CN220234180U - 电子保险丝电路、电路系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供电子保险丝电路、电路系统及车辆，包括：依次电连接的电流屏蔽电路、电流检测电路和开关控制电路，电流检测电路检测电子保险丝电路输出电流值，该电路中放大器的两个输入端分别连接电流检测电阻两端；电流屏蔽电路中第一电阻两端分别连接放大器第一输入端和电流检测电阻一端，第二电阻两端分别连接放大器第二输入端和电流检测电阻另一端，三极管发射极、集电极和基极分别连接第一、二、三电阻的一端，第三电阻另一端连接发射极；开关控制电路在输出电流值大于预设电流值时断开电子保险丝电路。该电路解决电子保险丝在驱动容性负载时，对闭合开关瞬间给负载充电所产生的合理大电流进行过流误判及容性负载配电等问题，避免误判发生。

Description

电子保险丝电路、电路系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及电路保护领域，并且更具体地，涉及电路保护领域中电子保险丝电路、电路系统及车辆。

背景技术

在电子保险丝的应用中，主要的功能是通过一个采样电阻，当电流流过采样电阻的时候，采样电阻两端产生压降，再通过运算放大器将此压降进行放大，运算放大器输出的电压值就可以倒推出输出的电流大小，从而实现电子保险丝的电流监控。通过设置一定的电流阈值，当超过该值的时候认为电流过大或者过小，就可以进行输出的过流诊断或者开路诊断，实现保险丝的保护功能，具有响应速度快，数据可记录，无损重启的优点。然而，当外部的负载容性成分比较大(相当于负载有较大的对地电容)，在电子保险丝打开开关的瞬间，为了给负载的电容进行充电，会产生一个非常大的电流，这种情况下物理分析是合理的，可是会导致采样电阻与运算放大器检测到超过过流诊断的阈值，误执行过流诊断的动作。

相关技术中，电子保险丝的功能主要是进行电流的检测，开关的控制，由于需要进行过流诊断，在电流的检测中需要设定固定唯一的过流的阈值(综合采样精度，过流阈值不会超过额定电流值很多)。

然而，目前一些电子保险丝的产品在设计上还未考虑外部负载的不同属性，也没有考虑外部负载是容性时候充电电流比较大的问题，当电子保险丝驱动容性负载的时候，会在打开开关的瞬间产生一个远超于过流阈值的电流，导致电子保险丝的误判，亟待解决。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电子保险丝电路、电路系统及车辆，该电子保险丝电路能够解决电子保险丝产品在驱动容性负载较大的情况下，对闭合开关瞬间给电容负载进行充电而产生的合理大电流进行过流误判以及容性负载的配电等问题，避免误判情况发生。

第一方面，提供了一种电子保险丝电路，包括：依次电连接的电流屏蔽电路、电流检测电路和开关控制电路，其中，

所述电流检测电路包括电流检测电阻和放大器，所述放大器的第一输入端与所述电流检测电阻的一端相连，所述放大器的第二输入端与所述电流检测电阻的另一端相连，所述电流检测电路检测电子保险丝电路的输出电流值；

所述电流屏蔽电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的一端与所述放大器的第一输入端相连，所述第一电阻的另一端与所述电流检测电阻的一端相连；所述第二电阻的一端与所述放大器的第二输入端相连，所述第二电阻的另一端与所述电流检测电阻的另一端相连；所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端相连，所述三极管的集电极与所述第二电阻的一端相连，所述三极管的基极与所述第三电阻的一端相连；所述第三电阻的另一端与所述三极管的发射极相连；

所述开关控制电路与所述电流检测电路串联，所述开关控制电路在所述输出电流值大于所述预设电流值时，断开所述电子保险丝电路。

通过上述技术方案，能够通过搭建电流采样的屏蔽电路结构，可以避免电子保险丝产品在驱动大电容负载时候产生正常的大电流而造成误判的情况，并且当完成初次屏蔽完成以后，还可以恢复回正常的电流检测。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述电流屏蔽电路，还包括：

