阅读说明：本技术 一种过流保护电路 (Overcurrent protection circuit ) 是由 王庆 陈友坚 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种过流保护电路,包括：桥式整流电路、电机负载接口电路、MOS管输出及电流采样电路、采样高压隔离电路、MOS管驱动和保护电路、过流保护比较电路、MCU控制电路、过流保护基准电路、光耦隔离电路I、光耦隔离电路II、光耦隔离电路III。本发明可实现功率驱动的过流保护,结合了硬件电路和软件控制的各自优点,既有硬件电路的快速响应和动作可靠,又有软件控制的灵活,参数可调；MCU控制电路和MOS管驱动和保护电路之间的PWM信号和过流保护信号都采用光耦隔离,没有电气干扰,保证MCU电路的稳定工作。(The invention relates to an overcurrent protection circuit, comprising: the device comprises a bridge rectifier circuit, a motor load interface circuit, an MOS (metal oxide semiconductor) tube output and current sampling circuit, a sampling high-voltage isolation circuit, an MOS tube driving and protecting circuit, an overcurrent protection comparison circuit, an MCU (microprogrammed control unit) control circuit, an overcurrent protection reference circuit, an optical coupling isolation circuit I, an optical coupling isolation circuit II and an optical coupling isolation circuit III. The invention can realize overcurrent protection of power drive, combines the advantages of a hardware circuit and software control, has the advantages of quick response and reliable action of the hardware circuit, flexible software control and adjustable parameters; PWM signals and overcurrent protection signals between the MCU control circuit and the MOS tube driving and protecting circuit are isolated by optical couplers, no electric interference exists, and stable work of the MCU circuit is guaranteed.)

一种过流保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路技术领域，尤其涉及一种过流保护电路。

背景技术

在电力电子技术方面，新型的半导体功率器件因为功率高，速度高，体积小，控制简单而获得广泛的应用。但是半导体器件也有其固有的缺点，那就是过载能力差，抗冲击能力不足，稍有过压或过流就容易损坏。其中的过流保护是重点，技术难度也较大。一般的过流保护电路有硬件电路，也有硬件加软件的电路。硬件保护电路的优点是实时性好，响应速度快，但是功能简单，一般是限流保护。硬件加软件的保护电路由于软件控制的参与，保护功能比较好，但是实时性稍差，总体的可靠性不如硬件电路。因此，设计一种过流保护电路是非常有必要的。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种过流保护电路，本发明可实现功率驱动的过流保护，结合了硬件电路和软件控制的各自优点，既有硬件电路的快速响应和动作可靠，又有软件控制的灵活，参数可调；MCU控制电路和MOS管驱动和保护电路之间的PWM信号和过流保护信号都采用光耦隔离，没有电气干扰，保证MCU电路的稳定工作。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种过流保护电路，包括：桥式整流电路、电机负载接口电路、MOS管输出及电流采样电路、采样高压隔离电路、MOS管驱动和保护电路、过流保护比较电路、MCU控制电路、过流保护基准电路、光耦隔离电路I、光耦隔离电路II、光耦隔离电路III；所述的桥式整流电路接交流电，经桥式整流电路整流后输入电机负载接口电路；电机负载接口电路分别与采样高压隔离电路、MOS管输出及电流采样电路连接；MOS管驱动和保护电路分别与采样高压隔离电路、MOS管输出及电流采样电路、过流保护比较电路、光耦隔离电路I相连接；过流保护比较电路、光耦隔离电路III、MCU控制电路依次相接；MCU控制电路、光耦隔离电路II、过流保护基准电路、过流保护比较电路依次相接；所述的MCU控制电路通过光耦隔离电路I与MOS管驱动和保护电路相接。

作为优选，所述的桥式整流电路包括保险管F1、压敏电阻ZR1、EMC电容C1、整流桥堆D1；所述的压敏电阻ZR1一端、EMC电容C1一端、整流桥堆D1一端分别通过保险管F1与交流火线接口相接，压敏电阻ZR1另一端、EMC电容C1另一端、整流桥堆D1另一端分别与交流零线接口相接相接；所述的压敏电阻ZR1、EMC电容C1、整流桥堆D1为并联关系；保险管F1起到短路保护作用，压敏电阻ZR1和EMC电容C14用于增强电路的电磁兼容性；整流桥堆D1用于将交流电变成直流电。

作为优选，所述的电机负载接口电路包括继电器J1、继电器J2、RS1M二极管D2、S14L二极管D3、S14L二极管D4；继电器J1、继电器J2控制电机的正反转和停止；RS1M二极管D2、S14L二极管D3、S14L二极管D4为续流二极管，RS1M二极管D2给外接的直流电机续流，S14L二极管D3、S14L二极管D4分别给继电器J1和继电器J2续流，给感性负载关断时提供反向电流通路。

