CN215120099U

CN215120099U - 一种负载保护电路及智能开关

Info

Publication number: CN215120099U
Application number: CN202120234707.4U
Authority: CN
Inventors: 谢商华; 刘振宇
Original assignee: Shenzhen Zhiqu Technology Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhiqu Technology Ltd
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2031-01-28

Abstract

本实用新型公开了一种负载保护电路及智能开关，该负载保护电路包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，采用霍尔原理将交流电流进行转换，得到交流电压；模数转换模块用于将所述交流电压进行转换，得到直流电压，并将直流电压输入到处理器模块；脉宽采集模块用于根据电路中的交流电流确定脉冲信号，并将脉冲信号输入到处理器模块；处理器模块用于根据直流电压和脉冲信号，确定控制信号，控制信号用于控制继电器开关模块动作，以简单的电路实现负载过流采集与保护。

Description

一种负载保护电路及智能开关

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种负载保护电路及智能开关。

背景技术

目前市面智能开关分为两种，一种是可以检测所接的负载功率，传统的是用专门的AFE电量计芯片方案来实现，另一种则是不检测负载的功率。

一般的智能开关都有限制负载的最大功率或者电流，在超过最大限制的负载功率或者电流时则进行自行保护，或者断电报警。如负载超标时，采用传统的电量计检测负载功率检测方式来实现需要专门的AFE计量芯片，增加成本以及电路的复杂度。不检测功率的智能开关就无法做到负载的功率检测，无法在接入超限制负载时提供有效的预警及保护，这种不检测功率的智能开关一旦超过限制功率往往就是烧坏保险丝。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种负载保护电路及智能开关。

本实用新型的第一方面提供一种负载保护电路，包括：继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，其中，所述继电器开关模块与所述霍尔电流传感器模块的一端相连，所述霍尔电流传感器模块另一端分别与所述脉宽采集模块的一端和所述模数转换模块的一端相连，所述脉宽采集模块的另一端和所述模数转换模块的另一端分别于所述处理器模块相连；

所述霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，采用霍尔原理将交流电流进行转换，得到交流电压；

所述模数转换模块用于将所述交流电压进行转换，得到直流电压，并将所述直流电压输入到所述处理器模块；

所述脉宽采集模块用于根据电路中的交流电流确定脉冲信号，并将所述脉冲信号输入到所述处理器模块；

所述处理器模块用于根据所述直流电压和所述脉冲信号，确定控制信号，所述控制信号用于控制所述继电器开关模块动作。

可选地，所述负载保护电路还包括保险模块，所述保险模块用于当电路中的电流超过预设值时，断开电路。

可选地，所述继电器开关模块至少包括继电器、电阻2R26、电容2C24、电容2C25和二极管2D6，其中，所述继电器包括控制极和受控开关极，其中，控制极PIN1和PIN2，PIN5和PIN8为受控开关极；所述PIN8与所述霍尔电流传感器模块相连；PIN5与输入电源正极相连，PIN1与电阻2R26的第二端相连，电阻2R26的第一端与+12V相连，电容2C25的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C25的第二端与电阻2R26的第二端相连，电容2C24的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C24的第二端与地相连。

可选地，所述继电器开关模块还包括驱动开关电路，所述驱动开关电路用于对继电器进行驱动，所述驱动开关电路包括场效应管2Q1、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7，其中，场效应管2Q1的漏极与PIN2相连，场效应管 2Q1的栅极与电阻2R19的第一端相连，电容2C14的第一端和稳压管2Z7的第一端分别与电阻2R19的第一端相连，并通过控制信号与所述处理器模块相连；所述场效应管2Q1的源极、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7的第二端分别与地相连。

可选地，所述继电器为机械继电器。

可选地，所述霍尔电流传感器模块包括霍尔电流传感器芯片和电容2C28；霍尔电流传感器芯片的第3管脚和第4管脚与继电器的PIN8相连，霍尔电流传感器芯片的第8管脚与电容2C28的第一端相连，且与VCC相连；电容2C28 的第二端与地相连，霍尔电流传感器芯片的第7管脚与所述脉宽采集模块相连。

