CN209088519U - 一种过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种过流保护电路，该电路通过微电流源电路采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出输出电流；并通过比较所述输出电流与过流电流阈值之间的大小关系，以得出比较结果；以及通过控制电路根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态；从而使信号输出电路根据所述开关状态输出电平信号。实施本实用新型实施例，可降低过流保护电路复杂度以及降低电路成本，有利于市场推广。

Description

一种过流保护电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种过流保护电路。
背景技术
现如今，过流保护电路已成为产品中不可或缺的电路，并且过流保护电路的方式也是多种多样，但是成本都比较高。例如现有技术中常常采用霍尔传感器等元器件组成过流保护电路，不仅电路复杂而且成本高。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种过流保护电路，旨在解决现有技术中过流保护电路结构复杂，成本高等问题。
本实用新型实施例提供了一种过流保护电路，该电路包括：
微电流源电路，用于与采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出输出电流；
比较电路，连接于所述微电流源电路，用于比较所述输出电流与过流电流阈值之间的大小关系，以得出比较结果；
控制电路，包括开关元件，所述控制电路连接于所述比较电路以及微电流源电路，用于根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态；
信号输出电路，连接于所述控制电路，用于根据所述开关状态输出电平信号。
进一步地，所述微电流源电路包括第一微电流源以及第二微电流源；
所述第一微电流源用于与所述采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第一输出电流；
所述第二微电流源连接于所述第一微电流源，用于与所述采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第二输出电流。
进一步地，所述第一微电流源包括第一电阻、第二电阻以及第一三极管对管，所述第一三极管对管包括第一三极管以及第二三极管；
所述第一三极管的基极与集电极连接，所述第一三极管的集电极通过所述第一电阻与所述比较电路的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述开关元件的第二端连接且用于与所述采样电阻的第一端连接；
所述第二三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述比较电路的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第二电阻与所述采样电阻的第二端连接。
进一步地，所述第二微电流源包括第三电阻、第四电阻以及第二三极管对管，所述第二三极管对管包括第三三极管以及第四三极管；
所述第三三极管的基极与集电极连接，所述第三三极管的集电极通过所述第三电阻与所述比较电路的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述控制电路的第二端连接且用于与所述采样电阻的第一端连接；
所述第四三极管的基极与所述第三三极管的基极连接，所述第四三极管的集电极与所述比较电路的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第四三极管的发射极通过所述第四电阻与所述开关元件的第二端以及与所述采样电阻的第一端连接。
进一步地，所述比较电路包括第一电压源以及第三三极管对管，所述第三三极管对管包括第五三极管以及第六三极管；
所述第五三极管的基极与集电极连接，所述第五三极管的集电极作为所述比较电路的第一端与所述微电流源电路连接，所述第五三极管的发射极与所述第一电压源连接；
所述第六三极管的基极与所述第五三极管的基极连接，所述第六三极管的集电极作为所述比较电路的第二端与所述微电流源电路连接，所述第六三极管的发射极与所述第一电压源连接。
进一步地，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管为NPN型三极管；所述第五三极管以及第六三极管为PNP型三极管。
进一步地，所述开关元件为第七三极管；所述第七三极管的基极作为所述开关元件的第一端与所述比较电路的第二端连接；
所述第七三极管的集电极作为所述开关元件的第二端与所述微电流源电路中第一三极管的发射极连接；
所述第七三极管的发射极作为所述开关元件的第三端与所述信号输出电路连接。
进一步地，所述第七三极管为PNP型三极管。
进一步地，所述信号输出电路包括第三电压源、第二电压源、第五电阻、第六电阻、隔离元件以及输出管脚，所述隔离元件包括第一侧以及第二侧，所述第一侧包括第一端以及第二端，所述第二侧包括第三端以及第四端。其中，第三电压源可与第一电压源相同。
所述隔离元件的第一端通过所述第五电阻与所述第一电压源连接，所述隔离元件的第二端与所述控制电路中开关元件的第三端连接；所述隔离元件的第三端与所述第二电压源连接，所述隔离元件的第四端与输出管脚连接以及通过所述第六电阻接地。
进一步地，所述开关状态包括导通状态以及截止状态；所述隔离元件为光耦器，若所述开关状态为导通状态，所述隔离元件的第一侧导通，所述输出管脚输出高电平的电平信号。
