CN206697909U - 高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备，该电路,包括开关、采样和放大电路、开关控制电路，开关分别连接电源输入端、开关控制电路、采样和放大电路，开关控制电路连接控制器，电源输出端连接采样和放大电路，采样和放大电路经控制器AD采样与控制器相连。利用控制器的A/D转换器进行采样，当A/D采样得到的值与所需要限制电流的值相同时，控制器的IO将输出低电平，迫使开关管关断，安全性和稳定性好，电流误差不会超过10mA，填补了市场空白，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源限流技术，尤其涉及一种高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备。
背景技术
限流保护就是达到一定值如:保护装置就会切断电路以便保护电气设备。
目前用于限流保护的芯片很多，但大多数都是常用的USB(5V)电源限流保护(例如DIODES的AP2552/53A等)。对于12V等的高压电源限流芯片却很少，一些如ST的STEF12PUR，虽说可以对12V限流，但限流大小在3A—5A之间，对于一些小电流的模块(例如12V/200mA)却起不了作用。
这种高压小电流的限流芯片市场上是没有的，但是无人机、无人车、支路电源比较多且需要电源保护的功能性模块，例如车载GPS导航、通讯模块等均需要所述的高压小电流的限流芯片，目前的做法包括：1)用分立的器件搭建；2)限流电路的开启和关闭需要软件配合执行。其涉及电路复杂，操作繁琐，但安全性和稳定性差，如很多公司都采用自恢复保险丝(NTC)来做限流保护。当后端电路(模块)过流时，保险丝会自动熔断。从而可以适当地保护前后端电路。但是自恢复保险是(NTC)的精度比较低，有至少100mA的峰值电流I trip，即：如果我们需要200mA的电流保护，如果用自恢复保险丝(NTC)，则可能在瞬时输出300mA的电流甚至更高(如表1：自恢复保险丝规格表)，这样后端的电路(模块)可能已经烧掉了。
表1：自恢复保险丝规格表
无法随时得知后端电路的电流值，根据电流的大小，主动关断开关。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高压小电流限流电路，结构简单，操作方便，安全性和稳定性好，电流误差不会超过10mA，填补了市场空白，具有广阔的市场前景。而且还能随时知道主动轮询采样后端输出电流的值，自主地关断开关,能随时知道后端负载工作时的电流，利于该电路根据实际应用环境，及时发现故障。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备，本实用新型通过器件的合理设计，精确地测量输出电流的大小，当输出电流达到需要限流的大小时关断电源，保护后端电路或模块，同时不影响整个电源的正常工作，而且电路简单，制造方便，有利于产品推广。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种高压小电流限流电路，包括开关、采样和放大电路、开关控制电路，开关分别连接电源输入端、开关控制电路、采样和放大电路，开关控制电路连接控制器，电源输出端连接采样和放大电路，采样和放大电路经控制器AD采样与控制器相连。
进一步的，开关控制电路包括三极管Q2、电阻R6、三极管Q3，开关分别连接电源输入端、电阻R5、采样和放大电路，电阻R5连接三极管Q2，三极管Q2分别于电阻R6、三极管Q3相连，电阻R6、三极管Q3均与控制器相连。
进一步的，电源输入端连接电阻R4，电阻R4连接电阻R5。
进一步的，采样和放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、放大器U1，开关分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端分别连接电源输出端、电阻R3的一端，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与放大器U1连接，放大器U1连接控制器。
进一步的，开关分别连接电容C5、放大器U1，电容C5与接地端相连，放大器U1连接接地端。
进一步的，三极管Q3经电容C6连接接地端，三极管Q2经电容C7接地，三极管Q3、三极管Q2的发射极均接地，电源输入端分别连接电容C1、电容C2，电容C1、电容C2均接地，电阻R1的另一端分别连接电容C3、电容C4，电容C3、电容C4均连接接地端。
进一步的，开关为开关管。
