CN216086450U

CN216086450U - 一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路

Info

Publication number: CN216086450U
Application number: CN202121983061.6U
Authority: CN
Inventors: 郑树义
Original assignee: Xi'an Huowei Power Supply Co ltd
Current assignee: Xi'an Huowei Power Supply Co ltd
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2031-08-23

Abstract

本实用新型公开了一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，包括多个电压输入端，还包括：电压转换电路、电压采样电路、电流采样电路、分压电路和控制电路；所述电压输入端同时连接所述电压转换电路的输入端和所述电流采样电路的输入端，所述电压转换电路的输出端连接所述电压采样电路的输入端，所述电压采样电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述控制电路的第一输入端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制电路的第二输入端；还包括MCU单元，所述MCU单元同时响应于所述控制电路、电压采样电路和电流采样电路。通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制。

Description

一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路。

背景技术

开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

目前，开关电源和MCU单元连接以及对开关电源的输出电压和输出电流无法监测，MCU单元不能通过远程控制其输出，除此之外，还不能通过MCU设置其短路、过压、过流预警以及关断。

电路不能并联在多个开关电源模块后级，不能进行多路监测和控制。电路输入输出相互隔离使输出信号对输入信号影响较大影响，抗干扰能力弱，工作不稳定。目前市面上输入输出采样电路虽然很多，但大多功能不是很全，而且大多采用非隔离的设计，抗干扰能力不强。此实用新型案例解决了现阶段的此类电路的不足，具有很好的运用意义。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题，目的在于提供了一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制。

为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，包括多个电压输入端，还包括：电压转换电路、电压采样电路、电流采样电路、分压电路和控制电路；所述电压输入端同时连接所述电压转换电路的输入端和所述电流采样电路的输入端，所述电压转换电路的输出端连接所述电压采样电路的输入端，所述电压采样电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述控制电路的第一输入端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制电路的第二输入端；

其中，还包括MCU单元，所述MCU单元同时响应于所述控制电路、电压采样电路和电流采样电路。

通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制；

进一步，所述电压采样电路包括差动放大器U4、限流电阻R8、限流电阻R9、限流电阻R11、限流电阻R12、电阻R10、滤波电容C3和滤波电容C4；

所述电压转换电路包括三端稳压器U3，所述差动放大器U4的1脚连接三端稳压器U3的输出端，所述差动放大器U4的2脚连接电阻R8的一端，所述分压电路包括电容C6，所述电阻R8的另一端连接所述电容C6的一端，所述差动放大器U4的3脚连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端接地，所述滤波电容C4的一端连接所述差动放大器的2脚，所述滤波电容C4的另一端连接差动放大器的3脚，所述差动放大器的4脚接输入地，所述差动放大器的5脚接输出地，所述差动放大器的6脚为输出脚，所述差动放大器的6脚连接限流电阻R11的一端，所述差动放大器的7脚连接限流电阻R9的一端，所述电阻R10和滤波电容C3并联后接在电阻R9和R11的另一端，所述差动放大器的8脚为辅助电源脚，接外部辅助电源的输入正极；

所述MCU单元包括MCU芯片，所述滤波电容C3的一端连接所述MCU芯片的VOUTP端口，所述滤波电容C3的另一端连接所述MCU芯片的VOUTN端口。

进一步，所述电流采样电路包括霍尔传感器U2、电容C1、滤波电容C1、电容C7、分压电阻R1和分压电阻R3；

所述霍尔传感器U2的1脚和2脚为输入脚，所述霍尔传感器U2的1脚和2脚连接所述电压输入端的正极；

所述控制电路包括MOS管Q1，所述霍尔传感器U2的3脚和4脚连接所述MOS管Q1的漏极，所述霍尔传感器U2的5脚为输出地，所述霍尔传感器U2的6脚接电容C7的一端，所述电容C7的另一端接地，所述霍尔传感器U2的7脚连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述霍尔传感器U2的8脚为辅助电源供电脚，所述滤波电容C1并联所述电阻R3；所述滤波电容C1的一端连接所述MCU芯片的VOUT端口，所述滤波电容C1的另一端连接所述MCU芯片的GND2端口。

进一步，所述分压电路还包括分压电阻R13和分压电阻R14；所述分压电阻R13的一端接地，所述分压电阻R13的另一端连接R14的一端，所述R14的另一端连接电压输出端；所述分压电阻R13并联所述电容C6。

进一步，所述控制电路包括光耦U1，三极管Q2、三极管Q3、限流电阻R4、限流电阻R5、限流电阻R15、电阻R2、电阻R6、滤波电容C2和驱动器U5；

所述光耦U1的1脚连接所述MCU芯片的控制正极，所述光耦U1的2脚连接MCU芯片的控制负极，所述三极管Q2的基极连接所述限流电阻R4后跟光耦U1的4脚连接，所述三极管Q3的基极连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极同时连接所述三极管Q2的发射极和所述限流电阻R5的一端，所述限流电阻R5的另一端连接所述MOS管Q1的栅极，所述三极管Q2的集电极同时连接所述光耦U1的3脚、电阻R2的一端和电容C2的一端，所述电阻R2并联所述电容C2，所述电阻R2和所述电容C2的另一端同时接地；

