基于高邊電流檢測的過流保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電源的過流保護，具體是一種基于高邊電流檢測的過流保護電路。完善了電源的過流保護功能。包括由檢測電阻Rs與電子開關元件串聯構成的主電路、控制電子開關元件導通及關斷的控制電路；檢測電阻Rs的自由端為電源側接線端，電子開關元件的自由端為負載側接線端，控制端與控制電路的輸出端連接；控制電路包括輸入端與檢測電阻Rs連接的高邊電流檢測模塊、用于判斷電源輸出狀況及控制電子開關元件工作狀態的中間處理模塊；中間處理模塊的輸入端與高邊電流檢測模塊輸出端連接，輸出端與電子開關元件的控制端連接。結構合理，安全可靠，成本低廉，具有自恢復功能，有效防止了電路振蕩；適用于煤礦本安電路，能夠有效抑制短路火花能量。
【專利說明】基于高邊電流檢測的過流保護電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電源的過流保護，具體是一種基于高邊電流檢測的過流保護電路。
【背景技術】
[0002]目前，諸多用戶要求電源低成本、高密度、高可靠，并具有多種保護功能。在保護功能方面諸如有:輸入欠壓、輸入過壓、過溫、輸出過壓、輸出過流保護(短路)等。其中，對于用戶來說最關心的是輸出過流保護(短路保護)，輸出過流保護是指在輸出短路或過載時對電源或負載進行的保護，輸出過流保護有多種形式，可分為額定電流下垂型、恒流型、恒功率型，多數為電流下垂型。輸出過流保護對終端用戶影響最為明顯，沒有做好會對終端用戶造成無法估量的損失。
【發明內容】
[0003]本實用新型為了完善電源的過流保護功能，提供了一種基于高邊電流檢測的過流保護電路。
[0004]本實用新型是采用如下技術方案實現的:基于高邊電流檢測的過流保護電路，包括由檢測電阻Rs與電子開關元件串聯構成的主電路、控制電子開關元件導通及關斷的控制電路；檢測電阻Rs的自由端為電源側接線端，電子開關元件的自由端為負載側接線端，電子開關元件的控制端與控制電路的輸出端連接；所述控制電路包括輸入端與檢測電阻Rs連接的高邊電流檢測模塊、用于判斷電源輸出狀況及控制電子開關元件工作狀態的中間處理模塊；中間處理模塊的輸入端與高邊電流檢測模塊輸出端連接，輸出端與電子開關元件的控制端連接；
[0005]所述高邊電流檢測模塊包括采集檢測電阻Rs兩端電壓的PNP三極管Ql和PNP三極管Q2，由NPN三極管Q3、NPN三極管Q4、NPN三極管Q5構成的鏡像恒流源，以及由NPN三極管Q6、NPN三極管Q7、PNP三極管Q8構成的鏡像恒流源；
[0006]PNP三極管Ql的發射極與檢測電阻Rs自由端連接、PNP三極管Q2的發射極與檢測電阻Rs的另一端連接，PNP三極管Ql的基極經電阻R6與PNP三極管Q2的基極連接，PNP三極管Ql的集電極與基極連接；
[0007]NPN三極管Q3的集電極、NPN三極管Q4和NPN三極管Q5的基極經電阻Rl與檢測電阻Rs自由端(即主電路的電源側接線端)連接，NPN三極管Q4、NPN三極管Q5的發射極分別經電阻R2、R3接地；NPN三極管Q3的基極與NPN三極管Q4的發射極連接，發射極接地；NPN三極管Q4的集電極與PNP三極管Ql的集電極連接，NPN三極管Q5的集電極與PNP三極管Q2的集電極連接；
[0008]PNP三極管Q8的基極與PNP三極管Q2的集電極連接，發射極與PNP三極管Q2的基極連接，集電極與NPN三極管Q6的集電極連接；NPN三極管Q6的基極與集電極、NPN三極管Q7的基極連接，NPN三極管Q7的集電極與PNP三極管Q8的基極連接，NPN三極管Q6、NPN三極管Q7的發射極分別經電阻R5、R4接地，NPN三極管Q6的發射極與電阻R5的連接節點為模塊輸出端。
[0009]應用時，將主電路串入負載的供電干路(即電源和負載之間)，通過高邊電流檢測模塊監測檢測電阻Rs的電壓降，經處理轉換成與干路電流成比例的輸出信號，并傳輸給中間處理模塊，然后由中間處理模塊依據高邊電流檢測模塊的輸出信號判斷電源輸出是否發生過流故障，并輸出相應觸發信號控制電子開關元件工作狀態，控制主電路的導通和截止:如發生過流故障，則控制電子開關元件關斷，使主電路截止；如電源輸出正常，則控制電子開關元件導通，保持主電路導通，進而有效實現電源的過流保護功能。
