专利名称：过电流检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关于一种电流检测电路，且特别是有关于一种用于检测直流电压源的电源输出线中是否有过电流的过电流检测电路。
背景技术：
常见的用于电源输出的过电流检测电路，以其属性可分为被动式与主动式两种。 被动式过电流检测电路为采用保险丝、热融开关等具有热跳脱特性的正温度反应元件，在 检测到流过的电流超出规范时，通过元件本身的跳脱来断开电路，以达到保护效果。主动式 过电流检测电路为采用可检测电流的元件，如霍尔(Hall)元件、电阻等，将流过的电流大 小转换为电压大�。谰菟欢玫牡缪勾笮±磁卸狭鞴牡缌魇欠癯龉娣叮员阃� 知后面的保护电路作出适当的保护。被动式过电流检测电路虽然架构相当简单、安装方便，但却存在相当大的误差，对 不同的瞬间过电流峰值所需的反应时间均不相等，如此将会造成保护点漂移。举例来说，假 设总负载电流额定为10A，所设定的保护点为在电流为15A时断开电路进行保护，那么如果 使用被动式过电流检测电路，则无法保证在电流为15A时用来跳脱的元件会发生跳脱，而 必须取决于电流流过元件所产生的热损耗大小。主动式过电流检测电路具有较精准的保护 点控制、不受负载瞬间峰值影响等特性，但所需的成本通常高于被动式过电流检测电路。
实用新型内容本实用新型的目的就是在于提出一种主动式过电流检测电路，用于检测直流电压 源的电源输出线中是否有过电流，并在精准的保护点控制与低成本两者间取得相对性的平 衡点。本实用新型提出一种过电流检测电路，用于检测直流电压源的电源输出线中是否 有过电流，其中电源输出线具有输入端及输出端。过电流检测电路包括检测电阻、设定电 阻、恒流源以及电压比较器。检测电阻具有第一端及第二端，检测电阻的第一端耦接至电源 输出线的输入端，检测电阻的第二端耦接至电源输出线的输出端。设定电阻具有第一端及 第二端，设定电阻的第一端耦接至电源输出线的输入端。恒流源耦接至设定电阻的第二端， 用于从设定电阻的第二端吸取恒定电流。电压比较器耦接至检测电阻的第二端及设定电阻 的第二端，用于在检测电阻的第二端的电压小于设定电阻的第二端的电压时输出错误信号 表示检测到电源输出线中有过电流。在一实施例中，恒流源包括参考电流源以及电流镜电路。参考电流源用于产生稳 定的参考电流。电流镜电路耦接至参考电流源，用于根据参考电流产生恒定电流。在一实施例中，电压比较器包括第一运算放大器、第二运算放大器以及齐纳二极 管。第一运算放大器具有非反相输入端、反相输入端及输出端，第一运算放大器的非反相输 入端耦接至检测电阻的第二端，第一运算放大器的反相输入端耦接至设定电阻的第二端。 第二运算放大器具有非反相输入端、反相输入端及输出端，第二运算放大器的非反相输入端耦接至参考电压，第二运算放大器的反相输入端耦接至第一运算放大器的输出端。齐纳 二极管具有阴极端及阳极端，齐纳二极管的阴极端耦接至第二运算放大器的输出端，齐纳 二极管的阳极端在检测电阻的第二端的电压小于设定电阻的第二端的电压时输出错误信
号。 本实用新型因采用恒流源提供稳定的恒定电流来设定保护点而具有精准的保护 点设定，其中恒流源还可采用电流镜电路复制另一稳定的参考电流来产生恒定电流，利用 电流镜电路中具有正温度系数的晶体管来对具有负温度系数的设定电阻进行温度补偿而 使保护点不受外界温度变化影响，另外电压比较器还可采用运算放大器及齐纳二极管的组 合形成多个电平判定标准而提高抗噪声能力。本实用新型的有益效果本实用新型具有精准的保护点设定、不受外界温度变化影响、抗噪声干扰且架构 简单等优点。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。