CN102263402B - 一种dc电源的过流保护电路及过流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电源电路领域，提供了一种DC电源的过流保护电路及过流保护方法。所述DC电源的过流保护电路包括：第一迟滞比较器，用于检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值；过流保护子电路，用于对DC电源的输出电流采样，并在第一迟滞比较器判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且过流保护子电路判断出DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作。本发明将对DC电源的输出电压的检测与电流的检测相结合，通过对DC电源的输出电压进行判断，使得过流保护电路在DC电源开启过程中停止工作，开启完毕后再开始保护DC电源，因此使用者在设置过流保护点时不必担心开机产生的浪涌电流造成保护电路误动作。

Description

一种DC电源的过流保护电路及过流保护方法

技术领域

本发明属于电源电路领域，尤其涉及一种DC电源的过流保护电路及过流保护方法。

背景技术

目前DC电源的过流保护电路有许多种，原理都是将电流信号转换为电压信号再作比较以判断是否要执行保护动作。保护方式主要是根据采样点的不同和保护动作来划分，从采样点的不同可分为电感电流采样、MOSFET电流采样、电阻电流采样等，从保护动作的不同可分为过流后过流保护信号锁死和过流后过流保护信号自恢复两种，其中保护信号锁死则需要电路重新启动后才能消除保护信号，而保护信号自恢复则不需重启电路，当电流值降至保护点以下时，保护信号自动消除。

目前有种过电流保护技术是通过监测MOS管上流过电流的大小来判断是否过流，有如图1A所示的MOS管电流采样和如图1B所示电阻电流采样两种方式。在开关电源中，MOS管一般工作在开关状态，所以流过MOS管的电流也不是直流电流。为得到直流电流的值则必须取平均值，然后对该值进行判断，看是否过流。由于该方案取的是平均值，所以对瞬间的浪涌电流有一定的滤除效果。但存在如下缺点：1、采用平均值进行判断会使得MOS管流过大小相同的电流时，由于占空比的不同而使得平均值不同，而产生较大误差；2、开机后对电流检测过程中仍然会对持续时间较短的大电流进行过滤，存在检测不出实质上会损坏负载的瞬间大电流，使得在开机后对短时间的大电流起不到保护的作用；3、如果电源的开机时间较长，浪涌电流的持续时间也会延长，该保护电路仍然会发出保护信号。

还有一种过电流保护技术通过监测电源滤波器上的流过电感的电流来判断是否过流，如图2所示，虽然该方案所采样的电流是一个连续值，不会受占空比的影响，但仍然存在开机后对短时间的大电流不能起到保护的作用、如果电源的开机时间较长仍然会发出保护信号的缺点。

总之，现有的过电流保护技术存在开机时浪涌电流使过流保护电路误动作，并且开机后过流保护功能不正常的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种DC电源的过流保护电路，旨在避免开机时浪涌电流使过流保护电路误动作，并保证在开机后过流保护功能正常。

本发明实施例是这样实现的，一种DC电源的过流保护电路，包括：

第一迟滞比较器，用于检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值；

过流保护子电路，用于对DC电源的输出电流采样，并在所述第一迟滞比较器判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且所述过流保护子电路判断出DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作。

本发明实施例还提供了一种DC电源的过流保护方法，包括以下步骤：

检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值；

检测DC电源的输出电流是否达到预设的电流阈值；

当判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作。

本发明实施例将对DC电源的输出电压的检测与电流的检测相结合，通过对DC电源的输出电压进行判断，使得过流保护电路在DC电源开启过程中停止工作，开启完毕后再开始保护DC电源，因此使用者在设置过流保护点时不必担心开机产生的浪涌电流造成保护电路误动作，可避免因过流保护问题而限制电源带容性负载的能力(即能接多大容量的电容)，同时不通过平均值而直接通过电流的大小进行判断可避免出现由于将瞬间大电流过滤掉而无法正常进行过流保护的现象。

附图说明

图1A和图1B是现有技术提供的通过监测MOS管上流过电流的大小来判断是否过流的过流保护技术的实现原理图；

图2是现有技术提供的通过监测电源滤波器上的流过电感的电流来判断是否过流的过流保护技术的实现原理图；

图3是本发明实施例提供的DC电源的过流保护电路的结构原理图；

图4是本发明第一实施例提供的图3所示DC电源的过流保护电路的一种具体实现结构示意图；

图5是图4所示结构的具体电路图；

图6是本发明第二实施例提供的图3所示DC电源的过流保护电路的另一种具体实现结构示意图；

图7是本发明实施例提供的DC电源的过流保护方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例判断DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值，仅在判断为达到预设的电压阈值时才对DC电源进行过流保护。

