CN205811508U - 一种输出电流过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种输出电流过流保护电路，其特征在于：一种输出电流过流保护电路，其特征在于：包括依次连接的输出电流采样电路，信号放大电路，阈值比较电路，信号隔离传递电路、主控芯片；所述信号隔离传递电路输出接主控芯片的控制端；输出电流采样电路的输入端串接在主电路的电流输出回路中。与现有技术相比，本实用新型解决了小电流保护特性差、不同工作频率情况下保护阈值不精准、抗干扰能力差、保护不及时延迟长等问题。本实用新型具有结构简单可靠，价格便宜，保护阈值精准，抗干扰能力强，保护响应及时，且能保证不同的电流保护阈值下保护特性一致，失效概率极低，有利于产品的量产。

Description

一种输出电流过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种输出电流过流保护电路。

背景技术

在充电桩行业中，其核心部件的开关电源模块，跟随着半导体与材料技术的发展而发展，功率密度在短短几年内就实现了翻倍，开关频率也越来越高，对开关电源中的过流保护也要求越来越快，尤其是在短路瞬间，几乎要求模块能在半个开关周期内实现保护，而现常用的利用电流互感器或者光耦的保护电路很难达到目前电源过流保护的要求，使用电流互感器作为隔离保护时，在电流较大且干扰较小时能较好的达到保护的要求，但当被保护对象电流很小的时候，互感器副边很难反应原边真实的电流波形，尤其在类似LLC这种变频PWM控制拓扑结构中，不同的工作情况下，保护的阈值都不一样，而且非常容易受开关电源的干扰，从而导致误动作，增加了设计的难度，所以被保护对象偶有失效或误动作的情况，给开关电源模块可靠性带来较坏的影响；另一种使用电阻采样，再利用隔离光耦作为隔离器件的保护电路，由于采样电阻串接在回路中，电流波形能很好的得到复原，保护的阈值也更加精准，但光耦的使用使得整个保护动作反应有较大的延迟，即使使用昂贵的高速光耦，延迟也是不可避免的，从而导致高频开关电源过流保护失效而造成模块损坏。本实用新型延续了上述保护电路的优点，解决了上述保护电路的不足，即各种电流大小、各种频率下能达到几乎无延迟的保护作用，且具备优良的抗干扰能力。

发明内容

为解决现有过流保护电路在目前高频开关电源的过流保护中，常存在保护阈值不准，保护失效，易受干扰等问题，本实用新型提供一种输出电流过流保护电路。

本实用新型采用以下技术方案实现：一种输出电流过流保护电路，其特征在于：包括依次连接的输出电流采样电路，信号放大电路，阈值比较电路，信号隔离传递电路、主控芯片；所述信号隔离传递电路输出接主控芯片的控制端；输出电流采样电路的输入端串接在主电路的电流输出回路中。

在本实用新型一实施例中，所述输出电流采样电路包括第一电阻、第一电容，所述第一电阻一端接主电路的电流输出端，另一端接第一电容一端；第一电容另一端接主电路的电流输出端；第一电容两端并联于信号放大电路。

较佳的，所述第一电阻为一精密电阻。

在本实用新型一实施例中，所述信号放大电路包括第一放大器、第二至第六电阻、第二电容、第三电容；所述第二电阻一端接输出电流采样电路一端；所述第二电阻另一端接所述第一放大器负输入；所述第三电阻一端接输出电流采样电路另一端；所述第三电阻另一端分别接第三电容一端、第五电阻一端、第一放大器正输入；第三电容另一端接第五电阻另一端；第四电阻一端接所述第一放大器负输入，另一端接所述第一放大器输出；第二电容并联于所述第四电阻两端；第六电阻一端接第一放大器输出；另一端接阈值比较电路；其中第二电阻与第三电阻阻值相等，第四电阻与第五电阻阻值相等，第二电容与第三电容容值相等。

在本实用新型一实施例中，所述阈值比较电路包括第七至第十一电阻、第四至第六电容、第二比较器及第一二极管；第七电阻一端接所述信号放大电路输出，另一端分别接第五电容一端、第二比较器负输入；第八电阻一端接参考电压、另一端分别接第四电容一端、第九电阻一端、第二比较器正输入；第十电阻一端接第九电阻一端；第十电阻另一端接第一二极管阳极；第一二极管阴极接所述第二比较器输出；第十一电阻一端接第二比较器输出，另一端接高电平；第六电容一端接第一二极管阴极；第六电容另一端与第四电容另一端、第九电阻另一端接一起。

