CN208257378U - 一种多路输出低压差过流保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多路输出低压差过流保护器，包括输入接口、辅助电源、故障复位及上报电路、故障上报接口、差分电流采样电路、电子开关、误差放大器、压差比较器、输出接口等部分电路。本实用新型采用P沟道功率MOS管作为电子开关；采用低压差分流器采样电流小信号后使用差分放大器对电流小信号放大后与电流基准一起送给误差放大器进行误差放大控制功率MOS管开通程度：大于额定电流基准时恒流，小于额定电流基准时完全开通；采用压差比较器进行功率MOS管压差和电压基准进行比较判定是否故障。

Description

一种多路输出低压差过流保护器

技术领域

本实用新型属于过流保护装置，具体涉及一种多路输出低压差过流保护器。

背景技术

现有的一路输入多路输出保护方案为一路公共输入后接多路保险丝实现多路保护功能。如图1所示，其缺点是：保险丝熔断时间长、熔断电流大、随环境温度变化熔断点差异大、某一路过流或短路可能导致其他路无输出(若此路额定输出电流较大接近额定输入电流，此时短路则会导致其他路也无输出)。

实用新型内容

为了解决一路输入多路独立输出互不影响的问题，本实用新型提供了一种多路输出低压差过流保护器来解决上述问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多路输出低压差过流保护器，包括输入接口、故障复位及上报电路、与故障复位及上报电路连接的故障上报接口、并联的多路低压差过流保护模块以及用于为各路低压差过流保护模块上的各部分电路供电的辅助电源，每路低压差过流保护模块包括差分电流采样电路、电子开关、误差放大器、压差比较器和输出接口，所述输入接口的正极与所述输出接口的正极之间设有采样电阻，所述采样电阻的两端与差分电流采样电路的电流输入端连接，所述的差分电流采样电路的输出端与所述误差放大器的负输入端连接，所述误差放大器的正输入端接有电流基准的信号，所述误差放大器的输出端与电子开关的输入端相连。

所述的电子开关为功率MOS管，所述的差分电流采样电路得到放大后的电流采样信号送给误差放大器与电流基准进行误差放大控制功率MOS管的开通程度，所述的电流基准包括额定输出电流基准和短路电流基准。当电流采样信号小于额定输出电流基准时则完全开通功率MOS管，当电流采样信号大于额定输出电流基准时则通过降低功率MOS管的开通程度达到实现恒流输出。

所述的低压差过流保护模块还包括有压差比较器，所述的功率 MOS管上并联有电阻和稳压二极管，所述的压差比较器通过并联在功率MOS管上的电阻和稳压二极管采样到功率MOS管的压降和电压基准进行比较控制功率MOS管开关。功率MOS管的压降大于等于电压基准则判定故障切换额定输出电流基准为短路电流基准及时保护功率MOS管同时送出故障信号，功率MOS管的压降小于电压基准则维持额定输出电流基准恒流状态。

所述的故障复位电路包括能够产生周期为10秒脉宽极窄的脉冲的定时器用于提供给各路误差放大器电流基准切换电路，为各路输出排除故障后恢复满载输出和容性负载输出提供条件。

所述的输出接口处设有用于降低输出噪声的高频陶瓷电容和低频铝电解电容。

所述的辅助电源为微型小功率DC-DC隔离电源模块。

本实用新型一种多路输出低压差过流保护器的优点是：

(1)输入输出之间超低压差(12V/10A时，压差小于1％)；

(2)各路输出相互独立互不干扰，任意路过载或短路不影响其他路输出；

(3)各路过流保护点可以分别设置，适应性更广；

(4)高可靠、低漂移、高精度；

(5)具有过载保护功能，具有短路保护功能，具有故障撤除自动恢复功能；

(6)负载自适应，可接阻性、容性和感性负载，适应性更广；

(7)故障可通过故障上报接口上报。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是现有多路输出保护方案框图，