可选地，所述脉宽采集模块包括比较器芯片、电阻2R29、电阻2R30、电容2C31、电容2C29、电阻2R32、电阻2R31和电容2C30；

比较器芯片的第4管脚与霍尔电流传感器芯片的第7管脚相连；比较器芯片的第3管脚分别与电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第一端相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第二端与地相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31为所述比较器芯片提供参考电平输入；比较器芯片的第5管脚与电容2C29的第一端相连，且与VCC相连，电容2C29的第二端与地相连；电阻 2R32的第一端与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R31的第一端与电容2C29 的第一端相连，电阻2R31的第二端和电容2C30的第一端分别与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R32的第二端用于输出脉冲信号，与处理器模块相连。

可选地，所述模数转换模块包括电阻2R34、电阻2R33、二极管2D12和电容2C32；霍尔电流传感器芯片的第7管脚与电阻2R34的第一端相连，电阻 2R34的第二端分别与电阻2R33的第一端和二极管2D12的第一端相连，二极管2D12的第二端与电容2C32的第一端相连，且与处理器模块相连。

可选地，所述处理器模块用于根据所述霍尔电流传感器模块提供的电流和预设值的大小，通过控制信号对所述继电器开关模块进行开断控制。

本实用新型第二方面还提供一种智能开关，包括第一方面的负载保护电路。

本实用新型实施例提供一种负载保护电路及智能开关，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，采用霍尔原理将交流电流进行转换，得到交流电压；模数转换模块用于将所述交流电压进行转换，得到直流电压，并将直流电压输入到处理器模块；脉宽采集模块用于根据电路中的交流电流确定脉冲信号，并将脉冲信号输入到处理器模块；处理器模块用于根据直流电压和脉冲信号，确定控制信号，控制信号用于控制继电器开关模块动作，以简单的电路实现负载过流采集与保护。

附图说明

图1为本实用新型实施例中负载保护电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例中负载保护电路的连接示意图；

图3为本实用新型实施例中继电器开关模块的电路示意图；

图4为本实用新型实施例中霍尔电流传感器模块的电路示意图；

图5为本实用新型实施例中脉宽采集模块的电路示意图；

图6为本实用新型实施例中模数转换模块的电路示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1，本实用新型实施例中包括：一种负载保护电路，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，其中，所述继电器开关模块与所述霍尔电流传感器模块的一端相连，所述霍尔电流传感器模块另一端分别与所述脉宽采集模块的一端和所述模数转换模块的一端相连，所述脉宽采集模块的另一端和所述模数转换模块的另一端分别于所述处理器模块相连；

具体地，继电器开关电路即继电器开关模块受处理器模块控制开关，处理器模块这里不举例。处理器模块可以是单片机类或者其它类。

继电器的控制信号为图2中的RELAY1信号。

所述霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，并利用霍尔原理将电流转换成交流电压输出，输出的电压信号经过后级的ADC采集电路即模数转换模块以及脉宽采集电路即脉宽采集模块进一步转换成处理器可以识别的信号。

其中，ADC采集电路输出电压随电流变化的直流电压，用于判断灯具当前的电流大小。

脉宽采集电路输出脉宽随电流变化的脉冲信号，用于判断灯具的类型。由于不同的灯具类型，电流特性不一样，例如白炽灯是线性电流，荧光灯却是脉冲电流。根据不同的灯具来补偿ADC采集到的电压值。这样可以精确的测量出负载的工作电流。

灯具指的是常用的各类型灯具，如白炽灯，荧光灯，LED灯等。

当继电器电路闭合即继电器开关模块闭合，灯被点亮，霍尔电流传感器电路则实时测量负载的电流。当处理器检测到负载有超载或者电流异常时就可以通过继电器电路关断灯具的电，保护电路。同时通知用户存在超载问题。

