CN220934845U - 一种负载功率保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种负载功率保护电路，包括隔离运放器U1，隔离运放器U1的INN和INP端口分别与采样电阻Rsense的两端连接，VDD1和VDD2端口分别与+5V电源和+3.3V电源连接，GND1和GND2端分别与GND_5V地和GND_3.3V地连接，OUTP和OUTN端口分别与运放器U2的输入端口连接；隔离运放通过采集负载回路中采样电阻两端电压进行隔离放大，再通过普通运放进行差分转换，将转换后的电压值通过模拟输出端传递至处理器或比较器进行运算比较，当负载回路处于过流或短路时关断负载回路以达到保护负载及其它用电设备的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种负载功率保护电路。
背景技术
供配电系统作为重要的子系统，其可靠性极大的决定了整体系统的稳定性，为确保整体系统在用电设备发生过流故障时对整个用电系统造成影响，国内外一直研究在系统供配电系统中采用过流保护技术，当用电设备发生故障时第一时间进行关断，防止故障现象对其它用电设备造成进一步的干扰。
目前国内针对用电系统过流保护主要采用熔断器进行保护，属于一种被动式的保护方式，且熔断器保护后短时间内不可恢复，且存在因浪涌电压等瞬态应力导致失效的可能，因此在供配电系统中应尽量避免采用不可恢复的熔断器进行负载回路的保护，应采用可恢复的保护手段进行保护。如公开号为CN219087360U公开的LED灯具及其过流保护电路，通过在LED模组的电源输入端负极连接MOS管作为LED模组的控制开关，并在电源负极上通过电阻对电压进行采样，通过放大器和比较器对接入LED模组的供电电压进行放大比较，比较器输出高/低电压信号控制MOS管通断，能够有效防止过流对LED模组单元的不良影响。但其是通过比较器输出的高低电平来控制三极管导通进一步控制MOS管的通断。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种负载功率保护电路。
本实用新型提供了一种可进行负载回路过流延时保护及短路及时保护的电路。其目的是当控制输入端控制MOS接通后，当后端负载RL正常时未发生过流或短路，MOS正常接通，当负载RL过流或短路时，采样电阻Rsense两端电压增大，通过隔离运放隔离后将电压信号以差分的形式传递至后级运放进行差分放大形成模拟信号，一部分传递至处理器进行延时保护，若负载回路发生短路时，需快速进行负载回路的切断，若进行处理器短路保护则时间过长可能会导致后端用电设备或功率执行器件MOS的损坏，所以需要进行纯硬件快速响应，将转换后的电压信号传递至比较器，比较器另一端利用分压电阻将电压分压至短路保护点电压，当负载回路短路时，比较器翻转，通过“与”门电路进行关断执行器件MOS以达到及时短路保护的目的。
具体通过以下技术方案得以实现。
本实用新型提供的一种负载功率保护电路，包括隔离运放器U1，隔离运放器U1的INN和INP端口分别与采样电阻Rsense的两端连接，VDD1和VDD2端口分别与+5V电源和+3.3V电源连接，GND1和GND2端分别与GND_5V地和GND_3.3V地连接，OUTP和OUTN端口分别与运放器U2的输入端口连接；所述采样电阻Rsense的一端与MOS管的发射极连接，另一端连接负载RL，MOS管U5的基极与“与”门U4的输出端连接，“与”门U4的输入端分别与控制端及比较器U3的输出端连接；所述运放器U2的输出端输出模拟信号并与比较器U3的输入端连接，比较器U3的参考电压输入端接入+3.3V电源。
所述采样电阻Rsense与隔离运放器U1的INN和INP端口之间还分别连接有电阻R1和电阻R2。
所述VDD1和GND1端口之间还并联有电容C1和电容C2。
所述VDD2和GND2端口之间还并联后电容C3和电容C4。
所述运放器U2的正向输入端和反向输入端与OUTP和OUTN端口之间还分别设有电阻R4和电阻R3。
所述运放器U2的反向输入端与输出端之间连接有电阻R5。
本实用新型的有益效果在于：使用隔离运放及比较器进行负载回路过流及短路保护关断的设计理念。隔离运放通过采集负载回路中采样电阻两端电压进行隔离放大，再通过普通运放进行差分转换，将转换后的电压值通过模拟输出端传递至处理器或比较器进行运算比较，当负载回路处于过流或短路时关断负载回路以达到保护负载及其它用电设备的作用。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种负载功率保护电路，包括隔离运放器U1，隔离运放器U1的INN和INP端口分别与采样电阻Rsense的两端连接，VDD1和VDD2端口分别与+5V电源和+3.3V电源连接，GND1和GND2端分别与GND_5V地和GND_3.3V地连接，OUTP和OUTN端口分别与运放器U2的输入端口连接；所述采样电阻Rsense的一端与MOS管的发射极连接，另一端连接负载RL，MOS管U5的基极与“与”门U4的输出端连接，“与”门U4的输入端分别与控制端及比较器U3的输出端连接；所述运放器U2的输出端输出模拟信号并与比较器U3的输入端连接，比较器U3的参考电压输入端接入+3.3V电源。当功率回路处于关断状态，比较器U3输出为高电平，当控制输入端为高电平时，“与”门电路输出高电平控制功率执行器件U5导通，功率回路导通。