CN108711826B - 一种基于ina200的低功耗电子自恢复保险丝电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，包括INA200芯片、电流采样电路、逻辑控制电路、延时电路、保护周期控制电路以及用于控制负载的功率管，所述INA200芯片设有放大器以及比较器，所述电流采样电路用于采集电流、将电流转化为电压并输入INA200芯片，输入电压通过INA200芯片内部的放大器放大后输出到延时电路，所述逻辑控制电路对功率管的开通或者关断进行控制，所述保护周期控制电路用于控制保护周期的大小和实现电路的自动复位。本发明不仅能够在过流条件下切断输出，在过流故障消除后恢复电路，而且可以抵抗电路中电流尖峰的影响，此外，当电路中过流故障一直不消除时，保护电路会周期动作，直到故障消除。

Description

一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路

技术领域

本发明涉及保护电路，具体涉及自恢复保险丝电路。

背景技术

在现有的过流保护电路中，通常采用自恢复保险丝或基于比较器的控制电路来实现过流保护。

自恢复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布在里面的导电粒子(Carbon Black)组成。其原理是一种能量动态平衡。在正常情况下，电流在其中产生的热量远远小于散发的热量，自恢复保险丝的阻值很小；当过流或短路时，自恢复保险丝中产生的热量远远大于散发的热量，其温度显著上升，阻值变大，使得回路中电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除时，电流减小，温度降低，自恢复保险丝恢复为低阻状态，无需人工更换。

但是，在自恢复保险丝输出端发生短路故障时，它会迅速发热，表面温度高达110℃～125℃左右，而且紧贴于PCB，长时间高温会使PCB逐步烤焦，最致命的是失效后有机会发生明火自燃。此外，自恢复保险丝受环境影响较大，其响应速度与温度、故障电流和器件散热状况相关，温度越高，故障电流越大，则自恢复保险丝的响应速度越快；散热越好，则响应速度越慢。自恢复保险丝的动作时间在毫秒到秒级之间，如果过流功率较大，则很可能在自恢复保险丝动作之前器件就已经损坏。

基于比较器的控制电路如图1所示，通过电流采样电路将电流量转换为电压量，通过参考电压产生电路产生参考电压与检测到的电压做比较，当采样得到的电压大于参考电压时，经过延时输出过流控制信号给逻辑控制单元，实现电路的通断，达到保护电路的目的。

由于采用两级比较器并且还存在延时电路，集成度不高。此外，当过流发生时，功率管关断，关断后过流消失，则采样电压小于比较电压，功率管再次打开；而此时过流故障并没有解除，则继续保护。周而复始，在电路中会有一个恒定的电流，存在较大的功耗，需要选用功率较大的功率管，增加了成本与体积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，可以快速实现过流保护功能，同时抵抗电路中电流尖峰的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，包括INA200芯片、电流采样电路、逻辑控制电路、延时电路、保护周期控制电路以及用于控制负载的功率管，所述INA200芯片设有放大器以及比较器，所述电流采样电路用于采集电流、将电流转化为电压并输入INA200芯片，输入电压通过INA200芯片内部的放大器放大后输出到延时电路，当负载存在电流尖峰时，延时电路控制输入到INA200芯片的电压滞后一段时间且变化率会小于采样得到的电压，比较器将输入电压与内部产生的参考电压进行比较，并将比较结果输出至逻辑控制电路，所述逻辑控制电路对功率管的开通或者关断进行控制，所述保护周期控制电路用于控制保护周期的大小和实现电路的自动复位，所述逻辑控制电路包括逻辑门与一级非门，所述逻辑门与功率管及保护周期控制电路连接，所述一级非门设于逻辑门与INA200芯片的6脚之间；其中，逻辑门电路的存在视功率管的驱动信号而定，如果低电平为开通信号，则逻辑门为非门，如果高电平为开通信号，则不需要逻辑门，所述保护周期控制电路包括电容C2、与电容C2连接的电阻R3、电阻R4，以及与电阻R4连接的二极管D1；当复位引脚为低电平或悬空时，6脚输出为低电平，当复位引脚为高电平时，比较器正常工作，在初始时刻，电容C2两端的电压为0，则复位引脚为低电平，6脚的输出为低电平，经过一级非门后输出为高电平，则通过二极管D1、电阻R4给电容C2充电，充电完成后复位引脚为高电平，则比较器正常工作，未发生过流时，6脚输出为低电平，复位引脚仍然为高电平，此时电路正常工作；当过流情况发生时，比较器输出高电平，经过一级非门后输出为低电平，功率管关断，由于电容C2的作用，此时复位信号仍然为高，比较器输出的高电平被锁存，电容C2通过电阻R3放电，当放电到复位引脚的低门限时复位信号有效，6脚的输出信号被拉低，如果电路中过流故障消除，则正常工作不保护，如果故障仍然存在，则6脚会再次输出高电平关断功率管。

