CN207664610U - 一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，包括电流采样电阻R1、热敏电阻R2、温度采样分压电阻R3、滤波电容C1以及开关驱动芯片。本实用新型提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，通过电流采样电阻侦测负载回路中的电流大小，形成电流采样电压，通过热敏电阻侦测负载表面温度，形成温度采样电压，并将电流采样电压和温度采样电压叠加之后输入到开关驱动芯片，当负载回路电流高于正常允许可持续电流范围，或者负载表面温度高于设定的温度保护点时，开关驱动芯片都将开启限流保护功能，降低整个负载回路的工作电流，从而限制负载的电流以及温度，实现了对负载限流及限温的双重保护。

Description

一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路。

背景技术

现有的家电产品中，为避免电路长时间以高于正常允许可持续电流范围的电流工作，通常会在电路中设计限流保护电路。现有的限流保护电路一般通过电流采样电路和开关驱动芯片组成，其工作时，通过检测电流采样电路中采样电阻的电流大小，若实际流过采样电阻的电流超过设定的正常可持续电流范围，通过开关驱动芯片减小串联在负载和采样电阻之间的开关电路的占空比等办法，用以降低流过采样电阻的电流，直到流过采样电阻的电流在正常允许可持续电流范围内时停止，进而将负载回路中的电流限制在正常允许可持续电流范围内，避免负载或开关电路等受到较长时间的过电流冲击而受损。

然而，仅设置过电流限流保护，并不能确保电路能够稳定安全的工作，特别是异常状况下的温度过高问题，是无法单独依靠过电流限流保护来避免的：比如当负载是电机绕组线圈的情况下，若电机异常堵转，虽然电机依然工作在正常可持续额定电流范围内，然而电机堵转时将导致电机完全不能将电能转换为机械动能，不仅无法通过固定在电机传动轴上的扇叶使空气流通降温，反而把所有电能都转换成热能，这样势必导致负载温度快速上升。大量的热能将直接导致电机外壳温度升高，也会因为大量热能的空间辐射间接导致：开关电路温升异常、PCB线路温升异常、电流采样电阻温升异常等问题，最终会因为器件的高温造成器件的损坏或危险事故的发生。

所以通常还要在电路中设置温度保护电路，一般是在负载回路中串联一个功率型过温保护器，并把它安装在开关电路器件或者负载的表面，当这个功率型温度保护器侦测到温度过高时将自动断开回路，从而避免负载回路相关器件受到持续高温的冲击造成器件损坏和高温危险隐患的发生；或者在开关电路器件或负载的表面上固定信号型温度传感器，通过温度传感器比较器电路在过温时输出驱动复位信号给开关驱动芯片，通过开关驱动芯片控制开关电路断开负载供电回路，从而实现过温保护功能。然而功率型温度保护器的电流必须要比负载电流更大，需要留有一定的安全电流容余，这样就造成生产成本的浪费，同时功率型温度保护器的成本较高；而温度传感器比较器电路的组合元器件较多较复杂，需要占用较大的电路板空间。因此迫切需要一种成本更低，安装更简易的带限流及过温降额双重保护的电流采样电路。

实用新型内容

为解决上述现有技术中提到的不足，本实用新型提供一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，包括电流采样电阻R1、热敏电阻R2、温度采样分压电阻R3、滤波电容C1以及开关驱动芯片；所述电流采样电阻R1的一端分为两路，其中一路用于连接开关电路，另一路通过热敏电阻R2连接至所述开关驱动芯片的输入端；所述电流采样电阻R1的另一端连接至地线；所述热敏电阻R2与所述开关驱动芯片相连的一端还通过温度采样分压电阻R3连接至第一直流电源；所述开关驱动芯片的输入端通过滤波电容C1连接至地线；所述开关驱动芯片的输出端连接所述开关电路；当所述输入端输入的电压大于设定的输入电压阀值时，所述开关驱动芯片启动限流保护功能，使通过所述开关电路的电流降低。

进一步地，所述热敏电阻R2为PTC型热敏电阻。

进一步地，所述热敏电阻R2的型号为SMDRBH-0603-471-85。

进一步地，所述电流采样电阻R1的电阻值为0.5Ω；所述温度采样分压电阻R3的电阻值为220kΩ。

进一步地，所述第一直流电源的输出电压为+5V。

本实用新型提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，通过电流采样电阻侦测负载回路中的电流大小，形成电流采样电压，通过热敏电阻侦测负载表面温度，形成温度采样电压，并将电流采样电压和温度采样电压叠加之后输入到开关驱动芯片，当负载回路电流高于正常允许可持续电流范围，或者负载表面温度高于设定的温度保护点时，开关驱动芯片都将开启限流保护功能，通过输出端发送控制信号到开关电路，降低整个负载回路的工作电流，从而限制了流过负载的电流以及负载的温度，实现了对负载限流及限温的双重保护功能。本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，使用的元器件少，结构简单，生产成本低且安装方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路。

