CN115051322A - 一种电流源的开路保护方法及电路 - Google Patents

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徐红伟
叶一初
富雅琼
李运堂
钱璐帅
许素安
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    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers

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Abstract

本发明公开了一种电流源的开路保护方法及电路。该开路保护输出电路，包括：DAC输出控制模块，用于控制数模转换模块的输出电压值；电压‑电流转换模块，用于将所述DAC输出控制模块的电压值转换为指定电流值；电流检测模块，用于检测负载上的电流状态；AD采集模块，用于采集所述电流检测模块输出的电压值并进行模数转换，输出当前负载上的电流值；负载切换模块，用于切换工作负载；MCU控制模块，用于控制所述DAC输出控制模块的电压值，控制所述负载切换模块的负载变换，用于接收所述AD采集模块所采集的电流值。本发明能够有效判断当前的电路状态，避免电路因开路而被损坏，同时能够保证电流源在需要零电流的情况下而正常输出。

Description

一种电流源的开路保护方法及电路
技术领域
本发明涉及电流源技术领域，尤其涉及一种电流源的开路保护方法及电路。
背景技术
在直流电流比较仪电桥中，能够稳定输出恒定电流的电流源是其中一个十分重要的组成部分，而在电流源进行工作时，由于负载需要不断切换，电路中难免会出现开路现象，若不对电路的开路情况进行保护处理，则会对电流源中的器件造成不可逆的损害，但在特定情况下，也需要电流源输出零电流；因此，需要一种电流源的开路保护方法来实现对电流源的开路情况，并同时区分零电流输出的情况。
目前，大多数电流源所使用的开路保护方法，是由二极管与稳压管所组成的电路，通过二极管的截止与导通来控制开路时电流所流经的负载而进行保护。该保护方法能够保护电路发生开路时的情况，但是这种保护方法无法区分负载需要零电流输出的这种特殊情况，对于任何开路情况均会进行保护操作，因此，这种开路保护电路适用范围较小。
发明内容
为解决现有技术中的上述的问题，本发明的目的在于提供一种电流源的开路保护方法及电路，可以有效判断当前的电路状态，避免电路因开路而被损坏，同时能够保证电流源在需要零电流的情况下而正常输出。
本发明的一方面提供了一种电流源的开路保护输出电路，包括：
DAC输出控制模块，用于控制数模转换模块的输出电压值；
电压-电流转换模块，用于将所述DAC输出控制模块的电压值转换为指定电流值，形成所述的电流源；
电流检测模块，用于检测负载上的电流状态，并将电流转换为电压信号；
AD采集模块，用于采集所述电流检测模块输出的电压值并进行模数转换，输出当前负载上的电流值；
负载切换模块，用于切换工作负载，在电流源开路时对电路进行保护；
MCU控制模块，用于控制所述DAC输出控制模块，所述负载切换模块的负载变换，接收所述AD采集模块所采集的电流值；
其中，所述DAC输出控制模块的输出端连接所述电压-电流转换模块的输入端，所述电压-电流转换模块的输出端连接所述电流检测模块的输入端，所述AD采集模块的输入端连接电流检测模块的输出端，所述负载切换模块的输入端连接所述电压-电流转换模块的输出端。
所述负载切换模块包括：
单刀双掷继电器开关，所述单刀双掷继电器开关包括第一不动端SA、第二不动端SB、动端D、信号控制端P1和信号控制端P2；
电阻，所述电阻包括：负载电阻RL和临时负载电阻RL’；
其中，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SA连接所述负载电阻RL的输入端，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SB连接所述临时负载电阻RL’的输入端，所述单刀双掷继电器开关的动端D连接所述电压-电流转换模块的输出端，所述单刀双掷继电器开关的信号控制端P1和P2连接所述MCU控制模块。
进一步说，所述负载切换模块还包括继电器驱动电路，所述单刀双掷继电器开关通过驱动电路连接至所述MCU控制模块。
本发明的另一方面提供了一种电流源的开路保护方法，采用上述电路，包括步骤如下：
步骤一，电流源初始化开始输出设定电流；
步骤二，电流检测模块中的霍尔电流传感器开始检测负载上的电流值；
步骤三，判断此时负载上的电流值是否小于等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于等于所设定的开路电流阈值则进入步骤四；否则进入步骤十；
步骤四，判断此时设置的输出电流是否为零，若此时设置的输出电流为零，则进入步骤五；否则进入步骤六；
步骤五，电流源正常输出；
步骤六，进入开路保护模式，操作继电器将负载切换至临时负载；
步骤七，霍尔电流传感器开始检测临时负载上的电流值；
步骤八，判断此时临时负载上的电流值是否小于等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于等于所设定的开路电流阈值，表明临时负载也处于开路状态，则进入步骤九；否则电流源以设置的电流在临时负载上进行输出，达到开路保护，进入步骤五；
步骤九，重新设置电流源以零电流输出，返回至步骤一；
步骤十，判断此时负载上输出的电流是否等于所设置的电流值，若负载上的电流等于所设置的电流值，则进入步骤五；否则，进入步骤十一；
步骤十一，将负载上所检测到的电流值与设电流值进行比较，计算其差值对电流进行修正，以此提高电流源的输出精度，重新设定电流源的输出，返回至步骤一。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过霍尔电流传感器能够有效判断当前的电路状态，避免电路因开路而被损坏，同时能够保证电流源在需要零电流的情况下而正常输出；
通过继电器实现负载与临时负载的切换进而保护电路；
通过霍尔电流传感器检测到的电流值，经AD采集模块采集后能够与设定电流值进行比较，进而进一步修正电流源输出的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例的开路保护电路的电路框图。