第一信号控制端，所述第一信号控制端与所述三极管的基极相连，所述第一信号控制端调节所述三极管的基极与所述三极管的发射极之间的压差。

通过上述技术方案，能够利用信号控制端调节三极管的基极与发射极之间的压差，进而实现三极管的导通与关闭。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述开关控制电路，包括：

N型开关管，所述N型开关管的源极与所述电流检测电阻的另一端相连，所述N型开关管的漏极与所述电子保险丝电路的输出端相连。

通过上述技术方案，能够实现电子保险丝电路的通断，从而在故障时及时断开开关，起到保护电路的作用。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述开关控制电路，还包括：

第二信号控制端，所述第二信号控制端与所述N型开关管的栅极相连，所述第二信号控制端控制所述N型开关管的导通与断开。

通过上述技术方案，能够控制电子保险丝电路的通断，从而在故障时及时断开开关，起到保护电路的作用。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述N型开关管为N型场效应管、N型双极性晶体管、N型晶闸管的其中一种。

通过上述技术方案，能够实现电路的导通与断开，以构建可靠的过流保护电路。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述电流检测电阻的一端与直流电源相连。

通过上述技术方案，能够实现对电路中所流经电流的采样，以用于对是否发生过流进行判断。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述三极管为PNP三极管。

通过上述技术方案，能够调节基极与发射极之间的电压，以控制输出电压的稳定性。

第二方面，提供了一种电路系统，该系统包括第一方面或第一方面任意一种可能的实现方式中的电子保险丝电路。

第三方面，提供一种车辆，该车辆包括第二方面所述的电路系统。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的相关技术中的电子保险丝电流采样电路的示意图；

图2是本实用新型的一个实施例的电子保险丝驱动纯阻性负载时候电流电压示意图；

图3是本实用新型的一个实施例的电子保险丝驱动含容性负载时候电流电压示意图；

图4是本实用新型实施例提出的一种电子保险丝电路的结构示意图；

图5是本实用新型的一个实施例的容性负载上电控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、详尽地描述。其中，在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B：文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本实用新型实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

在介绍本实用新型实施例的电子保险丝电路之前，先简单介绍下相关技术中电子保险丝电流采样电路。

如图1所示，图1为相关技术中的电子保险丝电流采样电路的示意图，该电子保险丝电流采样电路主要包括：电流检测模块1和开关控制模块2，其中，电流检测模块1包括采样电阻(即电流检测电阻)Rsense和运算放大器1-1，采样电阻Rsense为常见的毫欧级电阻，封装为2512以上，可根据流过的电流而定，运算放大器1-1为普通运算放大器，用于放大采样电阻Rsense两端电压，电流采样的功能通过采样电阻Rsense和运算放大器1-1两个元器件共同实现；开关控制模块2包括：NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体)管2-1和信号控制端2-2，开关的控制通过NMOS管2-1实现。

通过式(1)可以推算出流经采样电阻Rsense的电流，从而得到该电路中的本路电流。

其中，I为电流，Vout为运算放大器输出电压，A为运算放大器增益，R_sense为采样电阻Rsense的阻值。

当相关技术中的电子保险丝驱动纯阻性负载的时候，输出的电流和电压如图2所示，电流逐渐增加到额定输出电流值；当相关技术中的电子保险丝驱动含容性负载的时候，输出电流和电压如图3所示，电流会产生一个比额定电流大很多的值，并且直到输出电压到达额定电压的时候，才会降低回到额定输出电流值。

由此可见，传统的电子保险丝的功能主要是进行电流的采样检测，开关的控制，同时为了实现保险丝的功能，所以在电流的检测中需要设定固定唯一的过流的阈值，而在产品设计上还没有考虑外部负载的不同属性，只是保证同步检测到外部的电流参数值是对的，并没有考虑外部负载是容性时候充电电流比较大的问题，因此，当电子保险丝驱动容性负载的时候，在打开开关的瞬间产生一个远超于过流的阈值的电流，会导致电子保险丝的误判，认为发生此时过流情况，而把开关关闭，造成电路断开。

