CN205506915U - 一种低功耗过流信号隔离检测电路 - Google Patents

一种低功耗过流信号隔离检测电路 Download PDF

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刘树林
韩跃云
张法旺
宋亚亚
钟明航
付垚
徐惠三
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Abstract

本实用新型公开了一种低功耗过流信号隔离检测电路，包括光耦隔离器U1和比较器U2，以及电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，电阻R1的一端与电阻RS的一端连接，光耦隔离器U1的阳极与电阻R1的另一端相接，且通过电阻R2与第一参考电源的输出端Vref1相接，光耦隔离器U1的阴极与电阻RS的另一端连接，光耦隔离器U1的集电极与比较器U2的反相输入端相接且通过电阻R3与供电电源的输出端VCC相接，光耦隔离器U1的发射极接地，比较器U2的同相输入端与第二参考电源的输出端Vref2相接。本实用新型功耗低、抗干扰能力强、实现方便、成本低、工作稳定以及可靠性高，能够快速、有效地检测过流或短路故障。

Description

一种低功耗过流信号隔离检测电路
技术领域
本实用新型属于过流或短路故障保护技术领域，具体涉及一种低功耗过流信号隔离检测电路。
背景技术
随着电子技术的快速发展，开关变换器保护电路设计也成为确保变换器安全工作至关重要的一部分。
目前，开关变换器的保护方案有很多，过流或短路保护电路、过压保护电路等。电路的过流和短路有很多的相似性，同时又有很多本质上的区别。过流是指流经负载的电流超过电源的额定输出电流，如果设备长时间工作在过流状态会损坏设备，电源也可能由于长时间工作在满负荷的状态下而损坏；短路是指当负载相当于一根导线时，从开关变换器流出的电流瞬间变大，或如全桥或半桥变换器的开关出现直通短路等故障，将会导致变换器的损坏，所以过流以及短路保护电路在电路当中具有重要作用。对于过流或短路保护电路，需要采样电流信号，检测电流的方式有很多，如串联电阻、电流传感器、电流互感器等。
串联电阻型保护电路需要电流采样电阻，如果采样电阻比较大，电阻上会流过很大的电流，增加了电路额外的功耗，若采用小阻值电流采样电阻，则需将信号进行处理、放大，这样会使电路结构变得复杂，增加成本；串联电阻采样电流信号的另一问题是不能实现隔离。
电流传感器型检测电路，由于受带宽限制，保护速度可能达不到要求，而且一般电流传感器又比较昂贵。如最常用的电流传感器——霍尔电流传感器，其价格较高，响应速度不够快，小电流时精度低，而大部分电流传感器需要外加电源才能正常工作，这又使得电路结构变得复杂。对于电流互感器检测电路，不适于直流或低频电流信号的测量，应用受到限制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低功耗过流信号隔离检测电路，其结构简单、功耗低、抗干扰能力强、实现方便、成本低、工作稳定以及可靠性高，能够快速、有效地检测过流或短路故障，具有更好的推广应用价值。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：包括光耦隔离器U1和比较器U2，以及电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1的一端与电阻RS的一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的正极电压输入端IN+，所述光耦隔离器U1的阳极与电阻R1的另一端相接，且通过电阻R2与第一参考电源的输出端Vref1相接，所述光耦隔离器U1的阴极与电阻RS的另一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的负极电压输入端IN-，所述光耦隔离器U1的集电极与比较器U2的反相输入端相接且通过电阻R3与供电电源的输出端VCC相接，所述光耦隔离器U1的发射极接地，所述比较器U2的同相输入端与第二参考电源的输出端Vref2相接，所述比较器U2的输出端为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的输出端Vout，且通过电阻R4与供电电源的输出端VCC相接。
上述的一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：所述光耦隔离器U1的型号为6N137。
上述的一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为TLV3501。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型的电路结构简单、设计合理、实现方便且成本低。
2、本实用新型可检测的电流值变化范围大，并可实现主电路和保护电路的隔离，工作可靠性高。
3、本实用新型能够快速检测电路中的过流或短路信号，响应速度快，确保电路更安全可靠。
4、本实用新型通过选择较小的取样电阻，使得在流过较大电流时，产生的功耗也很小，且能够检测电流值的变化范围较大。
5、本实用新型使用时，当待检测电路正常工作时，光耦隔离器不导通，降低了功耗，当待检测电路出现故障时，光耦隔离器导通且是瞬间导通，导通后其功耗也非常低，同时光耦隔离器的使用也大大提高了检测电路的响应速度；通过选择低功耗以及快速的比较器，能够进一步降低整个电路的功耗，同时与光耦隔离器合理的配合(即比较器对故障信号的响应速度要大于光耦隔离器对故障信号的传输速度)，又进一步的提高了电路的响应速度，所述本实用新型对于低频、中频、高频信号都能较好的响应。
6、本实用新型电路具有很强的抗干扰特性，提高了整体电路的稳定性。
7、本实用新型适用于直流、低频、高频电流信号的检测，适应范围广，实用性强，具有良好的应用推广价值。
综上所述，本实用新型结构简单、功耗低、抗干扰能力强、实现方便、成本低、工作稳定以及可靠性高，能够快速、有效地检测过流或短路故障，具有更好的推广应用价值。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
