CN102201653A - 过流保护电路设计系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过流保护电路设计系统，其根据对过流保护电路的最大保护电流产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本，并根据每个电子元件的正态分布样本及最大保护电流计算公式计算出最大保护电流的样本；再根据最大保护电流的样本形成最大保护电流的正态分布图，并同时显示预存的上限和下限，以判断正态分布图是否位于上下限范围内。通过对最大保护电流的正态分布图与预设上下限之间的比对，以确保过流保护电路在不同的工作环境中均能正常工作。本发明还提供一种过流保护电路设计方法。

Description

过流保护电路设计系统及方法

技术领域

本发明涉及一种过流保护电路设计系统及方法。

背景技术

各种过流保护电路均由各种不同类型的电子元件组成，例如电阻、电容、比较器、电感等。过流保护电路的工作精准度与可靠度均由各电子元件决定。当气温、环境湿度和大气压力等条件改变时，各电子元件的参数就会改变，由此使得过流保护电路的最大保护电流随着环境变化就会改变。

若在某一工作环境下，过流保护电路的最大保护电流的改变超出了允许的误差范围，过流保护电路的工作精准度与可靠度就会降低，用户就需通过人工查找并选择电子元件，以将过流保护电路中的某一电子元件更换为参数不同的对应元件，直到过流保护电路的最大保护电流在其允许的误差范围内为止，从而使过流保护电路的可靠度提高，上述通过人工选取电子元件来提高过流保护电路可靠度的方法需花费大量的时间与精力，并且极容易出错，无法在短时间内完成作业，因此效率较低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种过流保护电路设计系统及方法，能够自动选择过流保护电路中所需的电子元件，保证过流保护电路的最大保护电流在其允许的误差范围内。

一种过流保护电路设计系统，包括一输入装置、一数据库、一中央处理器及一绘图显示单元；所述输入装置用于向中央处理器输入外部控制信息；所述数据库内存储有多种不同类型、不同规格的虚拟电子元件，以及该电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差；所述中央处理器包括一存储器、一运算器及一控制器；所述存储器内预存一虚拟仪器模块；所述控制器根据外部控制信息在数据库内选择电子元件，并在所述虚拟仪器模块内组成一虚拟过流保护电路；所述运算器根据对过流保护电路产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由所述标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本，并根据每个电子元件的正态分布样本及该过流保护电路的最大保护电流计算公式计算出最大保护电流的样本；所述绘图显示单元根据所述最大保护电流的样本显示最大保护电流的正态分布图，并同时显示预存在存储器内一预设上限和下限，以判断最大保护电流的正态分布图是否位于上下限范围内。

一种过流保护电路设计方法，包括以下步骤：

接收一输入装置的外部控制信息；

根据所述外部控制信息从一数据库中选择组成一虚拟过流保护电路所需的虚拟电子元件；

根据对过流保护电路中最大保护电流产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，以分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本；

根据所述电子元件的正态分布样本及该过流保护电路的最大保护电流计算公式，计算出最大保护电流的样本；及

根据所述最大保护电流的样本产生最大保护电流的正态分布图，并判断正态分布图是否在一预存的上限和下限的范围内，若最大保护电流的正态分布图位于上下限范围内，则表示过流保护电路可靠度合格；反之，则表示过流保护电路可靠度不合格。

本发明过流保护电路设计系统及方法根据数据库中存储的电子元件信息，判断电子元件组成的过流保护电路的最大保护电流是否在允许的误差范围内，若不在允许的误差范围内则更换为参数不同的对应元件，确保过流保护电路在不同的工作环境中均能正常工作，提高了过流保护电路的工作精准度和可靠度。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的过流保护电路设计系统的架构图。

图2是本发明实施方式提供的过流保护电路的电路图。

图3是图2中的过流保护电路的最大保护电流的分布图。

图4是本发明实施方式提供的过流保护电路设计方法的流程图。

主要元件符号说明

过流保护电路设计系统              100

输入装置                      10

数据库                        20

中央处理器                    30

存储器                        31

运算器                        32

控制器                        33

绘图显示单元                  40

第一电阻                      R1

第二电阻                      R2

第三电阻                      R3

内阻                          R4

第一电容                      C1

第二电容                      C2

电感                          L

电压调节模块                  U1

第一比较器                    A1

第二比较器                    A2

电流源                        Iset

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明实施方式提供的一种过流保护电路设计系统100，其包括一输入装置10、一数据库20、一中央处理器30及一绘图显示单元40。