所述驱动器U5的1脚连接所述限流电阻R15后连接辅助电源的输入正极连接，所述驱动器U5的2脚接地，所述驱动器U5的3脚同时连接电源的输出正极和MOS管Q1的源极，所述驱动器U5的4脚连接光耦U1的3脚。

进一步，所述驱动器U5采用隔离式光电MOSFET驱动器。

进一步，所述MCU单元还包括连接器，所述连接器连接所述MCU芯片的RS232串口。

进一步，所述差动放大器U4采用AMC1100C8型号。

进一步，所述霍尔传感器U2采用ACS712型号。

进一步，所述光耦U1采用TLP-291型号。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制。除此之外，本实用新型电路通过MCU单元的设定，通过RS232的连接可以在上位机软件中实现输出过欠压、过流以及短路的预警和保护关断。输出过欠压和过流的值可根据用户的要求值做相应的调整。电路采用隔离芯片使电路的输入输出相互隔离，电路输入电压为12V～30V，输出隔离采样电压为八倍增益，即采样电压为0-2V对应输出电压0-12V，输出电流采样电路当采样电压0-2V时对应输出电流为0-10A；本电路可以加在多个输出电路的后级实现各个电路的电压电流采样。

通过软件来控制电路通断，进而控制电源的输出，其次电路可将电源的电压电流进行采样送给MCU，通过上位机软件进行回传，通过MCU设定其输出过压和过流值，当有过压过流情况发生时，通过上位机软件进行预警，预警时间超过设定时间，电路关断输出，进而保护电路和后级供电设备。相应地，也可以设定其短路预警，保护电路。

其中电流电压采样采用隔离放大器和霍尔传感器进行采样，进而送给MCU，通过相应上位机软件进行显示。电路输入输出相互隔离，防止采样电路发生干扰，降低采样精度。

电路可以接在多个电源输出后级进行实时采样和控制，从而对电源的输出以及故障情况实时监测，极大地降低了损坏概率，具有很好的运用意义。

附图说明

图1、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的系统框图；

图2、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的具体结构图；

图3、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的MUC单元具体结构图；

图4、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的VOM1271的内部拓扑图；

图5、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的AMC1100的内部拓扑图；

图6、本实用新型一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路的ACS712的内部拓扑图。

具体实施方式

下面结合实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一：

如图1所示，一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，包括多个电压输入端，还包括：电压转换电路、电压采样电路、电流采样电路、分压电路和控制电路；所述电压输入端同时连接所述电压转换电路的输入端和所述电流采样电路的输入端，所述电压转换电路的输出端连接所述电压采样电路的输入端，所述电压采样电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述控制电路的第一输入端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制电路的第二输入端；

通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制，

所述电压采样电路包括差动放大器U4、限流电阻R8、限流电阻R9、限流电阻R11、限流电阻R12、电阻R10、滤波电容C3和滤波电容C4；

所述电流采样电路包括霍尔传感器U2、电容C1、滤波电容C1、电容C7、分压电阻R1和分压电阻R3；

所述分压电路还包括分压电阻R13和分压电阻R14；所述分压电阻R13的一端接地，所述分压电阻R13的另一端连接R14的一端，所述R14的另一端连接电压输出端；所述分压电阻R13并联所述电容C6。

所述控制电路包括光耦U1，三极管Q2、三极管Q3、限流电阻R4、限流电阻R5、限流电阻R15、电阻R2、电阻R6、滤波电容C2和驱动器U5；

所述驱动器U5采用隔离式光电MOSFET驱动器。

如图3所示，所述MCU单元还包括连接器，所述连接器连接所述MCU芯片的RS232串口。

所述差动放大器U4采用AMC1100C8型号。所述霍尔传感器U2采用ACS712型号。所述光耦U1采用TLP-291型号。

实施例二：

本实施例应用于上述实施例一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路；如图2所示，具体工作流程如下：

输入采用三端稳压器7805来使电压转换为稳定的+5V来给隔离放大器AMC1100提供电压。输出通过分压电阻匹配前级的正常输出电压，AMC1100隔离放大器为固定8倍增益的放大器，输出采样范围为0-14V，电路将采样的电压送入MCU，通过相应的上位机软件进行回传。电路通过光耦U1连接MCU进行控制，当MCU单元提供一个高电平5V给光耦U1时，光耦U1导通，进而使三极管Q2导通，进而使MOS管Q1导通，U5通过辅助电源供电输出8V电压加在MOS管Q1源极和输出正线上，当MOS管导通时，电路正常输出，隔离放大器输出采样电压0-2V，送入MCU转换为电流进行采样；当MCU单元提供一个低电平给光耦U1时，光耦U1不导通，三极管Q3导通，将U5的3脚电压拉低到地，MOS管Q1不通，进而控制电路关断。

