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专利名称：输出通道过电流检测和保护电路的制作方法
输出通道过电流检测和保护电路技术领域
本发明属于电子电路设计技术领域，具体是指一种应用于工业控制系统、安全信 号系统等系统中的输出通道过电流检测和保护电路。
背景技术：
在工业控制系统和安全信号系统(应用于航空电子、铁路信号、核电等行业)中，系 统对受控设备的控制通常通过控制输出通道来完成。
如图1所示，是常见的一种输出通道电路设计结构。控制器(A)通过控制固体继 电器(B)来控制输出通道是否输出电流到外部负载(外部设备C)。在输出使能的情况下，当 输出通道的外部负载内部产生局部短路或其他原因造成阻抗变低，就会导致输出电流超过 最大的允许电流，过大的电流称为过电流。为了防止过大的电流造成外部设备(C)过热烧 毁或电源过载使整个电路系统不能正常工作或电源损坏，需要有输出通道有自我检测过电 流并进行保护的功能。因而图1所示的输出通道电路设计结构中必须包含过流检测电路部 分，用于及时发现过电流故障并进行保护。
现有的过流保护电路有串在输出通路中的PTC热敏电阻，或采用专用电压检测芯 片实现。PTC热敏电阻可实现过流检测并具有自恢复功能，但由于热敏电阻的动作电流参数 依赖于温度变化，对电流阈值的控制波动范围较大，而且反应时间较慢，发生过流时电阻的 表面温度过高。由于过流故障可能只持续一段时间，需要通道在关断之后能够自启动以增 强系统的可用性。而现有的专用电压检测芯片检测电路，则缺少自恢复的功能。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种输出通道过电流检测和保护电路，它可以 同时满足电路体积小、结构简单，隔离性能好的特性。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种输出通道过电流检测电路，它由过两 个电流检测电阻(1)，(2)和过电流检测隔离器件(3)组成，所述电阻(I)串联于输出通道， 电阻(2)和隔离器件(3)串联后与电阻(I)并联。
本发明的有益效果在于电流阈值Ith可调整，能在毫秒级内切断输出，并在断开 一段时间T (可调整)之后完成自启动，同时满足电路体积小、结构简单，隔离性能好的特性。
所述过电流检测隔离器件(3)可以为固体继电器或者光耦隔离器件，还包括电阻(4)，电容(5)，稳压二极管(6)，电阻(7)，组件(8)。电容(5)并联在隔离器件(3)的输出端， 通过电阻(4)上拉到VI，稳压管(6)和电阻(7)串联之后与电容(5)并联到地，组件(8)的 BE级(三极管)或GS级(场效应管)与电阻(7)并联到地，组件(8)的CE级(三极管)或DS 级(场效应)串联在输出使能控制的线路上。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是一种常见的控制系统输出通道电路设计结构示意图；其中，A控制器，B固体继电器，C外部设备。
图2是本发明的输出通道过电流保护电路的原理图。其中，B固体继电器，1、2过电流检测电阻，3过电流检测隔离器件，4电阻，5电容，6稳压二极管，7电阻，8场效应管或三极管。
图3是本发明的一个实施例电路的原理图。
具体实施方式
本发明提供一种输出通道过电流检测和保护电路，电流阈值Ith可调整，能在毫秒级内切断输出，并在断开一段时间T (可调整)之后完成自启动，同时满足电路体积小、结构简单，隔离性能好的特性。
本发明提供一种输出通道过流保护电路，该电路能够应用于安全信号系统、工业控制系统等领域。本发明所指的输出通道过电流检测和保护电路的技术方案是如图2所示，由采样电阻1，电阻2、光耦3组成过电流检测电路，由电阻4，电容5，稳压管6，电阻7， 组件8 (三极管或场效应管)组成断开保护电路。设输出通道电流为I1;电阻I阻值为R1, 电压为电阻2阻值为R2，电流为I2 ;光耦3的前向电压Vf，开启电流为Ifmi，输出导通电阻为Rm ;电阻4阻值为R4，充电电压为V1 ;电容5容值为C5,电容5上的电压为V2 ;稳压管 6稳压管稳压电压为V2 ；电阻7阻值为R7,电压为V3 ;组件8 (三极管或场效应管)导通电压阈值为Vth。
本发明的电路工作的具体步骤是