本实用新型实施例提供一种负载保护电路，包括数字电源芯片，该数字电源芯片包括电源输入接口、使能输入接口和脉冲宽度调制接口，在电源输入接口接入预设电压、使能输入接口接入使能信号的情况下，向通过脉冲宽度调制接口连接的驱动子电路发送驱动信号，以使驱动子电路输出电源电压，以供中央处理芯片进行工作，控制智能化,可通过软体调试改变参数；数模组件组合优化,使用芯片处于最佳工作状态；集成度高,简化了外围参数；控制精度高,工作性能等到有效提升；模块化程度高,电源相数可自由组合设置,满足不同功率产品应用需求。

如图2所示，本实用新型实施例又提供一种负载保护电路，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，其中，所述继电器开关模块与所述霍尔电流传感器模块的一端相连，所述霍尔电流传感器模块另一端分别与所述脉宽采集模块的一端和所述模数转换模块的一端相连，所述脉宽采集模块的另一端和所述模数转换模块的另一端分别于所述处理器模块相连；

所述处理器模块用于根据所述直流电压和所述脉冲信号，确定控制信号，所述控制信号用于控制所述继电器开关模块动作；

所述负载保护电路还包括保险模块，所述保险模块用于当电路中的电流超过预设值时，断开电路。

具体的，负载保护电路包括保险丝，主要是当电路出现短路情况时可以强制保护，避免出现安全隐患。这主要是用于极端情况，如灯具短路时迅速熔断避免起火。

如图3所示，可选地，所述继电器开关模块至少包括继电器、电阻2R26、电容2C24、电容2C25和二极管2D6，其中，所述继电器包括控制极和受控开关极，其中，控制极PIN1和PIN2，PIN5和PIN8为受控开关极；所述PIN8与所述霍尔电流传感器模块相连；PIN5与输入电源正极相连，PIN1与电阻2R26的第二端相连，电阻2R26的第一端与+12V相连，电容2C25的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C25的第二端与电阻2R26的第二端相连，电容2C24的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C24的第二端与地相连。

具体地，2F1为贴片型保险丝，用于极端情况下负载短路保护。

2K1为机械继电器，控制极为PIN1和PIN2。PIN5和PIN8为受控开关极。通过通电PIN1和PIN2可以控制PIN5和PIN8断开和闭合。

电阻2R26为维持电阻，当2K1闭合时，用于维持2K1的闭合状态不断开。

电容2C24为电源滤波电容。

电容2C25为2K1的启动电容，用于在场效应管2Q1导通时，瞬间快速驱动 2K1从断开状态进入闭合状态。

二极管2D6为续流二极管，用于保护场效应管2Q1在断开时不被2K1的感应电压损坏。

场效应管2Q1,电阻2R19,电容2C14,稳压管2Z7为2K1的驱动开关电路。其中电阻2R19,电容2C14,稳压管2Z7为滤波电路，用于滤除RELAY1信号中的干扰。

可选地，所述继电器开关模块还包括驱动开关电路，所述驱动开关电路用于对继电器进行驱动，所述驱动开关电路包括场效应管2Q1、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7，其中，场效应管2Q1的漏极与PIN2相连，场效应管2Q1的栅极与电阻2R19的第一端相连，电容2C14的第一端和稳压管2Z7的第一端分别与电阻2R19的第一端相连，并通过控制信号与所述处理器模块相连；所述场效应管2Q1的源极、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7的第二端分别与地相连。

所述继电器为机械继电器。

如图4所示，可选地，所述霍尔电流传感器模块包括霍尔电流传感器芯片和电容2C28；霍尔电流传感器芯片的第3管脚和第4管脚与继电器的PIN8相连，霍尔电流传感器芯片的第8管脚与电容2C28的第一端相连，且与VCC相连；电容2C28的第二端与地相连，霍尔电流传感器芯片的第7管脚与所述脉宽采集模块相连。

