CN109638782A - 快速过流监测保护电路 - Google Patents

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王顺伟
张华�
唐勇斌
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Abstract

本公开提供一种快速过流监测保护电路，包括电流监测芯片、采样电阻、三极管和比较器；采样电阻串联于目标电路中；电流监测芯片具有第一电压输入端、第二电压输入端和电流输出端，电流监测芯片的第一电压输入端与采样电阻的第一端连接，电流监测芯片的第二电压输入端与采样电阻的第二端连接；电流监测芯片的电流输出端与三极管的发射极连接；向三极管的基极提供基极电流，使得三极管工作在共基极放大状态；三极管的集电极的输出电压作为比较器的负向输入端的输入电压，比较器的正向输入端输入基准电压；当负向输入端的输入电压大于基准电压时，比较器输出低电平，当负向输入端的输入电压小于基准电压时，比较器输出高电平。

Description

快速过流监测保护电路
技术领域
本公开涉及一种保护电路，尤其涉及一种快速过流监测保护电路。
背景技术
在电机驱动控制中，当电机遇阻处于堵转状态时，会引起驱动母线电流的瞬间增大。对于瞬间大电流，如果控制器响应不及时，就可能烧坏控制器。
虽然现有技术中一般在控制器软件中添加了限流算法，但基于软件判断后再发送指令，延时较大，会造成电路中有较长时间的大电流存在，这一时间通常为CPU几个指令周期，这段过流时间的存在，大大增加损坏电路的风险。
为了提高过流保护响应时间，在快速过流发生时对电路进行监测保护，有必要增加过流监测硬件电路，来提高系统的可靠性。
发明内容
为了解决背景技术中的至少一个技术问题，本公开提供一种快速过流监测保护电路，本公开的快速过流监测保护电路通过以下技术方案实现。
快速过流监测保护电路，包括电流监测芯片、采样电阻、三极管和比较器；
采样电阻串联于目标电路中；
电流监测芯片具有第一电压输入端、第二电压输入端和电流输出端，电流监测芯片的第一电压输入端与采样电阻的第一端连接，电流监测芯片的第二电压输入端与采样电阻的第二端连接；
电流监测芯片的电流输出端与三极管的发射极连接；
向三极管的基极提供基极电流，使得三极管工作在共基极放大状态；
三极管的集电极的输出电压作为比较器的负向输入端的输入电压，比较器的正向输入端输入基准电压；
当负向输入端的输入电压大于基准电压时，比较器输出低电平，当负向输入端的输入电压小于基准电压时，比较器输出高电平。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括稳压装置，稳压装置包括串联的稳压二极管和稳压电阻，稳压电阻的第一端接地，稳压电阻的第二端与稳压二极管的正极连接，稳压二极管的负极与采样电阻的第一端连接，三极管的基极与稳压电阻的第二端连接。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括分压装置，分压装置包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻。
根据本公开的至少一个实施方式，稳压装置还包括第二滤波电容，第二滤波电容的两端分别与稳压二极管的正极和负极连接。
根据本公开的至少一个实施方式，三极管的集电极连接集电极电阻，集电极电阻的第一端接地，集电极电阻的第二端与三极管的集电极连接。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括第三滤波电容和第三滤波电阻，第三滤波电容的两端分别与集电极电阻的两端连接；第三滤波电阻的第一端与集电极电阻的第二端连接；第三滤波电阻的第二端与比较器的负向输入端连接。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括第四滤波电容，第四滤波电容的第一端接地，第四滤波电容的第二端与第三滤波电容的第二端连接。
根据本公开的至少一个实施方式，第一分压电阻的第一端与电源连接，第一分压电阻的第二端与第二分压电阻的第一端连接，第二分压电阻的第二端接地，第二分压电阻的分压值即为基准电压。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括第五滤波电容，第五滤波电容的两端分别与第二分压电阻的两端连接。
根据本公开的至少一个实施方式，电流监测芯片为具有三个管脚的高侧电流监测芯片。