所述输入装置10可以为一键盘或鼠标等输入设备，其用于向中央处理器30输入外部控制信息。用户通过输入装置10将组成一虚拟过流保护电路所需的虚拟电子元件的类型及该电子元件之间的连接关系输入至所述中央处理器30。所述电子元件类型为电阻、电容、比较器及电感等。

所述数据库20通过一数据库连接与中央处理器30进行通信，所述数据库连接可以为开放式数据库连接(Open Database Connectivity，ODBC)或者Java数据库连接(Java Database Connectivity，JDBC)等。所述数据库20用于储存虚拟电子元件信息，所述电子元件信息包括电子元件类型、电子元件型号、电子元件规格及电子元件的参数在不同环境条件的相对误差。

所述中央处理器30可以为任意具有数字处理能力的计算机、服务器、单片机等，其用于根据输入装置10所输入的外部控制信息对应进行相应的数据处理；该中央处理器30包括一存储器31、一运算器32及一控制器33。所述存储器31内预存一虚拟仪器模块；本实施方式中，所述虚拟仪器模块为美国国家仪器(NI)公司开发的Labview。所述控制器33根据输入装置10所选择的虚拟电子元件在虚拟仪器模块内组成所述虚拟过流保护电路。所述运算器32根据对过流保护电路中最大保护电流产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，其中上述电子元件为最大保护电流计算公式中所使用到的电子元件。由所述标准差及均值产生该电子元件的参数的正态分布样本，并根据每个电子元件的参数的正态分布样本及所述过流保护电路的最大保护电流计算公式计算出最大保护电流的样本。

所述绘图显示单元40用于接收运算器32计算出的过流保护电路的最大保护电流的样本，作出最大保护电流的正态分布图；所述正态分布图的横坐标表示所述最大保护电流的样本值，纵坐标表示最大保护电流的样本数量。所述绘图显示单元40内同时显示最大保护电流的预设上限La和下限Lb的范围，所述上限La为过流保护电路所在电路中最大磁饱和电流，所述下限Lb为过流保护电路所在电路满负荷运转时的输出电流。

用户通过分布图直观判断所述最大保护电流的正态分布图是否位于预设上下限La、Lb范围内，如果最大保护电流的正态分布图是位于预设上下限La、Lb范围内，则表示过流保护电路可靠度合格；反之，则表示过流保护电路可靠度不合格。如果过流保护电路可靠度不合格，用户通过输入装置10再次选择电子元件的类型、型号或规格并重新组成一虚拟过流保护电路再进行测试。

下面以图2所示的一种过流保护电路为例具体说明过流保护电路设计系统和方法的工作过程，所述过流保护电路包括第一、第二、第三电阻R1、R2、R3，第一、第二电容C1、C2，电感L及电压调节模块U1，其中电感L的内阻为R4，所述电压调节模块U1内设有第一、第二比较器A1、A2及电流源Iset，该电压调节模块U1包括PHASE端、ISEN-端、ISEN+端、OCSET端及ISENO端。所述电感L的一端与PHASE端相连接，另一端与电压采集端Vout相连接。所述第二电容C2的一端与电压采集端Vout相连接，另一端接地。所述第三电阻R3一端与PHASE端相连接，另一端与ISEN-端相连接。所述第一电容C1的一端与ISEN-端相连接，另一端与ISENO端相连接。所述第二电阻R2与第一电容C1相并联。所述第一电阻R1连接于OCSET端与ISENO端之间。所述第一比较器A1的正、负向输入端分别与ISEN-端、OCSET端相连接，输出端与一触发端OCD相连接。所述电流源Iset与第一比较器的负向输入端相连接。所述第二比较器A2的正、负向输入端分别与ISEN+端、ISEN-端相连接，输出端与ISENO端相连接。所述过流保护电路的最大保护电流 $\mathrm{Iocp}=\frac{R1*\mathrm{Iset}*R3}{R2*R4}.$

