CN116544879A - 电路保护系统及电路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电路保护系统及电路保护方法。电路保护系统包括开关单元、电流比较单元及脉冲宽度调变讯号产生单元。开关单元连接于电池模块的电池输出端及负载装置的负载输入端之间，且具有第一控制端。电流比较单元用以侦测该电池输出端的电池电流，并判断电池电流的电流值是否超过预定电流值。当电流值超过预定电流值，电流比较单元输出过流讯号以停止输出PWM讯号，使开关单元维持在开路状态。反之，电流比较单元输出无过流讯号以持续输出PWM讯号，使开关单元依据工作周期进行切换。本发明通过新增PWM讯号与电流比较器的方式，进行蓄电池启动阶段或突发阶段的保护，可避免涌浪电流超出电路组件承受电流，达到保护电路组件的效果。

Description

电路保护系统及电路保护方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种电路保护系统及电路保护方法。

背景技术

在电源装入连接装置时，所连接驱动器装置的输入电容产生涌浪电流。以电动机车为例，当电池装入电动车时，因与电池连接的电动车负载不同，会产生不同的大小的涌浪电流；或者，在每次车体启动或重新发动时，由于震动或在车厢互相连接的情况下，输入电源容易中断或短暂供电不稳。

常见的解决方式是选择耐流较大的组件来避开切换瞬间产生的电流大应力，以降低瞬间峰值电流，进而避免组件的损坏。然而，耐流较大的组件会增加成本以及空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有电路提供一种电路保护系统及电路保护方法，可避免涌浪电流超出电路组件承受电流，达到保护电路组件的效果。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种电路保护系统，适用于彼此电性连接的电池模块及负载装置，所述的电路保护系统包括开关单元、电流比较单元及脉冲宽度调变(Pulse-width modulation，PWM)讯号产生单元。开关单元连接于电池模块的电池输出端及负载装置的负载输入端之间，且具有第一控制端。电流比较单元用以侦测该电池输出端的电池电流，并判断电池电流的电流值是否超过预定电流值。PWM讯号产生单元用以持续产生PWM讯号，以通过第一控制端控制开关单元进行切换。响应于电池电流的电流值超过预定电流值，电流比较单元对应输出过流讯号以关闭PWM讯号产生单元以停止输出PWM讯号，使开关单元维持在开路状态。响应于电池电流的电流值未超过预定电流值，电流比较单元对应输出无过流讯号以持续输出PWM讯号，使开关单元依据该PWM讯号的工作周期进行切换。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是提供一种用于蓄电池的电路保护方法，其包括：配置开关单元连接于电池模块的电池输出端及负载装置的负载输入端之间，且开关单元具有第一控制端；配置电流比较单元以侦测电池输出端的电池电流，并判断电池电流的电流值是否超过预定电流值；配置PWM讯号产生单元产生PWM讯号，以通过第一控制端控制开关单元在导通状态与开路状态之间切换；响应于电池电流的电流值超过预定电流值，配置电流比较单元对应输出过流讯号以关闭PWM讯号产生单元，以停止输出PWM讯号，使开关单元维持在开路状态；响应于电池电流的电流值未超过预定电流值，配置电流比较单元对应输出无过流讯号以持续输出该PWM讯号，使开关单元依据该PWM讯号的工作周期进行切换。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明实施例的电路保护系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的电路保护系统的电路布局图。

图3为本发明实施例的电路保护方法的流程图。

图4为本发明实施例的电路保护系统的第一控制端、负载输入端及PWM讯号的仿真结果示意图。

附图标记：

100 电路保护系统

1 电池模块

10 电池输出端

2 负载装置

20 负载输入端

3 开关单元

30 第一控制端

31 第一端

32 第二端

4 电流比较单元

40 参考电流源

41 电流比较器

410 输出端

5 PWM讯号产生单元

50 讯号产生器

51 逻辑控制电路

510 第一输入端

511 第二输入端

512 输出端

52 第二控制端

Spwm PWM讯号

Ibat 电池电流

Iref 参考电流

Sov 过流讯号

Snov 无过流讯号

Scom 比较讯号

Spwm0 初始PWM讯号

R1、R2 电阻

C1 电容

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“电路保护系统及电路保护方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。

