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专利名称：一种过流保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过流保护电路。
背景技术：
在电子电路技术特别是电源技术中，系统的过流保护越来越引起人们的重视，这能够确保系统可靠稳定的运行。在实际电子电路系统中，系统出现过流时轻则导致电路无法正常使用，重则导致损坏整个系统。另外一旦系统出了短路极有可能将整个电子电路系统烧坏，造成经济损失的同时还延长了系统研发周期。在电机控制中，电机长时间过流会导致电机线圈烧坏，为了保护这些电子电路或设备必须加入过流保护电路系统。现有技术中一些设备或电子电路系统安装使用了过流保护装置，这些保护系统保护的范围一般比较窄，一般最大只有几十安培。但是对于一些电流较大的电路很难发挥过流保护功能，这同样导致电路系统或电子设备的损毁。

发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种过流保护电路，检测电流值范围宽，最大检测电流可至200安培，同时具有报警功能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括共模电压差分放大电路、过流判别电路、电压高低变换和定时电路、报警电路、光电隔离电路、图腾柱电路、MOSFET关断电路，所述共模电压差分放大电路对流经电阻或负载的电流采样，并将采集到的电流值转化为差模电压值，然后进一步转化为共模电压值并输出至过流判别电路；过流判别电路将共模电压值与设定的参考值相比较，将比较结果通过高、低电平值输出到电压高低变换和定时电路；电压高低变换和定时电路根据高、低电平值输出不同电压值给报警电路和光电隔离电路，在过流判别电路输出高电平时电压高低变换和定时电路输出低电平，在电流判别电路输出低电平时电压高低变换和定时电路输出高电平；报警电路收到高电平值时发出报警声；光电隔离电路收到低电平时开通光电耦合器，收到高电平值时关断光电耦合器；图腾柱电路与光电耦合电路相连接，光电耦合器开通时图腾柱下端三极管开通输出-15V低电压，光电耦合器关断时输出+15V高电压；MOSFET关断电路与被保护的器件或电子电路相连接，在图腾柱输出-15V时开通M0SFET，在图腾柱输出+15V时关断M0SFET。本发明在实际工作时，检测电流的共模电压差分放大电路由检测电阻检测到电流值表现在电阻两端为电压值，通过并联大功率电阻可以实现大电流的检测。所述的共模电压差分放大电路包括高共模差分放大器和检测电阻，检测电路连接在高共模差分放大器正负输入端。高共模差分放大器Ul的差分电压输入管脚连接在检测电阻两端将其电压值差分放大由Ul的输出管脚输出到过流保护电路的1号电阻。所述的过流判别电路包括1号电阻Rl、l号电容Cl、运算放大器U3A和2号电阻 R2。由Ul的输出管脚输出的信号经过1号电阻Rl和1号电容Cl滤波后传至比较器U3的反向输入端，而U3的正向输入端输入电压参考值。只要检测电阻两端电压值大于设定值时U3的输出管脚输出低电平，反之，U3的输出管脚输出高电平。由U3的输出管脚输出的电平值经过限流电阻R2流入到NE555定时器U2的输入管脚。所述的电压高低变换和定时电路包括定时器、3号电阻、2号电容、3号电容和4号电阻。在电压高低变换和定时电路中，若从U2的输入管脚输入的是高电平时，NE555定时器U2的输出管脚输出低电平；若从U2的输入管脚输入的是低电平时，NE555定时器U2的输出管脚输出高电平并且此时3号电阻R3的阻值和2号电阻C2的电容量的乘积为延时时间，在延时时间段内均输出高电平。所述报警电路包括5号电阻R5、l号三极管Ql和蜂鸣器LS。在电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的输出管脚输出高电平时蜂鸣器发出蜂鸣声，其它情况不发出蜂鸣声。所述光电隔离电路包括4号电容C4、6号电阻R6、5号电容C5和光电耦合器U4。 当电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的3管脚输出低电平时，由5V电压、6 号电阻R6、光电耦合器U4、电阻R7组成回路，光电耦合器U4开通；当电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的输出管脚输出高电平时，无法达到光电耦合器开通的最低电压值，光电耦合器U4关断。