CN112491024B - 一种保护下限可调的过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种保护下限可调的过流保护电路，包括一级调理电路，电流平方计算电路，二级调理积分电路以及保护下限调节电路。采集信号AMP经过一级调理电路后输出信号Current_OUT，信号Current_OUT分别进入电流平方计算电路和保护下限调节电路，通过电阻R17、R18的调节可实现比较器的反转阈值点的变化，从而改变过流保护电路的保护下限可调。信号Current_OUT进入电流平方计算电路后电流的平方计算，输出平方后的信号B1，输入到二级调理积分电路中，经第二运放后输出过流的积分信号I2T_OUT。本发明所提供的一种用于保护下限可调的过流保护电路设计方法，实现了利用纯集成电路的方法对电流的过流保护控制。由于整个电路的功能实现无需编程，减少了系统故障率，且无需更新程序。

Description

一种保护下限可调的过流保护电路

技术领域

本发明属于航空电气技术领域，具体涉及一种保护下限可调的过流保护电路。

背景技术

随着航空向多电甚至全电的快速发展，电力负载的使用增多，使得线路中的电流增大，从而带来线路中热量的增加，对设备的负担加重，处理不好还会引起火灾，过流保护电路是一种在流经电流过大(超出设定电流值)时，能够对整个电路进行保护的一种电路，用于防止电流过大“烧坏”设备。

目前大部分过流保护电路的保护阈值通常为固定的，无法调节保护的电流阈值，只能判断一个过流阈值。如老式的保险丝过流保护器只能在线路中电流大于一个固定值时起到保护的作用，不适合应用在需要经常修改过流阈值的应用场合。

在已经公开的专利中，CN102064585A公开了多节锂电池保护电路闭值可调集成电路，CN209016688U公开了一种智能过流保护装置，CN209119791U公开了一种过流保护电路，CN209267160U公开了一种集成式电源输入保护电路，CN209375112U公开了一种割草机电池包的过流保护电路；这些公开专利中所采用的保护电路均属于软件与硬件结合的设计形式，这种设计形式，由于软件的增加，会导致故障率增大，与此同时还需要耗费大量的软件开发资源，在保护下限需更改时，相应修改软件程序，且修改后需要结合大量的调试工作，增加了维护成本。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于保护下限可调的过流保护电路的方法，实现了利用纯集成电路的方法对电流的过流保护控制，可靠有效的实现对负载的控制，可以实现反时限过流保护的作用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现的：

一种用于保护下限可调的过流保护电路，该电路由四部分电路组成：一级调理电路，电流平方计算电路，二级调理积分电路以及保护下限调节电路,其中，一级调理电路用于把采集的电流信号经过一级放大，分别输出给电流平方计算电路和保护下限调节电路，所述电流平方计算电路用于把一级放大后的电流信号进行平方运算，得到电流信号的平方值，并输出给二级调理积分电路；保护下限调节电路通过其分压电阻的阻值设定过流保护的下限，该保护下限作为保护阈值，并与一级调理电路放大后的电流信号进行比较，当保护阈值大于电流信号时，二级调理积分电路中电路的放大倍数小于1，此时不触发过流保护；当保护阈值小于于电流信号时，二级调理积分电路中电路的放大倍数大于1，此时触发过流保护。

所述一级调理电路，主要用于把通过采样电阻采集的电流信号AMP经过一级放大，其放大后的电流值Current_OUT与保护下限调节电路的设定阈值点进行比较，当大于设定阈值时，二级调理积分电路将电流信号放大，使其过流信号I2T_OUT可以达到积分运算的累加值V1，从而触发过流保护，若放大后的电流值Current_OUT小于设定阈值时，二级调理电路为缩小电路，使其过流信号I2T_OUT无法达到积分运算的累加值V1，进而无法触发过流保护。

所述电流平方计算电路，主要是利用AD632TD/883B芯片实现一级放大的电流值Current_OUT的平方计算。

所述二级调理积分电路，其包括第二运放以及相应的匹配电阻，第二运放又分为第二运放和两个运算放大器，第二运放主要用于电压跟随，输出跟随信号B5；第二运放主要用于输入信号B5的积分运算，并输出积分后信号I2T_OUT。

