一種低功耗過流信號隔離檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低功耗過流信號隔離檢測電路，包括光耦隔離器U1和比較器U2，以及電阻RS、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4，電阻R1的一端與電阻RS的一端連接，光耦隔離器U1的陽極與電阻R1的另一端相接，且通過電阻R2與第一參考電源的輸出端Vref1相接，光耦隔離器U1的陰極與電阻RS的另一端連接，光耦隔離器U1的集電極與比較器U2的反相輸入端相接且通過電阻R3與供電電源的輸出端VCC相接，光耦隔離器U1的發(fā)射極接地，比較器U2的同相輸入端與第二參考電源的輸出端Vref2相接。本實用新型功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、實現(xiàn)方便、成本低、工作穩(wěn)定以及可靠性高，能夠快速、有效地檢測過流或短路故障。
【專利說明】
_種低功耗過流信號隔禹檢測電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于過流或短路故障保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗過流信號隔離檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)變換器保護(hù)電路設(shè)計也成為確保變換器安全工作至關(guān)重要的一部分。
[0003]目前，開關(guān)變換器的保護(hù)方案有很多，過流或短路保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路等。電路的過流和短路有很多的相似性，同時又有很多本質(zhì)上的區(qū)別。過流是指流經(jīng)負(fù)載的電流超過電源的額定輸出電流，如果設(shè)備長時間工作在過流狀態(tài)會損壞設(shè)備，電源也可能由于長時間工作在滿負(fù)荷的狀態(tài)下而損壞;短路是指當(dāng)負(fù)載相當(dāng)于一根導(dǎo)線時，從開關(guān)變換器流出的電流瞬間變大，或如全橋或半橋變換器的開關(guān)出現(xiàn)直通短路等故障，將會導(dǎo)致變換器的損壞，所以過流以及短路保護(hù)電路在電路當(dāng)中具有重要作用。對于過流或短路保護(hù)電路，需要采樣電流信號，檢測電流的方式有很多，如串聯(lián)電阻、電流傳感器、電流互感器等。
[0004]串聯(lián)電阻型保護(hù)電路需要電流采樣電阻，如果采樣電阻比較大，電阻上會流過很大的電流，增加了電路額外的功耗，若采用小阻值電流采樣電阻，則需將信號進(jìn)行處理、放大，這樣會使電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加成本；串聯(lián)電阻采樣電流信號的另一問題是不能實現(xiàn)隔離。
[0005]電流傳感器型檢測電路，由于受帶寬限制，保護(hù)速度可能達(dá)不到要求，而且一般電流傳感器又比較昂貴。如最常用的電流傳感器一一霍爾電流傳感器，其價格較高，響應(yīng)速度不夠快，小電流時精度低，而大部分電流傳感器需要外加電源才能正常工作，這又使得電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。對于電流互感器檢測電路，不適于直流或低頻電流信號的測量，應(yīng)用受到限制。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、實現(xiàn)方便、成本低、工作穩(wěn)定以及可靠性高，能夠快速、有效地檢測過流或短路故障，具有更好的推廣應(yīng)用價值。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:包括光耦隔離器Ul和比較器U2，以及電阻RS、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4，所述電阻Rl的一端與電阻RS的一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路的正極電壓輸入端IN+，所述光耦隔離器Ul的陽極與電阻Rl的另一端相接，且通過電阻R2與第一參考電源的輸出端Vrefl相接，所述光耦隔離器Ul的陰極與電阻RS的另一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路的負(fù)極電壓輸入端IN-，所述光耦隔離器Ul的集電極與比較器U2的反相輸入端相接且通過電阻R3與供電電源的輸出端VCC相接，所述光耦隔離器Ul的發(fā)射極接地，所述比較器U2的同相輸入端與第二參考電源的輸出端Vref2相接，所述比較器U2的輸出端為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路的輸出端Vout，且通過電阻R4與供電電源的輸出端VCC相接。