图2为将本实用新型应用在BUCK开关变换电路中的电路原理图。
附图标记说明:
1—BUCK开关变换电路；2—PWM控制与驱动电路；
3—过流或短路故障信号隔离检测电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的过流或短路故障信号隔离检测电路，包括光耦隔离器U1和比较器U2，以及电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1的一端与电阻RS的一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路3的正极电压输入端IN+，所述光耦隔离器U1的阳极与电阻R1的另一端相接，且通过电阻R2与第一参考电源的输出端Vref1相接，所述光耦隔离器U1的阴极与电阻RS的另一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路3的负极电压输入端IN-，所述光耦隔离器U1的集电极与比较器U2的反相输入端相接且通过电阻R3与供电电源的输出端VCC相接，所述光耦隔离器U1的发射极接地，所述比较器U2的同相输入端与第二参考电源的输出端Vref2相接，所述比较器U2的输出端为所述过流或短路故障信号隔离检测电路3的输出端Vout，且通过电阻R4与供电电源的输出端VCC相接。
本实施例中，所述光耦隔离器U1的型号为6N137。
本实施例中，所述比较器U2的型号为TLV3501。
本实用新型的过流或短路故障信号隔离检测电路3，型号为6N137光耦隔离器U1用于实现过流或短路信号隔离传输，由于光耦隔离器U1的输入端存在一固有的正向压降，为确保通过较小采样电阻RS获得的故障电压信号正比于电流信号能通过光耦隔离器U1顺利传输，引入第一参考电源，并将第一参考电源的输出电压Vref1与采样电流信号分别通过电阻R2及R1进行叠加后作用于光耦隔离器U1。
电路正常工作时，叠加在光耦隔离器U1输入端上的电压未能达到光耦隔离器U1的固有正向压降，不足以使光耦隔离器U1导通，因此，比较器U2的反相输入端电压值接近供电电源的输出电压VCC，由于比较器U2的同相输入端电压Vref2<VCC，因此比较器U2输出低电平。
电路出现过流或短路故障时，电阻RS上产生的电压信号变大，与第一参考电源的输出电压Vref1叠加后大于光耦隔离器U1的固有正向压降，光耦隔离器U1导通，使得比较器U2的反相输入端电压值接近零，而小于比较器U2的同相输入端电压Vref2，因此比较器U2输出高电平。
例如，如图2所示，将本实用新型的过流或短路故障信号隔离检测电路3应用在BUCK开关变换电路1中，BUCK开关变换电路1包括PMOS开关管Vt1P沟道增强型MOSFET开关管、续流二极管D1、储能电感L1和输出滤波电容C1，PMOS开关管Vt1的栅极与PWM控制与驱动电路2的输出端连接，续流二极管D1的阳极接地，续流二极管D1的阴极和电感L1的一端均与PMOS开关管Vt1的漏极相接，电感L1的另一端为BUCK开关变换电路1的正极电压输出端Vo+，输出滤波电容C1的正极与BUCK开关变换电路1的正极电压输出端Vo+相接，输出滤波电容C1的负极为BUCK开关变换电路1的负极电压输出端Vo-且接地；负载RL的一端与BUCK开关变换电路1的正极电压输出端Vo+连接，本实用新型的过流或短路故障信号隔离检测电路3的正极电压输入端IN+与负载RL的另一端连接，本实用新型的过流或短路故障信号隔离检测电路3的负极电压输入端IN-与BUCK开关变换电路1的负极电压输出端Vo-连接。
以上应用实例的工作原理为：
BUCK开关变换电路1正常工作时，叠加在光耦隔离器U1输入端上的电压未能达到光耦隔离器U1的固有正向压降，不足以使光耦隔离器U1导通，此时，比较器U2的反相输入端电压值接近供电电源的输出电压VCC，大于比较器U2的同相输入端的电压Vref2，比较器U2输出低电平，BUCK开关变换电路1和PWM控制与驱动电路2正常工作。
BUCK开关变换电路1出现过流或短路故障时，随着输出电流变大，电阻RS上产生的电压信号变大，与第一参考电源的输出电压Vref1叠加后大于光耦隔离器U1的固有正向压降，光耦隔离器U1导通，使得比较器U2的反相输入端电压值接近零，而小于比较器U2的同相输入端电压Vref2，比较器U2输出高电平，该高电平作用于PWM控制与驱动电路2，PWM控制与驱动电路2控制PMOS开关管Vt1，使BUCK开关变换电路1停止工作，输出为零，确保BUCK开关变换电路1不因过流或短路故障而损坏。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：包括光耦隔离器U1和比较器U2，以及电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1的一端与电阻RS的一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路(3)的正极电压输入端IN+，所述光耦隔离器U1的阳极与电阻R1的另一端相接，且通过电阻R2与第一参考电源的输出端Vref1相接，所述光耦隔离器U1的阴极与电阻RS的另一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路(3)的负极电压输入端IN-，所述光耦隔离器U1的集电极与比较器U2的反相输入端相接且通过电阻R3与供电电源的输出端VCC相接，所述光耦隔离器U1的发射极接地，所述比较器U2的同相输入端与第二参考电源的输出端Vref2相接，所述比较器U2的输出端为所述过流或短路故障信号隔离检测电路(3)的输出端Vout，且通过电阻R4与供电电源的输出端VCC相接。
2.按照权利要求1所述的一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：所述光耦隔离器U1的型号为6N137。
3.按照权利要求1所述的一种低功耗过流信号隔离检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为TLV3501。
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