在本实用新型一实施例中，信号隔离传递电路包括第二二极管至第四二极管、第七电容、第八电容、第十二电阻、第十三电阻、第七电容、第八电容及变压器；第七电容一端分别接第四二极管阴极、所述阈值比较电路输出；第七电容另一端接第四二极管阳极；第十三电阻一端分别接第四二极管阴极、第二二极管阳极；第二二极管阴极分别接第十二电阻一端、高电平；第十三电阻另一端接第十二电阻另一端； 第十二电阻并联于变压器初级两端；变压器次级一端接第三二极管阳极；变压器次级另一端接地；第三二极管阴极接第八电容一端；第八电容另一端接地。

在本实用新型一实施例中，所述主控芯片由LLC专用芯片或数字控制芯片组成。

与现有技术相比，本实用新型解决了小电流保护特性差、不同工作频率情况下保护阈值不精准、抗干扰能力差、保护不及时延迟长等问题。本实用新型具有结构简单可靠，价格便宜，保护阈值精准，抗干扰能力强，保护响应及时，且能保证不同的电流保护阈值下保护特性一致，失效概率极低，有利于产品的量产。

1、本实用新型在前级使用电流采样电路，能准确地采集到回路电流波形，且加入了低通滤波器使得此电流采样电路抗干扰能力得到大大增强，

2、在后级的信号隔离传递电路中使用了变压器隔离，解决了光耦延迟问题；

3、本实用新型结合了以上两种电路的优点，准确地反应回路电流波形，精准实现过流保护阈值点，解决了小电流保护特性差、不同工作频率情况下保护阈值不精准、抗干扰能力差、保护不及时、延迟长等问题，

4、本实用新型的电路结构简单、物料成本低、一致性好，利于产品的量产。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的原理框图。

图2为本实用新型一实施例的电流采样电路原理图。

图3为本实用新型一实施例的信号放大电路原理图。

图4为本实用新型一实施例的阈值比较电路原理图。

图5为本实用新型一实施例的信号隔离传递电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。

本实用新型采用以下技术方案实现：一种输出电流过流保护电路，其特征在于：包括依次连接的输出电流采样电路，信号放大电路，阈值比较电路，信号隔离传递电路、主控芯片；所述信号隔离传递电路输出接主控芯片的控制端；输出电流采样电路的输入端串接在主电路的电流输出回路中。主要原理框图参见图1。其中主电路为一DC/DC电路。

在本实用新型一实施例中，所述输出电流采样电路包括第一电阻、第一电容，所述第一电阻一端接主电路的电流输出端，另一端接第一电容一端；第一电容另一端接主电路的电流输出端；第一电容两端接信号放大电路。

较佳的，所述第一电阻为一精密电阻。

本实用新型一实施例的电流采样电路原理图参见图2。电流采样电路如图2所示，由采样电阻R1和滤波电容C1组成，电流采样电路的输入Iout为DC/DC电路的输出电流，采用精密电阻采样电流大小，具体阻值需结合被保护回路电流大小、被保护电路电流精度综合选取，为保证被保护电路可靠性，采样电阻功率选择按照正常工作时回路电流最大时采样电阻功率的2倍来选择，采样电流处使用47pF电容对此处做微小的滤波处理，滤除电阻耦合过来的干扰信号，加强抗干扰能力，采样电阻两端使用等长线引入电流放大电路输入端口，此处采样的输出为一电压信号，电压大小为 。

在本实用新型一实施例中，所述信号放大电路包括第一放大器、第二至第六电阻、第二电容、第三电容；所述第二电阻一端接输出电流采样电路一端；所述第二电阻另一端接所述第一放大器负输入；所述第三电阻一端接输出电流采样电路另一端；所述第三电阻另一端分别接第三电容一端、第五电阻一端、第一放大器正输入；第三电容另一端接第五电阻另一端；第四电阻一端接所述第一放大器负输入，另一端接所述第一放大器输出；第二电容并联于所述第四电阻两端；第六电阻一端接第一放大器输出；另一端接阈值比较电路；其中第二电阻与第三电阻阻值相等，第四电阻与第五电阻阻值相等，第二电容与第三电容容值相等。