本实用新型实施例通过微电流源电路采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出输出电流；并通过比较所述输出电流与过流电流阈值之间的大小关系，以得出比较结果；以及通过控制电路根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态；从而使信号输出电路根据所述开关状态输出电平信号。实施本实用新型实施例，可降低过流保护电路复杂度以及降低电路成本，有利于市场推广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本实用新型一实施例中一种过流保护电路的原理框图；
图2为本实用新型一实施例中一种过流保护电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中技术方案进行清楚、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。基于本实用新型中实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参照图1，其为本实用新型一实施例中一种过流保护电路100的原理框图。该过流保护电路100包括微电流源电路110、比较电路120、控制电路130以及信号输出电路140。
微电流源电路110，用于与采样电阻RS连接，以采集所述采样电阻RS的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出输出电流。
其中，所述采样电路110用于与采样电阻RS连接，该采样电阻RS可设置于各类电路中，例如采样电阻RS可设置于逆变回路，其中，逆变回路200可包括多个IGBT(InSuLatedGate BipoLar TranSiStor，绝缘栅双极型晶体管)，本实用新型实施例并不限制逆变回路200的结构以及组成部分。
本实用新型实施例并不对采样电阻RS所在的电路作出限制。采样电阻RS可设于逆变回路中W相、V相、U相、母线等位置，本实用新型实施例并不对采样电阻RS所在的位置作出限制。具体请参照图2，其为本实用新型一实施例中一种过流保护电路100的电路图。所述输出电流包括第一输出电流以及第二输出电流，所述微电流源电路110包括第一微电流源以及第二微电流源；
所述第一微电流源用于与所述采样电阻RS连接，以采集所述采样电阻RS的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第一输出电流；
所述第二微电流源连接于所述第一微电流源，用于与所述采样电阻RS连接，以采集所述采样电阻RS的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第二输出电流。
进一步地，所述第一微电流源包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一三极管对管M1，所述第一三极管对管M1包括第一三极管Q1以及第二三极管Q2；
所述第一三极管Q1的基极与集电极连接，所述第一三极管Q1的集电极通过所述第一电阻R1与所述比较电路120的第一端连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述控制电路130中开关元件的的第二端连接且用于与所述采样电阻RS的第一端连接；
所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第二三极管Q2的集电极与所述比较电路120的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第二三极管Q2的发射极通过所述第二电阻R2与所述采样电阻RS的第二端连接。
其中，所述第一三极管Q1以及第二三极管Q2为NPN型三极管。
进一步地，所述第二微电流源包括第三电阻R3、第四电阻R4以及第二三极管对管M2，所述第二三极管对管M2包括第三三极管Q3以及第四三极管Q4；
所述第三三极管Q3的基极与集电极连接，所述第三三极管Q3的集电极通过所述第三电阻R3与所述比较电路120的第一端连接，所述第三三极管Q3的发射极用于与所述采样电阻RS的第二端连接；
所述第四三极管Q4的基极与所述第三三极管Q3的基极连接，所述第四三极管Q4的集电极与所述比较电路120的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第四三极管Q4的发射极通过所述第四电阻R4与开关元件的第二端以及与所述采样电阻RS的第一端连接。
其中，所述第三三极管Q3以及第四三极管Q4为NPN型三极管。
比较电路120，连接于所述微电流源电路110，用于比较所述输出电流与过流电流阈值之间的大小关系，以得出比较结果。
如图2所示，所述比较电路120包括第一电压源VCC1以及第三三极管对管M3，所述第三三极管对管M3包括第五三极管Q5以及第六三极管Q6；
所述第五三极管Q5的基极与集电极连接，所述第五三极管Q5的集电极作为所述比较电路120的第一端与所述微电流源电路110连接，所述第五三极管Q5的发射极与所述第一电压源VCC1连接；
所述第六三极管Q6的基极与所述第五三极管Q5的基极连接，所述第六三极管Q6的集电极作为所述比较电路120的第二端与所述微电流源电路110连接，所述第六三极管Q6的发射极与所述第一电压源VCC1连接。
进一步地，所述第五三极管Q5以及第六三极管Q6为PNP型三极管。
控制电路130，包括开关元件，所述控制电路130连接于所述比较电路120以及微电流源电路110，用于根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态。
