CN103412180B - 一种过流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过流检测电路，包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻（RSENSE）和设置有过流阀值的电压比较器（U2），其特征在于：所述的过流检测电路还包括电流源（IB），电压源（Vcc），过流阀值设置电阻（RSET），延时电容（COCT），泄放电阻（RDIS），第一N型MOS管（M2A），以及分别构成电流镜的第二N型MOS管（M2B）和第三N型MOS管（M2C）、第四N型MOS管（M3A）和第五N型MOS管（M3B）、第一P型MOS管（M1A）和第二P型MOS管（M1B）。本发明的过流检测电路提高检测受测系统过流故障的响应速度。

Description

一种过流检测电路
技术领域
本发明涉及一种过流检测电路，其主要应用于电池管理系统和电机控制系统领域，对系统因短路、过载而发生过流的情况起到检测作用。
背景技术
通常，采用过流检测电路对电池管理、电机控制等系统因短路、过载等原因造成系统过流故障进行检测，以能及时切断系统回路，避免系统发生过热烧毁等严重后果。
如图1所示，现有技术的过流检测电路常使用运算放大电路实现，其包括检流电阻RSENSE，由运算放大器U1和电阻R1至R4构成的放大电路，以及电压比较器U2，其中，检流电阻RSENSE接入受测系统中，用于对受测系统的工作电流进行采样，检流电阻RSENSE上的压降经过运算放大器U1构成的放大电路被放大，随后送入电压比较器U2，并在检流电阻RSENSE上的压降超过电压比较器U2设置的阀值时，则认为检测到系统的过流故障。另外，该过流检测电路可以通过增设多个与运算放大器U1输出端连接的电压比较器U2，各个电压比较器U2的过流阀值递增，以此实现过流检测电路对受测系统的多阀值报警。
上述过流检测电路存在以下不足：
第一，由于上述过流检测电路使用运算放大器U1对电流信号进行放大，在系统的工作电流信号变化很快，比如因短路造成工作电流快速上升时，上述检测电路受到运算放大器U1的带宽限制，难以做到快速响应；
第二，由于上述过流检测电路的运算放大器U1输出电压有限，仅能带有限的几个电压比较器U2，即过流检测电路仅能对受测系统提供有限的几个阀值报警；另外，为了在受测系统过流电流较大时，过流检测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警，而在受测系统的过流电流较小时，过流检测电路能够以较长的延时时间，避免过流检测电路对系统过流故障的误判，各个电压比较器U2需要分别设置与其过流阀值成反比的过流触发延时时间，属于分段控制方式，过流检测电路的检测可靠性较低、并且其调试成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种过流检测电路，提高检测受测系统过流故障的响应速度。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方法如下：
一种过流检测电路，包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻和设置有过流阀值的电压比较器，其特征在于：所述的过流检测电路还包括电流源，电压源，过流阀值设置电阻，延时电容，泄放电阻、第一N型MOS管，以及分别构成电流镜的第二N型MOS管和第三N型MOS管、第四N型MOS管和第五N型MOS管、第一P型MOS管和第二P型MOS管；它们的连接关系如下：
所述第一N型MOS管、第二N型MOS管和第三N型MOS管的栅极相连接，该连接点连接到第一N型MOS管的漏极并通过所述电流源接地，所述第二N型MOS管与第一P型MOS管的漏极相连接，所述第三N型MOS管与第二P型MOS管的漏极相连接，所述第一P型MOS管和第二P型MOS管的栅极相连接并连接到第一P型MOS管的漏极，第一P型MOS管的源极连接到所述检流电阻的一端，第二P型MOS管的源极连接到所述过流阀值设置电阻的一端，所述检流电阻和过流阀值设置电阻的另一端相连接并接地；
所述第四N型MOS管和第五N型MOS管的栅极相连接并连接到第二P型MOS管的漏极，第四N型MOS管的漏极与第二P型MOS管的源极相连接，第五N型MOS管的漏极与所述延时电容的一端相连接并连接到所述电压比较器的输入端，所述延时电容的另一端连接到所述检流电阻和过流阀值设置电阻的连接点，所述泄放电阻与延时电容相并联；
所述电压源分别连接到每个N型MOS管的源极，为过流检测电路提供工作电压。
作为本发明一种优选实施方式，所述第一P型MOS管和第二P型MOS管配对，所述第一N型MOS管、第二N型MOS管和第三N型MOS管配对，所述第四N型MOS管和第五N型MOS管配对。
作为本发明的另一种优选实施方式，所述第一P型MOS管和第二P型MOS管为成比例关系的MOS管，所述第一N型MOS管、第二N型MOS管和第三N型MOS管为成比例关系的MOS管，所述第四N型MOS管和第五N型MOS管为成比例关系的MOS管，即所述任意一组成比例关系的MOS管的沟道长度一致、沟道宽度成比例，其中，所述第二N型MOS管和第三N型MOS管的比值与所述第一P型MOS管和第二P型MOS管的比值相等。
