一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法。包括：開關(guān)驅(qū)動模塊：為開關(guān)器件提供驅(qū)動電壓；開關(guān)器件：與負(fù)載連接以及開關(guān)驅(qū)動模塊連接，采用電力電子器件，用于控制負(fù)載的開合和關(guān)閉；信號處理模塊：與開關(guān)器件連接，用于采集負(fù)載電路信號，并將負(fù)載與預(yù)設(shè)最大負(fù)載進(jìn)行比較，并將控制信號輸出至信號反饋模塊；信號反饋模塊：根據(jù)信號處理模塊的輸出結(jié)果向開關(guān)驅(qū)動模塊發(fā)出控制開關(guān)驅(qū)動信號，開關(guān)驅(qū)動模塊接收控制開關(guān)驅(qū)動信號并控制開關(guān)器件動作。本發(fā)明專利技術(shù)電壓比較反應(yīng)靈敏，能快速檢測到MOS管的管壓降及時(shí)作出反應(yīng)，能有效的避免溫升，省去了體積較大的散熱片，長期處于保護(hù)狀態(tài)時(shí)不會損壞功率MOS。

Circuit overload protection system and protection method based on load detection

The invention relates to a circuit overload protection system based on load detection and a protection method thereof. Including: switch driver module: a driving voltage is provided for switching devices; switches: connected with the load and switch is connected with the drive module, the power electronic devices for controlling opening and closing; signal processing module is connected with the switching device used for collecting circuit load signal, and compared with the preset load maximum load. And the control signal is output to the signal feedback module; signal feedback module according to the signal processing module to switch the output drive module sends control switch driving signal, the switch driver module receives the control signal and controls the switch driving device switching. The present invention is voltage sensitive reaction, can rapidly detect the voltage drop of the MOS tube to react in a timely manner, can effectively avoid temperature rise, eliminating the heat sink volume is larger, in the long-term will not damage the state power MOS protection.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法
本專利技術(shù)涉及重載輸出硬件過流保護(hù)電路，尤其是涉及一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法。
技術(shù)介紹