参阅图1所示，本发明实施例提供一种电路保护系统100，适用于彼此电性连接的电池模块1及负载装置2。电路保护系统100包括开关单元3、电流比较单元4及脉冲宽度调变(Pulse-width modulation，PWM)讯号产生单元5。电池模块1可例如是电动车的蓄电池，而负载装置2可例如包括用于电动车的电源转换器及引擎驱动系统等。

开关单元3可具有第一控制端30、第一端31及第二端32。开关单元3连接于电池模块1的电池输出端10及负载装置2的负载输入端20之间，且具有第一控制端30。

电流比较单元4用以侦测电池输出端10的电池电流Ibat，并判断电池电流Ibat的电流值是否超过预定电流值。PWM讯号产生单元5用以产生PWM讯号Spwm，以通过第一控制端30控制开关单元3进行切换。当电池电流Ibat的电流值超过预定电流值，电流比较单元4对应输出过流讯号Sov以关闭PWM讯号产生单元5，以停止输出PWM讯号Spwm，使开关单元3维持在开路状态。当电池电流Ibat的电流值未超过预定电流值，电流比较单元4对应输出无过流讯号Snov以持续输出PWM讯号Spwm，使开关单元3依据PWM讯号Spwm的工作周期进行切换。

图1仅以简略的方式描述了电路保护系统100的架构。请进一步参考图2，图2为本发明实施例的电路保护系统的电路布局图。以下进一步描述电路保护系统100的其中一种可能实施方式，但本发明不以图2的电路布局为限。如图2所示，电池模块1及负载装置2通过两端电性连接，而开关单元3的第一端31连接于其中一端，例如电池输出端10。开关单元3可例如是N型或P型的金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，MOSFET)，而第一控制端30、第一端31及第二端32可分别对应于栅极、源极及漏极，但本发明不限于此。

电流比较单元4包括参考电流源40及电流比较器41。参考电流源40可用于提供具有预定电流值的参考电流Iref。电流比较器41具有耦接于电池输出端10的第一输入端(+端)、耦接于参考电流源40的第二输入端(-端)，以及耦接PWM讯号产生单元5的第二控制端52的输出端410。

从原理上来说明，电流比较器41是将电池电流Ibat的电流值与参考电流Iref比较，并依据比较结果对应输出比较讯号Scom。在实际电路中，电流比较器41可例如是电压比较器，其将两个输入电流通过转换电路转换为相应的电压讯号，然后比较这些电压讯号的大小。例如，可通过一端耦接于电池输出端10的电阻R1将电池电流Ibat转换为电压，并以连接于电阻R1另一端的节点N1作为电流侦测点来获取节点N1的电压，便可依据电阻R1的电阻值计算出对应于该电压的电池电流Ibat。此外，为了讯号稳定性，电流比较器41的输出端410还可耦接电阻R2及电容C1，但本发明不限于此。

响应于该电池电流Ibat的电流值未超过预定电流值，可输出具有第一位准的比较讯号Scom作为无过流讯号Snov。响应于电流比较器41比较出电池电流Ibat的电流值超过预定电流值，可输出具有第二位准的比较讯号Scom以作为过流讯号Sov。

需说明的是，为了达到保护电路组件的目的，需要设计适当的预定电流值，以调控电池电流Ibat即使产生超过的安全电流，也能实时避免涌浪电流对电路组件造成损坏。而所谓的涌浪电流可能会在电池模块1从拆卸状态转换到装载状态而直接电性连接于负载装置2时所产生。以电动车系统为例，即是例如在替换电池模块1时，将充满电的电池模块1放入电池槽时所产生。

另一方面，如图2所示，PWM讯号产生单元5可包括讯号产生器50及逻辑控制电路51。讯号产生器50用于产生初始PWM讯号Spwm0，逻辑控制电路51具有耦接于讯号产生器的第一输入端510、耦接于电流比较器41的输出端410的第二输入端511，以及耦接第一控制端30的输出端512。

逻辑控制电路51的控制方式需要设计为，在收到过流讯号Sov时，阻止初始PWM讯号Spwm0输出到开关单元3，以及在收到无过流讯号Snov时，允许初始PWM讯号Spwm0输出到开关单元3。

例如，逻辑控制电路51的第二输入端511可作为PWM讯号产生单元5的第二控制端52，以在接收到无过流讯号Snov时，从输出端512输出PWM讯号Spwm，以及在接收到过流讯号Sov时，输出关闭控制讯号使开关单元3维持在开路状态。