附图标记：

10 开关驱动芯片 11 输入端 12 输出端

20 第一直流电源 30 第一节点 40 第二节点

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用于区分不同的组成部分。“一端”、“另一端”等类似词语，仅是指示装置或元件的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。“包括”或者“包含”等类似词语意指出在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

如图1所示，本实用新型提供一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，包括电流采样电阻R1、热敏电阻R2、温度采样分压电阻R3、滤波电容C1以及开关驱动芯片；所述电流采样电阻R1的一端分为两路，其中一路用于连接开关电路，另一路通过热敏电阻R2连接至所述开关驱动芯片的输入端；所述电流采样电阻R1的另一端连接至地线；所述热敏电阻R2与所述开关驱动芯片相连的一端还通过温度采样分压电阻R3连接至第一直流电源20；所述开关驱动芯片的输入端通过滤波电容C1连接至地线；所述开关驱动芯片的输出端连接所述开关电路；当所述输入端输入的电压大于设定的输入电压阀值时，所述开关驱动芯片启动限流保护功能，使通过所述开关电路的电流降低。

优选地，所述热敏电阻R2为PTC型热敏电阻。

优选地，所述热敏电阻R2的型号为SMDRBH-0603-471-85。

优选地，所述电流采样电阻R1的电阻值为0.5Ω；所述温度采样分压电阻R3的电阻值为220kΩ。

优选地，所述第一直流电源20的输出电压为+5V。

具体实施时，如图1所示，本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路包括电流采样电阻R1、热敏电阻R2、温度采样分压电阻R3、滤波电容C1以及开关驱动芯片10；电流采样电阻R1和开关电路串联连接在负载的供电回路上，开关电路用于控制负载供电回路的导通或者关断；电流采样电阻R1连接在开关电路与地线之间，电流采样电阻R1连接开关电路的一端为第一节点30，当开关电路控制负载回路导通时，流过电流采样电阻R1的电流大小与流过负载的电流大小相同，在第一节点30处的电压V1＝I*R1,其中，I为流过电流采样电阻R1的电流值，R1为电流采样电阻R1的电阻值；V1即为电流采样电压。

热敏电阻R2连接在所述第一节点30与开关驱动芯片10的输入端11之间，热敏电阻R2与开关驱动芯片10相连接的一端为第二节点40；热敏电阻R2在第二节点40处通过温度采样分压电阻R3连接至第一直流电源20，优选地，第一直流电源20的输出电压为+5V；因此热敏电阻R2上的分电压V2＝R2/(R2+R3)*(V3-V1)，其中：R2为热敏电阻R2的电阻值，R3为温度采样分压电阻R3的电阻值，V3为第一直流电源20的输出电压；V2即为温度采样电压；因此第二节点40处的电压，即开关驱动芯片10的输入端11的输入电压Vin＝V1+V2；当输入端11输入电压Vin大于开关驱动芯片10中预先设定的输入电压阀值，开关驱动芯片10启动限流保护功能，通过减小串联在负载和电流采样电阻R1之间的开关电路的占空比等办法，来降低流过电流采样电阻R1的电流大小，输入电压Vin超过设定的输入电压阀值的幅值越大，电流的降低幅度也相对越大。本实用新型实施例中，热敏电阻R2为PTC型热敏电阻，PTC型热敏电阻具有随着温度的升高其电阻值跟随升高的一般特性，同时具有在温度保护点之前电阻值相对较小，一旦超过温度保护点之后电阻值开始大幅度增大的特性。

本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路在实际应用时，当控制板与负载是一体封装(如环氧树脂成型封装)或者控制板与负载之间很接近可以有表面接触时，通过一个可直接安装在电路板上的0603贴片封装的PTC热敏电阻器，以直接接触或者短距离通过导热矽胶片等中间介质间接传导温度的方式，侦测负载或者开关电路等发热源的温度状况；热敏电阻器直接在板上就可以接触到发热源，不需要通过引线装配到发热源表面，可节省安装的材料和人力成本，是实现安装的一种优选方式；而控制板与负载或者开关电路之间的距离较远时，则通过引线将热敏电阻装配到负载或者开关电路等发热源表面，进行温度的侦测。

本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，具体工作原理描述如下：

其中热敏电阻R2的型号为SMDRBH-0603-471-85；此型号的热敏电阻特征为：25°常温下电阻值为470Ω，温度上升到85°左右时电阻值为4.7KΩ，温度继续上升到100°左右时电阻值为47KΩ；因此可将85°设定为温度保护点；对于不同产品和使用场合，电路所需的温度保护点一般是不同的，因此可根据实际需要选择热敏电阻R2的型号；

设定正常允许可持续电流为1A，电流采样电阻R1的电阻值为0.5Ω，开关驱动芯片10中设定的输入电压阀值即为0.5V；温度采样分压电阻R3选用电阻值为220kΩ的电阻；