进一步的，控制器为MCU芯片，放大器U1连接MCU芯片的ADC端口，利用MCU芯片的A/D转换器进行采样。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种电源限流保护功能性模块，包括：所述高压小电流限流电路。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种无人运载设备，包括无人机或无人车，以及设置在无人机或无人车内的所述的高压小电流限流电路。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型示例的高压小电流限流电路，包括开关、采样和放大电路、开关控制电路，开关分别连接电源输入端、开关控制电路、采样和放大电路，开关控制电路连接控制器，电源输出端连接采样和放大电路，采样和放大电路经控制器AD采样与控制器相连，利用控制器的A/D转换器进行采样，当A/D采样得到的值与所需要限制电流的值相同(例如2V)时，控制器的IO将输出低电平，迫使开关管关断，安全性和稳定性好，电流误差不会超过10mA，填补了市场空白，具有广阔的市场前景。
2、本实用新型示例的高压小电流限流电路，整个电路所涉及电学器件少，电路简单，便于制造，所用器件价格便宜，便于产品普及。
3、本实用新型示例的高压小电流限流电路，控制器MCU主动轮询采样后端输出电流的值，随时知道后端负载工作时的电流，自主地关断开关管,根据实际应用环境，及时发现问题。
3、本实用新型示例的电源限流保护功能性模块，能用于高电压(如12V)、小电流(200mA)的功能模块的限流，用来保护模块安全。
4、本实用新型示例的无人运载设备,包括无人机或无人车，以及设置在无人机或无人车内的所述的高压小电流限流电路，当输出电流达到需要限流的大小时关断电源，保护后端电路或模块，同时不影响整个电源的正常工作，有效保护了无人运载设备的正常运行。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电路图。
具体实施方式
为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例：
如图1所示，一种高压小电流限流电路，电源输入端12V-IN分别连接电容C1、电容C2、电阻R4的一端、开关管Q1-P沟道场效应管AO3415的PIN2脚，电容C1、电容C2均分别接地，电阻R4的另一端与开关管Q1-P沟道场效应管AO3415的PIN1脚相连且均连接电阻R5的一端，开关管Q1-P沟道场效应管AO3415的PIN3脚分别连接电容C5的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端，电容C5的另一端接地，电阻R1的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C3的一端、电容C4的一端、电源输出端12V-OUT，电容C3的另一端、电容C4的另一端接地，电阻R2的另一端与放大器U1同向输入端PIN4脚相连，R3的另一端均与放大器U1(型号IN210)反向输入端PIN5脚相连，开关管Q1-P沟道场效应管AO3415的PIN3脚连接放大器U1的PIN3脚，放大器U1PIN2脚接地，放大器U1PIN2脚与PIN1脚连接，放大器U1输出端PIN6脚连接控制器MCU的ADC端口，利用控制器MCU的A/D转换器进行采样，当A/D采样得到的值与所需要限制电流的值相同(例如2V)时，控制器MCU的IO将输出低电平，迫使开关管关断。控制器MCU主动轮询采样后端输出电流的值，自主地关断开关管,控制器MCU能随时知道后端负载工作时的电流。
电阻R5的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极分别连接电容C7、电阻R6的一端、三极管Q3的集电极，电容C7接地，三极管Q2的发射极连接接地端，电阻R6的另一端连接控制器MCU的IO脚，三极管Q3的基极分别连接控制器MCU的中断脚INT、电容C6，电容C6接地，三极管Q3的发射极接地。
开关管Q1-P沟道场效应管AO3415：开关管Q1-P沟道场效应管AO3415用于控制后端负载电源的开启和关闭，当后端负载需要正常工作时，则开启开关管；当后端负载不需要工作或者工作时出现大电流异常时，则关闭开关管，切断电源。开关管Q1采用常用的P沟道场效应管AO3415，其导通电流最大可达4A，导通内阻约为50毫欧姆，自带ESD保护，完全可以满足需求。
采样和放大电路：采样电阻R1是0.1Ω误差1％的金属膜电阻，额定功率1/8W，后端负载电流全部由此电阻通过。放大器U1采用的是TI公司的电压输出、低侧或高侧测量、双向、零漂移系列分流监控器IN210。
精度如下：
– ±1％增益误差(整个温度范围内的最大值)
– 0.5μV/℃偏移漂移(最大值)
– 10ppm/℃增益漂移(最大值)。
三极管Q2：型号DTC114EE。
电容C1:22uF，误差20％10v，电容C2:0.1uF，误差20％50v，电容C3:22uF，误差20％10v，电容C4:0.1uF，误差20％50v，电容C5:0.1uF，误差20％50v，电容C6:0.1uF，误差20％50v，电容C7:0.1uF 20％50v，
电阻R2:100KΩ，电阻R3:100KΩ，电阻R4:3KΩ，电阻R5:2.2KΩ，电阻R6:1KΩ。
电路工作过程如下：
(1)上电之前，控制器MCU的IO脚无输出，CTRL信号由于后端无电源，输出为低电平，三极管Q3截止，三极管Q2截止，开关管Q1P-MOS管AO3415的PIN2和PIN1脚之间无压差，开关管Q1截止，12V_OUT输出为0V。