6号电容C6、7号电容C7的主要作用是滤波，稳定电压的作用。所述图腾柱电路包括8号电阻R8、9号电阻R9、6号电容C6、7号电容C7、PNP三极管Q2和NPN三极管Q3。当光电耦合器关断时15V电压经过8号电阻R8和9号电阻R9到达2号三极管Q2的2管脚，2号三极管Q2导通；当光电耦合器开通时-15V电压经过光电耦合器U4和9号电阻R9到达3号三极管Q3的2管脚，3号三极管Q3导通。图腾柱电路士 15V经由2号三极管Q2或3号三极管Q3以及MOSFET关断电路中的限流电阻RlO流向 MOSFET功率管Q4的2管脚。所述MOSFET关断电路包括10号电阻R10、11号电阻Rll、1号二极管Dl、2号二极管D2、M0SFET功率管Q4、12号电阻R12和8号电容C8。当3号三极管Q3导通时P沟道 MOSFET功率管Q4的2管脚处的电压值为-15V电压，MOSFET功率管Q4开通，电流可以在 MOSFET功率管Q4的1和3管脚之间流通；当2号三极管Q2导通时P沟道MOSFET功率管 Q4的2管脚处的电压值为正电压，MOSFET功率管Q4关断，电流不可以在MOSFET功率管Q4 的1和3管脚之间流通，实现保护过流保护功能。本发明的有益效果是采用简单的电阻采样电流值，避免了传统一些采用电流互感器、电磁传感器等高成本器件的电流采样方法，使得系统整体成本低廉。最大可达200安培检测电流，使得系统能够应用到很多场合。本发明过流判别电路保护电压值可以自由设定，这就可以设定需要的值来确保电子电路或电子设备能够在安全工作。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。


图1是本发明一种过流保护电路的原理中，I-检测电流的共模电压差分放大电路；2-过流判别电路；3-电压高低变换和定时电路；4-报警电路；5-光电隔离电路；6-图腾柱电路；7-M0SFET关断电路。
具体实施方式
如图1所示，检测电流的共模电压差分放大电路1由检测电阻和INA117高共模差分放大器Ul构成。过流判别电路2由1号电阻Rl、l号电容Cl和比较器U3组成。电压高低变换和定时电路3由两个3号电阻R3和4号电阻R4，2号电容C2和3号电容C3，NE555 定时器U2组成。报警电路4由5号电阻R5、l号三极管Ql和蜂鸣器LS组成，光电耦合电路5由6号电阻R6、7号电阻R7，4号电容C4、5号电容C5，光电耦合器U4组成。图腾柱电路6由8号电阻R8、9号电阻R9、6号电容C6和7号电容C7，一个NPN三极管Q2和一个PNP 三极管Q3组成。MOSFET关断电路7由10号电阻RlOUl电阻号Rll和12号电阻R12，l号稳压管D1，2号二极管D2，P沟道MOSFET功率管Q4，8号电容C8构成。检测电流的共模电压差分放大电路1中的Ul的1、5、8管脚连接到一起接到VSS 地端，Ul的2和3管脚接到检测电阻或要检测的负载两端，4和7管脚分别-15V电源端和 +15电源端，Ul的6管脚连接到过流判别电路2的1号电阻Rl和1号电容Cl的共用端。过流判别电路2的1号电阻Rl和1号电容Cl连接在一起与检测电流的共模电压差分放大电路1中的Ul的6管脚相连。过流判别电路2的U3管脚和1号电容Cl的另一端共同连接到VSS地端。过流判别电路2的U3管脚2和1号电阻Rl的另一端相连，U3的 3管脚连接到VREF设定电压值输入处。过流判别电路2的U3的1管脚与2号电阻R2的一端连在一起，2号电阻R2的另一端与电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的输入端2管脚连在一起。 电压高低变换和定时电路3中的EN555定时器U2的2脚与过流判别电路2中的2 号电阻R2的一端连接在一起。电压高低变换和定时电路3的U2的1脚接VSS地端，U2的 4脚连接到4号电阻R4，4号电阻R4的另一端接到5V电源端。电压高低变换和定时电路3 中的EN555定时器U2的5、6、7管脚连在一起共同连接到有极性电容C2正极性一端和3号电容C3和3号电阻R3的一端，2号C2和3号C3另一端共同连接到VSS地端，3号电阻R3 的另一端连接到5V电源端的同时连接到NE555定时器的管脚8。电压高低变换和定时电路3中的EN555定时器U2的3脚连接到报警电路4中的5号电阻R5的一端，同时连接到光电耦合电路5的7号电阻R7的一端。