图2是本发明实施例的继电器驱动电路图。
图3是本发明实施例的开路保护方法流程图。
具体实施方式
为了使阅读者能够更好的理解本发明之设计宗旨，特提供下述具体实施例，以使得阅读者能够形象的理解本发明所涉及到结构、结构组成、作用原理和技术效果。但应当注意，下述各实施例并非是对本发明技术方案的限定，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本发明提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本发明囊括在内。
如图1所示，一种电流源的开路保护电路，本实施例包括DAC输出控制模块，用于控制数模转换模块的输出电压值；电压-电流转换模块(电流源)，用于将所述DAC输出控制模块的电压值转换为指定电流值；电流检测模块，用于检测负载上的电流状态；AD采集模块，用于采集所述电流检测模块输出的电压值并进行模数转换，输出当前负载上的电流值；负载切换模块，用于切换工作负载，在电流源开路时对电路进行保护；MCU控制模块，用于控制所述DAC输出控制模块的电压值，控制所述负载切换模块的负载变换，接收所述AD采集模块所采集的电流值；其中，所述DAC输出控制模块的输出端连接所述电压-电流转换模块的输入端，所述电压-电流转换模块的输出端连接所述电流检测模块的输入端，所述AD采集模块的输入端连接电流检测模块的输出端，所述负载切换模块的输入端连接所述电压-电流转换模块的输出端。
作为一种实现方式，电压-电流转换模块包括：第一运算放大器A1，第二运算放大器A2和四个阻值相同的精密电阻；其中DAC输出控制模块输出端通过电阻R1连接至第一运算放大器的反向输入端，第一运算放大器的同相输入端通过电阻R3连接至负电源，电阻R1的输出端通过电阻R2连接至第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端通过电阻Rsa连接至第二运算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反相输入端连接至第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端通过电阻R4连接至第一运算放大器的同相输入端。
电流源输出Iout由公式Iout＝Ui/Rsa进行计算。
作为一种实现方式，电流检测模块包括：霍尔电流传感器H，运算放大器A3，放大电阻R5，R6和R7；其中霍尔电流传感器中的霍尔元件正端通过电阻R5连接至运算放大器A3的同相输入端，霍尔元件的负端通过电阻R7连接至运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R6连接至运算放大器A3的输出端，运算放大器A3的输出端连接至AD采集模块的输入端。
电流检测模块检测到的电流I由公式
Figure BDA0003719729980000051
进行转换，其中，A为运算放大器放大倍数，μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，l为气隙长度。
作为一种实现方式，负载切换模块包括：单刀双掷继电器开关，单刀双掷继电器开关包括第一不动端SA、第二不动端SB、动端D、信号控制端P1和信号控制端P2；电阻包括：负载电阻RL和临时负载电阻RL’；其中，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SA连接所述负载电阻RL的输入端，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SB连接所述临时负载电阻RL’的输入端，所述单刀双掷继电器开关的动端D连接所述电压-电流转换模块的输出端，所述单刀双掷继电器开关的信号控制端P1和P2连接所述MCU控制模块。
如图2所示，本实施例提供了一种电流源开路保护中继电器的驱动电路，包括：
输入端SIN，所述输入端用于提供负载所需要的输入电流；
继电器线圈控制端C，用于控制继电器开关；
程序控制端GPIOA，用于程序来控制所述继电器线圈控制端C；
二极管，所述二极管包括：二极管D1；
三极管，所述三极管包括：NPN型三极管D2；
电阻，所述电阻包括：第一电阻R1和第二电阻R2；
电源，所述电源包括正电源VCC和负电源VEE；
其中，所述第一二极管D1的阴极连接所述正电源VCC，所述第一二极管D1的阳极连接所述继电器线圈控制端C，所述三极管D2的集电极连接所述二极管D1的阳极，所述三极管D2基极通过所述第一电阻R1连接所述程序控制端GPIOA；所述三极管D2基极通过所述第二电阻R2连接所述三极管D2的发射极；所述三极管D2发射极连接所述负电源VEE。
如图3所示，本实施例提供了一种电流源的开路保护方法，包括步骤如下：
步骤一，电流源初始化开始输出设定电流；
步骤二，霍尔电流传感器开始检测负载上的电流值；
步骤三，判断此时负载上的电流值是否小于或等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于或等于所设定的开路电流阈值则进入步骤四；
步骤四，判断此时设置的输出电流是否为零，若此时设置的输出电流为零，则进入步骤五；
步骤五，电流源正常输出；
在步骤四中，若此时设置的输出电流不为零，则此时进入步骤六；
步骤六，电路进入开路保护模式，电路操作继电器将负载切换至临时负载；
步骤七，霍尔电流传感器开始检测临时负载上的电流值；
步骤八，判断此时临时负载上的电流值是否小于或等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于或等于所设定的开路电流阈值，表明临时负载也处于开路状态，则进入步骤九；
步骤九，重新设置电流源以零电流输出，返回至步骤一；
在步骤八中，若此时临时负载上的电流值大于所设定的开路电流阈值，电流源以设置的电流在临时负载上进行输出，达到开路保护的目的，进入步骤五；
在步骤三中，若此时负载上的电流值大于所设定的开路电流阈值则进入步骤十；
步骤十，判断此时负载上输出的电流是否等于所设置的电流值，若负载上的电流等于所设置的电流值，则进入步骤五；
在步骤十中，若此时负载上的电流与所设置的电流值不相等，则进入步骤十一；
步骤十一，程序将负载上所检测到的电流值与设电流值进行比较，计算其差值对电流进行修正，以此提高电流源的输出精度，重新设定电流源的输出，返回至步骤一。