接下来将对本实用新型实施例的应用场景或系统架构予以说明。

图4是本实用新型实施例提供的一种电子保险丝电路的结构示意图。

示例性的，如图4所示，该电子保险丝电路10包括：电流屏蔽电路100、电流检测电路200和开关控制电路300。

其中，电流屏蔽电路100与电流检测电路200相连，电流检测电路200和开关控制电路300相连，电流检测电路200包括电流检测电阻Rsense和放大器201，放大器201的第一输入端与电流检测电阻Rsense的一端相连，放大器201的第二输入端与电流检测电阻Rsense的另一端相连，电流检测电路200检测电子保险丝电路10的输出电流值；电流屏蔽电路100包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和三极管Q1，第一电阻R1的一端与放大器201的第一输入端相连，第一电阻R1的另一端与电流检测电阻Rsense的一端相连；第二电阻R2的一端与放大器201的第二输入端相连，第二电阻R2的另一端与电流检测电阻Rsense的另一端相连；三极管Q1的发射极与第一电阻R1的一端相连，三极管Q1的集电极与第二电阻R2的一端相连，三极管Q1的基极与第三电阻R3的一端相连；第三电阻R3的另一端与三极管Q1的发射极相连；开关控制电路300与电流检测电路200串联，开关控制电路300在输出电流值大于预设电流值时，断开电子保险丝电路10。

其中，第一预设值、第二预设值和预设电流值均可以为本领域技术人员预先设定好的数值，也可以为通过有限次实验获取的数值，还可以为经过有限次计算机仿真得到的数值，此处不做具体限定。

可选地，电流屏蔽电路100，还包括：第一信号控制端101，第一信号控制端101与三极管Q1的基极相连，第一信号控制端101调节三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间的压差。

可以理解的是，该电子保险丝电路10可应用于容性负载配电的控制，为避免对闭合开关瞬间给电容负载进行充电而产生的合理大电流形成过流误判，本实用新型实施例可以增设电流屏蔽电路100，该电流屏蔽电路100具有电流屏蔽状态和非电流屏蔽状态，通过第一信号控制端101调节三极管Q1的基极与发射极之间的压差大于第一预设值时，三极管Q1导通，此时，电流屏蔽电路100则进入电流屏蔽状态，电流屏蔽状态所维持的电流屏蔽时间可标定，经过电流检测电路200对检测电子保险丝电路10的输出电流值的检测，通过设定固定的预设电流值，在电流屏蔽状态，三极管Q1的基极与发射极之间的电压为第一电阻R1、第二电阻R2和三极管Q1的分压，其中，三极管Q1的基极与发射极所分得的电压远小于第一电阻R1和第二电阻R2分得的电压，故而，可以检测到输出电流值小于或等于预设电流值，由此，便不会对合理大电流产生误判，起到电流采集屏蔽的作用；当电流屏蔽时间过去后，通过第一信号控制端101调节三极管Q1的基极与发射极之间的压差小于或等于第二预设值时，三极管Q1关断，电流屏蔽电路100则进入非电流屏蔽状态，此时，电流检测电路200对检测电子保险丝电路10的输出电流值的检测结果为电子保险丝电路10的实际电流值，若出现超过预设电流值的电流导致电路故障时，则可以通过开关控制电路300快速断开电子保险丝电路10，以实现电路的保护。

可选地，开关控制电路300，包括：N型开关管301，N型开关管301的源极与电流检测电阻Rsense的另一端相连，N型开关管301的漏极与电子保险丝电路10的输出端相连。

其中，N型开关管301的导通与断开，控制着电子保险丝电路10的导通与关断。

可选地，开关控制电路300，还包括：第二信号控制端302，第二信号控制端302与N型开关管301的栅极相连，第二信号控制端302控制N型开关管301的导通与断开。

可选地，N型开关管301可以为N型场效应管、N型双极性晶体管、N型晶闸管的其中一种。

可选地，电流检测电阻Rsense的一端与直流电源Vbat相连。

可选地，三极管101可以为PNP三极管。

具体地，在需要屏蔽电流的时候，即电流屏蔽电路100为电流屏蔽状态时，本实施例可以通过第一信号控制端101将三极管Q1的基极拉到接地端，使得三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间产生压差，且压差大于第一预设值，此时三极管Q1导通，放大器201输出的电压即为公式(2)：