图3是本发明实施例提供的DC电源的过流保护电路的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图3，过流保护电路连接于DC电源与负载之间，并与DC电源形成一闭环结构。其中过流保护电路包括第一迟滞比较器1和过流保护子电路2，第一迟滞比较器1连接在DC电源的输出端，用于检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值，过流保护子电路2同时连接第一迟滞比较器1、DC电源的输出端以及DC电源的控制端，用于对DC电源的输出电流采样，当第一迟滞比较器1判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值，并且过流保护子电路2判断出DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作。

上述实施例通过对电压的判断来决定是否要发出过流保护信号，避免了开机时浪涌电流使过流保护电路误动作的问题，同时不通过平均值而直接通过电流的大小进行判断可避免出现由于将瞬间大电流过滤掉而无法正常进行过流保护的现象。

图4示出了本发明第一实施例提供的图3所示DC电源的过流保护电路的一种具体实现结构，其中过流保护子电路2由电流采样电阻R、误差放大器21以及第二迟滞比较器22组成。具体连接关系如下：电流采样电阻R连接于DC电源与负载RL之间；误差放大器21的两个输入端分别连接电流采样电阻R的两端，控制端与第一迟滞比较器1连接，由第一迟滞比较器1控制其工作状态，在第一迟滞比较器1检测到DC电源的输出电压达到预设的电压阈值时，对电流采样电阻R两端的压降进行放大处理；第二迟滞比较器22的输入端与误差放大器21的输出端连接，用于将误差放大器21放大处理过的电压与参考电压比较，当比较结果为误差放大器21放大处理过的电压超过参考电压时，输出过流信号触发对DC电源执行过电流保护动作，其中电流采样电阻R可选用阻值一般在2～6毫欧的高精度电阻。

图5是图4所示结构的具体电路图。

其中误差放大器21包括：运算放大电路U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；运算放大电路U1的同相输入端通过电阻R1接地，该同相输入端同时通过电阻R2连接电流采样电阻R的一端；运算放大电路U1的反相输入端通过电阻R3连接电流采样电阻R的另一端，该反相输入端同时通过电阻R4连接运算放大电路U1的输出端。本实施例中，在电流采样电阻R的两端还并联有一滤波电容C1。由运算放大电路U1搭建的误差放大器21放大电流采样电阻R两端的电压，由于误差放大器21的输出电压与被检测电流流过电流采样电阻R所产生的电压呈线性关系，即与电流采样电阻R两端的压降呈线性关系，从而可知被检测电流大小也与误差放大器21的输出电压值呈线性关系。用一个MOS管Q与用于调节误差放大器21放大倍数的电阻R1相并联，当MOS管Q导通时U1的同相输入端“+”输入约为0V，此时U1输出也接近0V，此时可认为误差放大器21不工作；当MOS管Q断开时，误差放大器21才起到放大的作用。

第二迟滞比较器22包括：运算放大电路U2、电阻R5、电阻R6以及电阻R7；运算放大电路U2的同相输入端通过电阻R5连接运算放大电路U1的输出端，该同相输入端同时通过电阻R7连接运算放大电路U2的输出端；运算放大电路U2的反相输入端通过电阻R6连接至参考电压源二。由运算放大电路U2搭建的第二迟滞比较器22将误差放大器21的输出(即U1的输出)电压值与一个参考电压作比较，当超过参考电压(即设定的过流点)时发出过流信号报警，由于直接检测DC电源内部的输出滤波电容后端使其不受电感纹波电流影响，同时也避开了电源输出电容的充电浪涌电流。

第一迟滞比较器1包括：运算放大电路U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11以及MOS管Q；运算放大电路U3的同相输入端通过电阻R8连接至参考电压源一，该同相输入端同时通过电阻R10连接运算放大电路U3的输出端；运算放大电路U3的反相输入端通过电阻R9连接DC电源的输出端；运算放大电路U3的输出端通过电阻R11连接MOS管Q的栅极，MOS管Q的源极和漏极分别连接在电阻R1的两端。由运算放大电路U3搭建的第一迟滞比较器1则是让DC电源的输出电压与参考电压相比较，运算放大电路U3的输出直接控制与电阻R1并联的MOS管Q。如果输出电压还未到预设的阈值(如标称值的90％)，第一迟滞比较器1则输出高电平，使MOS管Q导通，此时运算放大电路U1输出约为0V，即误差放大器21不工作；当输出电压大于等于标称值的90％时，第一迟滞比较器1输出低电平关断MOS管Q，误差放大器21才开始工作。该部分功能就是为避免开机浪涌电流的影响。

电路保护后，通过迟滞比较器的原理可知，当DC电源的输出电压已降到一定的值(可按需要设定)，或者输出电流已降到可接受的值(可按需要设定)时，保护信号可消除，并让DC电源重新开始工作，但若检测到电流仍然是过流状态，又会发出过流信号。如此循环，直至过流故障消除。