Claims (3)

1.一种电流源的开路保护输出电路，其特征在于，包括：
DAC输出控制模块，用于控制数模转换模块的输出电压值；
电压-电流转换模块，用于将所述DAC输出控制模块的电压值转换为指定电流值，形成所述的电流源；
电流检测模块，用于检测负载上的电流状态，并将电流转换为电压信号；
AD采集模块，用于采集所述电流检测模块输出的电压值并进行模数转换，输出当前负载上的电流值；
负载切换模块，用于切换工作负载，在电流源开路时对电路进行保护；
MCU控制模块，用于控制所述DAC输出控制模块，所述负载切换模块的负载变换，接收所述AD采集模块所采集的电流值；
其中，所述DAC输出控制模块的输出端连接所述电压-电流转换模块的输入端，所述电压-电流转换模块的输出端连接所述电流检测模块的输入端，所述AD采集模块的输入端连接电流检测模块的输出端，所述负载切换模块的输入端连接所述电压-电流转换模块的输出端；
所述负载切换模块包括：
单刀双掷继电器开关，所述单刀双掷继电器开关包括第一不动端SA、第二不动端SB、动端D、信号控制端P1和信号控制端P2；
电阻，所述电阻包括：负载电阻RL和临时负载电阻RL ’；
其中，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SA连接所述负载电阻RL的输入端，所述单刀双掷继电器开关的第一不动端SB连接所述临时负载电阻RL ’的输入端，所述单刀双掷继电器开关的动端D连接所述电压-电流转换模块的输出端，所述单刀双掷继电器开关的信号控制端P1和P2连接所述MCU控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种电流源的开路保护输出电路，其特征在于：
所述负载切换模块还包括继电器驱动电路，所述单刀双掷继电器开关通过驱动电路连接至所述MCU控制模块。
3.一种电流源的开路保护方法，采用权利要求1所述的电路，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，电流源初始化开始输出设定电流；
步骤二，电流检测模块中的霍尔电流传感器开始检测负载上的电流值；
步骤三，判断此时负载上的电流值是否小于等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于等于所设定的开路电流阈值则进入步骤四；否则进入步骤十；
步骤四，判断此时设置的输出电流是否为零，若此时设置的输出电流为零，则进入步骤五；否则进入步骤六；
步骤五，电流源正常输出；
步骤六，进入开路保护模式，操作继电器将负载切换至临时负载；
步骤七，霍尔电流传感器开始检测临时负载上的电流值；
步骤八，判断此时临时负载上的电流值是否小于等于所设定的开路电流阈值，若此时负载上的电流值小于等于所设定的开路电流阈值，则进入步骤九；否则电流源以设置的电流在临时负载上进行输出，达到开路保护，进入步骤五；
步骤九，重新设置电流源以零电流输出，返回至步骤一；
步骤十，判断此时负载上输出的电流是否等于所设置的电流值，若负载上的电流等于所设置的电流值，则进入步骤五；否则，进入步骤十一；
步骤十一，将负载上所检测到的电流值与设电流值进行比较，计算其差值对电流进行修正，重新设定电流源的输出，返回至步骤一。
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