在做電動汽車智能開關(guān)箱的時(shí)候，給重載設(shè)備通電斷電。需要控制重載設(shè)備的過載保護(hù)。目前市面上的重載輸出端采用2種方式：1.繼電器作為重載輸出端，當(dāng)前市面上繼電器的體積較大，不利于輕量化，觸點(diǎn)動作的時(shí)候不但會有噪聲信號，還會向外輻射磁場干擾，對精密電路存在干擾。2.場效應(yīng)管作為重載輸出端，當(dāng)前市面上的場效應(yīng)管輸出解決了噪聲干擾，但會存在MOS管發(fā)熱，溫升高。當(dāng)過載時(shí)，MOS管啟動保護(hù)，但在實(shí)際應(yīng)用中過載后流經(jīng)負(fù)載的電源并不穩(wěn)定，此時(shí)MOS管會產(chǎn)生開關(guān)振蕩，極易損壞功率MOS管。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種在發(fā)生過載時(shí)，會自動關(guān)斷功率MOS管，采用電壓比較器作為施密特觸發(fā)器的輸入，可以在電流過流時(shí)即將輸出到負(fù)載的時(shí)候，施密特觸發(fā)電路就已經(jīng)將功率MOS關(guān)斷的基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法。本專利技術(shù)還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種電壓反應(yīng)靈敏，能快速檢測到MOS管的管壓降并及時(shí)作出反應(yīng)的基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及方法。能有效的避免MOS管溫升，省去了體積較大的散熱片，長期處于保護(hù)狀態(tài)時(shí)不會損壞功率MOS管。本專利技術(shù)再有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種當(dāng)負(fù)載等效阻值達(dá)到設(shè)定的臨界阻值時(shí)，MOS管的開關(guān)振動極小的基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)及保護(hù)方法。對于大的容性負(fù)載，通過引入RC充放電網(wǎng)絡(luò)能夠緩沖啟動或停止開關(guān)器件，減小對用電器的沖擊。本專利技術(shù)的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：開關(guān)驅(qū)動模塊：為開關(guān)器件提供驅(qū)動電壓；開關(guān)器件：與負(fù)載連接以及開關(guān)驅(qū)動模塊連接，采用電力電子器件，用于控制負(fù)載的開合和關(guān)閉；信號處理模塊：與開關(guān)器件連接，用于采集負(fù)載電路信號，并將負(fù)載與預(yù)設(shè)最大負(fù)載進(jìn)行比較，得到控制信號輸出至信號反饋模塊；信號反饋模塊：根據(jù)信號處理模塊的輸出結(jié)果向開關(guān)器件發(fā)出控制信號，開關(guān)器件接收控制信號并控制開關(guān)器件動作。在上述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，所述開關(guān)驅(qū)動模塊包括輸入驅(qū)動部分以及與輸入驅(qū)動部分連接的運(yùn)算放大器U1A；所述輸入驅(qū)動部分包括電阻R1,電阻R2,電阻R3,電阻R4。運(yùn)算放大器U1A接成電壓比較器的形式，接收來自主電路的控制信號，輸出高電壓或者低電壓；所述電阻R1,電阻R2,電阻R3,電阻R4的接線方式依次是：電阻R1的一端接收MCU的控制電平，另一端接運(yùn)算放大器U1A的反向輸入端。電阻R2的一端接運(yùn)算放大器U1A的反向輸入端，另一端接地。電阻R3的一端接電源，另一端接運(yùn)算放大器U1A的同向輸入端。電阻R4的一端接地，另一端接運(yùn)算放大器U1A的同向輸入端。在上述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，所述開關(guān)器件包括P溝道場效應(yīng)管部分以及與P溝道場效應(yīng)管部分連接的緩沖啟動部分；所述P溝道場效應(yīng)管部分包括電阻R9,功率MOS管PMOS1,以及采樣電阻SR1；緩沖啟動部分包括電阻R11和電容C1，用來防止電源接通和斷開瞬間，MOS管瞬間導(dǎo)通或關(guān)斷對負(fù)載產(chǎn)生較大的沖擊；所述P溝道場效應(yīng)管部分和緩沖啟動部分的接線方式依次是：電阻R9的一端連接在驅(qū)動模塊運(yùn)放U1A的輸出端，另一端接在PMOS1的柵極后還與R11和C1的一端相連，R11和C1的另一端接在電源正極上。電阻SR1一端接在PMOS1的漏極，另一端接在電源正極上。