进一步举例，逻辑控制电路51可例如是与门，当电池电流Ibat的电流值未超过预定电流值，比较讯号Scom具有高位准(第一位准)，当电池电流Ibat的电流值超过预定电流值，则比较讯号Scom具有低位准(第二位准)。因此，在比较讯号Scom具有高位准时，与门输出初始PWM讯号Spwm0，作为前述的PWM讯号Spwm。在比较讯号Scom具有低位准时，则与门输出低位准讯号作为关闭控制讯号，使开关单元3维持在开路状态。

依据上述架构，可进一步参考图3，图3为本发明实施例的电路保护方法的流程图。本发明实施例进一步提供一种电路保护方法，适用于前述图1及图2对应的实施例所述的电路保护系统，但不限于此。

如图3所示，电路保护方法可包括下列步骤：步骤S10：配置PWM讯号产生单元产生PWM讯号，以通过第一控制端控制开关单元进行切换。步骤S11：配置电流比较单元以侦测电池输出端的电池电流。步骤S12：判断电池电流的电流值是否超过预定电流值。在步骤S12中，若电池电流的电流值超过预定电流值，电路保护方法进入步骤S13：配置电流比较单元对应输出过流讯号以关闭PWM讯号产生单元，以停止输出PWM讯号，使开关单元维持在开路状态。

在步骤S12中，若电池电流的电流值未超过预定电流值，电路保护方法进入步骤S14：配置电流比较单元对应输出无过流讯号以持续输出PWM讯号，使开关单元依据PWM讯号的工作周期进行切换。

至于针对图2的详细运作机制，已在图2的实施例中详细说明，故不在此赘述。因此，在本发明提供的电路保护方法及电路保护系统中，通过新增PWM讯号与电流比较器的方式，进行蓄电池启动阶段或突发阶段的保护，让电动车遇到临时状况时，可避免涌浪电流超出电路组件承受电流，达到保护电路组件的效果。特别是，可减少组件消耗以延长使用寿命，更可保护前端及后端装置，提升可靠度。此外，本发明的电路保护系统的电路精简，可在达产品设计规范要求的前提下，减少电子电路中的错误动作。

请进一步参阅图4，图4为本发明实施例的电路保护系统的第一控制端、负载输入端及PWM讯号的仿真结果示意图。如图4所示，显示了第一控制端的电压V1、负载输入端的电压V2及PWM讯号的电压V3随时间变化的状况。如图所示，经过对于电池电流Ibat的调控，可得到负载输入端的电压V2在启动状态下随时间稳定上升的结果，而对于浪涌电流有相当好的抑制效果。并且，可依负载装置的条件调整PWM讯号的工作周期，在不同的工作周期均可发挥抑制浪涌电流的效果。例如，可依开启时间的长短需求调整PWM讯号的工作周期，而即便是在不同的工作周期下，本发明提供的电路保护系统在不同负载装置的条件下仍可发挥抑制浪涌电流的效果。

综上所述，本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的电路保护系统及电路保护方法，其能通过新增PWM讯号与电流比较器的方式，进行蓄电池启动阶段或突发阶段的保护，让电动车遇到临时状况时，可避免涌浪电流超出电路组件承受电流，达到保护电路组件的效果。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种电路保护系统，其特征在于，适用于彼此电性连接的一电池模块及一负载装置，包括：

一开关单元，连接于该电池模块的一电池输出端及该负载装置的一负载输入端之间，且具有一第一控制端；

一电流比较单元，用以侦测该电池输出端的一电池电流，并判断该电池电流的电流值是否超过一预定电流值；以及

一脉冲宽度调变产生单元，用以产生一PWM讯号，以通过该第一控制端控制该开关单元进行切换；

其中，响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，该电流比较单元对应输出一过流讯号以停止输出该PWM讯号，使该开关单元维持在开路状态；

其中，响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，该电流比较单元对应输出一无过流讯号以启动该PWM讯号产生单元，以持续输出该PWM讯号，使该开关单元依据该PWM讯号的一工作周期进行切换。