图1为本实用新型提供的一较佳实施例的过电流检测电路的电路图；图2为本实用新型提供的图1所示恒流源的一实施方式的电路图；图3为本实用新型提供的图1所示电压比较器的一实施方式的电路图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1 过电流检测电路；11 恒流源；111 参考电流源；112 电流镜电路；113 参考电 压源；12 电压比较器；2 直流至直流(DC/DC)转换器；20 电源输出线；21 :电源输出线的 输入端；22 电源输出线的输出端；Cl、C2、C3 电容；OPAl 第一运算放大器；0PA2 第二运 算放大器；Ql 第一晶体管；Q2 第二晶体管；Rl 检测电阻；R2 设定电阻；R3 输入电阻； R4 转换电阻；R5 退化电阻；R6、R7 电阻；TLl 并联稳压器；A 阳极端；K 阴极端；R 参考 端；ZDl 齐纳二极管；11、11’ 输出电流；12 恒定电流；Iref 参考电流；Vl 检测电阻的第 二端的电压；V2 设定电阻的第二端的电压；Vi 电源输出线的输入端的电压；Vo 电源输 出线的输出端的电压；Vcc 直流电压；Vref 参考电压；Error 错误信号。
具体实施方式
图1为本实用新型提供的一较佳实施例的过电流检测电路的电路图。请参照图1， 直流电压源2通过电源输出线20输出稳定的直流电压Vi及随着负载变化的直流电流ΙΓ。 当负载发生变化时，输出电流11’可能会变得过大而对直流电压源2和/或负载造成伤害。 因此，通过在电源输出线20中插入检测电阻Rl来检测在电源输出线20中的电流ΙΓ (或 ID是否有过电流。插入的检测电阻Rl使电源输出线20具有输入端21及输出端22，输入 端21接收直流电压源2输出的电压Vi及电流ΙΓ，而输出端22输出电压Vo及电流Il到 负载。由于检测电阻Rl的电阻值极低，输出端22的电压Vo接近于输入端21的电压Vi，而输出电流Il接近于输出电流Ir。在本实施例中，直流电压源2为直流至直流(DC/DC)转 换器，可为常见的具有隔离形式的升降压转换器，如反激式(flyback)、正激式(forward)、 半桥式或全桥式转换器等。过电流检测电路1用于检测直流电压源2的电源输出线20中是否有过电流，其中 电源输出线20具有输入端21及输出端22。过电流检测电路1包括检测电阻R1、设定电阻 R2、恒流源11以及电压比较器12。检测电阻Rl具有第一端及第二端，检测电阻Rl的第一 端耦接至电源输出线20的输入端21，检测电阻Rl的第二端耦接至电源输出线20的输出端 22。设定电阻R2具有第一端及第二端，设定电阻R2的第一端耦接至电源输出线20的输入 端21。恒流源11耦接至设定电阻R2的第二端，用于从设定电阻R2的第二端吸取恒定电流 12。电压比较器12具有第一输入端(其标示为“ + ”)、第二输入端(其标示为“_”)及输出 端，第一输入端耦接至检测电阻Rl的第二端，第二输入端耦接至设定电阻R2的第二端。电 压比较器12用于在第一输入端的电压Vl小于第二输入端的电压V2时，即在检测电阻Rl 的第二端的电压Vl小于设定电阻R2的第二端的电压V2时，输出错误信号Error表示检测 到电源输出线20中有过电流。这个错误信号Error可直接应用来命令直流电压源2强制 关闭，或是传送到微控制器(Micro ControlUnit, MCU)而由其对直流电压源2做出适当的 保护，如切除电源、关闭负载、关闭显示等。由于电压比较器12为高输入阻抗的元件，电压比较器12的第一输入端及第二输 入端的输入电流几乎为零，输出电流11几乎全流过检测电阻Rl，恒定电流12几乎全流过设 定电阻R2，另外，il，= il+i2，其中il，、il和i2分别为输出电流II，、Il和恒定电流12 的电流值。因此，电压比较器12的第一输入端的电压Vl = Vi-ilXrl，且第二输入端的电 压V2 = Vi-i2Xr2，其中rl和r2分别为检测电阻Rl和设定电阻R2的电阻值。在电压比 较器12的第一输入端的电压Vl大于第二输入端的电压V2时，il < i2Xr2/rl，此时输出 电流Il的电流值il尚未超出规范，表示尚未检测到电源输出线20中有过电流。