图2是本实用新型的整体框图，

图3是本实用新型的原理框图，

图4是本实用新型的原理电路图，

图5是图4中10处的低压差过流保护模块I的局部放大图，

图6是本实用新型的故障复位及上报电路和故障上报接口的电路放大图。

注：1、输入接口，2、辅助电源，3、故障复位及上报电路，4、故障上报接口，5、差分电流采样电路，6、电子开关，7、误差放大器，8、压差比较器，9、输出接口，10、低压差过流保护模块I，11、低压差过流保护模块N,R38、电阻，Q7、P沟道 MOS管，D7、稳压二极管。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图2-6所示，本实用新型一种多路输出低压差过流保护器，包括输入接口1、故障复位及上报电路3、故障上报接口4、并联的多路低压差过流保护模块以及用于为各路低压差过流保护模块上的各部分电路供电的辅助电源2。

输入接口1：从公共直流电源至本保护装置因较长的输入线会引入一些干扰，故在输入接口1处设有高频陶瓷电容和低频铝电解电容滤波以滤除此类干扰，降低输入噪声。

辅助电源2：采用微型小功率DC-DC隔离电源模块给各路保护电路供电。其优点是输入电源范围超宽(达到4:1的输入范围)、输出电压稳定、输入输出电压完全隔离。本保护装置仅采用一组辅助电源对各路保护电路供电，节约了成本和缩小了尺寸。

故障复位及上报电路3：故障复位电路采用定时器产生周期约为10秒脉宽极窄的脉冲，提供给各路误差放大器电流基准切换电路，为各路输出排除故障后恢复满载输出和容性负载输出提供条件。故障上报电路采用“或”逻辑汇总各路故障信号即只要任意一路故障立即传递给故障上报接口4。

故障上报接口4：故障上报接口4采用隔离光耦传递汇总后的故障信号，故障时产生的故障高电平信号点亮隔离光耦内部初级发光二极管，次级光电三极管接收到故障光信号后输出给外部故障采集电路，因隔离光耦具有隔离、悬浮的特性可兼容各类故障采集电路。

差分电流采样电路5：为了降低过流保护电路的压降损耗及降低温度变化对保护电路的影响，差分电流采样电路5采用电阻温度系数仅为±50ppm/℃的5毫欧超低温度系数锰铜合金分流器，当输出电流10A时采样到50毫伏微弱信号后经过差分放大器20倍放大后送给误差放大电路。当输出电流10A时分流器压降仅为50毫伏！功耗仅为0.5W！

电子开关6：本保护装置采用P沟道功率MOS管作为电子开关 6，其优点是导通电阻小；功率容量大；控制简单可多路共用辅助电源。本保护装置采用的功率MOS管最大连续电流I_D＝120A、导通电阻R_DS(on)＝3.5mΩ、最大功率P_D＝136W。当输出电流10A时电子开关压降仅为35毫伏！功耗仅为0.35W！

误差放大器7：本部分电路含电流基准电路和由集成运放组成的PI调节器，运放正输入端接电流基准，负输入端接放大后的电流采样信号，电流采样信号和电流基准信号比较放大后控制功率MOS 管开通程度，使输出电流恒定。当电流采样信号小于电流基准时，误差放大器7仅作为比较器使用，控制功率MOS管完全开通。当负载加重，电流采样信号大于电流基准时误差放大器动作形成负反馈，降低功率MOS管开通程度使输出电流恒定，此时电流采样信号跟随电流基准。此电路电流基准有两个：一个是额定输出电流基准，另一个是短路电流基准。本设计中额定电流基准设置为1V，短路电流设为0.25A即短路电流基准为25mV。

压差比较器8：通过并联在功率MOS管上的电阻R38和稳压二极管D6采样功率MOS管上的电压降。稳压二极管D6的作用是当发生短路时限制压差采样最大值保护运放电路。采样到压差信号后送至由运放组成的跟随器，跟随器输出送至压差比较器8。跟随器的作用是实现阻抗匹配，切断压差比较电路和各路输出之间的关联。压差信号和压差基准进行比较，当功率MOS管压降大于设定值时压差比较电路判定为故障，切换额定电流基准至短路电流基准，误差放大器7动作降低功率MOS管开通程度压降进一步增大，形成正反馈快速进入故障保护模式。同时传递故障信号至故障复位及上报电路3。

