一種過流保護電路的製作方法
2023-10-31 06:59:57
專利名稱：一種過流保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種過流保護電路。
背景技術：
在電子電路技術特別是電源技術中，系統的過流保護越來越引起人們的重視，這能夠確保系統可靠穩定的運行。在實際電子電路系統中，系統出現過流時輕則導致電路無法正常使用，重則導致損壞整個系統。另外一旦系統出了短路極有可能將整個電子電路系統燒壞，造成經濟損失的同時還延長了系統研發周期。在電機控制中，電機長時間過流會導致電機線圈燒壞，為了保護這些電子電路或設備必須加入過流保護電路系統。現有技術中一些設備或電子電路系統安裝使用了過流保護裝置，這些保護系統保護的範圍一般比較窄，一般最大只有幾十安培。但是對於一些電流較大的電路很難發揮過流保護功能，這同樣導致電路系統或電子設備的損毀。
發明內容為了克服現有技術的不足，本發明提供一種過流保護電路，檢測電流值範圍寬，最大檢測電流可至200安培，同時具有報警功能。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括共模電壓差分放大電路、過流判別電路、電壓高低變換和定時電路、報警電路、光電隔離電路、圖騰柱電路、MOSFET關斷電路，所述共模電壓差分放大電路對流經電阻或負載的電流採樣，並將採集到的電流值轉化為差模電壓值，然後進一步轉化為共模電壓值並輸出至過流判別電路；過流判別電路將共模電壓值與設定的參考值相比較，將比較結果通過高、低電平值輸出到電壓高低變換和定時電路；電壓高低變換和定時電路根據高、低電平值輸出不同電壓值給報警電路和光電隔離電路，在過流判別電路輸出高電平時電壓高低變換和定時電路輸出低電平，在電流判別電路輸出低電平時電壓高低變換和定時電路輸出高電平；報警電路收到高電平值時發出報警聲；光電隔離電路收到低電平時開通光電耦合器，收到高電平值時關斷光電耦合器；圖騰柱電路與光電隔離電路相連接，光電耦合器開通時圖騰柱下端三極體開通輸出-15V低電壓，光電耦合器關斷時輸出+15V高電壓；M0SFET關斷電路與被保護的器件或電子電路相連接，在圖騰柱輸出-15V時開通M0SFET，在圖騰柱輸出+15V時關斷M0SFET。本發明在實際工作時，檢測電流的共模電壓差分放大電路由檢測電阻檢測到電流值表現在電阻兩端為電壓值，通過並聯大功率電阻可以實現大電流的檢測。所述的共模電壓差分放大電路包括高共模差分放大器和檢測電阻，檢測電路連接在高共模差分放大器正負輸入端。高共模差分放大器Ui的差分電壓輸入管腳連接在檢測電阻兩端將其電壓值差分放大由Ul的輸出管腳輸出到過流保護電路的I號電阻。所述的過流判別電路包括I號電阻Rl、l號電容Cl、運算放大器U3A和2號電阻R2。由Ul的輸出管腳輸出的信號經過I號電阻Rl和I號電容Cl濾波後傳至比較器U3的反向輸入端，而U3的正向輸入端輸入電壓參考值。只要檢測電阻兩端電壓值大於設定值時U3的輸出管腳輸出低電平，反之，U3的輸出管腳輸出高電平。由U3的輸出管腳輸出的電平值經過限流電阻R2流入到NE555定時器U2的輸入管腳。所述的電壓高低變換和定時電路包括定時器、3號電阻、2號電容、3號電容和4號電阻。在電壓高低變換和定時電路中，若從U2的輸入管腳輸入的是高電平時，NE555定時器U2的輸出管腳輸出低電平；若從U2的輸入管腳輸入的是低電平時，NE555定時器U2的輸出管腳輸出高電平並且此時3號電阻R3的阻值和2號電阻C2的電容量的乘積為延時時間，在延時時間段內均輸出高電平。所述報警電路包括5號電阻R5、l號三極體Ql和蜂鳴器LS。在電壓高低變換和定時電路3中的NE555定時器U2的輸出管腳輸出高電平時蜂鳴器發出蜂鳴聲，其它情況不發出蜂鳴聲。所述光電隔離電路包括4號電容C4、6號電阻R6、5號電容C5和光電稱合器U4。當電壓高低變換和定時電路3中的NE555定時器U2的3管腳輸出低電平時，由5V電壓、6 號電阻R6、光電耦合器U4、電阻R7組成迴路，光電耦合器U4開通；當電壓高低變換和定時電路3中的NE555定時器U2的輸出管腳輸出高電平時,無法達到光電I禹合器開通的最低電壓值，光電稱合器U4關斷。6號電容C6、7號電容C7的主要作用是濾波,穩定電壓的作用。所述圖騰柱電路包括8號電阻R8、9號電阻R9、6號電容C6、7號電容C7、PNP三極體Q2和NPN三極體Q3。當光電耦合器關斷時15V電壓經過8號電阻R8和9號電阻R9到達2號三極體Q2的2管腳，2號三極體Q2導通；當光電耦合器開通時-15V電壓經過光電耦合器U4和9號電阻R9到達3號三極體Q3的2管腳，3號三極體Q3導通。