CN112653082A - 一种智能过流保护模块 - Google Patents

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张从霞
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李奎伟
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Abstract

本发明的一种智能过流保护模块，包括供电电路和通讯电路，该过流保护模块包括微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路和继电器组合电路；过流保护电路包括继电器控制电路、主控制器、比较器、电流传感器，比较器输入端信号分别为电流采集信号和过流基准点OCREF信号，当电流采集信号大于过流基准点OCREF信号时，发生过流保护，比较器输出端信号翻转，触发继电器控制电路，断开全部供电回路，实现过流保护功能；同时，微控制器电路检测过流信号，确定过流源通道，通过串口和网络通讯芯片，上报上级控制系统。本发明具有灵敏度高、响应速度快、可靠性强的特点。可以广泛应用于测控设备中，具有一定的通用性和市场价值。

Description

一种智能过流保护模块
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，涉及一种智能过流保护模块。
背景技术
目前，过流保护功能对电子设备来讲至关重要，其不仅保护电子设备本身，同时也防止了因负载电流过大或电源短路等原因造成相关联产品和设备的损坏。
常用的过流保护电路有两种：限流型和截止型。限流型保护电路是在供电回路中串联限流负载，电流越大，限流负载上的压降越大，从而达到限流保护的功能。缺点有：其一，功耗较大，限流负载额外耗电；其二，过流保护后电路仍输出电流，其大小为保护电路所设定的最大电流。另外，截止型过流保护电路消除了限流型保护电路的缺点，过流保护时，完全切断了电源与负载之间的联系。但是缺点是：其一，采用分立器件设计，过流保护值相对固定，不能跟随不同负载电流值进行调节；其二，为避免上电浪涌电流触发过流保护，过流阈值设定较大。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种智能过流保护模块，具有灵敏度高、响应速度快、可靠性强的特点。可以广泛应用于测控设备中，具有一定的通用性和市场价值。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种智能过流保护模块，包括供电电路和通讯电路，该过流保护模块包括微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路和继电器组合电路；所述供电电路与过流保护模块相连且分别为通讯电路、微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路、继电器组合电路供电，所述通讯电路与过流保护模块的微控制器电路相连，所述微控制器电路、过流保护电路、继电器组合电路依次相连，所述电流采集电路分别与微控制器电路、过流保护电路相连；
所述过流保护电路用于在发生过流时及时响应，关断所有输出；所述过流保护电路包括继电器控制电路、主控制器、比较器、电流传感器，比较器输入端信号分别为电流采集信号和过流基准点OCREF信号，当电流采集信号大于过流基准点OCREF信号时，发生过流保护，比较器输出端信号翻转，触发继电器控制电路，断开全部供电回路，实现过流保护功能；同时，微控制器电路检测过流信号，确定过流源通道，通过串口和网络通讯芯片，上报上级控制系统。
进一步的，所述微控制器电路由控制器和外围电路组成，微控制器电路用于根据上位机指令，实现过流保护模块智能控制，实时采集、监控输出电压和电流；
所述电流采集电路用于各供电电流的采样，电流采集电路采用多种量程的霍尔型电流传感器，将电流信号转换为电压信号后，经过调理，送至微控制器电路和过流保护电路；
所述继电器组合电路用于模块内所有供电输出闭合、关断的控制；继电器组合电路由所述过流保护电路的继电器控制电路提供供电，当过流发生时，继电器控制电路切断继电器组合电路供电，实现过流保护。
进一步的，所述供电电路外接+27V供电，经过隔离保护和两级DC/DC变换，分别提供+27V、±12V和+5V电源供过流保护模块使用。
进一步的，所述通讯电路通过网口接收上位机的控制值令，智能调整过流保护模块的状态和参数；上位机和所述过流保护模块之间通过网口通讯芯片进行网络协议的转接。
进一步的，所述比较器输入端的电流采集信号由所述电流采集电路提供，过流基准点OCREF信号由微控制器电路输出PWM波模拟DAC的方式产生。
进一步的，PWM波模拟DAC输出电路包括三极管U4、电容C18、电容C19、电阻R2、电阻R3、电阻R4，PWM波一路经过电阻R1接正电源，另一路经过电阻R2、电阻R3接三极管U4的3脚，三极管U4的1脚、2脚分别经过电阻R4后得到过流基准点OCREF信号；三极管U4通过电容C18分别接地、接电源负极，三极管U4通过电容C19分别接地、接电源正极；所述电阻R2通过电容C1接地，电阻R3通过电容C2接地。
进一步的，所述继电器控制电路采用可控硅控制继电器，当过流发生后，可控硅控制继电器动作后锁死，实现不可逆性过流保护。