[0008]上述的一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:所述光耦隔離器Ul的型號為6N137。
[0009]上述的一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:所述比較器U2的型號為TLV3501。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本實用新型的電路結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、實現(xiàn)方便且成本低。
[0012]2、本實用新型可檢測的電流值變化范圍大，并可實現(xiàn)主電路和保護(hù)電路的隔離，工作可靠性高。
[0013]3、本實用新型能夠快速檢測電路中的過流或短路信號，響應(yīng)速度快，確保電路更安全可靠。
[0014]4、本實用新型通過選擇較小的取樣電阻，使得在流過較大電流時，產(chǎn)生的功耗也很小，且能夠檢測電流值的變化范圍較大。
[0015]5、本實用新型使用時，當(dāng)待檢測電路正常工作時，光耦隔離器不導(dǎo)通，降低了功耗，當(dāng)待檢測電路出現(xiàn)故障時，光耦隔離器導(dǎo)通且是瞬間導(dǎo)通，導(dǎo)通后其功耗也非常低，同時光耦隔離器的使用也大大提高了檢測電路的響應(yīng)速度;通過選擇低功耗以及快速的比較器，能夠進(jìn)一步降低整個電路的功耗，同時與光耦隔離器合理的配合(即比較器對故障信號的響應(yīng)速度要大于光耦隔離器對故障信號的傳輸速度)，又進(jìn)一步的提高了電路的響應(yīng)速度，所述本實用新型對于低頻、中頻、高頻信號都能較好的響應(yīng)。
[0016]6、本實用新型電路具有很強(qiáng)的抗干擾特性，提高了整體電路的穩(wěn)定性。
[0017]7、本實用新型適用于直流、低頻、高頻電流信號的檢測，適應(yīng)范圍廣，實用性強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用推廣價值。
[0018]綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、實現(xiàn)方便、成本低、工作穩(wěn)定以及可靠性高，能夠快速、有效地檢測過流或短路故障，具有更好的推廣應(yīng)用價值。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的電路原理圖。
[0021]圖2為將本實用新型應(yīng)用在BUCK開關(guān)變換電路中的電路原理圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:
[0023]I 一 BUCK開關(guān)變換電路;2—PffM控制與驅(qū)動電路；
[0024]3—過流或短路故障信號隔離檢測電路。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本實用新型的過流或短路故障信號隔離檢測電路，包括光耦隔離器Ul和比較器U2，以及電阻RS、電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電阻R4，所述電阻Rl的一端與電阻RS的一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路3的正極電壓輸入端IN+，所述光耦隔離器Ul的陽極與電阻Rl的另一端相接，且通過電阻R2與第一參考電源的輸出端Vrefl相接，所述光耦隔離器Ul的陰極與電阻RS的另一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路3的負(fù)極電壓輸入端IN-，所述光耦隔離器Ul的集電極與比較器U2的反相輸入端相接且通過電阻R3與供電電源的輸出端VCC相接，所述光耦隔離器Ul的發(fā)射極接地，所述比較器U2的同相輸入端與第二參考電源的輸出端Vref2相接，所述比較器U2的輸出端為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路3的輸出端Vout，且通過電阻R4與供電電源的輸出端VCC相接。
[0026]本實施例中，所述光耦隔離器Ul的型號為6N137。
[0027]本實施例中，所述比較器U2的型號為TLV3501。
[0028]本實用新型的過流或短路故障信號隔離檢測電路3，型號為6N137光耦隔離器Ul用于實現(xiàn)過流或短路信號隔離傳輸，由于光耦隔離器Ul的輸入端存在一固有的正向壓降，為確保通過較小采樣電阻RS獲得的故障電壓信號正比于電流信號能通過光耦隔離器Ul順利傳輸，引入第一參考電源，并將第一參考電源的輸出電壓Vrrfl與米樣電流信號分別通過電阻R2及Rl進(jìn)行疊加后作用于光耦隔離器Ul。