根据本公开的至少一个实施方式，采样电阻为毫欧级采样电阻。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开至少一个实施方式的快速过流监测保护电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
如图1所示，本实施方式的快速过流监测保护电路，包括电流监测芯片、采样电阻Rsense、三极管Q1和比较器U1；采样电阻Rsense串联于目标电路中；电流监测芯片具有第一电压输入端Vsen+、第二电压输入端Vsen-和电流输出端Iout，电流监测芯片的第一电压输入端与采样电阻Rsense的第一端连接，电流监测芯片的第二电压输入端与采样电阻Rsense的第二端连接；电流监测芯片的电流输出端与三极管Q1的发射极连接；向三极管的基极提供基极电流，使得三极管Q1工作在共基极放大状态；三极管Q1的集电极的输出电压作为比较器U1的负向输入端的输入电压，比较器U1的正向输入端输入基准电压；当负向输入端的输入电压大于基准电压时，比较器U1输出低电平，当负向输入端的输入电压小于基准电压时，比较器U1输出高电平。
其中目标电路即需要监测保护的电路，例如控制器母线。
在本公开的至少一个实施方式中，还包括稳压装置，稳压装置包括串联的稳压二极管D0和稳压电阻R1，稳压电阻R1的第一端接地，稳压电阻R1的第二端与稳压二极管D0的正极连接，稳压二极管D0的负极与采样电阻Rsense的第一端连接，三极管Q1的基极与稳压电阻R1的第二端连接。稳压装置还包括第二滤波电容C2，第二滤波电容的两端分别与稳压二极管D0的正极和负极连接。
在本公开的至少一个实施方式中，还包括分压装置，分压装置包括串联的第一分压电阻R4和第二分压电阻R5。
在本公开的至少一个实施方式中，三极管Q1的集电极连接集电极电阻Rout，集电极电阻Rout的第一端接地，集电极电阻Rout的第二端与三极管Q1的集电极连接。还包括第三滤波电容C3和第三滤波电阻R3，第三滤波电容C3的两端分别与集电极电阻Rout的两端连接；第三滤波电阻R3的第一端与集电极电阻Rout的第二端连接；第三滤波电阻R3的第二端与比较器U1的负向输入端连接。还包括第四滤波电容C4，第四滤波电容C4的第一端接地，第四滤波电容C4的第二端与第三滤波电容C3的第二端连接。
在本公开的至少一个实施方式中，第一分压电阻R4的第一端与电源连接，第一分压电阻R4的第二端与第二分压电阻R5的第一端连接，第二分压电阻R5的第二端接地，第二分压电阻R5的分压值即为前面提到的基准电压。
其中上述电源提供数字电压V3.3伏。
在本公开的至少一个实施方式中，还包括第五滤波电容C5，第五滤波电容C5的两端分别与第二分压电阻R5的两端连接。
在本公开的至少一个实施方式中，电流监测芯片为具有三个管脚的高侧电流监测芯片，例如ZXCT1009FTA芯片。
在本公开的至少一个实施方式中，采样电阻为毫欧级采样电阻，例如毫欧级的高精密合金采样电阻。
更详细的，以ZXCT1009FTA芯片为例，再次结合图1对本申请的快速过流监测保护电路做详细说明。
ZXCT1009FTA是一款3个管脚的高侧电流监测芯片。该芯片任意两端的电压输入范围为+2.5V到+20V。当系统电压(图1中V+)高于20V时，采用稳压二极管D0和电阻R1，将Vsen和Iout之间的电压限定在20V以内，同时给三极管Q1提供一个基极电流。三极管Q1工作在共基极放大状态，C、E两极(即集电极和发射极)间承受供电电压的大部分压降。当电流放大倍数足够高时，IC≈IE。此时可认为Iout流过Rout。当负载为感性负载时，电路中增加R2和C2进行滤波。在实际应用中，Rsense选择毫欧级的高精密合金采样电阻，Vsense(即Vsen+与Vsen-间压降)与输入电流IA(即驱动母线中电流)为正比关系，关系式为：
Vsense＝Rsense×IA
ZXCT1009芯片的Iout管脚为输出电流，其值正比于Vsense，其关系式为：
Iout＝0.01×Vsense
Iout通过电阻Rout将电流信号转变成电压信号Vout，因此该电压信号Vout与母线电流IA的关系为：
Vout＝0.01×Rsense×IA×Rout
将Vout经过C3、R3以及C4滤波后，输入到比较器U1的负输入端。数字电压V3.3V经过R4和R5分压，再经过滤波后，输入到比较器U1的正输入端。R4、R5的取值，取决于要设定的母线电流阈值。当母线电流低于设定的阈值时，比较器U1正常输出，为高电平；当母线电流超过设定的阈值，比较器U1输出低电平，将比较器U1输出的低电平信号进入控制器(例如微控制器MCU)的FALUT端。当MCU检测到FALUT端低电平时，触发中断，关断脉宽调制信号(PWM)的输出，避免长时间过流烧坏控制器。