在电压比 较器12的第一输入端的电压Vl小于第二输入端的电压V2时，il > i2Xr2/rl，此时输出 电流Il的电流值il超出规范，表示检测到电源输出线20中有过电流，电压比较器12因此 输出错误信号Error。所以，在检测电阻Rl的电阻值rl、设定电阻R2的电阻值r2及恒定 电流12的电流值i2设定后，输出电流Il的电流值il的保护点即被设定为(i2Xr2/rl)， 一旦电流值il大于保护点则立刻输出错误信号Error通知后面的保护电路以做出适当的 保护。在本实施例中，过电流检测电路1还包括电容Cl，电容Cl具有第一端及第二端，电 容Cl的第一端耦接至检测电阻Rl的第二端，电容Cl的第二端耦接至设定电阻R2的第二 端。电容Cl可用于电压比较器12的第一输入端及第二输入端间的噪声滤波器，同时也对 输入信号转态提供缓冲的效果。图2为图1所示恒流源11的一实施方式的电路图。请参照图2，恒流源11包括参 考电流源111以及电流镜电路112。参考电流源111用于产生稳定的参考电流Iref。电流 镜电路112耦接至参考电流源111，用于根据参考电流Iref产生恒定电流12。在本实施例中，参考电流源111包括参考电压源113以及转换电阻R4，其中，参考 电压源113用于产生稳定的参考电压Vref，而转换电阻R4用于将参考电压Vref转换为参 考电流Iref。参考电压源113包括输入电阻R3以及并联稳压器TL1。输入电阻R3具有第一端及第二端，输入电阻R3的第一端耦接以接收直流电压Vcc。由于DC/DC转换器2可 设计成输出多个稳定且具有不同电平的直流电源，例如通过两电源输出线分别提供12V/1A 及24V/5A的直流电源，而过电流检测电路1通常只需针对一电源输出线(如12V/1A)进行 过电流检测，另一电源输出线(如24V/5A)则可用来提供直流电压Vcc。并联稳压器TLl具 有阳极端A、阴极端K及参考端R，可采用市售集成电路TL431等，阳极端A耦接至接地端，阴 极端K耦接至参考端R及输入电阻R3的第二端，阴极端K输出稳定的参考电压Vref。转换 电阻R4具有第一端及第二端，转换电阻R4的第一端耦接至阴极端K以接收参考电压Vref， 转换电阻R4的第二端输出参考电流Iref至电流镜电路112。在本实施例中，电流镜电路112包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2以及退化电阻 R5，其中第一晶体管Ql及第二晶体管Q2为双极性晶体管。第一晶体管Ql具有集电极端、基 极端及 发射极端，第一晶体管Ql的集电极端耦接至参考电流源111以接收参考电流Iref， 第一晶体管Ql的集电极端还耦接至第一晶体管Ql的基极端，第一晶体管Ql的发射极端耦 接至接地端。第二晶体管Q2具有集电极端、基极端及发射极端，第二晶体管Q2的集电极端 吸取恒定电流12，第二晶体管Q2的基极端耦接至第一晶体管Ql的基极端。退化电阻R5具 有第一端及第二端，退化电阻R5的第一端耦接至第二发射极端，退化电阻R5的第二端耦接 至接地端。本实用新型不将参考电流源111输出的参考电流Iref直接作为恒流源11吸取的 恒定电流12，而是利用电流镜电路112复制参考电流Iref来产生恒定电流12，这是为了利 用电流镜电路112中具有正温度系数的第二晶体管Q2来对具有负温度系数的设定电阻R2 进行温度补偿，使保护点不受外界温度变化的影响。下面将对此做进一步说明当温度上升 时，设定电阻R2因为是负温度系数元件，其电阻值r2会下降，造成电压比较器12的第二输 入端的电压V2偏高，因此保护点受温度影响而漂移；但是，第二晶体管Q2因为是正温度系 数元件，其输出电流12的电流值i2会上升，因此可将电压比较器12的第二输入端的电压 V2拉回正常，使保护点不受温度的影响。另外，由于电压V2会接近于电压Vi，如果不加入 退化电阻R5，则电压V2将会全部由第二晶体管Q2承受，造成第二晶体管Q2工作时会有温 度偏高的现象，因此加入退化电阻R5用于分担电压V2落在第二晶体管Q2的跨压。