具体地，2U6为霍尔电流传感器芯片。

电容2C28为芯片电源的去偶电容。

IS_OUT为传感器输出信号。此信号与PIN1,PIN2与PIN3,PIN4中流过的电流值成正比。与其上流过的电流波形保持等比例一致。

如图5所示，可选地，所述脉宽采集模块包括比较器芯片、电阻2R29、电阻2R30、电容2C31、电容2C29、电阻2R32、电阻2R31和电容2C30；

比较器芯片的第4管脚与霍尔电流传感器芯片的第7管脚相连；比较器芯片的第3管脚分别与电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第一端相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第二端与地相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31为所述比较器芯片提供参考电平输入；比较器芯片的第5管脚与电容2C29的第一端相连，且与VCC相连，电容2C29的第二端与地相连；电阻2R32的第一端与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R31的第一端与电容2C29的第一端相连，电阻 2R31的第二端和电容2C30的第一端分别与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R32的第二端用于输出脉冲信号，与处理器模块相连。

具体地，2U7为比较器芯片。其中PIN4连接到霍尔电流传感器输出信号。 PIN3为参考电平输入。

电阻2R29,电阻2R30,电容2C31为2U7的参考电平分压滤波电路。为2U7提供稳定的参考电压。

电容2C29为比较器芯片的电源去藕电容。

电阻2R32,电阻2R32,电容2C30为比较器芯片的输出电路。用于输出信号的滤波处理。最终C_S输出给后端的处理器芯片。

2U7的将电流传感器输出的曲线脉冲波形转换稳定的TTL电平脉冲宽度波形。

通过脉冲宽度可以实现对负载灯类型的识别。

如图6所示，可选地，所述模数转换模块包括电阻2R34、电阻2R33、二极管2D12和电容2C32；霍尔电流传感器芯片的第7管脚与电阻2R34的第一端相连，电阻2R34的第二端分别与电阻2R33的第一端和二极管2D12的第一端相连，二极管2D12的第二端与电容2C32的第一端相连，且与处理器模块相连。

具体地，IS_OUT信号来自霍尔电流传感器输出。

电阻2R34，电阻2R33为分压电路，将传感器输出的信号进行降低电压幅度处理。

二极管2D12为整流二极管，将传感器输出的交流信号整流为直流信号。

电容2C32将整流后的脉冲信号滤波为稳定的直流信号，输出为ADC4。

ADC4输出给到后级的处理器。

通过ADC4可以计算出霍尔电流传感器上流的电流，即灯具负载上流过的电流。

当电流超过预设值后，处理器可以通过控制RELAY1信号来断开灯具负载的电。

本实用新型实施例以简单的电路实现负载过流采集与保护。

支持不同类型灯具的识别，根据不同的负载可采用不同的保护等级。

较传统的AFE电量计芯片方案，无需专用通信总线，普通I/O即可实现。节约总线资源，简化电路，降低了成本。

霍尔电流传感器属于隔离式电流传感器，与传统的电磁互感器具有相同的绝缘性，采用的是SOP8封装，可缩小产品尺寸。本实用新型实施例提供一种负载保护电路，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，采用霍尔原理将交流电流进行转换，得到交流电压；模数转换模块用于将所述交流电压进行转换，得到直流电压，并将直流电压输入到处理器模块；脉宽采集模块用于根据电路中的交流电流确定脉冲信号，并将脉冲信号输入到处理器模块；处理器模块用于根据直流电压和脉冲信号，确定控制信号，控制信号用于控制继电器开关模块动作，以简单的电路实现负载过流采集与保护。

本实用新型还提供一种智能开关，包括所述的负载保护电路。

本实用新型实施例提供一种智能开关，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，霍尔电流传感器模块用于采集电路中流过的交流电流，采用霍尔原理将交流电流进行转换，得到交流电压；模数转换模块用于将所述交流电压进行转换，得到直流电压，并将直流电压输入到处理器模块；脉宽采集模块用于根据电路中的交流电流确定脉冲信号，并将脉冲信号输入到处理器模块；处理器模块用于根据直流电压和脉冲信号，确定控制信号，控制信号用于控制继电器开关模块动作，以简单的电路实现负载过流采集与保护。