在不需要屏蔽电流的时候，即电流屏蔽电路100为非电流屏蔽状态时，本实施例可以通过第一信号控制端101关闭，调节三极管Q1的基极和发射极等电位，此时基极与发射极之间的压差小于或等于第二预设值，此时三极管Q1不再导通，放大器201输出的电压即为公式(3)：

Vout＝A*(I*R_sense)； (3)

在式(2)和式(3)中，Vout为放大器201输出的电压，A为放大器201的增益，I为流过电流检测电阻Rsense的电流，R_sense为电流检测电阻Rsense的阻值，V_EC为三极管Q1基极与发射极之间的电压值，R_EC(PNP)为三极管Q1基极与发射极之间的阻值，R₁为串联电阻第一电阻R1的阻值，R₂为串联电阻第二电阻R2的阻值。

因此，当电流屏蔽电路100开启，即为电流屏蔽状态时，放大器201采集到的Vout电压为三极管Q1的基极与发射极之间的电压，而三极管Q1的基极与发射极之间的电压又为第一电阻R1、第二电阻R2和三极管Q1的分压，其中，三极管Q1的基极与发射极所分得的电压远小于第一电阻R1和第二电阻R2分得的电压，所以，放大器201采集到的电压远小于原本所需要采集的电流检测电阻Rsense两端的电压，从而起到电流采集屏蔽的作用。

由此可见，本实用新型提出的电子保险丝电路，不仅可以避免电子保险丝在驱动含容性负载时候，导致的过流误判问题；此外，在问题解决后，还可以回归到最初正常的电流检测功能，不会影响电子保险丝电路原有的应用。

为便于本领域技术人员进一步了解本实用新型实施例提出的电子保险丝电路，下面结合具体实施例做进一步说明。

该电子保险丝电路可以标定所驱动的含容性负载的打开瞬间脉冲电流及时间。

具体地，根据驱动的容性负载，进行上电时候的电流测量，测量电流、峰值数据、峰值时长等信息测试案，如表1所示。

表1

根据容性负载的输出电流到达峰值的时间可以看出，一般该时间不超过10us，当10us后输出电流将会回到额定输出电流，只需要通过本实施例的电路设计结构，屏蔽掉该10us以内的电流检测，即可避免过流误判的问题。

此外，该电子保险丝电路还可以评估保险丝电路中N型开关管规格及负载额定电流需求。

具体地，当出现短路(过流)的问题时，在一定时间后才恢复到正常的电流采样，也依然需要进行正确的短路(过流)判断，那么这段时间也要确保关联的N型开关管与线束不损坏。根据N型开关管的SOA安全区域图以及脉冲与热阻系数关系图，在过流范围需要确定N型开关管的大电流时间安全范围，一般N型开关管在短路的时候，不同N型开关管在一定的导通电阻以及电流值，有相对应的安全范围时间，只要屏蔽时间在SOA范围区间，便不会造成N型开关管的损坏，当屏蔽时间结束后，即可重新进行电流的检测，做出对应的保护动作。

进一步地，传统保险丝的熔断特性曲线(I2t曲线)是根据电路的额定电流进行设计的，传统保险丝保护时间一般为ms级别，熔断特性的时间大于电流采样时间，在屏蔽电流采样的时间(us级别)内，便不会造成线束的损坏。

该实施例中，电子保险丝电路10驱动容性和非容性负载电路设计状态真值表如表2所示。

表2

	容性负载	非容性负载
			上电开启电流屏蔽	正常打开	正常打开
上电不开启电流屏蔽	误报过流	正常打开

进一步地，图5为本实用新型的一个实施例的容性负载上电控制流程图，包括以下步骤：

步骤S501，电流屏蔽电路开启。

步骤S502，驱动电路开启。

步骤S503，判断驱动负载是否为容性。若驱动负载为含容性负载，则执行步骤S504，反之，执行步骤S508。

步骤S504，确定电流屏蔽时间ΔT。

步骤S505，判断电流屏蔽时间过去后，电路中是否还检测到大电流(即过流)情况。若是，执行步骤S506，反之，执行步骤S507。

步骤S506，正常报过流诊断。

步骤S507，正常开启电路。

步骤S508，确定电流屏蔽时间ΔT’。

由此可见，本实用新型可以让电子保险丝有效避免初次驱动容性负载时候，因给电容充电产生的大电流，而导致电流检测电路误报过流的情况；此外，本实用新型新增加的元器件数量较少，物料简单通用，电路结构简单，成本较低；而且通过可控的逻辑，不会影响原有的电流检测功能。