作为优选，所述的MOS管输出及电流采样电路包括MOS管Q6、稳压管D7、电容C4、电阻R19、电阻R90；MOS管Q6的漏极连接电容C4和输出端OUT，MOS管Q6栅极连接稳压管D7和电阻R19，MOS管Q6源极连接电阻R90；稳压管D7用于钳位MOS管Q6的栅极电压，保证驱动电压不高于18V；电容C4为MOS管Q6漏极的开关缓冲电容；所述的电阻R90是主采样电阻，MOS管Q6是辅助采样电路，采样信号从OUT端输出。

作为优选，所述的采样高压隔离电路包括二极管D6和电阻R10；二极管D6和电阻R10相互连接。

作为优选，所述的MOS管驱动和保护电路包括C8050三极管Q8、C8050三极管Q9、C8050三极管Q10、C8050三极管Q11、C8050三极管Q3、C8550三级管Q12、电阻R9、电阻R37、电阻R83、电阻R11、电阻R14；电阻R17连接在C8050三极管Q8的基极，C8050三极管Q8的集电极分别接电阻R9、电阻R37和电阻R83；电阻R37还与C8050三极管Q9的基极连接，C8050三极管Q9的集电极分别接电阻R10、电阻R24和二极管D6，其中电阻R24连接到过流保护比较电路的正输入端，二极管D6接到MOS管Q6的集电极；电阻R83还与C8050三极管Q10的基极连接，C8050三极管Q10的集电极分别与电阻R11，C8050三极管Q11，C8050三极管Q3和C8050三极管Q12连接；C8050三极管Q11的基极与过流保护比较电路的输出端电阻R25相接；C8050三极管Q3和C8050三极管Q12组成推挽电路，通过电阻R14输出到MOS管Q6的栅极。

作为优选，所述的过流保护比较电路包括比较器IC4A、电阻R24、电阻R25、电容C7；所述的比较器IC4A负输入端接过流保护基准电路的电容C6，IC4A正输入端分别接电容C7与电阻R24，IC4A输出端接电阻R25。

作为优选，所述的MCU控制电路包括MCU芯片IC6、晶振Y1、电容C9、电容C17、电容C18、电容C39、电容C40、电容C37、电容C38、电容C21、电阻R36；电容C9，电容C18，电容C39，电容C40为MCU芯片IC6的电源引脚的滤波电容，电容C17位MCU芯片IC6内部参考电压的滤波电容；晶振Y1为石英晶体振荡器；电容C37，电容C38为振荡器的负载电容，用于为MCU芯片IC6提供稳定的时钟频率；电阻R36和电容C21为MCU芯片IC6的复位电路。MCU控制电路用于产生驱动信号M-PWM和过流保护基准信号C-PWM，同时也读取过流保护状态信号。

作为优选，所述的光耦隔离电路I包括光耦IC2、电阻R16、电阻R20、电阻R17，所述的光耦隔离电路I用于M-PWM信号的隔离传输；所述的光耦隔离电路II包括光耦IC8、电阻R28、电阻R31，所述的光耦隔离电路II用于C-PWM信号的隔离传输；所述的光耦隔离电路III包括光耦IC5、电阻R29、电阻R26、电容C42；所述的光耦隔离电路III用于过流保护状态信号的传输。

作为优选，所述的过流保护基准电路包括三极管Q14、三极管Q15、电阻R27、电阻R32、电阻R30、电容C5、电容C6；由光耦隔离电路II输入的C-PWM信号，经过三极管Q14和三极管Q15的推挽驱动，再由电阻R27，电阻R32分压后变成PWM信号，再输入由电容C5，电阻R30，电容C6组成的低通滤波电路处理，变成平滑的直流电压；该电压为过流保护的基准电压，用于和有效的过流保护信号进行比较，比较结果决定电路是否进入过流保护状态。