在上述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，所述信號處理模塊包括電流檢測電路、采樣分壓電路和電壓比較器；所述實(shí)時(shí)監(jiān)測流經(jīng)采樣，包括電阻R13,電阻R14,電阻R17,電阻R18,以及電阻R19,以及運(yùn)算放大器U1C，接線方式依次是：電阻R13一端接在PMOS1的漏極，另一端接在運(yùn)算放大器U1C的反向輸入端。電阻R14一端接在運(yùn)算放大器U1C的反向輸入端，另一端接在U1C的輸出端。電阻R17一端接在電源正極，另一端接在運(yùn)算放大器U1C的同向輸入端。電阻R18的一端接在運(yùn)算放大器U1C的同向輸入端，另一端和R19串聯(lián)，R19的另一端接地。所述采樣分壓電路包括二極管D5,雙向觸發(fā)二極管D6,電阻R12,電阻R15,以及電阻R16；采集到的模擬電壓送到信號反饋模塊的ADC的輸入通道進(jìn)行軟件檢測，接線方式依次是：電阻R15一端接在運(yùn)算放大器U1C的輸出端，另一端與電阻R16串聯(lián)后，還與R12的一端連在一起，與D6的3引腳相連，R12的另外一端與二極管D5的負(fù)極相連，R16的另一端接地，D5的正極連接在運(yùn)算放大器U1B的輸出端，D6的1腳和2腳分別接地和電源正。所述電壓比較器包括R20,R10,D2以及運(yùn)算放大器U1D，用于比較功率管兩端的壓降，結(jié)果送到施密特觸發(fā)器同相端，接線方式依次是：電阻R20的一端接在PMOS1的源極，另一端接在運(yùn)算放大器U1D的反向輸入端，運(yùn)算放大器U1D的同向輸入端接在運(yùn)算放大器U1C的輸出端，運(yùn)算放大器U1D的輸出端接在D2的正極，D2的負(fù)極接在電阻R10的一端，R10的另一端接在運(yùn)算放大器U1B的同向輸入端。在上述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，所述信號反饋模塊為一個(gè)施密特觸發(fā)器，所述施密特觸發(fā)器包括電阻R5,電阻R6,電阻R7,電阻R8,二極管D1,二極管D3,二極管D4,以及運(yùn)算放大器U1B，比較器的輸出作為施密特觸發(fā)器的同相輸入，最終控制功率MOS管PMOS1的開關(guān)。接線方式依次是：電阻R6的一端接在運(yùn)算放大器U1B的同向輸入端，另一端接地。電阻R8的一端接在運(yùn)算放大器U1B的同向輸入端，另一端接在D4的負(fù)極，D4的正極接在運(yùn)算放大器U1B的輸出端，運(yùn)算放大器U1B的輸出端接在D3的正極，D3的負(fù)極接在PMOS1的柵極上。電阻R7的一端接在運(yùn)算放大器U1A的輸出端，另一端接在運(yùn)算放大器U1B的反向輸入端，電阻R5的一端接在運(yùn)算放大器U1B的反向輸入端，另一端接在電源正極，D1的負(fù)極接在運(yùn)算放大器U1B的反向輸入端，正極與運(yùn)算放大器U1A的輸出端相連。一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)方法，其特征在于，包括：步驟1，開關(guān)驅(qū)動模塊接收來自于主電路的數(shù)字信號根據(jù)該數(shù)字信號的高低電平選擇執(zhí)行：選擇執(zhí)行一：當(dāng)驅(qū)動模塊輸出高電平，PMOS1場效應(yīng)管關(guān)斷，步驟結(jié)束；選擇執(zhí)行二：當(dāng)驅(qū)動模塊輸出低電平，PMOS1場效應(yīng)管導(dǎo)通，并繼續(xù)執(zhí)行下一步驟；步驟2，PMOS1管導(dǎo)通后電流經(jīng)過采樣電阻SR1，流進(jìn)負(fù)載。步驟3，電流采樣電路U1C的反相輸入端對采樣電阻SR1的電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測，輸出模擬電壓信號，一路用作電壓比較器U1D的同相輸入端電壓，另一路經(jīng)過分壓電阻R15,R13送到主電路的ADC引腳采樣。步驟4，電壓比較器的反向輸入端信號來自于PMOS1管的輸出端，與U1D的同相輸入端電壓進(jìn)行比較,，并根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行：執(zhí)行一：正常工作時(shí)，電壓比較器輸出負(fù)壓，二極管D2截止，施密特觸發(fā)器輸出低電壓，對輸出端沒有影響。