以上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精神和范围。

Claims

1.一种负载保护电路，其特征在于，包括继电器开关模块、霍尔电流传感器模块、脉宽采集模块、模数转换模块和处理器模块，其中，所述继电器开关模块与所述霍尔电流传感器模块的一端相连，所述霍尔电流传感器模块另一端分别与所述脉宽采集模块的一端和所述模数转换模块的一端相连，所述脉宽采集模块的另一端和所述模数转换模块的另一端分别于所述处理器模块相连；

2.根据权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于，所述负载保护电路还包括保险模块，所述保险模块用于当电路中的电流超过预设值时，断开电路。

3.根据权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于，所述继电器开关模块至少包括继电器、电阻2R26、电容2C24、电容2C25和二极管2D6，其中，所述继电器包括控制极和受控开关极，其中，控制极PIN1和控制极PIN2，PIN5和PIN8为受控开关极；所述PIN8与所述霍尔电流传感器模块相连；PIN5与输入电源正极相连，PIN1与电阻2R26的第二端相连，电阻2R26的第一端与+12V相连，电容2C25的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C25的第二端与电阻2R26的第二端相连，电容2C24的第一端与电阻2R26的第一端相连，电容2C24的第二端与地相连。

4.根据权利要求3所述的负载保护电路，其特征在于，所述继电器开关模块还包括驱动开关电路，所述驱动开关电路用于对继电器进行驱动，所述驱动开关电路包括场效应管2Q1、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7，其中，场效应管2Q1的漏极与继电器控制极PIN2相连，场效应管2Q1的栅极与电阻2R19的第一端相连，电容2C14的第一端和稳压管2Z7的第一端分别与电阻2R19的第一端相连，并通过控制信号与所述处理器模块相连；所述场效应管2Q1的源极、电阻2R19、电容2C14和稳压管2Z7的第二端分别与地相连。

5.根据权利要求3所述的负载保护电路，其特征在于，所述继电器为机械继电器。

6.根据权利要求3所述的负载保护电路，其特征在于，所述霍尔电流传感器模块包括霍尔电流传感器芯片和电容2C28；霍尔电流传感器芯片的第3管脚和第4管脚与继电器的PIN8相连，霍尔电流传感器芯片的第8管脚与电容2C28的第一端相连，且与VCC相连；电容2C28的第二端与地相连，霍尔电流传感器芯片的第7管脚与所述脉宽采集模块相连。

7.根据权利要求6所述的负载保护电路，其特征在于，所述脉宽采集模块包括比较器芯片、电阻2R29、电阻2R30、电容2C31、电容2C29、电阻2R32、电阻2R31和电容2C30；

比较器芯片的第4管脚与霍尔电流传感器芯片的第7管脚相连；比较器芯片的第3管脚分别与电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第一端相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31的第二端与地相连，电阻2R29、电阻2R30、电容2C31为所述比较器芯片提供参考电平输入；比较器芯片的第5管脚与电容2C29的第一端相连，且与VCC相连，电容2C29的第二端与地相连；电阻2R32的第一端与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R31的第一端与电容2C29的第一端相连，电阻2R31的第二端和电容2C30的第一端分别与比较器芯片的第1管脚相连，电阻2R32的第二端用于输出脉冲信号，与处理器模块相连。

8.根据权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于，所述模数转换模块包括电阻2R34、电阻2R33、二极管2D12和电容2C32；霍尔电流传感器芯片的第7管脚与电阻2R34的第一端相连，电阻2R34的第二端分别与电阻2R33的第一端和二极管2D12的第一端相连，二极管2D12的第二端与电容2C32的第一端相连，且与处理器模块相连。

9.根据权利要求1所述的负载保护电路，其特征在于，所述处理器模块用于根据所述霍尔电流传感器模块提供的电流和预设值的大小，通过控制信号对所述继电器开关模块进行开断控制。

10.一种智能开关，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的负载保护电路。