报警电路4中的三极管Ql的发射极接到VSS地端，基极接到5号电阻R5的一端， 1号三极管Ql的集电极连接到蜂鸣器LS的2脚，蜂鸣器LS的1脚接到5V电源端。光电耦合电路5中的7号电阻R7 —端与电压高低变换和定时电路的U2的3脚相连，另一端和光电耦合电路5中的光电耦合器U4的输入下端管脚以及4号电容C4和6号电阻R6的一端连接在一起。光电耦合电路5中的U4输入端上管脚和5V电源端、4号电容 C4另一端、6号电阻R6另一端、5号电容C5的一端相连接，5号电容C5的另一端连接在VSS 地端。光电耦合器U4的输出端下端和图腾柱电路6的-15V电源连在一起，光电耦合器U4 的输出端上端和图腾柱电路6中的8号电阻R8、9号电阻R9和7号电容C7的一端连接在一起。图腾柱电路6中的7号电容C7 —端和-15V电源端相接同时和光电耦合电路5的 U2的输出管脚下端相连，另一端和光电耦合电路5的U2的输出管脚上端相连同时和图腾柱电路6的8号电阻R8、9号电阻R9连接在一起。8号电阻R8的另一端和+15V电源、5号电容C5的一端接在一起，5号电容C5的另一端和VSS地端相接。9号电阻R9另一端同时和 NPN三极管Q2和PNP三极管Q3的2管脚相连接。2号三极管Q2的发射极1脚和3号三极
6管Q3的发射极1脚连接在一起，同时接到MOSFET关断电路7中的10号电阻RlO的一端，2 号三极管Q2的集电极3连接到+15V电源端。3号三极管Q3的3脚连接到-15V电源端。MOSFET关断电路7中的10号电阻RlO同时和图腾柱电路6的2号三极管Q2、3号三极管Q3的发射极1脚连接在一起，10号电阻RlO另一端和11号电阻Rll —端、1号稳压管Dl —端、MOSFET功率管Q4的2脚相连。MOSFET功率管Q4的一脚和11号电阻Rll的另一端、1号二极管Dl的另一端和12号电阻R12的一端连接，MOSFET功率管Q4的3脚和 2号二极管D2的一端、8号电阻C8的一端连接，2号二极管D2的另一端接到VSS地端。12 号电阻R12另一端和8号电容C8另一端相连接在一起。在MOSFET功率管Q4的1管脚和3管脚连接到要关断的电路，在电子电路系统或电子设备过流时以及短路故障时MOSFET及时关断。上述实施例采用的主要元器件型号参数说明
高共模差分放大器UlINA1171号电阻Rl12ΚΩ1号电容ClIOOOpF运算放大器U3ATL0822号电阻R2IK Ω定时器U2ΝΕ5553号电阻R3100Κ Ω2号有极性电容C247uF/50V3号电容C3IOOpF4号电阻R4IK Ω5号电阻R55ΚΩ三极管Ql2Ν5551蜂鸣器LSHXD-12094号电容C4IOOpF6号电阻R627ΚΩ7号电阻R7330ΚΩ5号电容C5IOOpF光电耦合器U4TLP1816号电容C6IOOnF8号电阻R82ΚΩ7号电容C7IOOpF9号电阻R9240 ΩPNP三极管Q22Ν5551NPN三极管2Ν540110号电阻RlO6. 8ΚΩ/11号电阻RllIOK Ω稳压管DlMM3Z16V二极管D21Ν400212号电阻Rl 2IK Ω8号电容C8IOOnF
权利要求
1.一种过流保护电路，包括共模电压差分放大电路、过流判别电路、电压高低变换和定时电路、报警电路、光电隔离电路、图腾柱电路、MOSFET关断电路，其特征在于所述共模电压差分放大电路对流经电阻或负载的电流采样，并将采集到的电流值转化为差模电压值， 然后进一步转化为共模电压值并输出至过流判别电路；过流判别电路将共模电压值与设定的参考值相比较，将比较结果通过高、低电平值输出到电压高低变换和定时电路；电压高低变换和定时电路根据高、低电平值输出不同电压值给报警电路和光电隔离电路，在过流判别电路输出高电平时电压高低变换和定时电路输出低电平，在电流判别电路输出低电平时电压高低变换和定时电路输出高电平；报警电路收到高电平值时发出报警声；光电隔离电路收到低电平时开通光电耦合器，收到高电平值时关断光电耦合器；图腾柱电路与光电耦合电路相连接，光电耦合器开通时图腾柱下端三极管开通输出-15V低电压，光电耦合器关断时输出+15V高电压；MOSFET关断电路与被保护的器件或电子电路相连接，在图腾柱输出-15V时开通M0SFET，在图腾柱输出+15V时关断M0SFET。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述的共模电压差分放大电路包括高共模差分放大器和检测电阻，检测电路连接在高共模差分放大器正负输入端，高共模差分放大器Ul的差分电压输入管脚连接在检测电阻两端，将其电压值差分放大由高共模差分放大器Ul的输出管脚输出到过流保护电路的1号电阻R1。
