CN112018738A - 一种带过流保护的传感器供电接口电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带过流保护的传感器供电接口电路，包括具有过流保护功能且互相电路连接的电压跟随电路、功率输出电路、电流保护电路和低压保护电路。本发明所述的带过流保护的传感器供电接口电路，采用分离元件的方式，能够根据传感器的额定工作电流匹配限流电阻进行电流保护，在传感器接口输出电流增大时，会随着输出电流的增加，逐步降低输出供电电压；在电流达到预设定的上限电流时，切断输出供电电压。

Description

一种带过流保护的传感器供电接口电路
技术领域
本发明属于发动机电子技术领域，尤其是涉及一种带过流保护的传感器供电接口电路，同时具备低压关断保护功能。
背景技术
在发动机电子控制系统的开发过程中，外部传感器的供电是必不可少的接口电路。为了保证传感器输出供电不因外界短路问题出现电流异常，传统的供电电路一般是采用系统电源加电子保险的方式或采用带电流限制的集成芯片的方式。但带电子保险的方式，因工作电流和保护电流的关系确定不准确，一般只能对远大于工作电流的异常电流进行保护；而带电流限制的集成芯片，其工作电流上限是固定的，很难和不同类型传感器的额定工作电流想匹配，只能在一定范围内起到过流保护的作用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种带过流保护的传感器供电接口电路，以解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种带过流保护的传感器供电接口电路，包括具有过流保护功能且互相电路连接的电压跟随电路、功率输出电路、电流保护电路和低压保护电路。
进一步的，所述电压跟随电路包括放大器U1A，放大器U1A的正输入端3脚经过输入电阻R1连接至电控单元内部的基准电源Ref_IN，放大器U1A的输出端1脚连接至限压电阻R3的第一端，放大器U1A的8脚接电源VCC，4脚接电源地GND，放大器U1A的负输入端2脚连接至输入电阻R2的第一端。
进一步的，所述低压保护电路包括比较器U2A，比较器U2A的正输入端3脚分别经过输入电阻R5连接至输入电阻R2的第二端、经过上拉电阻R6连接至电源VCC，输入电阻R2的第二端连接至输出信号端OUT；比较器U2A的负输入端2脚分别连接分压电阻R7、分压电阻R8的公共端，分压电阻R7的另一端连接到电源地GND，分压电阻R8的另一端连接至电流采样电阻R11的第一端；比较器U2A的输出端1脚连接至限压二极管D1的正极、发光二级管LED1的负极，限压二极管D1的负极连接到电源VCC上，发光二级管LED1的正极连接至限压电阻R3的第二端。
进一步的，所述电流保护电路包括电流保护三极管T1，电流保护三极管T1的E脚分别连接至输入电阻R2的第二端、输出信号端OUT，电流保护三极管T1的C脚经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，电流保护三极管T1的B脚经限流电阻R10连接至电流采样电阻R11的第一端，电流采样电阻R11的第二端分别连接至输出信号端OUT。
进一步的，所述功率输出电路包括功率驱动MOS管T2，功率驱动MOS管T2的D脚连接到功率电源VDD上，功率驱动MOS管T2的G脚连接到保护电阻R9的第一端、保护二级管D2的负极、电流保护三极管T1的C脚、经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，保护电阻R9的第二端、保护二级管D2的正极均经过电流采样电阻R11的连接至输出信号端OUT。
相对于现有技术，本发明所述的带过流保护的传感器供电接口电路具有以下优势：
(1)本发明所述的带过流保护的传感器供电接口电路，采用分离元件的方式，能够根据传感器的额定工作电流匹配限流电阻进行电流保护，匹配分压电阻进行低电压保护。在传感器接口输出电流增大时，会随着输出电流的增加，逐步降低输出供电电压；在电流达到预设定的上限电流时，切断输出供电电压；这样不会出现普通的带电流限制的集成芯片在供电电流的增加的过程中，供电电压持续降低，不能彻底关断，使得输出接口电路会持续工作在非正常的大电流状态，长时间不正常工作会损坏接口电路，同时会导致传感器部件在低电压工作情况下出现部件损坏问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的带过流保护的传感器供电接口电路的系统电路图；
图2为本发明实施例所述的带过流保护的传感器供电接口电路的工作波形图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种带过流保护的传感器供电接口电路，如图1所示，包括具有过流保护功能且互相电路连接的电压跟随电路、功率输出电路、电流保护电路和低压保护电路。
所述电压跟随电路包括放大器U1A，放大器U1A的正输入端3脚经过输入电阻R1连接至电控单元内部的基准电源Ref_IN，放大器U1A的输出端1脚连接至限压电阻R3的第一端，放大器U1A的8脚接电源VCC，4脚接电源地GND，放大器U1A的负输入端2脚连接至输入电阻R2的第一端。
放大器U1A为现有技术中常用的运算放大器，优选的，放大器U1A的型号为LM358。
所述低压保护电路包括比较器U2A，比较器U2A的正输入端3脚分别经过输入电阻R5连接至输入电阻R2的第二端、经过上拉电阻R6连接至电源VCC，输入电阻R2的第二端连接至输出信号端OUT；比较器U2A的负输入端2脚分别连接分压电阻R7、分压电阻R8的公共端，分压电阻R7的另一端连接到电源地GND，分压电阻R8的另一端连接至电流采样电阻R11的第一端；比较器U2A的输出端1脚连接至限压二极管D1的正极、发光二级管LED1的负极，限压二极管D1的负极连接到电源VCC上，发光二级管LED1的正极连接至限压电阻R3的第二端。