如图2所示，所述开关元件为第七三极管Q7；所述第七三极管Q7的基极作为所述开关元件的第一端分别与所述微电流源电路110中第二三极管Q2的集电极以及所述第四三极管的集电极连接，所述第七三极管Q7的基极作为所述开关元件的第一端还与所述比较电路120的第二端连接。
所述第七三极管Q7的集电极与第一三极管Q1的发射极连接以及通过所述微电流源电路110中第四电阻R4与所述四三极管Q4的发射极连接。
所述第七三极管Q7的发射极作为所述开关元件的第三端与所述信号输出电路140连接。
进一步地，所述第七三极管Q7为PNP型三极管。
信号输出电路140，连接于所述控制电路130，用于根据所述开关状态输出电平信号。
如图2所示，所述信号输出电路140包括第三电压源VCC3、第二电压源VCC2、第五电阻R5、第六电阻R6、隔离元件CP1以及输出管脚OC，所述隔离元件CP1包括第一侧以及第二侧，所述第一侧包括第一端以及第二端，所述第二侧包括第三端以及第四端；
所述隔离元件CP1的第一端通过所述第五电阻R5与所述第一电压源VCC1连接，所述隔离元件CP1的第二端与所述控制电路130中开关元件的第三端连接；所述隔离元件CP1的第三端与所述第二电压源VCC2连接，所述隔离元件CP1的第四端与输出管脚OC连接以及通过所述第六电阻R6接地。
其中，所述隔离元件可以为光耦器、电磁隔离芯片或者电容隔离芯片等等，第三电压源可与第一电压源相同。
进一步地，所述开关状态包括导通状态以及截止状态；所述隔离元件CP1为光耦器，若所述开关状态为导通状态，所述隔离元件CP1的第一侧导通，所述输出管脚OC输出高电平的电平信号。
具体实施中，如图2所示，采样电阻RS设置于逆变回路中W相上，采样电阻RS的采样电压UW1-W记为UW1-W。过流电流阈值对应的采样电阻RS的采样电压UW1-W记为UL。
第一三极管Q1、第一电阻R1以及第二电阻R2组成第一微电流源，第二三极管Q2、第三电阻R3以及第四电阻R4组成第二微电流源。流经第三三极管对管M3中第五三极管Q5的发射极电流等于流经第一电阻R1与第三电阻R3的电流之和(即过流电流阈值)；若流经采样电阻RS的电流未出现过流现象，流经第三三极管对管M3中第六三极管Q6的发射极电流等于流经第二电阻R2与第四电阻R4的电流之和(即输出电流)。若流经采样电阻RS的电流出现过流现象，流经第三三极管对管M3中第六三极管Q6的发射极电流等于流经第二电阻R2、第四电阻R4以及第七三极管Q7的基极电流的电流之和。第五三极管Q5的发射极所能提供的最大电流等于第六三极管Q6发射极电流。
下面就过流保护电路100不同的工作状态进行说明：
(1)若流经采样电阻RS的电流未出现过流现象，通过比较单元中第三三极管对管M3对流经第二电阻R2与第四电阻R4的电流之和(即输出电流)与流经第一电阻R1与第三电阻R3的电流之和(即过流电流阈值)进行比较，得出的比较结果为：流经第二电阻R2与第四电阻R4的电流之和(即输出电流)小于流经第一电阻R1与第三电阻R3的电流之和(即过流电流阈值)。
根据比较电路120比较所得出的比较结果，第六三极管Q6的发射极可提供第二电阻R2与第四电阻R4所需的电流。控制电路130中第七三极管Q7的基极没有电流通过，则第七三极管Q7截止，即控制电路130根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态保持为截止状态。若开关状态为截止状态，信号输出电路140中隔离元件CP1的第一侧截止，则输出管脚OC输出用于表示电路正常的电平信号，该用于表示电路正常的电平信号可以为低电平信号。
(2)若流经采样电阻RS的电流方向为W1端流向W端，此时采样电阻RS的采样电压UW1-W为正，由于第一三极管对管M1的基极与发射极之间的压差很小，故第二电阻R2两端的电压近似等于UW1-W，流经第二电阻R2的电流为UW1-W/R2。
若流经采样电阻RS的电流出现过流现象，即采样电阻RS的采样电压UW1-W大于过流电流阈值对应的采样电阻RS的采样电压UW1-W，第二电阻R2两端的电压逐渐增大，第四电阻R4两端的电压逐渐减小，进而导致流经第二电阻R2的电流逐渐增大，以及导致流经第四电阻R4的电流逐渐减小至零。此时，比较单元所得出的比较结果为：流经第二电阻R2与第四电阻R4的电流之和(即输出电流)大于流经第一电阻R1与第三电阻R3的电流之和(即过流电流阈值)。
根据比较电路120比较所得出的比较结果，第六三极管Q6的发射极已不能提供第二电阻R2所需的电流，控制电路130中第七三极管Q7的基极有电流通过，则第七三极管Q7导通，即控制电路130根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态保持为导通状态。若开关状态为导通状态，信号输出电路140中隔离元件CP1的第一侧导通，则输出管脚OC输出用于表示电路异常的电平信号，该用于表示电路异常的电平信号可以为高电平信号。
(3)若流经采样电阻RS的电流方向为W端流向W1端，此时采样电阻RS的采样电压UW1-W为负，由于第二三极管对管M2的基极与发射极之间的压差很小，故第四电阻R4两端的电压近似等于－UW1-W，流经第四电阻R4的电流为－UW1-W/R4。
若流经采样电阻RS的电流出现过流现象，即采样电阻RS的采样电压UW1-W大于过流电流阈值对应的采样电阻RS的采样电压UW1-W。第四电阻R4两端的电压逐渐增大，第二电阻R2两端的电压逐渐减小，进而导致流经第四电阻R4的电流逐渐增大，以及导致流经第二电阻R2的电流逐渐减小至零。此时，比较单元所得出的比较结果为：流经第二电阻R2与第四电阻R4的电流之和(即输出电流)大于流经第一电阻R1与第三电阻R3的电流之和(即过流电流阈值)。
