直流电源放电回路从所述霍尔电流传感器的环中穿过,利用霍尔效应原理,所述霍尔电流传感器将所述直流电源放电回路的电流信号转换成电压信号;
所述电压信号经过所述电压比较输入延时网络加到所述短路检测电路的比较器的同相输入端,与所述比较器反相输入端的电压比较阈值进行比较,当所述电压信号超出正常范围时,则视为短路;
所述短路检测电路输出短路保护控制信号到后级的开关电路,从而断开放电回路,同时所述短路保护控制信号通过所述短路锁定电路反馈至所述比较器的同相输入端,将所述短路检测电路输出锁定为短路保护控制信号;
短路故障排除后,按下所述锁定解除按键,取消锁定,消除短路保护控制信号,使开关器件重新吸合,放电回路导通。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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