用户通过输入装置10根据组成上述过流保护电路所需的电子元件以及电子元件之间在连接关系在虚拟仪器模块Labview内组成该虚拟过流保护电路。然后从数据库20中提取出上述决定最大保护电流值的电子元件的参数的误差范围，此处设定每个参数的样本数各为100个。

表1各元件在不同环境条件下的误差范围表

	R1	R2	R3	R4	Iset
						均值	1300Ω	18000Ω	18000Ω	1.40mΩ	100uA
出厂	1％	1％	1％	7％	7％
						温度变化	0.6％	0.6％	0.6％	0	0
老化	2％	2％	2％	0	0
						焊接	3％	3％	3％	0	0
温度周期	0.75％	0.75％	0.75％	0	0
						湿度	3％	3％	3％	0	0
低温	1％	1％	1％	0	0
						高温	0.5％	0.5％	0.5％	0	0
热力	0.5％	0.5％	0.5％	0	0
						热震	0.5％	0.5％	0.5％	0	0

假设R1、R2、R3、R4及Iset的标准差分别为σ1、σ2、σ3、σ4、σ5，不同环境条件下的相对误差分别为a_i、b_i、c_i、d_i、e_i，根据公式 $\mathrm{\σ}1=1300*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\left(a_i\right)}^2}{10-1}},$ $\mathrm{\σ}2=18000*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\left(b_i\right)}^2}{10-1}},$ $\mathrm{\σ}3=18000*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\left(c_i\right)}^2}{10-1}},$ $\mathrm{\σ}4=1.4*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\left(d_i\right)}^2}{10-1}},$ $\mathrm{\σ}5=100*\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\left(e_i\right)}^2}{10-1}},$ 运算器32分别计算出R1、R2、R3、R4及Iset的标准差分别为σ1＝21.97欧姆、σ2＝304.2欧姆、σ3＝304.2欧姆、σ4＝0.0327毫欧、σ5＝2.333微安。分别根据R1、R2、R3、R4及Iset的标准差和均值得出每个电子元件的正态分布样本。通过任意提取一组R1、R2、R3、R4及Iset的正态分布样本以及过流保护电路的最大保护电流计算公式 $\mathrm{Iocp}=\frac{R1*\mathrm{Iset}*R3}{R2*R4},$ 计算出最大保护电流Iocp的样本。所述绘图显示单元40根据运算器32所计算得出的最大保护电流Iocp的样本显示最大保护电流Iocp的正态分布图，并同时显示预存在存储器内一上限La和一下限Lb。

如图3所示，为上述最大保护电流Iocp的正态分布图。用户可以直观的判断所述正态分布图是否位于预设的上限La和下限Lb之间，若最大保护电流的正态分布图位于预设上下限La、Lb范围内，则表示过流保护电路可靠度合格；反之，则表示过流保护电路可靠度不合格。当过流保护电路可靠度不合格时，用户重新选择电子元件的类型、型号或规格重组一过流保护电路，并再进行相同的可靠性测试。

如图4所示，本发明过流保护电路设计方法的实施方式包括以下步骤：

S201：接收一输入装置的外部控制信息；所述外部控制信息包括虚拟过流保护电路所需的电子元件、电子元件之间的连接方式；

S202：根据所述外部控制信息从一数据库中选择组成所述虚拟过流保护电路所需虚拟电子元件；所述数据库用于储存虚拟电子元件信息，所述电子元件信息包括电子元件类型、电子元件型号、电子元件规格及电子元件的有效参数在不同环境条件下的相对误差；

S203：根据过流保护电路中对最大保护电流产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，以分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由所述标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本；