本发明还可作以下改进：所述的过流检测电路增设有至少一个所述电压比较器，各个电压比较器的输入端分别连接到所述第五N型MOS管与延时电容的连接点，并且各个电压比较器的过流阀值递增。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明使用开环电路对受测系统的过流电流进行检测，克服了现有技术中受运算放大器贷款影响而响应慢的缺点，本发明的过流检测电路提高了检测受测系统过流故障的响应速度；
第二，本发明的延时电容COCT上产生的延时时间与受测系统的过流电流成反比，即电延时容COCT上产生的过流触发延时时间能够自适应于受测系统的过流电流，在受测系统的过流电流很大时，过流检测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警，而在受测系统的过流电流较小时，过流检测电路能够以较长的延时时间，避免过流检测电路对系统过流故障的误判；同时，本发明增设多个电压比较器实现对受测系统的多阀值报警时，无需如现有技术般在各个电压比较器上设置不同的延时时间，实现了连续控制，提高了过流检测电路的检测可靠性并降低了过流检测电路的调试成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为现有技术的过流检测电路的电路原理图；
图2为本发明的过流检测电路的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
如图2所示，本发明实施例一的过流检测电路，包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻RSENSE，设置有过流阀值的电压比较器U2，电流源IB，电压源Vcc，过流阀值设置电阻RSET，延时电容COCT，泄放电阻RDIS、第一N型MOS管M2A，以及分别构成电流镜的第二N型MOS管M2B和第三N型MOS管M2C、第四N型MOS管M3A和第五N型MOS管M3B、第一P型MOS管M1A和第二P型MOS管M1B，其中，第一P型MOS管M1A和第二P型MOS管M1B配对，第一N型MOS管M2A、第二N型MOS管M2B和第三N型MOS管M2C配对，第四N型MOS管M3A和第五N型MOS管M3B配对；它们的连接关系如下：
第一N型MOS管M2A、第二N型MOS管M2B和第三N型MOS管M2C的栅极相连接，该连接点连接到第一N型MOS管M2A的漏极并通过电流源IB接地，第二N型MOS管M2B与第一P型MOS管M1A的漏极相连接，第三N型MOS管M2C与第二P型MOS管M1B的漏极相连接，第一P型MOS管M1A和第二P型MOS管M1B的栅极相连接并连接到第一P型MOS管M1A的漏极，第一P型MOS管M1A的源极连接到检流电阻RSENSE的一端，第二P型MOS管M1B的源极连接到过流阀值设置电阻RSET的一端，检流电阻RSENSE和过流阀值设置电阻RSET的另一端相连接并接地；
第四N型MOS管M3A和第五N型MOS管M3B的栅极相连接并连接到第二P型MOS管M1B的漏极，第四N型MOS管M3A的漏极与第二P型MOS管M1B的源极相连接，第五N型MOS管M3B的漏极与延时电容COCT的一端相连接并连接到电压比较器U2的输入端，延时电容COCT的另一端连接到检流电阻RSENSE和过流阀值设置电阻RSET的连接点，泄放电阻RDIS与延时电容COCT相并联；
电压源Vcc分别连接到每个N型MOS管的源极，为过流检测电路提供工作电压。
本发明的过流检测电路的工作原理如下：
当受测系统的工作电流处于正常水平时，检流电阻RSENSE上的压降小于IB*RSET（该式中，IB表示电流源IB输出的电流值，RSET表示过流阀值设置电阻RSET的阻值，下述的量化表示同理），流过第二P型MOS管M1B的电流小于IB，因此第四N型MOS管M3A处于关断状态，延时电容COCT无充电电流，所以，输入电压比较器U2的电压信号低于其预设的过流阀值，过流检测电路判断受测系统处于正常工作状态；
当受测系统的工作电流发生过流时，检流电阻RSENSE上的压降大于IB*RSET，而流过第二P型MOS管M1B的电流最大为IB，因此第四N型MOS管M3A开通，其电流为VSENSE/RSET-IB（该式中，VSENSE表示检流电阻RSENSE上的压降），而使得第五N型MOS管M3B以相等电流对延时电容COCT充电，所以，输入电压比较器U2的电压信号，即延时电容COCT上的电压达到电压比较器U2预设的过流阀值，过流检测电路判断受测系统处于过流故障状态。并且，由于受测系统的过流电流越大，延时电容COCT上的充电电流越大，反之，延时电容COCT上的充电电流越小，使得延时电容COCT上产生的延时时间与受测系统的过流电流成反比，即电容COCT上产生的延时时间能够自适应于受测系统的过流电流，在受测系统的过流电流很大时，过流检测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警，而在受测系统的过流电流较小时，过流检测电路能够以较长的延时时间，避免过流检测电路对系统过流故障的误判。