输出接口9：输出接口9处设有高频陶瓷电容和低频铝电解电容滤波，降低输出噪声。

每路低压差过流保护模块包括差分电流采样电路5、电子开关6、误差放大器7、压差比较器8、输出接口9等部分电路。每路低压差过流保护模块原理相同，以其中一路低压差过流保护模块Ⅰ为例，如图5，包括输出接口9,串联在输入接口1的正极与输出接口9的正极之间的采样电阻RS1、差分电流采样电路5、误差放大器7、压差比较器8和电子开关6，电子开关 7为P沟道MOS管Q7，P沟道MOS管Q7的源极与输入接口1的正极相连，采样电阻RS1位于P沟道MOS管的源极与输入接口 1的正极之间，P沟道MOS管Q7的漏极与输出接口9的正极相连，采样电阻RS1的两端与差分电流采样电路5的输入端连接，电流采样信号经过差分放大器放大后通过分流器输出至误差放大器的负输入端，误差放大器的正输入端接电流基准信号，误差放大器的输出端与P沟道MOS管栅极相连，电流采样信号和电流基准信号比较放大后控制P沟道MOS管Q7的开通程度，使输出电流恒定。此时通过并联在P沟道MOS管Q7上的电阻R38和稳压二极管D6采样P沟道MOS管的电压降，采样到压差信号后送至由运放组成的跟随器，跟随器输出送至压差比较器8，压差比较器8进行压差与基准电压比较控制P沟道MOS管Q7的开关。另一路低压差过流保护模块N如图4中11处，原理同图5，此处不在赘述。

样机技术指标：

输入电压范围：DC12V±25％

输出电流范围：1～10A；

负载调整率：≤1％；

温度漂移：±50ppm/℃；

工作环境温度：-40℃～+55℃；

储存环境温度：-50℃～+70℃；

故障上报：光耦次级三极管(故障时光耦导通)。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种多路输出低压差过流保护器，包括输入接口、故障复位及上报电路、与故障复位及上报电路连接的故障上报接口、并联的多路低压差过流保护模块以及用于为各路低压差过流保护模块上的各部分电路供电的辅助电源，其特征在于：每路低压差过流保护模块包括差分电流采样电路、电子开关、误差放大器和输出接口,所述输入接口的正极与所述输出接口的正极之间设有采样电阻，所述采样电阻的两端与差分电流采样电路的电流输入端连接，所述的差分电流采样电路的输出端与所述误差放大器的负输入端连接，所述误差放大器的正输入端接有电流基准的信号，所述误差放大器的输出端与电子开关的输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种多路输出低压差过流保护器，其特征在于：所述的电子开关为功率MOS管，所述的差分电流采样电路得到放大后的电流采样信号送给误差放大器与电流基准进行误差放大控制功率MOS管的开通程度，所述的电流基准包括额定输出电流基准和短路电流基准。

3.如权利要求2所述的一种多路输出低压差过流保护器，其特征在于：所述的低压差过流保护模块还包括有压差比较器，所述的功率MOS管上并联有电阻和稳压二极管，所述的压差比较器通过并联在功率MOS管上的电阻和稳压二极管采样到功率MOS管的压降和电压基准进行比较控制功率MOS管的开关。

4.如权利要求1所述的一种多路输出低压差过流保护器，其特征在于：所述的故障复位电路包括能够产生周期为10秒脉宽极窄的脉冲的定时器用于提供给各路误差放大器电流基准切换电路，为各路输出排除故障后恢复满载输出和容性负载输出提供条件。

5.如权利要求1所述的一种多路输出低压差过流保护器，其特征在于：所述的输出接口处设有用于降低输出噪声的高频陶瓷电容和低频铝电解电容。

6.如权利要求1所述的一种多路输出低压差过流保护器，其特征在于：所述的辅助电源为微型小功率DC-DC隔离电源模块。