当功率回路过流时采样电阻Rsense两端电压URsense＝Rsense*I过(I过为负载过流电流)经过隔离运放U1隔离放大后管脚OUTP及OUTN输出差分电压信号，再经过运放U2进行整合放大，传递至处理器进行过流保护处理，当达到过流保护时间时，处理器控制“控制输入端”为低电平关断功率执行器件U5以达到切断负载回路电流的方式，比较器U3由于未达到保护电压比较器U3仍输出高电平。当功率回路短路时，负载回路电流达到顶峰，采样电阻两端电压URsense＝Rsense*I短(I短为负载短路电流)经隔离运放U1隔离放大后管脚OUTP及OUTN输出差分电压信号，再经过运放U2进行整合放大，传递至处理器进行短路保护处理，但处理器保护响应时间较长，其响应时间低于纯硬件的保护时间，也就是通过比较器U3关断的时间快于处理器保护的时间，当达到短路电流时，运放U2输出电压达到短路保护点电压，会使比较器U3翻转输出低电平，经过“与”门电路后输出低电平关断功率执行器件U5以达到快速切断负载回路电流的方式。
进一步的，采样电阻Rsense与隔离运放器U1的INN和INP端口之间还分别连接有电阻R1和电阻R2。电阻R1、R2采用振华云科的RRJ1608K100F(10Ω)电阻，作用为滤除采样电阻Rsense两端电压的干扰。
进一步的，VDD1和GND1端口之间还并联有电容C1和电容C2。所述VDD2和GND2端口之间还并联后电容C3和电容C4。电容C1、C4采用振华新云的JCT41-1608-X7R-50V-104(0.1uF)电容，电容C2、C3采用振华新云的JCT41-1608-X7R-50V-106F(10uF)电容。电容C1、C2、C3、C4均为旁路滤波电容，作用为保证隔离运放U1的VDD1及VDD2的供电稳定减小电压纹波对隔离运放U1造成干扰影响采集精度。
进一步的，运放器U2的正向输入端和反向输入端与OUTP和OUTN端口之间还分别设有电阻R4和电阻R3。电阻R3、R4为振华云科的RRJ1608K102F(1KΩ)电阻，作用为使运放U2输入阻抗增大减少U1的输出电流以减小U1的功耗。
进一步的，运放器U2的反向输入端与输出端之间连接有电阻R5。电阻R5为振华云科的RRJ1608K102F(1KΩ)电阻，该电阻与R3可形成比例放大电路，本设计放大倍数为1倍，可根据UOUT＝(R5/R3)*UIN，进行比例放大，将放大后的电压传递至处理器及比较器U3的比较短，此处应注意放大后的电压不能超过处理器采集管脚的最大耐压，否则会使处理器失效。
进一步的，比较器参考电压输入端与+3.3V电源之间连接有电阻R7，与GND_3.3V之间连接有电阻R6，电阻R7、R6为分压电阻，此处均采用振华云科的高精度电阻，电阻精度为0.1％，见附图1所示，A点电压UA＝(3.3V/(R7+R6))*R6，A点电压为需要设置的短路保护点电压，当比较器B点电压高于A点电压时，比较器翻转关断负载回路。采样电阻Rsense为征亚达的SR2512-23-R001-D-1(1mΩ)电阻，该采样电阻可根据实际电流情况及过流保护点进行调节，但不能太大，否则回路中阻抗过高会使功率回路发热严重。电阻RL为负载，根据自己具体后端负载而定。
隔离运放U1为纳芯微电子的NSI1300-D25-DSWVR型隔离运放，其自带8.2倍电压放大，可提高电流采集精度。
运放U2为瑞盟电子的OP07型运放，作用为整合差分信号及电压放大。
比较器U3为振华风光的FX139GJ，作用为短路保护时进行电压翻转，已达到快速保护的作用。
U4为“与”门电路，该器件选用天水庆华的TQLVC1G08ST1N型单“与”门电路，其作用为两个输入端同时为高电平时控制功率执行器件U5接通，任一为低电平时均关断U5。
功率执行器件U5为杭芯半导体的HCTL1002，该器件为N沟道增强型MOS，具体选型可根据负载回路电流进行选择，主要用于控制负载回路的接通及关断。
Claims (6)
1.一种负载功率保护电路，其特征在于：包括隔离运放器U1，隔离运放器U1的INN和INP端口分别与采样电阻Rsense的两端连接，VDD1和VDD2端口分别与+5V电源和+3.3V电源连接，GND1和GND2端分别与GND_5V地和GND_3.3V地连接，OUTP和OUTN端口分别与运放器U2的输入端口连接；所述采样电阻Rsense的一端与MOS管的发射极连接，另一端连接负载RL，MOS管U5的基极与“与”门U4的输出端连接，“与”门U4的输入端分别与控制端及比较器U3的输出端连接；所述运放器U2的输出端输出模拟信号并与比较器U3的输入端连接，比较器U3的参考电压输入端接入+3.3V电源。
2.如权利要求1所述的负载功率保护电路，其特征在于：所述采样电阻Rsense与隔离运放器U1的INN和INP端口之间还分别连接有电阻R1和电阻R2。
3.如权利要求1所述的负载功率保护电路，其特征在于：所述VDD1和GND1端口之间还并联有电容C1和电容C2。
4.如权利要求1所述的负载功率保护电路，其特征在于：所述VDD2和GND2端口之间还并联后电容C3和电容C4。
5.如权利要求1所述的负载功率保护电路，其特征在于：所述运放器U2的正向输入端和反向输入端与OUTP和OUTN端口之间还分别设有电阻R4和电阻R3。
6.如权利要求1所述的负载功率保护电路，其特征在于：所述运放器U2的反向输入端与输出端之间连接有电阻R5。
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