(2)当控制器MCU工作后，控制器MCU的IO脚输出为高电平，CTRL信号由于后端电源未开启，输出为低电平，三极管Q3截止，三极管Q2导通，使三极管Q2的集电极PIN3脚为低电平，这样开关管Q1的PIN2和PIN1脚之间由于电阻R4和R5分压，产生约5V的压差(计算公式为：R5/(R4+R5)×12)，这样开关管Q1P-MOS管AO3415导通，12V_OUT输出约12V电压给后端负载。
(3)当后端负载正常工作时(电流I小于200mA)，采样电阻R1(0.1欧姆)两端的压差直接反馈给精密运算放大器U1的同相端和反相端，也就是放大器U1的PIN4和PIN5脚。放大器U1的放大倍数为200V/V。这样控制器MCU的中断脚(INT)不会触发中断，也不会使三极管Q3导通。
(4)当负载正常过流时(指工作电流大于210mA)，放大器U1输出端PIN6脚连接控制器MCU的ADC端口，利用控制器MCU的A/D转换器进行采样，当A/D采样得到的值与所需要限制电流的值相同(例如2V)时，控制器MCU的IO将输出低电平，迫使开关管关断。控制器MCU主动轮询采样后端输出电流的值，自主地关断开关管,控制器MCU能随时知道后端负载工作时的电流。
本实施例的电源限流保护功能性模块，包括：所述高压小电流限流电路。
本实施例的无人机，包括：所述的高压小电流限流电路。
本实施例的无人车，包括：所述的高压小电流限流电路。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种高压小电流限流电路，其特征是，包括开关、采样和放大电路、开关控制电路，开关分别连接电源输入端、开关控制电路、采样和放大电路，开关控制电路连接控制器，电源输出端连接采样和放大电路，采样和放大电路经控制器AD采样与控制器相连。
2.根据权利要求1所述的高压小电流限流电路，其特征是，开关控制电路包括三极管Q2、电阻R6、三极管Q3，开关分别连接电源输入端、电阻R5、采样和放大电路，电阻R5连接三极管Q2，三极管Q2分别于电阻R6、三极管Q3相连，电阻R6、三极管Q3均与控制器相连。
3.根据权利要求2所述的高压小电流限流电路，其特征是，电源输入端连接电阻R4，电阻R4连接电阻R5。
4.根据权利要求3所述的高压小电流限流电路，其特征是，采样和放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、放大器U1，开关分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端分别连接电源输出端、电阻R3的一端，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与放大器U1连接，放大器U1连接控制器。
5.根据权利要求4所述的高压小电流限流电路，其特征是，开关分别连接电容C5、放大器U1，电容C5与接地端相连，放大器U1连接接地端。
6.根据权利要求5所述的高压小电流限流电路，其特征是，三极管Q3经电容C6连接接地端，三极管Q2经电容C7接地，三极管Q3、三极管Q2的发射极均接地，电源输入端分别连接电容C1、电容C2，电容C1、电容C2均接地，电阻R1的另一端分别连接电容C3、电容C4，电容C3、电容C4均连接接地端。
7.根据权利要求6所述的高压小电流限流电路，其特征是，开关为开关管。
8.根据权利要求7所述的高压小电流限流电路，其特征是，控制器为MCU芯片，放大器U1连接MCU芯片的ADC端口，利用MCU芯片的A/D转换器进行采样。
9.一种限流保护模块，其特征是，包括如权利要求1-8任一所述的高压小电流限流电路。
10.一种无人运载设备，其特征是，包括无人机或无人车，以及设置在无人机或无人车内的如权利要求1-8任一所述的高压小电流限流电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201720398038.8U CN206697909U (zh) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | 高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106972454A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-21 | 顺丰科技有限公司 | 高压小电流限流电路、限流保护模块及无人运载设备 |
| CN109960302A (zh) * | 2017-12-22 | 2019-07-02 | 和硕联合科技股份有限公司 | 限流电路结构及其控制方法 |
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2017
- 2017-04-17 CN CN201720398038.8U patent/CN206697909U/zh active Active
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