CN205544244U - 基于恒流供电方式的过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于恒流供电方式的过流保护电路，包括负载电流检测电路、误差放大电路以及分流电路，所述误差放大电路由运算放大器与分压电阻组成，所述运算放大器的一个输入端和负载电流检测电路相连接收当前负载电流信号，所述运算放大器的另一个输入端连接预设电压端，所述运算放大器的输出端和分流电路相连。本实用新型提供的基于恒流供电方式的过流保护电路，通过设置负载电流检测电路、误差放大电路以及分流电路，当输入电流超过设定值时，启动过流分流部件，将多余部分电流从旁路分流，保持流过负载的电流在安全设定值内，避免负载功能失常或者损坏，为负载提供一定程度在线保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种过流保护电路，尤其涉及一种基于恒流供电方式的过流保护电路。
背景技术
电子技术发展日新月异，电源作为所有有源电子元器件的动力，在支撑电子元器件工作的同时，也直接影响着电子元器件的工作状态。电子元器件工作条件的多样化，也造成供电方式的多样化，总体来说电气设备的供电分为恒压供电和恒流供电。
目前应用最为广泛的是恒压供电，这种方式只要求输出电压稳定即可，而采用恒流供电的工作场合则相对较少。无论是哪种供电方式，对负载电路进行保护都必不可少，目前常用的保护电路主要是针对恒压供电方式设计。这类电路通常对输入端采取过压保护，如图1所示，防止如雷击、高压、短路等对电路的破坏，采用的措施相对简单，通常使用气体放电管、瞬变抑制二极管(TVS)，将负载端电压限制在安全范围内。恒流供电方式下对负载电路进行保护的电路很少，大部分只是在恒流源内部有一定的保护措施，实际电路中电流保护电路鲜有耳闻。但是实际工程应用中，恒流源供电方式下，依然会出现电流过大甚至出现浪涌冲击电流的情况，若没有相应保护电路处理，负载不能正常工作甚至被烧坏。
恒流供电方式下，供电电源与负载以串联的方式进行连接，在供电传输过程中，同样可能由于受雷击、地磁感应以及电源自身缺陷等产生瞬时冲击电流。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于恒流供电方式的过流保护电路，针对恒流供电方式下可能出现电流过大或者浪涌冲击电流，有效地对负载电路用电设备进行保护，避免负载功能失常或者损坏，为负载提供一定程度在线保护。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于恒流供电方式的过流保护电路，包括负载电流检测电路、误差放大电路以及分流电路，所述误差放大电路由运算放大器与分压电阻组成，所述运算放大器的一个输入端和负载电流检测电路相连接收当前负载电流信号，所述运算放大器的另一个输入端连接预设电压端，所述运算放大器的输出端和分流电路相连。
上述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其中，所述负载电流检测电路由电阻R1、电阻R3以及电压放大器组成；所述电阻R1的一端连接电压放大器的同相输入端，所述电阻R1的另一端连接电压放大器的反相输入端，所述电阻R3的一端连接电压放大器的输出端，所述电阻R3的另一端接地。
上述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其中，所述分流电路由电阻R9和MOS管组成，所述电阻R9的一端连接运算放大器的输出端，所述电阻R9的另一端连接MOS管的栅极，所述MOS管的漏极接恒流源输出端，所述MOS管的源极接地。
上述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其中，所述误差放大电路的分压电阻包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R8，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R5连接电压放大器的输出端，并通过电阻R6接地，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R8连接运算放大器的输出端，并通过电阻R4连接预设电压端。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的基于恒流供电方式的过流保护电路，通过设置负载电流检测电路、误差放大电路以及分流电路，当输入电流超过设定值时，启动过流分流部件，将多余部分电流从旁路分流，保持流过负载的电流在安全设定值内，避免负载功能失常或者损坏，为负载提供一定程度在线保护。
附图说明
图1为现有基于恒压供电方式的过压保护电路方框示意图；
图2为本实用新型基于恒流供电方式的过流保护电路原理框图；
图3为本实用新型基于恒流供电方式的过流保护电路示意图；
图4为采用本实用新型的过流保护电路的检测试验图；
图5a和5b分别是试验二过流保护试验示波器上对应的100A脉冲电流时流过保护电路之前和流过保护电路之后的对应电压显示图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型提供的基于恒流供电方式的过流保护电路，包括负载电流检测电路、误差放大电路和旁路分流电路三个部分。恒流供电方式下，供电电源与负载以串联的方式进行连接，在供电传输过程中，可能由于受雷击、地磁感应以及电源自身缺陷等产生瞬时冲击电流。