圖騰柱電路±15V經由2號三極體Q2或3號三極體Q3以及MOSFET關斷電路中的限流電阻RlO流向MOSFET功率管Q4的2管腳。所述MOSFET關斷電路包括10號電阻RlOUl號電阻Rll、l號二極體Dl、2號二極體D2、M0SFET功率管Q4、12號電阻R12和8號電容C8。當3號三極體Q3導通時P溝道MOSFET功率管Q4的2管腳處的電壓值為-15V電壓，MOSFET功率管Q4開通，電流可以在MOSFET功率管Q4的I和3管腳之間流通；當2號三極體Q2導通時P溝道MOSFET功率管Q4的2管腳處的電壓值為正電壓，MOSFET功率管Q4關斷，電流不可以在MOSFET功率管Q4的I和3管腳之間流通，實現保護過流保護功能。本發明的有益效果是採用簡單的電阻採樣電流值，避免了傳統一些採用電流互感器、電磁傳感器等高成本器件的電流採樣方法,使得系統整體成本低廉。最大可達200安培檢測電流，使得系統能夠應用到很多場合。本發明過流判別電路保護電壓值可以自由設定，這就可以設定需要的值來確保電子電路或電子設備能夠在安全工作。
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖I是本發明一種過流保護電路的原理圖圖中，I-檢測電流的共模電壓差分放大電路；2_過流判別電路；3_電壓高低變換和定時電路；4_報警電路；5_光電隔離電路；6-圖騰柱電路；7-M0SFET關斷電路。
具體實施方式
[0018]如圖I所示，檢測電流的共模電壓差分放大電路I由檢測電阻和INA117高共模差分放大器Ul構成。過流判別電路2由I號電阻R1、I號電容Cl和比較器U3組成。電壓高低變換和定時電路3由兩個3號電阻R3和4號電阻R4，2號電容C2和3號電容C3，NE555定時器U2組成。報警電路4由5號電阻R5、I號三極體Ql和蜂鳴器LS組成,光電隔離電路5由6號電阻R6、7號電阻R7,4號電容C4、5號電容C5,光電稱合器U4組成。圖騰柱電路6由8號電阻R8、9號電阻R9、6號電容C6和7號電容C7，一個NPN三極體Q2和一個PNP三極體Q3組成。MOSFET關斷電路7由10號電阻RlOUl電阻號Rll和12號電阻R12，l號穩壓管D1，2號二極體D2，P溝道MOSFET功率管Q4，8號電容C8構成。檢測電流的共模電壓差分放大電路I中的Ul的1、5、8管腳連接到一起接到VSS地端，Ul的2和3管腳接到檢測電阻或要檢測的負載兩端，4和7管腳分別-15V電源端和+15電源端，Ul的6管腳連接到過流判別電路2的I號電阻Rl和I號電容Cl的共用端。過流判別電路2的I號電阻Rl和I號電容Cl連接在一起與檢測電流的共模電壓差分放大電路I中的Ul的6管腳相連。過流判別電路2的U3管腳和I號電容Cl的另一 端共同連接到VSS地端。過流判別電路2的U3管腳2和I號電阻Rl的另一端相連，U3的3管腳連接到VREF設定電壓值輸入處。過流判別電路2的U3的I管腳與2號電阻R2的一端連在一起，2號電阻R2的另一端與電壓高低變換和定時電路3中的NE555定時器U2的輸入端2管腳連在一起。電壓高低變換和定時電路3中的EN555定時器U2的2腳與過流判別電路2中的2號電阻R2的一端連接在一起。電壓高低變換和定時電路3的U2的I腳接VSS地端，U2的4腳連接到4號電阻R4，4號電阻R4的另一端接到5V電源端。電壓高低變換和定時電路3中的EN555定時器U2的5、6、7管腳連在一起共同連接到有極性電容C2正極性一端和3號電容C3和3號電阻R3的一端，2號C2和3號C3另一端共同連接到VSS地端，3號電阻R3的另一端連接到5V電源端的同時連接到NE555定時器的管腳8。電壓高低變換和定時電路3中的EN555定時器U2的3腳連接到報警電路4中的5號電阻R5的一端，同時連接到光電隔離電路5的7號電阻R7的一端。報警電路4中的三極體Ql的發射極接到VSS地端，基極接到5號電阻R5的一端，I號三極體Ql的集電極連接到蜂鳴器LS的2腳，蜂鳴器LS的I腳接到5V電源端。光電隔離電路5中的7號電阻R7 —端與電壓高低變換和定時電路的U2的3腳相連，另一端和光電隔離電路5中的光電稱合器U4的輸入下端管腳以及4號電容C4和6號電阻R6的一端連接在一起。光電隔離電路5中的U4輸入端上管腳和5V電源端、4號電容C4另一端、6號電阻R6另一端、5號電容C5的一端相連接，5號電容C5的另一端連接在VSS地端。