可以理解，通过和MCU单元的组合，可以完成输出电压、电流的回读和电路输出的控制。除此之外，本实用新型电路通过MCU单元的设定，通过RS232的连接可以在上位机软件中实现输出过欠压、过流以及短路的预警和保护关断。输出过欠压和过流的值可根据用户的要求值做相应的调整。电路采用隔离芯片使电路的输入输出相互隔离，电路输入电压为12V～30V，输出隔离采样电压为八倍增益，即采样电压为0-2V对应输出电压0-12V，输出电流采样电路当采样电压0-2V时对应输出电流为0-10A；本电路可以加在多个输出电路的后级实现各个电路的电压电流采样。

其中电流电压采样采用隔离放大器和霍尔传感器进行采样，进而送给MCU单元，通过相应上位机软件进行显示。电路输入输出相互隔离，防止采样电路发生干扰，降低采样精度。

实施例三：

本实施例应用于实施例二，其中电源特性如下：

1）输入特性

直流供电：DC12V～30V

2）输出电特性

a)输出电流采样：0-10A

b)输出电压采样：0V～2V

c)输出电压：和电源模块输出电压相同。

3）隔离要求

电路输入、输出相互隔离；

5）绝缘电阻

输入对输出 500VDC≥100MΩ

6）保护功能

a）短路保护

电路和MCU互连后可设置短路预警和关断。

b）输出过流保护

电路和MCU互连后可设置过流点，实现过流预警和关断。

c）输出过欠压保护

电路和MCU互连后可设置过压和欠压保护点，实现过压和欠压预警和关断。

7）显示

电路本身不存在显示功能，可通过和MCU互连，通过上位机软件监测输出电压电流以及故障信息。

8) 重量

重量：小于等于1.0kg。

主要器件介绍

1) VOM1271

a）描述

VOM1271 在紧凑型SOP-4封装中集成了关断电路，无需外部关断元件和次级侧电源。

该器件的开路电压典型值高达8.8V，短路电流额定值高达47uA。高的短路电流能够减少MOSFET栅极所需的充电时间。该器件的光学耦合实现了4500VRMS的高隔离测试电压。器件内部拓扑图如图4所示。

b）功能

IF=10mA时开路电压为8.4V；

IF=10mA时短路电流为15uA；

隔离测试电压4500V；

可靠性高，集成快速关断电路。

2) AMC1100

a）描述

AMC1100是一款高精度隔离放大器，输出与输入电路隔离，抗电磁干扰性能极强，该放大器可提供高达4250V的电流隔离。AMC1100可在-40℃～+105℃的温度范围内运行。内部拓扑图见图5所示。

b）特性

极性非线性度：5V时最大值为0.075%。

低偏移误差：1.5mV（最大值）；

低侧运行：3.3V；

隔离电压：4250V（峰值）。

3) ACS712

a) 描述

如图6所示，ACS712为基于霍尔效应的线性电流传感器，该器件具有精确的低偏置线性霍尔传感器电路，该器件有较好的电气隔离性能。导通内阻低至1.2mΩ。

b) 特性

低噪声模拟信号；

5us的输出响应上升时间；

80KHz带宽；

总输出误差为1.5%；

1.2mΩ内部导通电阻。

上面对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，包括多个电压输入端，其特征在于，还包括：电压转换电路、电压采样电路、电流采样电路、分压电路和控制电路；所述电压输入端同时连接所述电压转换电路的输入端和所述电流采样电路的输入端，所述电压转换电路的输出端连接所述电压采样电路的输入端，所述电压采样电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述控制电路的第一输入端，所述电流采样电路的输出端连接所述控制电路的第二输入端；

2.根据权利要求1所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述电压采样电路包括差动放大器U4、限流电阻R8、限流电阻R9、限流电阻R11、限流电阻R12、电阻R10、滤波电容C3和滤波电容C4；

3.根据权利要求1所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述电流采样电路包括霍尔传感器U2、电容C1、滤波电容C1、电容C7、分压电阻R1和分压电阻R3；

4.根据权利要求2所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述分压电路还包括分压电阻R13和分压电阻R14；所述分压电阻R13的一端接地，所述分压电阻R13的另一端连接R14的一端，所述R14的另一端连接电压输出端；所述分压电阻R13并联所述电容C6。

5.根据权利要求3所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述控制电路包括光耦U1，三极管Q2、三极管Q3、限流电阻R4、限流电阻R5、限流电阻R15、电阻R2、电阻R6、滤波电容C2和驱动器U5；

6.根据权利要求5所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述驱动器U5采用隔离式光电MOSFET驱动器。

7.根据权利要求1所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述MCU单元还包括连接器，所述连接器连接所述MCU芯片的RS232串口。

8.根据权利要求2所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述差动放大器U4采用AMC1100C8型号。

9.根据权利要求3所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述霍尔传感器U2采用ACS712型号。

10.根据权利要求5所述的一种具备电流采样和电压采样的配电开关电路，其特征在于，所述光耦U1采用TLP-291型号。