本发明的有益效果在于：本发明可实现功率驱动的过流保护，结合了硬件电路和软件控制的各自优点，既有硬件电路的快速响应和动作可靠，又有软件控制的灵活，参数可调；MCU控制电路和MOS管驱动和保护电路之间的PWM信号和过流保护信号均采用光耦隔离，没有电气干扰，保证MCU电路的稳定工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例：如图1所示，一种过流保护电路由桥式整流电路、电机负载接口电路、MOS管输出及电流采样电路、采样高压隔离电路、MOS管驱动和保护电路、过流保护比较电路、MCU控制电路、过流保护基准电路、光耦隔离电路I、光耦隔离电路II、光耦隔离电路III组成。桥式整流电路接交流电，经桥式整流电路整流后输入电机负载接口电路；电机负载接口电路分别与采样高压隔离电路、MOS管输出及电流采样电路连接；MOS管驱动和保护电路分别与采样高压隔离电路、MOS管输出及电流采样电路、过流保护比较电路、光耦隔离电路I相连接；过流保护比较电路、光耦隔离电路III、MCU控制电路依次相接；MCU控制电路、光耦隔离电路II、过流保护基准电路、过流保护比较电路依次相接；MCU控制电路通过光耦隔离电路I与MOS管驱动和保护电路相接。

图2所示的为本发明的电路示意图，其中图中以虚线框分割每个组成电路。桥式整流电路由保险管F1、压敏电阻ZR1、EMC电容C1、整流桥堆D1组成；AC-L是交流火线接口，AC-N是交流零线接口；压敏电阻ZR1一端、EMC电容C1一端、整流桥堆D1一端分别通过保险管F1与交流火线接口相接，压敏电阻ZR1另一端、EMC电容C1另一端、整流桥堆D1另一端分别与交流零线接口相接相接；压敏电阻ZR1、EMC电容C1、整流桥堆D1为并联关系；保险管F1起到短路保护作用，压敏电阻ZR1和EMC电容C14用于增强电路的电磁兼容性，防止EMC干扰使电路失效；整流桥堆D1用于将交流电变成直流电。电路中没有接大容量的滤波电容，这是由于具体的应用和成本的考虑，因为负载是直流电机，可以在脉动直流电源下正常工作，所以就省略掉大的滤波电容，有利于减少成本和体积。

电机负载接口电路包括继电器J1、继电器J2、RS1M二极管D2、S14L二极管D3、S14L二极管D4；MOTOR+和MOTOR-分别接直流电机的正负极。310V直流电压经继电器J1，J2接直流电机，LOAD再接到功率管输出端。继电器J1、继电器J2控制电机的正反转和停止；RS1M二极管D2、S14L二极管D3、S14L二极管D4为续流二极管，RS1M二极管D2给外接的直流电机续流，S14L二极管D3、S14L二极管D4分别给继电器J1和继电器J2续流，给感性负载关断时提供反向电流通路。

MOS管输出及电流采样电路包括MOS管Q6、稳压管D7、电容C4、电阻R19、电阻R90；MOS管Q6的漏极连接电容C4和输出端OUT，MOS管Q6栅极连接稳压管D7和电阻R19，MOS管Q6源极连接电阻R90；稳压管D7用于钳位MOS管Q6的栅极电压，保证驱动电压不高于18V；电容C4为MOS管Q6漏极的开关缓冲电容，减少开关时Q6的电压和电流冲击。OUT是功率书输出端，接电机负载接口电路的负极。电阻R90是主采样电阻，MOS管Q6是辅助采样电路，采样信号从OUT端输出。Q6在采样电路中主要起正反馈作用，当Q6导通时，其导通电阻和R90串联，共同起到电流采样电阻的作用，当过流保护器作用时，Q6是关闭的，这样采样信号就保持高电压，高的采样电压使电路继续处于过流保护状态，这是一个正反馈的作用。一旦过流保护发生，电路就一直处于保护状态，直到电源电压降到零，或软件关闭MOS驱动输出，电路才会恢复工作状态。

采样高压隔离电路由二极管D6和电阻R10组成；二极管D6和电阻R10相互连接。当电路处于过流保护状态时，保护输出信号接近300V，这个高压由于D6的反向偏置而隔离，D6的正极通过上拉电阻R10接15V。所以过流保护状态时，保护信号的输出是15V。当电路处于正常工作状态且Q6导通时，输出端OUT的压降是工作电流在Q6导通内阻和R90上的压降只和，这个电压通常很小，只有1-2V左右，这时D6导通，D6正极电压被拉低，这时D6正极的信号才是有效的电流采样信号。