本实用新型一实施的电流放大电路如下图3所示，由运算放大器IC1、电阻R2-R6、电容C2、C3组成，其中R2=R3，R4=R5，C2=C3，主要有两大作用，第一为电流信号的放大作用，将电流采样电路采样过来的微弱的电压信号放大一定倍数，保证电流大小阈值可灵活的调整和控制，图中由于R2=R3，R4=R5，故放大倍数，可计算得出，第二作为抗干扰的主要手段，电流放大电路做成低通滤波电路，可有效避免来自开关电源本身的高频干扰，而且保证了保护电流几乎无损的放大到后级电路，滤波器带宽可根据保护需求结合开关电源频率来选取，截止频率可计算得到为，根据需求来选取合适的电阻和电容，可有效保证保护阈值的精度、一致性和保护电路的抗干扰能力，R6串接在信号回路中，主要考虑此输出与下级输入之间距离较长，可起到一定滤波、抗干扰的作用，同时与下级电路共同组成达到RC滤波功效。

在本实用新型一实施例中，所述阈值比较电路包括第七至第十一电阻、第四至第六电容、第二比较器及第一二极管；第七电阻一端接所述信号放大电路输出，另一端分别接第五电容一端、第二比较器负输入；第八电阻一端接参考电压、另一端分别接第四电容一端、第九电阻一端、第二比较器正输入；第十电阻一端接第九电阻一端；第十电阻另一端接第一二极管阳极；第一二极管阴极接所述第二比较器输出；第十一电阻一端接第二比较器输出，另一端接高电平；第六电容一端接第一二极管阴极；第六电容另一端与第四电容另一端、第九电阻另一端接一起。

阈值比较电路如图4所示，由比较器IC2，电阻R7-R11，电容C4-C6，二极管D1组成，R7串接在信号回路中，与上级电路R6和此处的C5构成RC滤波电路，滤除由于线路耦合过来的高频干扰信号，R8、R9和C4组合可得到一高精度基准电压，R8、R9根据保护电流要求结合采样电阻大小和电流放大电路放大倍数来做精确的调整设置，可非常灵活的配置保护点，达到过流保护阈值点的精确性目的，且加入具有施密特特性的电路，即图4中R10和D1所起的作用，当正常工作时，电流阈值点尚未达到保护动作点，IC2第3脚输出为高，D1被反相截止，R10对分压不起作用，IC2第2脚电压为，为预设参考电压，当电流放大电路输出达到IC2第2脚电压U时，IC2第3脚输出为低，R10串接D1后与R9并联再串接R8组成分压网络，由于R10并联在R9上，故IC2第2脚电压一定小于之前分压，使得电路起到了施密特特性的作用，增加了保护电路的保护可靠性和精度，同时还具有短路信号保持特点，保证了后级保护电路足够的保护动作时间，大大增加了后级电路动作的准确性，保证了整个电路保护的可靠性。

在本实用新型一实施例中，信号隔离传递电路包括第二二极管至第四二极管、第七电容、第八电容、第十二电阻、第十三电阻、第七电容、第八电容及变压器；第七电容一端分别接第四二极管阴极、所述阈值比较电路输出；第七电容另一端接第四二极管阳极；第十三电阻一端分别接第四二极管阴极、第二二极管阳极；第二二极管阴极分别接第十二电阻一端、高电平；第十三电阻另一端接第十二电阻另一端； 第十二电阻并联于变压器初级两端；变压器次级一端接第三二极管阳极；变压器次级另一端接地；第三二极管阴极接第八电容一端；第八电容另一端接地。

信号隔离传递电路如图5，电路由D2、D3、R12、R13、C7、C8和T1组成，C7主要作用为旁路掉线路耦合过来的高频信号，D2为钳位二极管串，保护阈值比较电路，R13为限流电阻，限制变压器原边最大的励磁电流，保护变压器及前级芯片U2，R12作为变压器动作后的磁复位放电电阻使用，由于此变压器工作仅在过流瞬间才动作一次，故使用R12作为磁复位电路，可保证磁材能完全复位而不出现饱和的情况，而且具有结构简单成本低的优点，变压器T1主要是原副边电气隔离的作用，使用电磁耦合的效应，在原边有信号动作时，可瞬时反应到副边，达到动作无延迟的作用，即此处使用变压器T1实现的功能，变压器满足原副边耐压及爬电距离的要求，按照原边供电电压的大小来计算原副边匝比，D3为二极管，将副边保护信号经过半波整流，得到一个正向电压信号，传递到后级主控芯片的触发脚，C8为滤波的作用，由于前级有变压器及二极管，容易产生尖峰电压，故使用C8滤除掉高频脉宽尖峰，加强了保护电路的抗干扰能力。

在本实用新型一实施例中，所述主控芯片由LLC专用芯片或数字控制芯片组成。

主控芯片由专用LLC芯片或数字控制芯片组成，在专用芯片中有一触发引脚用做过流保护用，将信号隔离电路输出端引入此控制脚，可瞬时关闭PWM，实现即时保护功率电路，实现保护功能，如果控制芯片为数字控制芯片，则将隔离电路输出端引入数字控制芯片的触发脚，触发芯片停止PWM输出，达到保护的目的。