2.根据权利要求1所述的电路保护系统，其特征在于，该电流比较单元包括：

一参考电流源，用于提供具有该预定电流值的一参考电流；以及

一电流比较器，具有耦接于该电池输出端的一第一输入端、耦接于该参考电流源的一第二输入端，以及耦接该PWM讯号产生单元的一第二控制端的一输出端，

其中，该电流比较器将该电池电流的该电流值与该参考电流比较，并依据比较结果对应输出一比较讯号；

其中，响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，所输出的该比较讯号作为该过流讯号；

响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，所输出的该比较讯号作为该无过流讯号。

3.根据权利要求2所述的电路保护系统，其特征在于，该PWM讯号产生单元包括：

一讯号产生器，用于产生一初始PWM讯号；

一逻辑控制电路，具有耦接于该讯号产生器的一第一输入端、耦接于该电流比较器的该输出端一第二输入端，以及耦接该第一控制端的一输出端，

其中，该逻辑控制电路的该第一输入端作为该第二控制端，且该逻辑控制电路经配置以在接收到该无过流讯号时，从其的输出端输出该PWM讯号，以及在接收到该过流讯号时，输出一关闭控制讯号使该开关单元维持在开路状态。

4.根据权利要求3所述的电路保护系统，其特征在于，该逻辑控制电路为一与门，响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，该比较讯号具有一第一位准，响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，该比较讯号具有一第二位准。

5.根据权利要求4所述的电路保护系统，其特征在于，该与门还经配置以在该比较讯号具有该第一位准时，输出该PWM讯号，以及在该比较讯号具有该第二位准时，输出具有该第二位准的该关闭控制讯号使该开关单元维持在开路状态。

6.根据权利要求1所述的电路保护系统，其特征在于，该预定电流值经设定以小于一涌浪电流的电流值，且该涌浪电流系响应该电池模块从一拆卸状态转换到一装载状态而直接电性连接于该负载装置所产生。

7.一种用于蓄电池的电路保护方法，其特征在于，适用于彼此电性连接的一电池模块及一负载装置，包括：

配置一开关单元连接于该电池模块的一电池输出端及该负载装置的一负载输入端之间，且该开关单元具有一第一控制端；

配置一电流比较单元以侦测该电池输出端的一电池电流，并判断该电池电流的电流值是否超过一预定电流值；

配置一PWM讯号产生单元产生一PWM讯号，以通过该第一控制端控制该开关单元进行切换；

响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，配置该电流比较单元对应输出一过流讯号以关闭该PWM讯号产生单元以停止输出该PWM讯号，使该开关单元维持在开路状态；

响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，配置该电流比较单元对应输出一无过流讯号以持续输出该PWM讯号，使该开关单元依据该PWM讯号的工作周期在进行切换。

8.根据权利要求7所述的电路保护方法，其特征在于，该电流比较单元包括：

一参考电流源，用于提供具有该预定电流值的一参考电流；以及

一电流比较器，具有耦接于该电池输出端的一第一输入端、耦接于该参考电流源的一第二输入端，以及耦接该PWM讯号产生单元的一第二控制端的一输出端，

所述的电路保护方法还包括：配置该电流比较器以将该电池电流的该电流值与该参考电流比较，并依据比较结果对应输出一比较讯号；

其中，响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，所输出的该比较讯号作为该过流讯号，响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，所输出的该比较讯号作为该无过流讯号。

9.根据权利要求8所述的电路保护方法，其特征在于，该PWM讯号产生单元包括：

一讯号产生器，用于产生一初始PWM讯号；以及

一逻辑控制电路，具有耦接于该讯号产生器的一第一输入端、耦接于该电流比较器的该输出端一第二输入端，以及耦接该第一控制端的一输出端，该逻辑控制电路的该第一输入端作为该第二控制端；

其中，所述的电路保护方法还包括：

配置该逻辑控制电路以在接收到该无过流讯号时，从其的输出端输出该PWM讯号；以及

配置该逻辑控制电路以在接收到该过流讯号时，输出一关闭控制讯号使该开关单元维持在开路状态。

10.根据权利要求9所述的电路保护方法，其特征在于，该逻辑控制电路为一与门，响应于该电池电流的该电流值未超过该预定电流值，该比较讯号具有一第一位准，响应于该电池电流的该电流值超过该预定电流值，该比较讯号具有一第二位准；

配置该与门以在该比较讯号同时具有该第一位准时，输出该PWM讯号；以及

配置该与门在该比较讯号具有该第二位准时，输出具有该第二位准的该关闭控制讯号使该开关电路维持在开路状态。