CN103036194A - 基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，该短路保护电路包括霍尔电流传感器、继电器和微处理器，微处理器内设置有数字电压比较器CMP、数模转换模块ADC和I/O模块，数字电压比较器CMP通过一个限流电阻与霍尔电流传感器电连接，数模转换模块ADC与霍尔电流传感器的输出端电连接，I/O模块与继电器电连接。本发明设有微处理器，且微处理器内设置有数字电压比较器CMP和数模转换模块ADC，结构简单，高效稳定，可编程、成本低，具有自恢复功能。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，具体地说，涉及一种应用于电池电源管理系统实现短路保护的短路保护电路。
背景技术
磷酸铁锂动力电池是一种新型、高效、安全、无污染的新能源电池。由于其优异的性能，在新能源乘用车、通信、矿山、风力与太阳能发电的储能系统等领域和行业中得到广泛应用。磷酸铁锂电池电源管理系统一般具有低电压、大电流、小体积的特性，工作电流可达30A以上，磷酸铁锂电池在使用过程中需要电池电源管理系统（BMS）进行维护和管理。因此，电池电源管理系统应当具有的功能有：（1）电池状态管理；（2）充、放电管理；（3）短路保护，而如何实现电池电源管理系统的短路保护是技术人员面临的一大难题。现有的短路保护措施有以下几种：（1）采用传统保险丝、空气开关等方法，这些方法将会产生一定的压降，功耗大、成本高，且无自恢复功能；（2）采用软件检测的方法，软件检测虽可以实现自恢复的功能，但不能保证短路保护动作的及时性；（3）采用热脱扣直流断路器、电流互感器等方法，则需要根据型号进行配套使用，且型号难以匹配，同时还存在安装困难、生产成本增加等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有电池电源管理系统实现短路保护时存在的成本高、无自恢复能力等上述问题，提供了一种基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，该电、路成本低、效率高、可编程，且可自恢复。
本发明的技术方案为：一种基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，该短路保护电路包括霍尔电流传感器、继电器和微处理器，微处理器内设置有数字电压比较器CMP、数模转换模块ADC和I/O模块，数字电压比较器CMP通过一个限流电阻与霍尔电流传感器电连接，数模转换模块ADC与霍尔电流传感器的输出端电连接，I/O模块与继电器电连接；所述霍尔电流传感器将检测到的电流信号Ip转换成电压信号Ui，并将该电压信号Ui传送至数字电压比较器CMP和数模转换模块ADC，数模转换模块ADC用于测量电流的大小，数字电压比较器CMP用于监测电压信号的阀值，一旦电压信号Ui大于给定的参考电压Uv，触发数字电压比较器CMP产生中断信号，微处理器通过I/O模块控制继电器关闭，实现短路保护功能。
优选的是，所述的数模转换模块ADC检测霍尔电流传感器的输出电压，将模拟的电压量转化为数字量以便计算出检测电流的大小，其计算公式如下：Ip=k(Ui-Uf)，其中k为系数，与数模转换模块和霍尔电流传感器的性能参数有关，Uf是测量电流为零时的Ui值。
本发明的有益效果为：（1）本发明设有微处理器，且微处理器内设置有数字电压比较器CMP和数模转换模块ADC，结构简单，高效稳定，可编程、成本低，具有自恢复功能；微处理器控制继电器和数字电压比较器CMP的开启，实现延时等待，通过霍尔电流传感器检测电流信号并转化为电压信号，微处理器根据电压信号控制数字电压比较器CMP产生中断信号，并在中断过程中控制继电器和数字电压比较器CMP的关闭，实现短路保护功能，短路保护动作可在纳秒级的时间内完成，可有效防止设备短路事故的发生；（2）本发明通过微处理器实现任意大电流的短路保护功能，不仅能使用在电池电源管理系统的短路保护中，也可以应用在其他的电源管理系统中实现短路保护和自恢复功