优选的，所述电流样电路包括取样电阻，取样电阻将电流信号转化为电压信号，其中，高电压输入到INA200芯片的8脚，低电压输入到7脚。

优选的，所述逻辑控制电路包括逻辑门与一级非门，所述逻辑门与功率管及保护周期控制电路连接，所述一级非门设于逻辑门与INA200芯片的6脚之间；其中，逻辑门电路的存在视功率管的驱动信号而定，如果低电平为开通信号，则逻辑门为非门，如果高电平为开通信号，则不需要逻辑门。

优选的，通过调整电阻R1、电容C1的大小来消除不同脉宽电流尖峰的影响。

优选的，通过调节电容C2和电阻R3的大小来实现保护周期的长度。

本发明不仅能够在过流条件下切断输出，在过流故障消除后恢复电路，而且可以抵抗电路中电流尖峰的影响，此外，当电路中过流故障一直不消除时，保护电路会周期动作，直到故障消除，且动作周期远远大于保护动作时间，功耗较低。

附图说明

图1为基于比较器的控制电路原理图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，包括INA200芯片、电流采样电路、逻辑控制电路、延时电路、保护周期控制电路以及用于控制负载的功率管，所述INA200芯片设有放大器以及比较器，所述电流采样电路用于采集电流、将电流转化为电压并输入INA200芯片，输入电压通过INA200芯片内部的放大器放大后输出到延时电路，当负载存在电流尖峰时，延时电路控制输入到INA200芯片的电压滞后一段时间且变化率会小于采样得到的电压，比较器将输入电压与内部产生的参考电压进行比较，并将比较结果输出至逻辑控制电路，所述逻辑控制电路对功率管的开通或者关断进行控制(本发明以功率管为高电平驱动为例进行说明)，所述保护周期控制电路用于控制保护周期的大小和实现电路的自动复位。

其中，所述电流采样电路包括取样电阻。所述逻辑控制电路包括逻辑门与一级非门。所述延时电路包括电容C1以及与电容C1连接的电阻R1和电阻R2。所述逻辑门与功率管及保护周期控制电路连接，所述一级非门设于逻辑门与INA200芯片的6脚之间；其中，逻辑门电路的存在视功率管的驱动信号而定，如果低电平为开通信号，则逻辑门为非门，如果高电平为开通信号，则不需要逻辑门。

负载电流不存在电流尖峰时的工作模式：

取样电阻将电流信号转化为电压信号，高电压输入到INA200芯片的8脚，低电压输入到7脚，通过内部的放大器放大后通过2脚输出到延时电路，经过延时电路电阻分压与电容吸收尖峰后送入到INA200芯片的3脚。INA200芯片内部会产生参考电压，输入的电压与参考电压比较，若输入的电压小于参考电压，则6脚输出低电平，经过一级非门后功率管的驱动信号为高电平，功率正常开通，电路正常工作；若大于参考电压，则6脚输出高电平，此时经过一级非门后功率管的驱动信号为低电平，功率管关断。

负载电流存在电流尖峰时的工作模式：

当负载存在电流尖峰时，在尖峰处经过采样电路得到的电压会大于正常工作时的电压，如果不加延时电路则INA200芯片的6脚会立即输出保护信号，而此时并没有发生过流的情况，保护电路发生了误动作。为了消除这种现象，在INA200芯片的2脚与3脚之间添加了一级延时电路，当采样得到的电压大于正常电压时，输入到3脚的电压会滞后其一段时间且变化率会小于采样得到的电压。其工作原理是：根据电容两端电压不能突变的特点，当电流尖峰出现，即采样电压突然增大时，此时电容C1上的电压保持不变，同时电容C1通过电阻R1充电，INA200芯片3脚上的电压上升但未到保护门限，电流尖峰消失后，采样电压突然减小，电容C1通过电阻R2放电，达到稳定的分压电压，消除电流尖峰的影响。通过调整电阻R1、电容C1的大小来消除不同脉宽电流尖峰的影响。