[0010]如圖3所示，所述高邊電流檢測模塊的電路原理闡述如下:將模塊的輸入端Rsence+和Rsence-連接在檢測電阻Rs的兩端，由NPN三極管Q3、NPN三極管Q4、NPN三極管Q5構成的鏡像恒流源對PNP三極管Ql、Q2供電，且電阻R2和電阻R3相同，確保為PNP三極管Q1、Q2提供相同的電流，使PNP三極管Q1、Q2工作在特性相近的狀態；PNP三極管Ql提供相對高端偏移的基準電壓，PNP三極管Q2提供相對檢測電阻Rs分壓的偏移電壓，檢驗電阻Rs上的分壓被PNP三極管Q2偏移后，和PNP三極管Ql提供的基準電壓產生一個在數值上等于檢驗電阻Rs自身壓降的壓差，該壓差在電阻R6上形成電流，并通過由NPN三極管Q6、NPN三極管Q7、PNP三極管Q8構成的鏡像恒流源，在其中一路的電阻R5上形成輸出，另一路輸入到PNP三極管Q2，用來補償PNP三極管Ql因增加了電阻R6的分流而形成的電壓誤差。其中，電阻R5和電阻R6的比值決定了高邊電流檢測模塊的放大倍數；電阻R4比電阻R5略小，作用是在PNP三極管Q2上形成一定的過補償(或者說正反饋)，減少因晶體管放大倍數有限帶來的電路增益誤差。
[0011]高邊電流檢測模塊輸出結果的計算過程如下:
[0012]流過電阻R6的電流
[0013]
【權利要求】
1.一種基于高邊電流檢測的過流保護電路，其特征在于:包括由檢測電阻Rs與電子開關元件串聯構成的主電路、控制電子開關元件導通及關斷的控制電路，檢測電阻Rs的自由端為電源側接線端，電子開關元件的自由端為負載側接線端，電子開關元件的控制端與控制電路的輸出端連接；所述控制電路包括輸入端與檢測電阻Rs連接的高邊電流檢測模塊、用于判斷電源輸出狀況及控制電子開關元件工作狀態的中間處理模塊；中間處理模塊的輸入端與高邊電流檢測模塊輸出端連接，輸出端與電子開關元件的控制端連接； 所述高邊電流檢測模塊包括采集檢測電阻Rs兩端電壓的PNP三極管Ql和PNP三極管Q2，由NPN三極管Q3、NPN三極管Q4、NPN三極管Q5構成的鏡像恒流源，以及由NPN三極管Q6、NPN三極管Q7、PNP三極管Q8構成的鏡像恒流源； PNP三極管Ql的發射極與檢測電阻Rs自由端連接、PNP三極管Q2的發射極與檢測電阻Rs的另一端連接，PNP三極管Ql的基極經電阻R6與PNP三極管Q2的基極連接，PNP三極管Ql的集電極與基極連接； NPN三極管Q3的集電極、NPN三極管Q4和NPN三極管Q5的基極經電阻Rl與檢測電阻Rs自由端連接，NPN三極管Q4、NPN三極管Q5的發射極分別經電阻R2、R3接地；NPN三極管Q3的基極與NPN三極管Q4的發射極連接，發射極接地；NPN三極管Q4的集電極與PNP三極管Ql的集電極連接，NPN三極管Q5的集電極與PNP三極管Q2的集電極連接； PNP三極管Q8的基極與PNP三極管Q2的集電極連接，發射極與PNP三極管Q2的基極連接，集電極與NPN三極管Q6的集電極連接；NPN三極管Q6的基極與集電極、NPN三極管Q7的基極連接，NPN三極管Q7的集電極與PNP三極管Q8的基極連接，NPN三極管Q6、NPN三極管Q7的發射極分別經電阻R5、R4接地，NPN三極管Q6的發射極與電阻R5的連接節點為模塊輸出端。
2.根據權利要求1所述的基于高邊電流檢測的過流保護電路，其特征在于:所述電子開關元件采用P溝道增強型場效應管，其源極與檢測電阻Rs連接，漏極為負載側接線端，柵極與控制電路輸出端連接。
3.根據權利要求1或2所述的基于高邊電流檢測的過流保護電路，其特征在于:所述中間處理模塊包括電壓比較器U2、電壓比較器U3、由電阻R7和電阻R8串聯構成分壓支路、以及由電阻Rll和電阻R12串聯構成分壓支路；電壓比較器U2的反相端與高邊電流檢測模塊的輸出端連接，同相端與電阻R7、電阻R8間的連接節點連接，輸出端經反向二極管Dl與電壓比較器U3的反相端連接；電壓比較器U3的同相端與電阻Rl1、電阻R12間的連接節點連接，反相端經電容Cl接地，并經電阻RlO連接電源VCC ；電壓比較器U3的上拉電阻R13串聯于電壓比較器U3輸出端與檢測電阻Rs之間。
【文檔編號】H02H3/08GK203787935SQ201420168443
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】郭銳, 李虹, 江加河 申請人:太原科技大學