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，该短路保护电路包括霍尔电流传感器、继电器和微处理器，微处理器内设置有数字电压比较器CMP、数模转换模块ADC和I/O模块，数字电压比较器CMP通过一个限流电阻与霍尔电流传感器电连接，数模转换模块ADC与霍尔电流传感器的输出端电连接，I/O模块与继电器电连接；所述霍尔电流传感器将检测到的电流信号Ip转换成电压信号Ui，并将该电压信号Ui传送至数字电压比较器CMP和数模转换模块ADC，数模转换模块ADC用于测量电流的大小，数字电压比较器CMP用于监测电压信号的阀值，一旦电压信号Ui大于给定的参考电压Uv，触发数字电压比较器CMP产生中断信号，微处理器通过I/O模块控制继电器关闭，实现短路保护功能。
上述数模转换模块ADC检测霍尔电流传感器的输出电压，将模拟的电压量转化为数字量以便计算出检测电流的大小，其计算公式如下：Ip=k(Ui-Ui)，其中k为系数，与数模转换模块和霍尔电流传感器的性能参数有关，Uf是测量电流为零时的Ui值。
工作原理：电池电源管理系统上电后运行自检程序，系统正常工作后，微处理器通过I/O模块开启继电器，随后进入延时等待，延时时间根据电池电源管理系统的负载情况进行定义，对于非感性负载如电阻，延时时间可设置在毫秒级以内，对于感性负载，延时时间需要延长，实验测试时在5毫秒左右为宜，此处的延时设计决定了短路保护的动作时间和短路保护的灵敏度，时间越短，电池电源管理系统短路保护越迅速和灵敏，同时误触发短路保护的可能性也增加。延时到达后，通过数字电压比较器CMP设定合理的参考电压Uv，微控制器开启数字电压比较器CMP，电池电源管理系统中导线经过霍尔电流传感器时检测电流Ip会产生磁力线，内置在磁力线中霍尔电流传感器可产生与检测磁力线成正比、大小仅为几毫伏的感应电压，然后转换成几伏电压信号Ui，并存在关系式：Ip×Ns×Rm=Ui，其中，Ns是感应电流放大系数，Rm是霍尔电流传感器内部的测量电阻；数模转换模块ADC检测霍尔电流传感器的输出电压，将模拟的电压量转化为数字量以便计算出检测电流的大小，其计算公式如下：Ip=k(Ui-Uf)，其中k为系数，与数模转换模块和霍尔电流传感器的性能参数有关，Uf是测量电流为零时的Ui值。当线路电流Ip过大时，霍尔电流传感器的输出端电压Ui将会大于参考电压Uv，此时，触发数字电压比较器CMP产生中断信号，微处理器接收到中断信号后立即响应，进行中断任务处理，并通过I/O模块控制继电器关闭，并关闭数字电压比较器CMP，即可实现短路保护功能。随后进入自恢复阶段，若电池电源管理系统正常，则微处理器将再次开启继电器。
Claims (2)
1.一种基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，其特征在于：该短路保护电路包括霍尔电流传感器、继电器和微处理器，微处理器内设置有数字电压比较器CMP、数模转换模块ADC和I/O模块，数字电压比较器CMP通过一个限流电阻与霍尔电流传感器电连接，数模转换模块ADC与霍尔电流传感器的输出端电连接，I/O模块与继电器电连接；所述霍尔电流传感器将检测到的电流信号 
转换成电压信号
，并将该电压信号
传送至数字电压比较器CMP和数模转换模块ADC，数模转换模块ADC用于测量电流的大小，数字电压比较器CMP用于监测电压信号的阀值，一旦电压信号
大于给定的参考电压
，触发数字电压比较器CMP产生中断信号，微处理器通过I/O模块控制继电器关闭，实现短路保护功能。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔电流传感器和数字电压比较器的短路保护电路，其特征在于：所述的数模转换模块ADC检测霍尔电流传感器的输出电压，将模拟的电压量转化为数字量以便计算出检测电流的大小，其计算公式如下：
，其中k为系数，与数模转换模块和霍尔电流传感器的性能参数有关，
是测量电流为零时的值。
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