本公开的快速过流监测保护电路一般做为控制器中MCU的外围监测电路。根据实际项目参数，确定母线电流阈值范围，选择合适的电流采样电阻Rsense，根据公式计算确定Rout、R4、R5的值。比较器的输出端OC连接到MCU的故障引脚。正常情况下，IA电流小于设定的阈值，Rsense上的压降比较小，此时Vout输出比较小，比较器U1的负向输入端小于正向输入端，比较器输出为高电平。当发生异常情况，IA电流高于设定的阈值时，使Vout的值增大，比较器U1的负向输入端大于正向输入端，比较器输出低电平，该低电平为故障信号，通知MCU关断PWM的输出，起到了保护控制器的作用。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.快速过流监测保护电路，其特征在于，包括电流监测芯片、采样电阻(Rsense)、三极管(Q1)和比较器(U1)；
所述采样电阻串联于目标电路中；
所述电流监测芯片具有第一电压输入端(Vsen+)、第二电压输入端(Vsen-)和电流输出端(Iout)，所述电流监测芯片的第一电压输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述电流监测芯片的第二电压输入端与所述采样电阻的第二端连接；
所述电流监测芯片的电流输出端与所述三极管的发射极连接；
向三极管的基极提供基极电流，使得三极管工作在共基极放大状态；
所述三极管的集电极的输出电压作为所述比较器的负向输入端的输入电压，所述比较器的正向输入端输入基准电压；
当负向输入端的输入电压大于所述基准电压时，比较器输出低电平，当负向输入端的输入电压小于所述基准电压时，比较器输出高电平。
2.根据权利要求1所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，还包括稳压装置，所述稳压装置包括串联的稳压二极管(D0)和稳压电阻(R1)，所述稳压电阻(R1)的第一端接地，所述稳压电阻(R1)的第二端与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极与所述采样电阻的第一端连接，所述三极管的基极与所述稳压电阻的第二端连接。
3.根据权利要求1或2所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，还包括分压装置，所述分压装置包括串联的第一分压电阻(R4)和第二分压电阻(R5)。
4.根据权利要求2所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，所述稳压装置还包括第二滤波电容(C2)，所述第二滤波电容的两端分别与所述稳压二极管的正极和负极连接。
5.根据权利要求1所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，
所述三极管的集电极连接集电极电阻(Rout)，所述集电极电阻(Rout)的第一端接地，集电极电阻的第二端与三极管的集电极连接。
6.根据权利要求5所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，
还包括第三滤波电容(C3)和第三滤波电阻(R3)，所述第三滤波电容的两端分别与所述集电极电阻的两端连接；所述第三滤波电阻的第一端与所述集电极电阻的第二端连接；所述第三滤波电阻的第二端与所述比较器的负向输入端连接。
7.根据权利要求6所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，
还包括第四滤波电容(C4)，所述第四滤波电容的第一端接地，所述第四滤波电容的第二端与所述第三滤波电容的第二端连接。
8.根据权利要求3所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，
所述第一分压电阻(R4)的第一端与电源连接，所述第一分压电阻(R4)的第二端与所述第二分压电阻(R5)的第一端连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第二分压电阻的分压值即为所述基准电压。
9.根据权利要求8所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，
还包括第五滤波电容(C5)，所述第五滤波电容的两端分别与所述第二分压电阻的两端连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的快速过流监测保护电路，其特征在于，所述电流监测芯片为具有三个管脚的高侧电流监测芯片。
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