综上，本实用新型实施例提出的电子保险丝电路，通过电流检测电路检测电子保险丝电路的输出电流值，该电流检测电路包括电流检测电阻和放大器，放大器的第一、二输入端分别与电流检测电阻的两端相连；电流屏蔽电路包括第一、二、三电阻和三极管，第一电阻的两端分别与放大器的第一输入端相连和电流检测电阻的一端相连，第二电阻的两端分别与放大器的第二输入端相连和电流检测电阻的另一端相连，三极管的发射极、集电极和基极分别与第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与三极管的发射极相连；开关控制电路与电流检测电路串联，开关控制电路在输出电流值大于预设电流值时，断开电子保险丝电路。由此，该电子保险丝电路能够解决电子保险丝产品在驱动容性负载较大的情况下，对闭合开关瞬间给电容负载进行充电而产生的合理大电流进行过流误判以及容性负载的配电等问题，避免误判情况发生。

其次，本实用新型实施例提供一种电路系统，该电路系统包括图4实施例的电子保险丝电路。

综上，本实用新型提出的电路系统，通过电子保险丝电路能够解决电子保险丝产品在驱动容性负载较大的情况下，对闭合开关瞬间给电容负载进行充电而产生的合理大电流进行过流误判以及容性负载的配电等问题，避免误判情况发生。

此外，本实用新型实施例提供一种车辆，该车辆包括上述的电路系统。

综上，本实用新型提出的车辆，通过电路系统能够解决电子保险丝产品在驱动容性负载较大的情况下，对闭合开关瞬间给电容负载进行充电而产生的合理大电流进行过流误判以及容性负载的配电等问题，避免误判情况发生。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上内容，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，可轻易想到变化或替换，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 (9)

1.一种电子保险丝电路，其特征在于，包括：依次电连接的电流屏蔽电路、电流检测电路和开关控制电路，其中，

所述电流检测电路包括电流检测电阻和放大器，所述放大器的第一输入端与所述电流检测电阻的一端相连，所述放大器的第二输入端与所述电流检测电阻的另一端相连，所述电流检测电路检测电子保险丝电路的输出电流值；

所述电流屏蔽电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的一端与所述放大器的第一输入端相连，所述第一电阻的另一端与所述电流检测电阻的一端相连；所述第二电阻的一端与所述放大器的第二输入端相连，所述第二电阻的另一端与所述电流检测电阻的另一端相连；所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端相连，所述三极管的集电极与所述第二电阻的一端相连，所述三极管的基极与所述第三电阻的一端相连；所述第三电阻的另一端与所述三极管的发射极相连；

所述开关控制电路与所述电流检测电路串联，所述开关控制电路在所述输出电流值大于预设电流值时，断开所述电子保险丝电路。

2.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述电流屏蔽电路，还包括：

第一信号控制端，所述第一信号控制端与所述三极管的基极相连，所述第一信号控制端调节所述三极管的基极与所述三极管的发射极之间的压差。

3.根据权利要求2所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述开关控制电路，包括：

N型开关管，所述N型开关管的源极与所述电流检测电阻的另一端相连，所述N型开关管的漏极与所述电子保险丝电路的输出端相连。

4.根据权利要求3所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述开关控制电路，还包括：

第二信号控制端，所述第二信号控制端与所述N型开关管的栅极相连，所述第二信号控制端控制所述N型开关管的导通与断开。

5.根据权利要求4所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述N型开关管为N型场效应管、N型双极性晶体管、N型晶闸管的其中一种。

6.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述电流检测电阻的一端与直流电源相连。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电子保险丝电路，其特征在于，所述三极管为PNP三极管。

8.一种电路系统，其特征在于，包括：如权利要求1-7中任一项所述的电子保险丝电路。

9.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求8所述的电路系统。