热敏电阻R2的温度25°时，热敏电阻R2的电阻值为470Ω；

此时，单独的电流采样电压V1＝I*R1＝1*0.5＝0.5V；单独的温度采样电压V2＝470/(470+220000)*(5V-0.5V)＝0.00096V，此时温度采样电压V2远小于电流采样电压V1，温度采样电压V2可忽略不计，开关驱动芯片10的输入端11的输入电压Vin＝V1＝0.5V；此时开关驱动芯片10中限流保护功能的开启，主要由电流采样电压控制，若流过电流采样电阻R1的电流大于正常允许可持续电流，即负载回路发生过电流时，开关驱动芯片10的输入端11的输入电压Vin将大于开关驱动芯片10中设定的输入电压阀值，开关驱动芯片10开启限流保护功能，通过控制开关电路的占空比等办法，来降低流过电流采样电阻R1的电流大小，最终将负载回路中的电流限制在正常允许可持续电流范围内，避免负载和开关电路等受到较长时间的过电流冲击而受损。

热敏电阻R2的温度为85°时，热敏电阻R2的电阻值为4.7kΩ；

此时，单独的电流采样电压V1＝0.5V；单独的温度采样电压V2＝4700/(4700+220000)*(5V-0.5V)＝0.094V；此时开关驱动芯片10的输入端11的输入电压Vin＝V1+V2＝0.594V；温度采样电压V2占输入电压Vin的百分比＝(0.094/0.594)*100％＝15.8％；热敏电阻R2采样温度达到85°时，温度采样电压开始影响开关驱动芯片10限流保护功能的开启，此时开关驱动芯片10开启限流保护功能，降低负载回路中的电流，随着电流的降低，负载或者开关电路的温度也将随之降低。温度采样电压相对叠加之后的输入电压Vin的占比依然很小，开关驱动芯片10的限流保护功能主要由电流采样电压控制开启。

热敏电阻R2的温度为100°时，热敏电阻R2的电阻值为47kΩ；

此时，单独的电流采样电压V1＝0.5V；单独的温度采样电压V2＝47000/(47000+220000)*(5V-0.5V)＝0.79V；此时开关驱动芯片10的输入端11的输入电压Vin＝0.5V+0.79V＝1.29V，远超过0.5V的开关驱动芯片10设定的输入电压阀值，开关驱动芯片10将开启限流保护功能，大幅度降低负载回路中的电流，直到输入电压Vin被限制到设定的输入电压阀值以下才停止；当热敏电阻R2达到85°以上，即热敏电阻R2的温度超过设定的温度保护点时，热敏电阻R2的电阻值迅速增大，温度采样电压也在随之增大，温度采样电压占开关驱动芯片10的输入电源Vin的比例提高，温度采样电压和电流采样电压共同控制开关驱动芯片10限流保护功能的开启；随着温度采样电压逐步变大，负载回路中的电流也随之在开关驱动芯片10控制下逐步降低，直到负载或者开关电路的温度降低到设定的温度保护开始点之下。

本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，通过电流采样电阻R1侦测负载回路中的电流大小，形成电流采样电压，通过热敏电阻R2侦测负载表面温度，形成温度采样电压，并将电流采样电压和温度采样电压叠加之后输入到开关驱动芯片，当负载回路电流高于正常允许可持续电流范围，或者负载表面温度高于设定的温度保护点时，开关驱动芯片都将开启限流保护功能，通过输出端发送控制信号到开关电路，降低整个负载回路的工作电流，从而限制了负载的电流以及温度，实现了对负载限流及限温的双重保护功能。本实用新型实施例提供的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，使用的元器件少，结构简单，生产成本低且安装方便。

尽管本文中较多的使用了诸如电流采样电阻、热敏电阻、滤波电容、分压电阻、直流电源、开关驱动电路、开关电路等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，其特征在于：包括电流采样电阻R1、热敏电阻R2、温度采样分压电阻R3、滤波电容C1以及开关驱动芯片(10)；所述电流采样电阻R1的一端分为两路，其中一路用于连接开关电路，另一路通过所述热敏电阻R2连接至所述开关驱动芯片(10)的输入端；所述电流采样电阻R1的另一端连接至地线；所述热敏电阻R2与所述开关驱动芯片(10)相连的一端还通过所述温度采样分压电阻R3连接至第一直流电源(20)；所述开关驱动芯片(10)的输入端(11)通过所述滤波电容C1连接至地线；所述开关驱动芯片(10)的输出端(12)连接所述开关电路；当所述输入端(11)输入的电压大于设定的输入电压阀值时，所述开关驱动芯片(10)启动限流保护功能，使通过所述开关电路的电流降低。

2.根据权利要求1所述的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，其特征在于：所述热敏电阻R2为PTC型热敏电阻。

3.根据权利要求2所述的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，其特征在于：所述热敏电阻R2的型号为SMDRBH-0603-471-85。

4.根据权利要求1所述的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，其特征在于：所述电流采样电阻R1的电阻值为0.5Ω；所述温度采样分压电阻R3的电阻值为220kΩ。

5.根据权利要求1所述的低成本具有限流及限温功能的采样保护电路，其特征在于：所述第一直流电源(20)的输出电压为+5V。