图6示出了本发明第一实施例提供的图3所示DC电源的过流保护电路的另一种具体实现结构，与图4所示结构不同之处在于，第一迟滞比较器1中不需要图5中的MOS管Q，同时过流保护子电路2还进一步包括逻辑门电路23，同时误差放大器21不再由第一迟滞比较器21来控制工作状态。具体为逻辑门电路23的两个输入端分别与第一迟滞比较器1的输出端和第二迟滞比较器22的输出端连接，逻辑门电路23的输出端连接至DC电源，用于在第一迟滞比较器1检测到DC电源的输出电压达到预设的电压阈值时，根据第二迟滞比较器输出的过流保护信号触发对DC电源执行过电流保护动作。增加了逻辑门电路23后，若DC电源的输出电压还没有达到阈值，如标称值的90％，图6中的“保护信号”不随“过流信号”的改变而变化，即过流后保护信号不报警。当DC电源的输出电压OK后，“保护信号”则随“过流信号”的改变而变化，过流后保护信号会报警。具体实施时，若第一迟滞比较器1与第二迟滞比较器22都使用正相迟滞比较器，逻辑门电路23采用“与门”进行比较；若第一迟滞比较器1与第二迟滞比较器22都使用反相迟滞比较器，逻辑门电路23采用“与非门”或者“或门”实现。

图7示出了本发明实施例提供的DC电源的过流保护方法的实现流程，包括以下步骤：

步骤S701，检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值。

步骤S702，检测DC电源的输出电流是否达到预设的电流阈值。

步骤S703，当判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作。

其中对DC电源输出电流的检测可以仅在判断出DC电源的输出电压在达到预设的电压阈值时开始进行，也可以在检测DC电源的输出电压的同时进行检测。

本发明实施例中，将对DC电源的输出电压的检测与电流的检测相结合，通过对DC电源的输出电压进行判断，使得过流保护电路在DC电源开启过程中停止工作，开启完毕后再开始保护DC电源。因此使用者在设置过流保护点时不必担心开机产生的浪涌电流造成保护电路误动作，可避免因过流保护问题而限制电源带容性负载的能力(即能接多大容量的电容)，同时不通过平均值而直接通过电流的大小进行判断，可避免出现由于将瞬间大电流过滤掉而无法正常进行过流保护的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种DC电源的过流保护电路，其特征在于，包括：

第一迟滞比较器，用于检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值；

过流保护子电路，用于对DC电源的输出电流采样，并在所述第一迟滞比较器判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且所述过流保护子电路判断出DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作；所述过流保护子电路包括：

电流采样电阻，其连接于DC电源与负载之间；

误差放大器，其两个输入端分别连接所述电流采样电阻的两端，其控制端与所述第一迟滞比较器连接，用于在所述第一迟滞比较器检测到DC电源的输出电压达到预设的电压阈值时，对所述电流采样电阻两端的压降进行放大处理；

第二迟滞比较器，其输入端与所述误差放大器的输出端连接，用于将所述误差放大器放大处理过的电压与参考电压比较，当比较结果为所述误差放大器放大处理过的电压超过参考电压时，输出过流信号，触发对DC电源执行过电流保护动作。

2.如权利要求1所述的DC电源的过流保护电路，其特征在于：

所述误差放大器包括：运算放大电路U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；所述运算放大电路U1的同相输入端通过所述电阻R1接地，该运算放大电路U1的同相输入端同时通过所述电阻R2连接所述电流采样电阻的一端；所述运算放大电路U1的反相输入端通过所述电阻R3连接所述电流采样电阻的另一端，该运算放大电路U1的反相输入端同时通过电阻R4连接所述运算放大电路U1的输出端；

所述第二迟滞比较器包括：运算放大电路U2、电阻R5、电阻R6以及电阻R7；所述运算放大电路U2的同相输入端通过所述电阻R5连接所述运算放大电路U1的输出端，该运算放大电路U2的同相输入端同时通过所述电阻R7连接所述运算放大电路U2的输出端；所述运算放大电路U2的反相输入端通过所述电阻R6连接至参考电压源二；

所述第一迟滞比较器包括：运算放大电路U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11以及MOS管Q；所述运算放大电路U3的同相输入端通过所述电阻R8连接至参考电压源一，该运算放大电路U3的同相输入端同时通过所述电阻R10连接所述运算放大电路U3的输出端；所述运算放大电路U3的反相输入端通过所述电阻R9连接DC电源的输出端；所述运算放大电路U3的输出端通过所述电阻R11连接所述MOS管Q的栅极，所述MOS管Q的源极和漏极分别连接在所述电阻R1的两端。

3.一种DC电源的过流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测DC电源的输出电压是否达到预设的电压阈值；

检测DC电源的输出电流是否达到预设的电流阈值；

当判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值且DC电源的输出电流达到预设的电流阈值时，对DC电源执行过电流保护动作；

所述检测DC电源的输出电流是否达到预设的电流阈值的步骤具体为：

当判断出DC电源的输出电压达到预设的电压阈值时，开始检测DC电源的输出电流是否达到预设的电流阈值。