进一步的，所述继电器控制电路包括电阻R115、二极管V57、继电器开关K1、继电器开关K2、二极管V70、二极管VT15；所述继电器开关K1与继电器开关K2相连且接到正电源；一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K1并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过硬件触发的过流信号；另一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K2并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过软件触发的I/O信号。
本发明的有益效果是：
本发明的一种智能过流保护模块，具有灵敏度高、响应速度快、可靠性强的特点。可以广泛应用于测控设备中，具有一定的通用性和市场价值。具体表现在以下优点：
（1）保护电路本身的功耗非常小；
（2）进入保护状态后，可以完全切断电源与负载之间回路；
（3）可通过网口接收上位机指令智能调节过流保护阈值；
（4）具有上电瞬间电流避让功能，防止浪涌电流误触发过流保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为 本发明的组成原理框图；
图2为供电电路的原理示意图；
图3为通讯电路的原理示意图；
图4为过流保护电路的原理示意图；
图5为PWM模拟DAC输出原理示意图；
图6为继电器控制电路的原理示意图。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种智能过流保护模块，包括供电电路和通讯电路，该过流保护模块包括微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路和继电器组合电路；所述供电电路与过流保护模块相连且分别为通讯电路、微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路、继电器组合电路供电，所述通讯电路与过流保护模块的微控制器电路相连，所述微控制器电路、过流保护电路、继电器组合电路依次相连，所述电流采集电路分别与微控制器电路、过流保护电路相连；
所述过流保护电路用于在发生过流时及时响应，关断所有输出；所述过流保护电路包括继电器控制电路、主控制器、比较器、电流传感器，比较器输入端信号分别为电流采集信号和过流基准点OCREF信号，当电流采集信号大于过流基准点OCREF信号时，发生过流保护，比较器输出端信号翻转，触发继电器控制电路，断开全部供电回路，实现过流保护功能；同时，微控制器电路检测过流信号，确定过流源通道，通过串口和网络通讯芯片，上报上级控制系统。
进一步的，所述微控制器电路由控制器和外围电路组成，微控制器电路用于根据上位机指令，实现过流保护模块智能控制，实时采集、监控输出电压和电流；本实施例的微控制器采用NXP恩智浦公司的LPC1768控制器，该芯片采用Cortex-M3内核。
所述电流采集电路用于各供电电流的采样，电流采集电路采用多种量程的霍尔型电流传感器，将电流信号转换为电压信号后，经过调理，送至微控制器电路和过流保护电路；
所述继电器组合电路用于模块内所有供电输出闭合、关断的控制；继电器组合电路由所述过流保护电路的继电器控制电路提供供电，当过流发生时，继电器控制电路切断继电器组合电路供电，实现过流保护。继电器组合电路的继电器选型根据实际需要确定。
进一步的，所述供电电路外接+27V供电，经过隔离保护和两级DC/DC变换，分别提供+27V、±12V和+5V电源供过流保护模块使用。
进一步的，所述通讯电路通过网口接收上位机的控制值令，智能调整过流保护模块的状态和参数；上位机和所述过流保护模块之间通过网口通讯芯片进行网络协议的转接。
进一步的，所述比较器输入端的电流采集信号由所述电流采集电路提供，过流基准点OCREF信号由微控制器电路输出PWM波模拟DAC的方式产生。这样可以实现过流保护阈值的智能调整。
进一步的，PWM波模拟DAC输出电路包括三极管U4、电容C18、电容C19、电阻R2、电阻R3、电阻R4，PWM波一路经过电阻R1接正电源，另一路经过电阻R2、电阻R3接三极管U4的3脚，三极管U4的1脚、2脚分别经过电阻R4后得到过流基准点OCREF信号；三极管U4通过电容C18分别接地、接电源负极，三极管U4通过电容C19分别接地、接电源正极；所述电阻R2通过电容C1接地，电阻R3通过电容C2接地；进一步的，所述三极管U4A包括1脚、2脚负极、3脚正极。
进一步的，过流除了采取软件级保护外，还通过继电器控制电路实现硬件级保护。硬件电路的过流保护设计为不可逆性，即一旦过流发生，继电器动作，即使过流现象消除，也不可恢复。所述继电器控制电路采用可控硅控制继电器，当过流发生后，可控硅控制继电器动作后锁死，实现不可逆性过流保护。
进一步的，继电器控制电路包括电阻R115、二极管V57、继电器开关K1、继电器开关K2、二极管V70、二极管VT15；所述继电器开关K1与继电器开关K2相连且接到正电源；一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K1并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过硬件触发的过流信号；另一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K2并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过软件触发的I/O信号。