S204：根据所述电子元件的正态分布样本及所述过流保护电路的最大保护电流计算公式，计算出过流保护电路的最大保护电流的样本；及

S205：根据所述最大保护电流的样本产生最大保护电流的正态分布图，并判断正态分布图是否在一预存的上限La和下限Lb的范围内，若最大保护电流的正态分布图位于预设上下限La、Lb范围内，则表示过流保护电路可靠度合格；反之，则表示过流保护电路可靠度不合格，并重新返回步骤S202；所述正态分布图的横坐标表示所述过流保护电路的最大保护电流，纵坐标表示合格的最大保护电流的样本数量；所述上限为过流保护电路所在电路中最大磁饱和电流，所述下限为过流保护电路所在电路满负荷运转时的输出电流。

本发明实施方式提供的过流保护电路设计系统及方法根据数据库中存储的电子元件信息，判断电子元件组成的过流保护电路的最大保护电流是否在允许的误差范围内，若不在允许的误差范围内则更换为参数不同的对应元件，确保过流保护电路在不同的工作环境中均能正常工作，提高了过流保护电路的工作精准度和可靠度。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种过流保护电路设计系统，包括一输入装置、一数据库、一中央处理器及一绘图显示单元；所述输入装置用于向中央处理器输入外部控制信息；所述数据库内存储有多种不同类型、不同规格的虚拟电子元件，以及该电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差；所述中央处理器包括一存储器、一运算器及一控制器；所述存储器内预存一虚拟仪器模块；所述控制器根据外部控制信息在数据库内选择电子元件，并在所述虚拟仪器模块内组成一虚拟过流保护电路；所述运算器根据对过流保护电路产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由所述标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本，并根据每个电子元件的正态分布样本及该过流保护电路的最大保护电流计算公式计算出最大保护电流的样本；所述绘图显示单元根据所述最大保护电流的样本显示最大保护电流的正态分布图，并同时显示预存在存储器内一预设上限和下限，以判断最大保护电流的正态分布图是否位于上下限范围内。

2.如权利要求1所述的过流保护电路设计系统，其特征在于：所述输入装置为一键盘或鼠标，用户可通过输入装置将所述过流保护电路所需的电子元件类型及该过流保护电路的最大保护电流计算公式输入至所述中央处理器。

3.如权利要求1所述的过流保护电路设计系统，其特征在于：所述虚拟仪器模块为Labview。

4.如权利要求1所述的过流保护电路设计系统，其特征在于：所述数据库通过一数据库连接与所述中央处理器进行通信，所述数据库连接为开放式数据库或者Java数据库连接。

5.如权利要求1所述的过流保护电路设计系统，其特征在于：所述上限为过流保护电路所在电路中最大磁饱和电流，所述下限为过流保护电路所在电路满负荷运转时的输出电流。

6.如权利要求1所述的过流保护电路设计系统，其特征在于：所述正态分布图的横坐标表示所述最大保护电流的样本值，纵坐标表示合格的最大保护电流的样本数量。

7.一种过流保护电路设计方法，包括以下步骤：

接收一输入装置的外部控制信息；

根据所述外部控制信息从一数据库中选择组成一虚拟过流保护电路所需的虚拟电子元件；

根据对过流保护电路中最大保护电流产生影响的电子元件的参数在不同环境条件下的相对误差，以分别计算出该电子元件的参数的标准差及均值，由标准差及均值产生该电子元件的正态分布样本；

根据所述电子元件的正态分布样本及该过流保护电路的最大保护电流计算公式，计算出最大保护电流的样本；及

根据所述最大保护电流的样本产生最大保护电流的正态分布图，并判断正态分布图是否在一预存的上限和下限的范围内，若最大保护电流的正态分布图位于上下限范围内，则表示过流保护电路可靠度合格；反之，则表示过流保护电路可靠度不合格。

8.如权利要求7所述的过流保护电路设计方法，其特征在于：如果过流保护电路可靠度不合格，则改变所选择电子元件的类型、型号或规格重新组成一过流保护电路。

9.如权利要求7所述的过流保护电路设计方法，其特征在于：所述上限为过流保护电路所在电路中最大磁饱和电流，所述下限为过流保护电路所在电路满负荷运转时的输出电流。

10.如权利要求7所述的过流保护电路设计方法，其特征在于：所述正态分布图的横坐标表示所述最大保护电流的样本值，纵坐标表示合格的最大保护电流的样本数量。

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