所述保护下限调节电路，其特征在于通过调节保护下限可调电路中电阻R17、R18的阻值，可实现比较器的反转阈值点设定，从而控制二级调理积分电路中第二运放是放大电路还是缩小电路。

所述二级调理积分电路中第二运放为放大电路时，过流信号I2T_OUT可以达到达到积分运算的累加值V1，若为缩小电路时，过流信号I2T_OUT无法达到达到积分运算的累加值V1。

所述二级调理积分电路中电容C5主要用于电流信号的积分，其容值精度要求高，为高精密电容。

所述到达积分运算累加值V1的时间T时长可由电容C5的容值大小调节。

本发明所达到的有益效果在于：

本发明的一种利用硬件集成电路实现反时限过流保护的方法，能可靠有效实现对负载的控制。并且整个过流电路的功能实现无需编程，减少了系统故障率，且无需更新程序。此外，集成电路的功耗小，体积小，可靠性高。

附图说明

图1是一种保护下限可调的过流保护电路框图，

图2是一级调理电路，

图3是电流平方计算电路图，

图4是二级调理积分电路图，

图5是保护下限调节电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明硬件电路框图，该电路包含四部分电路组成：一级调理电路，电流平方计算电路，二级调理积分电路以及保护下限调节电路。

图2是一级调理电路，其包括第一运放以及相应的匹配电阻，采集到的信号Amp与电阻R7相连，电阻R7另一端与第一运放的反向端，电阻R1相连，电阻R1另一端与电阻R4相连，并输出调理后的信号Current_OUT，电阻R4另一端与第一运放的输出端相连，电阻R13一端接地，一端接第一运放的同相端，电容C1，C2连接于第一运放供电电源端，用作去耦电容。调节电阻R1，R4，R7的阻值可以调节比例放大系数。

图3是电流平方计算电路图，其包括分频器芯片以及外围电路，一级调理电路输出的信号Current_OUT连接芯片的X1，Y1管脚；X2，Y2管脚直接连接电源地；电容C3，C4连接于分频器芯片的电源端，用作去耦电容；分频器芯片的Z1连接输出端B1，并输出平方后的信号B1；Z2端连接电阻R2，R3，电阻R2另一端接电源-15V，电阻R3另一端接地，通过匹配电阻R2，R3的电阻值可以修改信号B1的数值。

图4是二级调理积分电路图，其包括第二运放以及相应的匹配电阻，电流平方计算电路后的信号B1与电阻R8相连，电阻R8另一端连接第二运放的2反向端和电阻R10一端，电阻R10另一端连接第二运放的2输出端，并输出调理后的信号B5，电阻R5一端连接第二运放的2正向端，另一端连接地。信号B5连接电阻R9一端，电阻R9另一端连接第二运放的1反向端和电阻R11、电容C5，并输出信号I2T_EN_N；电阻R11的另一端连接电容C5另一端以及电阻R14、电阻R12、二极管D1，并输出信号I2T_OUT；电阻R14的另一端连接信号I2T_EN_P；电阻R12的另一端连接第二运放的1输出端；二极管D1另一端连接地；电阻R6一端连接第二运放的1正向端，另一端连接地。

图5是保护下限调节电路图，其包括比较器U4、光耦U5以及外围电路。比较器U4的正端连接第一运放调理后的信号Current_OUT，正端连接电阻R17、R18,电阻R17的另一端连接电源+15V、R18的另一端连接地，比较器的输出连接光耦U5的二极管输出端，光耦U5的二极管输入端连接电阻R15，电阻R15另一端连接+15V，光耦的三极管集电极端连接信号I2T_EN_P，光耦的三极管的发射极端连接信号I2T_EN_N。

该保护下限可调的过流保护电路，其特征在于通过调节保护下限可调电路中电阻R17、R18的阻值，可实现比较器的反转阈值点设定，当一级调理电路输出信号Current_OUT大于比较器的反转阈值点时，比较器输出由15V输出变为地，光耦的输入端导通，从而输出端接通，信号I2T_EN_P和信号I2T_EN_N相连，由于电阻R14的阻值很小，导致第二运放1的倍数变为缩小，输出积分信号I2T_OUT变小,从而无法达到积分运算的累加值V1。