執(zhí)行二：負(fù)載過大，采樣電阻兩端的電壓分壓增大，電流采樣電路U1C輸出端輸出較大的模擬電壓信號，電壓比較器U1D輸出高電壓，此時(shí)二極管D2導(dǎo)通，施密特觸發(fā)器的同相端被鉗位在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：開關(guān)驅(qū)動模塊：為開關(guān)器件提供驅(qū)動電壓；開關(guān)器件：與負(fù)載連接以及開關(guān)驅(qū)動模塊連接，采用電力電子器件，用于控制負(fù)載的開合和關(guān)閉；信號處理模塊：與開關(guān)器件連接，用于采集負(fù)載電路信號，并將負(fù)載與預(yù)設(shè)最大負(fù)載進(jìn)行比較，并將控制信號輸出至信號反饋模塊；信號反饋模塊：根據(jù)信號處理模塊的輸出結(jié)果向開關(guān)器件發(fā)出控制信號，開關(guān)器件接收控制信號并控制開關(guān)器件動作。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：開關(guān)驅(qū)動模塊：為開關(guān)器件提供驅(qū)動電壓；開關(guān)器件：與負(fù)載連接以及開關(guān)驅(qū)動模塊連接，采用電力電子器件，用于控制負(fù)載的開合和關(guān)閉；信號處理模塊：與開關(guān)器件連接，用于采集負(fù)載電路信號，并將負(fù)載與預(yù)設(shè)最大負(fù)載進(jìn)行比較，并將控制信號輸出至信號反饋模塊；信號反饋模塊：根據(jù)信號處理模塊的輸出結(jié)果向開關(guān)器件發(fā)出控制信號，開關(guān)器件接收控制信號并控制開關(guān)器件動作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動模塊包括輸入驅(qū)動部分以及與輸入驅(qū)動部分連接的運(yùn)算放大器U1A；所述輸入驅(qū)動部分包括電阻R1,電阻R2,電阻R3,電阻R4，運(yùn)算放大器U1A接成電壓比較器的形式，接收來自主電路的控制信號，輸出高電壓或者低電壓；所述電阻R1,電阻R2,電阻R3,電阻R4的接線方式依次是：電阻R1的一端接收MCU的控制電平，另一端接運(yùn)算放大器U1A的反向輸入端；電阻R2的一端接運(yùn)算放大器U1A的反向輸入端，另一端接地；電阻R3的一端接電源，另一端接運(yùn)算放大器U1A的同向輸入端；電阻R4的一端接地，另一端接運(yùn)算放大器U1A的同向輸入端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)器件包括P溝道場效應(yīng)管部分以及與P溝道場效應(yīng)管部分連接的緩沖啟動部分；所述P溝道場效應(yīng)管部分包括電阻R9,功率MOS管PMOS1,以及采樣電阻SR1；緩沖啟動部分包括電阻R11和電容C1，用來防止電源接通和斷開瞬間，PMOS1管瞬間導(dǎo)通或關(guān)斷對負(fù)載產(chǎn)生較大的沖擊；所述P溝道場效應(yīng)管部分和緩沖啟動部分的接線方式依次是：電阻R9的一端連接在驅(qū)動模塊運(yùn)放U1A的輸出端，另一端接在PMOS1的柵極后還與R11和C1的一端相連，R11和C1的另一端接在電源正極上；電阻SR1一端接在PMOS1的漏極，另一端接在電源正極上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)載檢測的電路過載保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括電流檢測電路、采樣分壓電路和電壓比較器；所述實(shí)時(shí)監(jiān)測流經(jīng)采樣，包括電阻R13,電阻R14,電阻R17,電阻R18,以及電阻R19,以及運(yùn)算放大器U1C，接線方式依次是：電阻R13一端接在PMOS1的漏極，另一端接在運(yùn)算放大器U1C的反向輸入端；電阻R14一端接在運(yùn)算放大器U1C的反向輸入端，另一端接在U1C的輸出端；電阻R17一端接在電源正極，另一端接在運(yùn)算放大器U1C的同向輸入端；電阻R18的一端接在運(yùn)算放大器U1C的同向輸入端，另一端和R19串聯(lián)，R19的另一端接地；所述采樣分壓電路包括二極管D5,雙向觸發(fā)二極管D6,電阻R12,電阻R15,以及電阻R16；采集到的模擬電壓送到信號反饋模塊的ADC的輸入通道進(jìn)行軟件檢測，接線方式依次是：電阻R15一端接在運(yùn)算放大器U1C的輸出端，另一端與電阻R1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊立志，吳棋，涂復(fù)華，侯義朋，沈德智，唐小琦，
申請(專利權(quán))人：武漢智能控制工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北,42