所述保护周期控制电路包括电容C2、与电容C2连接的电阻R3、电阻R4，以及与电阻R4连接的二极管D1；当复位引脚为低电平或悬空时，6脚输出为低电平，当复位引脚为高电平时，比较器正常工作，在初始时刻，电容C2两端的电压为0，则复位引脚为低电平，6脚的输出为低电平，经过一级非门后输出为高电平，则通过二极管D1、电阻R4给电容C2充电，充电完成后复位引脚为高点平，则比较器正常工作，未发生过流时，6脚输出为低电平，复位引脚仍然为高电平，此时电路正常工作；当过流情况发生时，比较器输出高电平，经过一级非门后输出为低电平，功率管关断，由于电容C2的作用，此时复位信号仍然为高，比较器输出的高电平被锁存，电容C2通过电阻R3放电，当放电到复位引脚的低门限时复位信号有效，6脚的输出信号被拉低，如果电路中过流故障消除，则正常工作不保护，如果故障仍然存在，则6脚会再次输出高电平关断功率管。通过调节电容C2和电阻R3的大小来实现保护周期的长度。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1.灵敏度高，可在微秒级完成保护动作。

2.有效抑制尖峰电流时的误动作，延时电路的存在使得尖峰电流到来时比较器的输入端仍保持稳定。

3.保护周期可调，通过调节复位电路的电阻电容参数即可调节保护周期。

4.体积小集成度高，采用较为集成的INA200芯片。

5.功耗低，当系统过流时迅速切断电源，只存在周期性很窄的电压脉冲，且需要较长的时间实现自动复位，保护周期远远大于脉冲周期，消耗在电路上的能量非常少。

6.成本低，过流时平均电流很小，仅需要较小额定功率的功率管。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，其特征在于，包括INA200芯片、电流采样电路、逻辑控制电路、延时电路、保护周期控制电路以及用于控制负载的功率管，所述INA200芯片设有放大器以及比较器，所述电流采样电路用于采集电流、将电流转化为电压并输入INA200芯片，输入电压通过INA200芯片内部的放大器放大后输出到延时电路，当负载存在电流尖峰时，延时电路控制输入到INA200芯片的电压滞后一段时间且变化率会小于采样得到的电压，比较器将输入电压与内部产生的参考电压进行比较，并将比较结果输出至逻辑控制电路，所述逻辑控制电路对功率管的开通或者关断进行控制，所述保护周期控制电路用于控制保护周期的大小和实现电路的自动复位，所述逻辑控制电路包括逻辑门与一级非门，所述逻辑门与功率管及保护周期控制电路连接，所述一级非门设于逻辑门与INA200芯片的6脚之间；其中，逻辑门电路的存在视功率管的驱动信号而定，如果低电平为开通信号，则逻辑门为非门，如果高电平为开通信号，则不需要逻辑门，所述保护周期控制电路包括电容C2、与电容C2连接的电阻R3、电阻R4，以及与电阻R4连接的二极管D1；当复位引脚为低电平或悬空时，6脚输出为低电平，当复位引脚为高电平时，比较器正常工作，在初始时刻，电容C2两端的电压为0，则复位引脚为低电平，6脚的输出为低电平，经过一级非门后输出为高电平，则通过二极管D1、电阻R4给电容C2充电，充电完成后复位引脚为高电平，则比较器正常工作，未发生过流时，6脚输出为低电平，复位引脚仍然为高电平，此时电路正常工作；当过流情况发生时，比较器输出高电平，经过一级非门后输出为低电平，功率管关断，由于电容C2的作用，此时复位信号仍然为高，比较器输出的高电平被锁存，电容C2通过电阻R3放电，当放电到复位引脚的低门限时复位信号有效，6脚的输出信号被拉低，如果电路中过流故障消除，则正常工作不保护，如果故障仍然存在，则6脚会再次输出高电平关断功率管，通过调节电容C2和电阻R3的大小来实现保护周期的长度；所述延时电路包括电容C1以及与电容C1连接的电阻R1和电阻R2，当电流尖峰出现，此时电容C1上的电压保持不变，同时电容C1通过电阻R1充电，INA200芯片3脚上的电压上升但未到保护门限，电流尖峰消失后，采样电压突然减小，电容C1通过电阻R2放电，达到稳定的分压电压，消除电流尖峰的影响，通过调整电阻R1、电容C1的大小来消除不同脉宽电流尖峰的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于INA200的低功耗电子自恢复保险丝电路，其特征在于，所述电流样电路包括取样电阻，取样电阻将电流信号转化为电压信号，其中，高电压输入到INA200芯片的8脚，低电压输入到7脚。

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