根据比较电路120比较所得出的比较结果，第六三极管Q6的发射极已不能提供第四电阻R4所需的电流。控制电路130中第七三极管Q7的基极有电流通过，则第七三极管Q7导通，即控制电路130根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态保持为导通状态。若开关状态为导通状态，信号输出电路140中隔离元件CP1的第一侧导通，则输出管脚OC输出用于表示电路异常的电平信号，该用于表示电路异常的电平信号可以为高电平信号。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：
微电流源电路，用于与采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出输出电流；
比较电路，连接于所述微电流源电路，用于比较所述输出电流与过流电流阈值之间的大小关系，以得出比较结果；
控制电路，包括开关元件，所述控制电路连接于所述比较电路以及微电流源电路，用于根据所述比较结果控制所述开关元件的开关状态；
信号输出电路，连接于所述控制电路，用于根据所述开关状态输出电平信号。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述微电流源电路包括第一微电流源以及第二微电流源；
所述第一微电流源用于与所述采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第一输出电流；
所述第二微电流源用于与所述采样电阻连接，以采集所述采样电阻的采样电压，并根据所采集到的采样电压得出第二输出电流。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一微电流源包括第一电阻、第二电阻以及第一三极管对管，所述第一三极管对管包括第一三极管以及第二三极管；
所述第一三极管的基极与集电极连接，所述第一三极管的集电极通过所述第一电阻与所述比较电路的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述开关元件的第二端连接且用于与所述采样电阻的第一端连接；
所述第二三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述比较电路的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第二电阻与所述采样电阻的第二端连接。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二微电流源包括第三电阻、第四电阻以及第二三极管对管，所述第二三极管对管包括第三三极管以及第四三极管；
所述第三三极管的基极与集电极连接，所述第三三极管的集电极通过所述第三电阻与所述比较电路的第一端连接，所述第三三极管的发射极用于与所述采样电阻的第二端连接；
所述第四三极管的基极与所述第三三极管的基极连接，所述第四三极管的集电极与所述比较电路的第二端连接且与所述开关元件的第一端连接，所述第四三极管的发射极通过所述第四电阻与所述开关元件的第二端以及与所述采样电阻的第一端连接。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述比较电路包括第一电压源以及第三三极管对管，所述第三三极管对管包括第五三极管以及第六三极管；
所述第五三极管的基极与集电极连接，所述第五三极管的集电极作为所述比较电路的第一端与所述微电流源电路连接，所述第五三极管的发射极与所述第一电压源连接；
所述第六三极管的基极与所述第五三极管的基极连接，所述第六三极管的集电极作为所述比较电路的第二端与所述微电流源电路连接，所述第六三极管的发射极与所述第一电压源连接。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管为NPN型三极管；所述第五三极管以及第六三极管为PNP型三极管。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述开关元件为第七三极管；所述第七三极管的基极作为所述开关元件的第一端与所述比较电路的第二端连接；
所述第七三极管的集电极作为所述开关元件的第二端与所述微电流源电路中第一三极管的发射极连接；
所述第七三极管的发射极作为所述开关元件的第三端与所述信号输出电路连接。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第七三极管为PNP型三极管。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述信号输出电路包括第三电压源、第二电压源、第五电阻、第六电阻、隔离元件以及输出管脚，所述隔离元件包括第一侧以及第二侧，所述第一侧包括第一端以及第二端，所述第二侧包括第三端以及第四端；
所述隔离元件的第一端通过所述第五电阻与所述第一电压源连接，所述隔离元件的第二端与所述控制电路中开关元件的第三端连接；所述隔离元件的第三端与所述第二电压源连接，所述隔离元件的第四端与输出管脚连接以及通过所述第六电阻接地。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述开关状态包括导通状态以及截止状态；所述隔离元件为光耦器，若所述开关状态为导通状态，所述隔离元件的第一侧导通，所述输出管脚输出高电平的电平信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113964786A (zh) * 2021-07-23 2022-01-21 南京华士电子科技有限公司 一种输出电流可监控的过流后强制关断的长寿命输出电路

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