图3为图1所示电压比较器12的一实施方式的电路图。请参照图3，电压比较器 12包括第一运算放大器0PA1、第二运算放大器0PA2以及齐纳二极管ZD1。第一运算放大 器OPAl具有非反相输入端、反相输入端及输出端，第一运算放大器OPAl的非反相输入端耦 接至检测电阻Rl的第二端，第一运算放大器OPAl的反相输入端耦接至设定电阻R2的第二 端。第二运算放大器0PA2具有非反相输入端、反相输入端及输出端，第二运算放大器0PA2 的非反相输入端耦接至参考电压Vref，第二运算放大器0PA2的反相输入端通过电阻R6耦 接至第一运算放大器OPAl的输出端。齐纳二极管ZDl具有阴极端及阳极端，齐纳二极管 ZDl的阴极端耦接至第二运算放大器0PA2的输出端，齐纳二极管ZDl的阳极端在检测电阻 Rl的第二端的电压Vl小于设定电阻R2的第二端的电压V2时输出错误信号Error。本实用新型除了采用第一运算放大器OPAl比较电压比较器12的第一输入端的电 压Vl及第二输入端的电压V2之外，还加入第二运算放大器0PA2将第一运算放大器OPAl 的比较结果进行反相，同时第二运算放大器0PA2还提供阻抗匹配的效果。在这里，参考电 压Vref由参考电压源113所提供。另外，串接的齐纳二极管ZDl用于降低传送到后面电路的电平，而且除非第二运算放大器0PA2输出的电压足够明确，否则齐纳二极管ZDl不会进 入崩溃区，如此将形同另一个电平判定标准，提高抗噪声能力。在本实施例中，电压比较器12还包括电阻R7以及电容C3。电阻R7具有第一端及 第二端，齐纳二极管ZDl的阴极端改成耦接至电阻R7的第一端，电阻R7的第二端耦接至第 二运算放大器0PA2的输出端。电容C3具有第一端及第二端，电容C3的第一端耦接至电阻 R7的第一端，电容C 3的第二端耦接至接地端。电阻R7及电容C3组成RC滤波器，通过RC 时间常数提供信号转态的缓冲效果。 综上所述，本实用新型因采用恒流源提供稳定的恒定电流来设定保护点而具有精 准的保护点设定，其中恒流源还可采用电流镜电路复制另一稳定的参考电流来产生恒定电 流，利用电流镜电路中具有正温度系数的晶体管来对具有负温度系数的设定电阻进行温度 补偿而使保护点不受外界温度变化影响，另外电压比较器还可采用运算放大器及齐纳二极 管的组合形成多个电平判定标准而提高抗噪声能力。因此，本实用新型具有精准的保护点 设定、不受外界温度变化影响、抗噪声干扰且架构简单等优点。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此即限制本实用新型的专利范 围，凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其 它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利范围内。
权利要求一种过电流检测电路，其特征在于，用于检测一直流电压源的一电源输出线中是否有过电流，该电源输出线具有一输入端及一输出端，该过电流检测电路包括一检测电阻，具有一第一端及一第二端，该检测电阻的第一端耦接至该输入端，该检测电阻的第二端耦接至该输出端；一设定电阻，具有一第一端及一第二端，该设定电阻的第一端耦接至该输入端；一恒流源，耦接至该设定电阻的第二端，用于从该设定电阻的第二端吸取一恒定电流；以及一电压比较器，耦接至该检测电阻的第二端及该设定电阻的第二端，用于在该检测电阻的第二端的电压小于该设定电阻的第二端的电压时输出一错误信号表示检测到该电源输出线中有过电流。
2.如权利要求1所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该过电流检测电路还包括 一电容，该电容具有一第一端及一第二端，该电容的第一端耦接至该检测电阻的第二端，该 电容的第二端耦接至该设定电阻的第二端。