光電稱合器U4的輸出端下端和圖騰柱電路6的-15V電源連在一起，光電稱合器U4的輸出端上端和圖騰柱電路6中的8號電阻R8、9號電阻R9和7號電容C7的一端連接在一起。圖騰柱電路6中的7號電容C7—端和-15V電源端相接同時和光電隔離電路5的U2的輸出管腳下端相連，另一端和光電隔離電路5的U2的輸出管腳上端相連同時和圖騰柱電路6的8號電阻R8、9號電阻R9連接在一起。8號電阻R8的另一端和+15V電源、5號電容C5的一端接在一起，5號電容C5的另一端和VSS地端相接。9號電阻R9另一端同時和NPN三極體Q2和PNP三極體Q3的2管腳相連接。2號三極體Q2的發射極I腳和3號三極體Q3的發射極I腳連接在一起，同時接到MOSFET關斷電路7中的10號電阻RlO的一端，2號三極體Q2的集電極3連接到+15V電源端。3號三極體Q3的3腳連接到-15V電源端。MOSFET關斷電路7中的10號電阻RlO同時和圖騰柱電路6的2號三極體Q2、3號三極體Q3的發射極I腳連接在一起，10號電阻RlO另一端和11號電阻Rll —端、I號穩壓管Dl —端、MOSFET功率管Q4的2腳相連。MOSFET功率管Q4的一腳和11號電阻Rll的另一端、I號二極體Dl的另一端和12號電阻R12的一端連接，MOSFET功率管Q4的3腳和2號二極體D2的一端、8號電阻C8的一端連接，2號二極體D2的另一端接到VSS地端。12號電阻R12另一端和8號電容C8另一端相連接在一起。在MOSFET功率管Q4的I管腳和3管腳連接到要關斷的電路，在電子電路系統或電子設備過流時以及短路故障時MOSFET及時關斷。上述實施例採用的主要元器件型號參數說明高共模差分放大器UlINAl 17 I 號電阻 Rl12KQI 號電容 ClIOOOpF運算放大器U3ATL0822 號電阻 R2IKQ定時器U2NE5553 號電阻 R3100KQ2號有極性電容C247uF/50V3 號電容 C3IOOpF4 號電阻 R4IKQ5 號電阻 R55K Q三極體Ql2N5551蜂鳴器LSHXD-120954 號電容 C4IOOpF6 號電阻 R627KQ7 號電阻 R7330KQ5 號電容 C5IOOpF光電耦合器U4TLP1816 號電容 C6IOOnF8 號電阻 R82KQ7 號電容 C7IOOpF9 號電阻 R9240 QPNP 三極體 Q22N5551NPN 三極體2N540110 號電阻 RlO6. 8KQ/2W11 號電阻 RllIOKQ穩壓管DlMM3Z16V二極體 D21N4002[0056]12 號電阻 R12IKQ8 號 電容 C8IOOnF
權利要求1.一種過流保護電路，包括共模電壓差分放大電路、過流判別電路、電壓高低變換和定時電路、報警電路、光電隔離電路、圖騰柱電路、MOSFET關斷電路，其特徵在於所述共模電壓差分放大電路對流經電阻或負載的電流採樣，並將採集到的電流值轉化為差模電壓值，然後進一步轉化為共模電壓值並輸出至過流判別電路；過流判別電路將共模電壓值與設定的參考值相比較，將比較結果通過高、低電平值輸出到電壓高低變換和定時電路；電壓高低變換和定時電路根據高、低電平值輸出不同電壓值給報警電路和光電隔離電路，在過流判另Ij電路輸出高電平時電壓高低變換和定時電路輸出低電平，在電流判別電路輸出低電平時電壓高低變換和定時電路輸出高電平；報警電路收到高電平值時發出報警聲；光電隔離電路收到低電平時開通光電耦合器，收到高電平值時關斷光電耦合器；圖騰柱電路與光電隔離電路相連接，光電耦合器開通時圖騰柱下端三極體開通輸出-15V低電壓，光電耦合器關斷時輸出+15V高電壓；M0SFET關斷電路與被保護的器件或電子電路相連接，在圖騰柱輸出-15V時開通M0SFET，在圖騰柱輸出+15V時關斷M0SFET。
專利摘要本技術公開了一種過流保護電路，共模電壓差分放大電路將採集到的電流值轉化為共模電壓值；過流判別電路將共模電壓值與設定的參考值相比較；電壓高低變換和定時電路根據比較結果輸出不同電壓值給報警電路和光電隔離電路，光電隔離電路收到低電平時開通光電耦合器，收到高電平值時關斷光電耦合器；圖騰柱電路與光電隔離電路相連接；MOSFET關斷電路與被保護的器件或電子電路相連接。成本低廉，最大可達200安培檢測電流，確保電子電路或電子設備能夠在安全工作。
文檔編號G01R19/165GK202586262SQ201120503218
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者李聲晉, 王嚴偉, 盧剛, 周勇, 周廣偉, 李鑫, 張松松, 魏世克, 楊靜偉 申請人:西北工業大學