进一步的，所述二极管VT15接地。
综上所述，本发明的一种智能过流保护模块，具有灵敏度高、响应速度快、可靠性强的特点。可以广泛应用于测控设备中，具有一定的通用性和市场价值。保护电路本身的功耗非常小；进入保护状态后，可以完全切断电源与负载之间回路；可通过网口接收上位机指令智能调节过流保护阈值；具有上电瞬间电流避让功能，防止浪涌电流误触发过流保护。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种智能过流保护模块，包括供电电路和通讯电路，其特征在于：该过流保护模块包括微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路和继电器组合电路；所述供电电路与过流保护模块相连且分别为通讯电路、微控制器电路、电流采集电路、过流保护电路、继电器组合电路供电，所述通讯电路与过流保护模块的微控制器电路相连，所述微控制器电路、过流保护电路、继电器组合电路依次相连，所述电流采集电路分别与微控制器电路、过流保护电路相连；
所述过流保护电路用于在发生过流时及时响应，关断所有输出；所述过流保护电路包括继电器控制电路、主控制器、比较器、电流传感器，比较器输入端信号分别为电流采集信号和过流基准点OCREF信号，当电流采集信号大于过流基准点OCREF信号时，发生过流保护，比较器输出端信号翻转，触发继电器控制电路，断开全部供电回路，实现过流保护功能；同时，微控制器电路检测过流信号，确定过流源通道，通过串口和网络通讯芯片，上报上级控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述微控制器电路由控制器和外围电路组成，微控制器电路用于根据上位机指令，实现过流保护模块智能控制，实时采集、监控输出电压和电流；
所述电流采集电路用于各供电电流的采样，电流采集电路采用多种量程的霍尔型电流传感器，将电流信号转换为电压信号后，经过调理，送至微控制器电路和过流保护电路；
所述继电器组合电路用于模块内所有供电输出闭合、关断的控制；继电器组合电路由所述过流保护电路的继电器控制电路提供供电，当过流发生时，继电器控制电路切断继电器组合电路供电，实现过流保护。
3.根据权利要求1所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述供电电路外接+27V供电，经过隔离保护和两级DC/DC变换，分别提供+27V、±12V和+5V电源供过流保护模块使用。
4.根据权利要求1所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述通讯电路通过网口接收上位机的控制值令，智能调整过流保护模块的状态和参数；上位机和所述过流保护模块之间通过网口通讯芯片进行网络协议的转接。
5.根据权利要求1所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述比较器输入端的电流采集信号由所述电流采集电路提供，过流基准点OCREF信号由微控制器电路输出PWM波模拟DAC的方式产生。
6.根据权利要求5所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：PWM波模拟DAC输出电路包括三极管U4、电容C18、电容C19、电阻R2、电阻R3、电阻R4，PWM波一路经过电阻R1接正电源，另一路经过电阻R2、电阻R3接三极管U4的3脚，三极管U4的1脚、2脚分别经过电阻R4后得到过流基准点OCREF信号；三极管U4通过电容C18分别接地、接电源负极，三极管U4通过电容C19分别接地、接电源正极；所述电阻R2通过电容C1接地，电阻R3通过电容C2接地。
7.根据权利要求1所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述继电器控制电路采用可控硅控制继电器，当过流发生后，可控硅控制继电器动作后锁死，实现不可逆性过流保护。
8.根据权利要求7所述的一种智能过流保护模块，其特征在于：所述继电器控制电路包括电阻R115、二极管V57、继电器开关K1、继电器开关K2、二极管V70、二极管VT15；所述继电器开关K1与继电器开关K2相连且接到正电源；一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K1并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过硬件触发的过流信号；另一侧的所述电阻R115、二极管V70、二极管VT15依次串联，二极管V57与继电器开关K2并联，二极管V57与二极管VT15连接，所述二极管V70、二极管VT15之间连接有并联的电容C50和电阻R116，电阻R115的输入端经过软件触发的I/O信号。
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