本发明所提供的一种用于保护下限可调的过流保护电路设计方法，实现了利用纯集成电路的方法对电流的过流保护控制。由于整个电路的功能实现无需编程，减少了系统故障率，且无需更新程序。

Claims (7)

1.一种用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路由四部分电路组成：一级调理电路、电流平方计算电路、二级调理积分电路以及保护下限调节电路；其中，一级调理电路用于把采集的电流信号经过一级放大，分别输出给电流平方计算电路和保护下限调节电路，所述电流平方计算电路用于把一级放大后的电流信号进行平方运算，得到电流信号的平方值，并输出给二级调理积分电路；保护下限调节电路通过其分压电阻的阻值设定过流保护的下限，该保护下限作为保护阈值，并与一级调理电路放大后的电流信号进行比较，当保护阈值大于电流信号时，二级调理积分电路中电路的放大倍数小于1，此时不触发过流保护；当保护阈值小于电流信号时，二级调理积分电路中电路的放大倍数大于1，此时触发过流保护；

所述二级调理积分电路包括第二运放以及相应的匹配电阻，电流平方计算电路后的信号B1与电阻R8相连，电阻R8另一端连接第二运放的2反向端和电阻R10一端，电阻R10另一端连接第二运放的2输出端，并输出调理后的信号B5，电阻R5一端连接第二运放的2正向端，另一端连接地；信号B5连接电阻R9一端，电阻R9另一端连接第二运放的1反向端和电阻R11、电容C5，并输出信号I2T_EN_N；电阻R11的另一端连接电容C5另一端以及电阻R14、电阻R12、二极管D1，并输出信号I2T_OUT；电阻R14的另一端连接信号I2T_EN_P；电阻R12的另一端连接第二运放的1输出端；二极管D1另一端连接地；电阻R6一端连接第二运放的1正向端，另一端连接地；

所述保护下限调节电路包括比较器U4、光耦U5以及外围电路；比较器U4的正端连接第一运放调理后的信号Current_OUT，正端连接电阻R17、R18,电阻R17的另一端连接电源+15V、R18的另一端连接地，比较器的输出连接光耦U5的二极管输出端，光耦U5的二极管输入端连接电阻R15，电阻R15另一端连接+15V，光耦的三极管集电极端连接信号I2T_EN_P，光耦的三极管的发射极端连接信号I2T_EN_N；

通过调节保护下限可调电路中电阻R17、R18的阻值，可实现比较器的反转阈值点设定，当一级调理电路输出信号Current_OUT大于比较器的反转阈值点时，比较器输出由15V输出变为地，光耦的输入端导通，从而输出端接通，信号I2T_EN_P和信号I2T_EN_N相连；其中，R14的阻值为10Ω，R11的阻值为10M，R14的阻值远远小于R11的阻值，导致第二运放1的倍数变为缩小，输出积分信号I2T_OUT变小,从而无法达到积分运算的累加值V1。

2.如权利要求1所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述一级调理电路将采样电阻采集的电流信号AMP一级放大，其放大后的电流值Current_OUT与保护下限调节电路的设定阈值点进行比较，当大于设定阈值时，二级调理积分电路将电流信号放大，使其过流信号I2T_OUT达到积分运算的累加值V1，从而触发过流保护，若放大后的电流值Current_OUT小于设定阈值时，二级调理电路为缩小电路，使其过流信号I2T_OUT无法达到积分运算的累加值V1，进而无法触发过流保护。

3.如权利要求1所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述电流平方计算电路，利用AD632TD/883B芯片实现一级放大的电流值Current_OUT的平方计算。

4.如权利要求1所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述二级调理积分电路，包括第二运放以及相应的匹配电阻，第二运放又分为第二运放和两个运算放大器，第二运放用于电压跟随，输出跟随信号B5；第二运放用于输入信号B5的积分运算，并输出积分后信号I2T_OUT。

5.如权利要求4所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述二级调理积分电路中第二运放为放大电路时，过流信号I2T_OUT达到积分运算的累加值V1，若为缩小电路时，过流信号I2T_OUT无法达到积分运算的累加值V1。

6.如权利要求5所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，到达积分运算累加值V1的时间T时长由二级调理积分电路中电容的容值大小调节。

7.如权利要求6所述的用于保护下限可调的过流保护电路，其特征在于，所述二级调理积分电路中电容采用高精密电容。

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