现有隔离型过流保护电路中，在使用电流互感器进行隔离兼电流大小的采样电路中，电流互感器副边感应出的原边电流波形畸变、大小幅值及其精度较差，受回路电流频率影响非常大，保护阈值点不固定，抗外界干扰能力差，存在保护失效和误保护的现象，产品一致性较差，另一种使用电阻采样的过流保护方式则解决了诸如电流波形畸变、大小幅值及其精度较差等缺点，而且加入了低通滤波电路，抗干扰能力得到提升，但由于使用了光耦作为隔离器件，使得光耦所带来的固定的延迟也不可避免，若使用高速光耦，延迟也仅仅能得到缩短且价格昂贵，光耦固有的延迟特点不可避免。本实用新型则结合了两种保护电路的优点，使用电阻采样，能完美的采集到回路电流波形，且加入了低通滤波器使得此采样电路抗干扰能力得到大大增强，在后级隔离电路中使用了变压器隔离，解决了光耦延迟问题，综合了两种过流保护电路的优点，完美的反应回路电流波形，精准的实现过流保护阈值点，解决了小电流保护特性差、不同工作频率情况下保护阈值不精准、抗干扰能力差、保护不及时、延迟长等问题，且此过流保护电路结构简单、物料成本低、一致性好，利于产品的量产，本实用新型所带来的功能、性能和经济效益明显。保护范围：输出电流采样电路、信号放大电路、阈值比较电路和信号隔离传递电路所组合的保护电路实现的方法。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此，所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴。

Claims (7)

1.一种输出电流过流保护电路，其特征在于：包括依次连接的输出电流采样电路，信号放大电路，阈值比较电路，信号隔离传递电路、主控芯片；所述信号隔离传递电路输出接主控芯片的控制端；输出电流采样电路的输入端串接在主电路的电流输出回路中。

2.根据权利要求1所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：所述输出电流采样电路包括第一电阻、第一电容，所述第一电阻一端接主电路的电流输出端，另一端接第一电容一端；第一电容另一端接主电路的电流输出端；第一电容两端并联于信号放大电路。

3.根据权利要求2所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：所述第一电阻为一精密电阻。

4.根据权利要求1所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：所述信号放大电路包括第一放大器、第二至第六电阻、第二电容、第三电容；所述第二电阻一端接输出电流采样电路一端；所述第二电阻另一端接所述第一放大器负输入；所述第三电阻一端接输出电流采样电路另一端；所述第三电阻另一端分别接第三电容一端、第五电阻一端、第一放大器正输入；第三电容另一端接第五电阻另一端；第四电阻一端接所述第一放大器负输入，另一端接所述第一放大器输出；第二电容并联于所述第四电阻两端；第六电阻一端接第一放大器输出；另一端接阈值比较电路；其中第二电阻与第三电阻阻值相等，第四电阻与第五电阻阻值相等，第二电容与第三电容容值相等。

5.根据权利要求1所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：所述阈值比较电路包括第七至第十一电阻、第四至第六电容、第二比较器及第一二极管；第七电阻一端接所述信号放大电路输出，另一端分别接第五电容一端、第二比较器负输入；第八电阻一端接参考电压、另一端分别接第四电容一端、第九电阻一端、第二比较器正输入；第十电阻一端接第九电阻一端；第十电阻另一端接第一二极管阳极；第一二极管阴极接所述第二比较器输出；第十一电阻一端接第二比较器输出，另一端接高电平；第六电容一端接第一二极管阴极；第六电容另一端与第四电容另一端、第九电阻另一端接一起。

6.根据权利要求1所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：信号隔离传递电路包括第二二极管至第四二极管、第七电容、第八电容、第十二电阻、第十三电阻、第七电容、第八电容及变压器；第七电容一端分别接第四二极管阴极、所述阈值比较电路输出；第七电容另一端接第四二极管阳极；第十三电阻一端分别接第四二极管阴极、第二二极管阳极；第二二极管阴极分别接第十二电阻一端、高电平；第十三电阻另一端接第十二电阻另一端； 第十二电阻并联于变压器初级两端；变压器次级一端接第三二极管阳极；变压器次级另一端接地；第三二极管阴极接第八电容一端；第八电容另一端接地。

7.根据权利要求1所述的输出电流过流保护电路，其特征在于：所述主控芯片由LLC专用芯片或数字控制芯片组成。