本实用新型结合电流在线检测，通过电流分流控制的方法，对负载的输入电流进行监控，将该电流与设定的正常电流进行比较。具体方法是：当输入电流超过设定值时，启动过流分流部件，将多余部分电流从旁路分流，保持流过负载的电流在安全设定值内，负载正常工作。而正常工作时，过流分流部件截止，无分流电流流过。通过这种方法，本实用新型实现了在正常供电及一定限度过流时，保护负载正常工作。如图2所示：正常工作时，过流分流不工作IIN＝IL，当检出过流时，超出部分IOV由过流分流部分分流，保持负载电流IL在限定值内。
请继续参见图3，电源检测元件R1和负载(电子设备)串联工作时，通过R1和电压放大器U2将负载电流IL转换为电压与设定电压(对应相应的安全设定电流)进行对比，当当前电压VA小于设定电压VSET时，表示当前负载电流在设定范围内，当当前电压VA趋近设定电压VSET时，过流分流器件Q10开始工作，其分流电流IOV满足IIN＝IL+IOV，当误差放大器增益足够大时，可实现IL不大于设定值。
本实用新型提供的基于恒流供电方式的过流保护电路，工作方式如下：
恒流供电方式下，要对负载电路进行保护，则首先要对流过负载的电流进行检测。本实用新型第一步是电流检测电路的设计，电流检测部分电路主要由电阻R1和R3，以及一个电压放大器U2组成。电阻R1作为电流检测用，两端分别接到电压放大器U2的同相输入和反相输入，电流变化时电阻R1两端的电压发生变化并以差分电压形式输出，电压放大器U2将电阻R1两端的差分电压信号进行放大，并转换为单端信号；电阻R3的两端分别接电压放大器U2的输出端和地。电流检测部分电路用于实现当流过电阻R1的电流发生变化时，放大器U2的输出电压VA发生变化，并且VA与电流IIN相关。
实现对负载输入电流的检测后，需要对检测电压和设定电压进行比较，并把两者差值进行放大，误差放大部分电路是为实现该功能。误差放大部分电路由电阻R4、R5、R6和R8以及运算放大器U7组成。其中电阻R5的两端分别接运算放大器U2的输出端和运算放大器U7的同相输入端；电阻R6的两端分别接运算放大器U7的同相输入端和地；电阻R4的两端分别接设定电压VSET和运算放大器U7的反相输入端；电阻R8的两端分别接运算放大器U7的反相输入端和输出端。当检测电压比设定电压大时，运算放大器两输入端存在电压差，通过运算放大器U7把该电压差放大。
分流电路主要由电阻R9和MOS管Q10组成。电阻R9的两端分别接运算放大器U7的输出端和MOS管的栅极；MOS管Q10的漏(Drain)极接电流源输出端，源(Source)极接地。由误差放大部分的运算放大器U7的输出控制MOS管Q10的导通状态。
当流过负载的电流过大时，电流检测部分电路的输出电压大于设定电压，继而运算放大器U7输出驱动MOS管Q10，使得MOS管Q10导通，导通程度正比于过流电流，实现过电流分流；多余电流从MOS管Q10流走，保持流过电阻R1的电流在限定范围内，从而检测电路的输出电压变小，电流达到正常工作电流时，检测电路的输出电压刚好等于参考电压，MOS管Q10不导通。整个电路形成一个闭环控制，最终流过负载的电流会稳定在设定的正常工作电流值，达到保护负载的效果。
本实用新型重点在于解决对恒流供电方式下，出现浪涌冲击电流时，对负载电路进行在线有效保护。为验证本实用新型对浪涌冲击电流分流的有效性，进行两组验证试验，试验中，设定起控保护电流为1.2ADC，电源为负载提供工作所需的1A直流电流。
试验一：输入电流为1.0ADC，经过本实用新型保护电路后，流过负载的电流为1.0ADC，试验结果表明，过流分流部件未启动。
试验二：输入工作电流1.0ADC，浪涌电流100ADC，经过本实用新型保护电路后，流过负载的电流脉冲值约为1.2A，详细参考图4，试验结果表明，浪涌冲击电流情况下本实用新型能有效保护负载,如图5a和5b所示。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (4)
1.一种基于恒流供电方式的过流保护电路，其特征在于，包括负载电流检测电路、误差放大电路以及分流电路，所述误差放大电路由运算放大器与分压电阻组成，所述运算放大器的一个输入端和负载电流检测电路相连接收当前负载电流信号，所述运算放大器的另一个输入端连接预设电压端，所述运算放大器的输出端和分流电路相连。
2.如权利要求1所述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其特征在于，所述负载电流检测电路由电阻R1、电阻R3以及电压放大器组成；所述电阻R1的一端连接电压放大器的同相输入端，所述电阻R1的另一端连接电压放大器的反相输入端，所述电阻R3的一端连接电压放大器的输出端，所述电阻R3的另一端接地。
3.如权利要求2所述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其特征在于，所述分流电路由电阻R9和MOS管组成，所述电阻R9的一端连接运算放大器的输出端，所述电阻R9的另一端连接MOS管的栅极，所述MOS管的漏极接恒流源输出端，所述MOS管的源极接地。
4.如权利要求3所述的基于恒流供电方式的过流保护电路，其特征在于，所述误差放大电路的分压电阻包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R8，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R5连接电压放大器的输出端，并通过电阻R6接地，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R8连接运算放大器的输出端，并通过电阻R4连接预设电压端。
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