3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述的过流判别电路包括1号电阻Rl、l号电容Cl、运算放大器U3A和2号电阻R2，由Ul的输出管脚输出的信号经过1 号电阻Rl和1号电容Cl滤波后传至比较器U3的反向输入端，而U3的正向输入端输入电压参考值，只要检测电阻两端电压值大于设定值时U3的输出管脚输出低电平，反之，U3的输出管脚输出高电平，由U3的输出管脚输出的电平值经过限流电阻R2流入到NE555定时器U2的输入管脚。
4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述的电压高低变换和定时电路包括定时器、3号电阻R3、2号电容C2、3号电容C3和4号电阻R4，在电压高低变换和定时电路中，若从U2的输入管脚输入的是高电平时，NE555定时器U2的输出管脚输出低电平； 若从U2的输入管脚输入的是低电平时，NE555定时器U2的输出管脚输出高电平并且此时3 号电阻R3的阻值和2号电容C2的电容量的乘积为延时时间，在延时时间段内均输出高电平。
5.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述报警电路包括5号电阻R5、 1号三极管Ql和蜂鸣器LS，在电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的输出管脚输出高电平时蜂鸣器发出蜂鸣声，其它情况不发出蜂鸣声。
6.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述光电隔离电路包括4号电容C4、6号电阻R6、5号电容C5和光电耦合器U4，当电压高低变换和定时电路3中的NE555 定时器U2的3管脚输出低电平时，由5V电压、6号电阻R6、光电耦合器U4、7号电阻R7组成回路，光电耦合器U4开通；当电压高低变换和定时电路3中的NE555定时器U2的输出管脚输出高电平时，无法达到光电耦合器开通的最低电压值，光电耦合器U4关断。
7.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述图腾柱电路包括8号电阻 R8、9号电阻R9、6号电容C6、7号电容C7、PNP三极管Q2和NPN三极管Q3，当光电耦合器关断时15V电压经过8号电阻R8和9号电阻R9到达2号三极管Q2的2管脚，2号三极管Q2导通；当光电耦合器开通时-15V电压经过光电耦合器U4和9号电阻R9到达3号三极管Q3 的2管脚，3号三极管Q3导通，图腾柱电路士 15V经由2号三极管Q2或3号三极管Q3以及 MOSFET关断电路中的限流电阻RlO流向MOSFET功率管Q4的2管脚。
8.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于所述MOSFET关断电路包括10号电阻RlOUl号电阻Rll、l号二极管Dl、2号二极管D2、M0SFET功率管Q4、12号电阻R12和 8号电容C8，当3号三极管Q3导通时P沟道MOSFET功率管Q4的2管脚处的电压值为-15V 电压，MOSFET功率管Q4开通，电流在MOSFET功率管Q4的1和3管脚之间流通；当2号三极管Q2导通时P沟道MOSFET功率管Q4的2管脚处的电压值为正电压，MOSFET功率管Q4 关断，电流不在MOSFET功率管Q4的1和3管脚之间流通。
全文摘要
本发明公开了一种过流保护电路，共模电压差分放大电路将采集到的电流值转化为共模电压值；过流判别电路将共模电压值与设定的参考值相比较；电压高低变换和定时电路根据比较结果输出不同电压值给报警电路和光电隔离电路，光电隔离电路收到低电平时开通光电耦合器，收到高电平值时关断光电耦合器；图腾柱电路与光电耦合电路相连接；MOSFET关断电路与被保护的器件或电子电路相连接。本发明成本低廉，最大可达200安培检测电流，确保电子电路或电子设备能够在安全工作。
文档编号G01R19/165GK102403690SQ20111040172
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者卢刚, 周勇, 周广伟, 张松松, 李声晋, 李鑫, 杨静伟, 王严伟, 魏世克 申请人:西北工业大学