1.通道正常工作时满足Vk = I1XR1 < Vf,光耦3处于断开状态；当组件8为场效应管时，通过R4和R7分压 后满足V3略大于场效应管的导通阈值Vth，即组件8导通，输出通道受控于控制器电路。
2.通道发生过流时过电流阈值Ith由电阻R1,电阻R2及光耦的前向导通电流Ifmij_ X R，和前向电压Vf决定Μ:....!.-......:.......l￡-+lFon 当I2彡IthW，光耦(3)导通，C2上的电压V2由原来的V2 = V3+Vz通过光耦电阻Rm放电至V3+Vz < Vth+Vz时场效应管断开，输出使能通路被切断，进而关断了组件(B)，随着组件(B)的断开，输出通道的电流I1被切断，从而完成过流时的检测和断开保护。
3.过流后自启动输出通道被切断之后，采样电阻R1的电压Vk远小于光耦3的前向电压Vf，光耦3被断开，V1通过R4对C5充电。当电压V2 > Vth+Vz时组件8导通，输出通道又受控于控制器的逻辑。而从过流到重启的保护时间T取决于V2从Vtl充电至的时间，满足公式jr
T = A>4 X (-、In Vi_(V^y_V) V0是光耦3断开之前V2通过Rm经过时间t (组件B的断开时间tB()ff+光耦3的断开时间t3()ff)放电之后的电压。\ = V2Xe_t/K°nXe5由于光耦的导通电阻一般在几十欧，电容取值在uF级，光耦继电器的断开时间在毫秒级，通过计算可知Vo 0，一般可以不考虑此电压的影响。
如果组件8选择的是三级管，那么只要保证正常工作时它工作在饱和区，Vth =O.7V，V2 = Vth+Vz，当过流时V2放电，三极管截止，输出断开。自启动时的保护时间T也是由 %从％充电到^+1来算。
总之可以通过对电路上各器件的选择来设定过电流的检测阈值Ith，以及断开的保护时间T。
本发明输出通道漏电流检测电路的优点是电路的过电流检测阈值Ith易于调整。 电路检测到过电流输出后的保护时间T易于调整。电路检测到过流后具有自行打开通道的自恢复功能，可以应付突发的过流情况。电路设计简单，电路所占体积(面积)小，十分适合应用于多输出通道的系统中。
下面结合图3本发明一个实施例电路的原理图，对本发明做进一步说明。
该电路采用PVX6012作为输出固态继电器B，tBoff=l毫秒；采用R1 = 3. 830hm, R2=IOOOhm电阻作为过流采样电阻；采用AQY210EHA作为隔离光耦，IFm=l. 2mA, VF=1. 14V, Ron=180hm, IO 隔离为 5000V, t3off=0. 08 毫秒；采用 R4=150k0hm, C5=2. 2uF，稳压管 Vz= 15V, R7=39. 2k0hm,场效应管 BSS138L，Vth=O. 5V 来构成电路；
1.在正常工作时输出通道电流Il在10mA-20mA左右，远小于光耦WVf，光耦3断开，此时 「0026权利要求
1.一种输出通道过电流检测电路，它由过两个电流检测电阻(1、2)和过电流检测隔离器件(3)组成，其特征在于所述电阻(I)串联于输出通道，电阻(2)和隔离器件(3)串联后与电阻(I)并联。
2.根据权利要求1所述的输出通道过电流检测电路，其特征在于所述过电流检测隔离器件(3)可以为固体继电器或者光耦隔离器件。
3.根据权利要求1或2所述的输出通道过电流检测电路，它由电阻(4)，电容(5)，稳压二极管(6)，电阻(7)，组件(8)组成，其特征在于电容(5)并联在隔离器件(3)的输出端，通过电阻(4)上拉到VI，稳压二极管(6)和电阻(7)串联之后与电容(5)并联到地，组件(8)的BE级(三极管)或GS级(场效应管)与电阻(7)并联到地，组件(8)的CE级(三极管)或DS级(场效应)串联在输出使能控制的线路上。
4.根据权利要求3所述的输出通道过电流检测电路，其特征在于组件(8)可采用场效应管或三极管。
全文摘要
本发明公开了一种输出通道过电流检测电路，它由过两个电流检测电阻和过电流检测隔离器件组成，所述电阻串联于输出通道，电阻和隔离器件串联后与电阻并联。本发明电流阈值Ith可调整，能在毫秒级内切断输出，并在断开一段时间T(可调整)之后完成自启动，同时满足电路体积小、结构简单，隔离性能好的特性。
文档编号G01R19/00GK102998515SQ20121047595
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者杨朝霞, 刘月华, 宋宇, 俞泓 申请人:上海富欣智能交通控制有限公司