实施例二
本发明实施例二与实施例一基本相同，它们的区别在于：在实际应用中考虑到受测系统的不同，如待机电流、器件取值等因素，本实施例二可以以成特定比例关系的MOS管代替上述配对的MOS管，即：第一P型MOS管M1A和第二P型MOS管M1B为成比例关系的MOS管，第一N型MOS管M2A、第二N型MOS管M2B和第三N型MOS管M2C为成比例关系的MOS管，第四N型MOS管M3A和第五N型MOS管M3B为成比例关系的MOS管，即任意一组成比例关系的MOS管的沟道长度一致、沟道宽度成比例，其中，第二N型MOS管M2B和第三N型MOS管M2C的比值与第一P型MOS管M1A和第二P型MOS管M1B的比值相等。本发明实施例二与实施例一的工作原理相同，在此不再赘述。
实施例三
本发明实施例三是在实施例一或实施例二的基础上，增设有至少一个电压比较器U2，各个电压比较器U2的输入端分别连接到第五N型MOS管M3B与延时电容COCT的连接点，并且各个电压比较器U2的过流阀值递增。因本发明中延时电容COCT上产生的延时时间与受测系统的过流电流成反比，即电容COCT上产生的延时时间能够自适应于受测系统的过流电流，因此，本发明无需如现有技术般在各个电压比较器上设置不同的延时时间，实现了连续控制，提高了过流检测电路的检测可靠性并降低了过流检测电路的调试成本。
本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种过流检测电路，包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻(RSENSE)和设置有过流阀值的电压比较器(U2)，其特征在于：所述的过流检测电路还包括电流源(IB)，电压源(Vcc)，过流阀值设置电阻(RSET)，延时电容(COCT)，泄放电阻(RDIS)，第一N型MOS管(M2A)，以及分别构成电流镜的第二N型MOS管(M2B)和第三N型MOS管(M2C)、第四N型MOS管(M3A)和第五N型MOS管(M3B)、第一P型MOS管(M1A)和第二P型MOS管(M1B)；它们的连接关系如下：
所述第一N型MOS管(M2A)、第二N型MOS管(M2B)和第三N型MOS管(M2C)的栅极相连接，该三个栅极的连接点连接到第一N型MOS管(M2A)的漏极并通过所述电流源(IB)接地，所述第二N型MOS管(M2B)与第一P型MOS管(M1A)的漏极相连接，所述第三N型MOS管(M2C)与第二P型MOS管(M1B)的漏极相连接，所述第一P型MOS管(M1A)和第二P型MOS管(M1B)的栅极相连接并连接到第一P型MOS管(M1A)的漏极，第一P型MOS管(M1A)的源极连接到所述检流电阻(RSENSE)的一端，第二P型MOS管(M1B)的源极连接到所述过流阀值设置电阻(RSET)的一端，所述检流电阻(RSENSE)和过流阀值设置电阻(RSET)的另一端相连接并接地；
所述第四N型MOS管(M3A)和第五N型MOS管(M3B)的栅极相连接并连接到第二P型MOS管(M1B)的漏极，第四N型MOS管(M3A)的漏极与第二P型MOS管(M1B)的源极相连接，第五N型MOS管(M3B)的漏极与所述延时电容(COCT)的一端相连接并连接到所述电压比较器(U2)的输入端，所述延时电容(COCT)的另一端连接到所述检流电阻(RSENSE)和过流阀值设置电阻(RSET)的连接点，所述泄放电阻(RDIS)与延时电容(COCT)相并联；
所述电压源(Vcc)分别连接到每个N型MOS管的源极，为过流检测电路提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于：所述第一P型MOS管(M1A)和第二P型MOS管(M1B)配对，所述第一N型MOS管(M2A)、第二N型MOS管(M2B)和第三N型MOS管(M2C)配对，所述第四N型MOS管(M3A)和第五N型MOS管(M3B)配对。
3.根据权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于：所述第一P型MOS管(M1A)和第二P型MOS管(M1B)为成比例关系的MOS管，所述第一N型MOS管(M2A)、第二N型MOS管(M2B)和第三N型MOS管(M2C)为成比例关系的MOS管，所述第四N型MOS管(M3A)和第五N型MOS管(M3B)为成比例关系的MOS管，即所述任意一组成比例关系的MOS管的沟道长度一致、沟道宽度成比例，其中，所述第二N型MOS管(M2B)和第三N型MOS管(M2C)的比值与所述第一P型MOS管(M1A)和第二P型MOS管(M1B)的比值相等。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的过流检测电路，其特征在于：所述的过流检测电路增设有至少一个所述电压比较器(U2)，各个电压比较器(U2)的输入端分别连接到所述第五N型MOS管(M3B)与延时电容(COCT)的连接点，并且各个电压比较器(U2)的过流阀值递增。
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