[0029]電路正常工作時，疊加在光耦隔離器Ul輸入端上的電壓未能達(dá)到光耦隔離器Ul的固有正向壓降，不足以使光耦隔離器Ul導(dǎo)通，因此，比較器U2的反相輸入端電壓值接近供電電源的輸出電壓Vcc,由于比較器U2的同相輸入端電壓Vref2〈V(X，因此比較器U2輸出低電平。
[0030]電路出現(xiàn)過流或短路故障時，電阻RS上產(chǎn)生的電壓信號變大，與第一參考電源的輸出電壓Vrefl疊加后大于光耦隔離器Ul的固有正向壓降，光耦隔離器Ul導(dǎo)通，使得比較器U2的反相輸入端電壓值接近零，而小于比較器U2的同相輸入端電壓Vref2，因此比較器U2輸出高電平。
[0031]例如，如圖2所示，將本實用新型的過流或短路故障信號隔離檢測電路3應(yīng)用在BUCK開關(guān)變換電路I中，BUCK開關(guān)變換電路I包括PMOS開關(guān)管Vt IP溝道增強(qiáng)型MOSFET開關(guān)管、續(xù)流二極管Dl、儲能電感LI和輸出濾波電容Cl，PM0S開關(guān)管Vtl的柵極與PffM控制與驅(qū)動電路2的輸出端連接，續(xù)流二極管DI的陽極接地，續(xù)流二極管DI的陰極和電感LI的一端均與PMOS開關(guān)管Vt I的漏極相接，電感LI的另一端為BUCK開關(guān)變換電路I的正極電壓輸出端Vo+，輸出濾波電容Cl的正極與BUCK開關(guān)變換電路I的正極電壓輸出端Vo+相接，輸出濾波電容Cl的負(fù)極為BUCK開關(guān)變換電路I的負(fù)極電壓輸出端Vo-且接地;負(fù)載RL的一端與BUCK開關(guān)變換電路I的正極電壓輸出端Vo+連接，本實用新型的過流或短路故障信號隔離檢測電路3的正極電壓輸入端IN+與負(fù)載RL的另一端連接，本實用新型的過流或短路故障信號隔離檢測電路3的負(fù)極電壓輸入端IN-與BUCK開關(guān)變換電路I的負(fù)極電壓輸出端Vo-連接。
[0032]以上應(yīng)用實例的工作原理為:
[0033]BUCK開關(guān)變換電路I正常工作時，疊加在光耦隔離器Ul輸入端上的電壓未能達(dá)到光耦隔離器Ul的固有正向壓降，不足以使光耦隔離器Ul導(dǎo)通，此時，比較器U2的反相輸入端電壓值接近供電電源的輸出電壓Vcc，大于比較器U 2的同相輸入端的電壓Vrrf 2，比較器U2輸出低電平，BUCK開關(guān)變換電路I和PffM控制與驅(qū)動電路2正常工作。
[0034]BUCK開關(guān)變換電路I出現(xiàn)過流或短路故障時，隨著輸出電流變大，電阻RS上產(chǎn)生的電壓信號變大，與第一參考電源的輸出電壓Vref I疊加后大于光親隔離器Ul的固有正向壓降，光耦隔離器Ul導(dǎo)通，使得比較器U2的反相輸入端電壓值接近零，而小于比較器U2的同相輸入端電SVref2，比較器U2輸出高電平，該高電平作用于P麗控制與驅(qū)動電路2，P麗控制與驅(qū)動電路2控制PMOS開關(guān)管VtI，使BUCK開關(guān)變換電路I停止工作，輸出為零，確保BUCK開關(guān)變換電路I不因過流或短路故障而損壞。
[0035]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:包括光耦隔離器Ul和比較器U2，以及電阻RS、電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電阻R4，所述電阻Rl的一端與電阻RS的一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路(3)的正極電壓輸入端IN+，所述光耦隔離器Ul的陽極與電阻Rl的另一端相接，且通過電阻R2與第一參考電源的輸出端Vrefl相接，所述光耦隔離器Ul的陰極與電阻RS的另一端連接且為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路(3)的負(fù)極電壓輸入端IN-，所述光耦隔離器Ul的集電極與比較器U2的反相輸入端相接且通過電阻R3與供電電源的輸出端VCC相接，所述光耦隔離器Ul的發(fā)射極接地，所述比較器U2的同相輸入端與第二參考電源的輸出端Vref2相接，所述比較器U2的輸出端為所述過流或短路故障信號隔離檢測電路(3)的輸出端Vout，且通過電阻R4與供電電源的輸出端VCC相接。2.按照權(quán)利要求1所述的一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:所述光耦隔離器Ul的型號為6N137。3.按照權(quán)利要求1所述的一種低功耗過流信號隔離檢測電路，其特征在于:所述比較器U2的型號為TLV3501。
【文檔編號】G01R19/165GK205506915SQ201620198076
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】劉樹林, 韓躍云, 張法旺, 宋亞亞, 鐘明航, 付垚, 徐惠三
【申請人】西安科技大學(xué)