3.如权利要求1所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该恒流源包括 一参考电流源，用于产生稳定的一参考电流；以及一电流镜电路，耦接至该参考电流源，用于根据该参考电流产生该恒定电流。
4.如权利要求3所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该参考电流源包括 一参考电压源，用于产生稳定的一参考电压，该参考电压源包括一输入电阻，具有一第一端及一第二端，该输入电阻的第一端耦接以接收一直流电压；以及一并联稳压器，具有一阳极端、一阴极端及一参考端，该阳极端耦接至一接地端，该阴 极端耦接至该参考端及该输入电阻的第二端，该阴极端输出该参考电压；以及一转换电阻，具有一第一端及一第二端，该转换电阻的第一端耦接至该阴极端以接收 该参考电压，该转换电阻的第二端输出该参考电流至该电流镜电路。
5.如权利要求3所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该电流镜电路包括一第一晶体管，具有一集电极端、一基极端及一发射极端，该第一晶体管的集电极端耦 接至该参考电流源以接收该参考电流，该第一晶体管的集电极端还耦接至该第一晶体管的 基极端，该第一晶体管的发射极端耦接至一接地端；一第二晶体管，具有一集电极端、一基极端及一发射极端，该第二晶体管的集电极端吸 取该恒定电流，该第二晶体管的基极端耦接至该第一晶体管的基极端，其中该第一晶体管 及该第二晶体管为双极性晶体管；以及一退化电阻，具有一第一端及一第二端，该退化电阻的第一端耦接至该第二晶体管的 发射极端，该退化电阻的第二端耦接至该接地端。
6.如权利要求1所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该电压比较器包括 一第一运算放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端及一输出端，该第一运算放大器的非反相输入端耦接至该检测电阻的第二端，该第一运算放大器的反相输入端耦接至该 设定电阻的第二端；一第二运算放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端及一输出端，该第二运算放大 器的非反相输入端耦接至一参考电压，该第二运算放大器的反相输入端耦接至该第一运算放大器的输出端；以及一齐纳二极管，具有一阴极端及一阳极端，该阴极端耦接至该第二运算放大器的输出 端，该阳极端在该检测电阻的第二端的电压小于该设定电阻的第二端的电压时输出该错误信号。
7.如权利要求6所述的过电流检测电路，其特征在于，其中该电压比较器还包括 一电阻，具有一第一端及一第二端，该阴极端改成耦接至该电阻的第一端，该电阻的第 二端耦接至该第二运算放大器的输出端；以及一电容，具有一第一端及一第二端，该电容的第一端耦接至该电阻的第一端，该电容的 第二端耦接至一接地端。
专利摘要本实用新型公开了一种过电流检测电路，属于电流检测技术领域，用于检测直流电压源的电源输出线中是否有过电流。过电流检测电路包括检测电阻、设定电阻、恒流源及电压比较器，其中，检测电阻的第一端及第二端分别耦接至电源输出线的输入端及输出端，设定电阻的第一端耦接至电源输出线的输入端，恒流源耦接至设定电阻的第二端并从设定电阻的第二端吸取恒定电流，电压比较器在检测电阻的第二端的电压小于设定电阻的第二端的电压时输出错误信号表示检测到过电流。本实用新型具有精准的保护点设定、不受外界温度变化影响、抗噪声干扰且架构简单等优点。
文档编号G01R19/165GK201611361SQ20092027149
公开日2010年10月20日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者易君佐, 林立韦, 黄国梁 申请人:冠捷投资有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