比较器U2A为现有技术中常用的比较器，优选的，其型号为LM2903。
所述电流保护电路包括电流保护三极管T1，电流保护三极管T1的E脚分别连接至输入电阻R2的第二端、输出信号端OUT，电流保护三极管T1的C脚经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，电流保护三极管T1的B脚经限流电阻R10连接至电流采样电阻R11的第一端，电流采样电阻R11的第二端分别连接至输出信号端OUT。
电流保护三极管T1现有技术中常用的NPN管，优选的，其型号为2N2222。
所述功率输出电路包括功率驱动MOS管T2，功率驱动MOS管T2的D脚连接到功率电源VDD上，功率驱动MOS管T2的G脚连接到保护电阻R9的第一端、保护二级管D2的负极、电流保护三极管T1的C脚、经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，保护电阻R9的第二端、保护二级管D2的正极均经过电流采样电阻R11的连接至输出信号端OUT。
功率驱动MOS管T2为现有技术中常用N沟道MOS管，优选的，其型号为IRF540。限压二极管D1为现有技术中常用的型号，优选的，其规格为IN4148。发光二级管LED1为现有技术中常用的型号，优选的，其型号为BT002SA。保护二级管D2为现有技术中常用的型号，优选的，其型号为IN4007。
如图2所示，一种带过流保护的传感器供电接口电路的工作波形为：
T0时刻，基准电源Ref_IN通过电阻R11输入到放大器的正输入端，通过功率驱动MOS管T2、采样电阻R11、负输入端电阻R2形成同相放大器电路，输出OUT电压和基准电源Ref_IN等电压。T1-T2时段内，输出电流Iout发生小幅度正、负波动，输出电压OUT保持恒定；整个过程中，电流保护信号V1会随着Iout成比例变化，该信号通过分压电阻R8、R7作用，会使比较器负输入端的电压发生变化，但比较器输出的电压保护信号V2保持不变。
T2-T3时段内，各输出量保持稳定状态，是接口电路和传感器工作的常态。
T3-T4时段内，输出电流Iout持续增加，电流保护信号V1也跟随增加，但OUT保持不变；到T4时刻，V1和OUT的电压差能够使得电流保护三级管开始导通，输出电压OUT开始随着输出电流Iout的增加而减小，接口电路工作在电流保护模式下。
T4-T5时段内，输出电流Iout持续增加，电流保护信号V1也跟随增加，在比较负输入端的电压信号增加；输出OUT跟随减少，在比较正输入端的电压信号减少；T5时刻，当输出电流Iout增加到一定的值，比较器输出发生反转，变为低电平，发光二极点亮，把放大器的输出拉到低电压，输出电压OUT关断，接口电路工作在电压保护模式下。
本发明的接口电路采用分离元件的方式，能够根据传感器的额定工作电流匹配限流电阻进行电流保护，在传感器接口输出电流增大时，会随着输出电流的增加，逐步降低输出供电电压；在电流达到预设定的上限电流时，切断输出供电电压；这样不会出现普通的带电流限制的集成芯片在供电电流增加的过程中，供电电压持续降低，不能彻底关断，使得输出接口电路会持续工作在非正常的大电流状态，长时间不正常工作会损坏接口电路，同时会导致传感器部件在低电压工作情况下出现部件损坏问题。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带过流保护的传感器供电接口电路，其特征在于：包括具有过流保护功能且互相电路连接的电压跟随电路、功率输出电路、电流保护电路和低压保护电路。
2.根据权利要求1所述的一种带过流保护的传感器供电接口电路，其特征在于：所述电压跟随电路包括放大器U1A，放大器U1A的正输入端3脚经过输入电阻R1连接至电控单元内部的基准电源Ref_IN，放大器U1A的输出端1脚连接至限压电阻R3的第一端，放大器U1A的8脚接电源VCC，4脚接电源地GND，放大器U1A的负输入端2脚连接至输入电阻R2的第一端。
3.根据权利要求2所述的一种带过流保护的传感器供电接口电路，其特征在于：所述低压保护电路包括比较器U2A，比较器U2A的正输入端3脚分别经过输入电阻R5连接至上述输入电阻R2的第二端、经过上拉电阻R6连接至电源VCC，输入电阻R2的第二端同时连接至输出信号端OUT；比较器U2A的负输入端2脚分别连接分压电阻R7、分压电阻R8的公共端，分压电阻R7的另一端连接到电源地GND，分压电阻R8的另一端连接至电流采样电阻R11的第一端；比较器U2A的输出端1脚连接至限压二极管D1的正极、发光二级管LED1的负极，限压二极管D1的负极连接到电源VCC上，发光二级管LED1的正极连接至限压电阻R3的第二端。
4.根据权利要求3所述的一种带过流保护的传感器供电接口电路，其特征在于：所述电流保护电路包括电流保护三极管T1，电流保护三极管T1的E脚分别连接至输入电阻R2的第二端、输出信号端OUT，电流保护三极管T1的C脚经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，电流保护三极管T1的B脚经限流电阻R10连接至电流采样电阻R11的第一端，电流采样电阻R11的第二端分别连接至输出信号端OUT。
5.根据权利要求4所述的一种带过流保护的传感器供电接口电路，其特征在于：所述功率输出电路包括功率驱动MOS管T2，功率驱动MOS管T2的D脚连接到功率电源VDD上，功率驱动MOS管T2的G脚连接到保护电阻R9的第一端、保护二级管D2的负极、电流保护三极管T1的C脚、经驱动电阻R4连接至限压电阻R3的第二端，保护电阻R9的第二端、保护二级管D2的正极均经过电流采样电阻R11的连接至输出信号端OUT。
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