MOS管驱动和保护电路由C8050三极管Q8、C8050三极管Q9、C8050三极管Q10、C8050三极管Q11、C8050三极管Q3、C8550三级管Q12、电阻R9、电阻R37、电阻R83、电阻R11、电阻R14组成。电阻R17连接在C8050三极管Q8的基极，C8050三极管Q8的集电极分别接电阻R9、电阻R37和电阻R83，其中R9上拉至15V；电阻R37还与C8050三极管Q9的基极连接，C8050三极管Q9的集电极分别接电阻R10、电阻R24和二极管D6，其中R10上拉至15V；电阻R24连接到过流保护比较电路的正输入端，二极管D6接到MOS管Q6的集电极；电阻R83还与C8050三极管Q10的基极连接，C8050三极管Q10的集电极分别与电阻R11，C8050三极管Q11，C8050三极管Q3和C8050三极管Q12连接，其中R11上拉至15V；C8050三极管Q11的基极与过流保护比较电路的输出端电阻R25相接；C8050三极管Q3和C8050三极管Q12组成推挽电路，通过电阻R14输出到MOS管Q6的栅极。当M-PWM驱动信号从光耦IC2经过R17和R20进入到Q8，Q8同时驱动Q9和Q10。Q9作为同步选择控制，当Q6导通时，让有效的电流采样信号进入到比较器IC4，当Q6截止时，无效的高压信号经D6反向隔离和Q9的导通短路，禁止比较器器输出报警信号。当Q6导通，又发生过流保护时，Q11导通强制拉低Q6的栅极电压，从而关断Q6，由于采样信号在Q6漏极，过流保护信号持续存在，电路一直处于过流保护状态，直到软件关闭驱动信号或电源电压降低到0V，才退出过流保护状态。Q10输出的驱动信号经过Q3和Q12放大后，再经R14到Q6栅极，控制MOS管Q6的导通和截止。

过流保护比较电路由比较器IC4A、电阻R24、电阻R25、电容C7组成。比较器IC4A负输入端接过流保护基准电路的电容C6，IC4A正输入端分别接电容C7与电阻R24，IC4A输出端接电阻R25，其中R25连接到Q11，是硬件保护输出。IC4A输出端还与光耦隔离电路III的电阻R29相接；当C7电压小于C6电压时，比较器IC4A输出低电平，Q11截止，MOS管驱动信号正常通过驱动电路。当C7电压大于C6电压时，比较器IC4A输出高电平，Q11导通，把MOS管的驱动信号强制接地，并使MOS管处于截止状态。

MCU控制电路包括MCU芯片IC6、晶振Y1、电容C9、电容C17、电容C18、电容C39、电容C40、电容C37、电容C38、电容C21、电阻R36；电容C9，电容C18，电容C39，电容C40为MCU芯片IC6的电源引脚的滤波电容，电容C17位MCU芯片IC6内部参考电压的滤波电容；晶振Y1为石英晶体振荡器；电容C37，电容C38为振荡器的负载电容，用于为MCU芯片IC6提供稳定的时钟频率；电阻R36和电容C21为MCU芯片IC6的复位电路。MCU控制电路在电路中主要起辅助控制作用，用于产生驱动信号M-PWM和过流保护基准信号C-PWM，同时也读取过流保护状态信号。

光耦隔离电路I包括光耦IC2、电阻R16、电阻R20、电阻R17；光耦隔离电路I用于M-PWM信号的隔离传输；光耦隔离电路II包括光耦IC8、电阻R28、电阻R31，光耦隔离电路II用于C-PWM信号的隔离传输；光耦隔离电路III包括光耦IC5、电阻R29、电阻R26、电容C42；光耦隔离电路III用于过流保护状态信号的传输。其中，M-PWM信号和C-PWM信号由MCU传输到MOS管驱动电路，过流保护状态信号由MOS管驱动电路传输到MCU。

过流保护基准电路包括三极管Q14、三极管Q15、电阻R27、电阻R32、电阻R30、电容C5、电容C6；由光耦隔离电路II输入的C-PWM信号(其幅值为15V)，经过三极管Q14和三极管Q15的推挽驱动，再由电阻R27，电阻R32分压后变成幅值为7.5V左右的PWM信号，再输入由电容C5，电阻R30，电容C6组成的低通滤波电路处理，变成平滑的直流电压；该电压为过流保护的基准电压，用于和有效的过流保护信号进行比较，比较结果决定电路是否进入过流保护状态。

本发明工作时，交流电源经过桥式整流电路，变成直流脉动电压，再通过电机负载接口电路供给直流电机负载，电机负载接口电路可以控制电机的转动方向，电机负载接口电路的负极接MOS管的输出。MOS管的源极通过电流采样电阻接地，形成功率电流的回路，MOS管的输出端兼做电流采样信号的输出。光耦隔离电路I由MCU控制电路输出信号控制，可以产生M-PWM信号，用于电机的软启控制和调速控制。M-PWM信号通过光耦IC2隔离后再经过MOS管驱动和保护电路接到MOS管Q的栅极，控制MOS管的导通和关断。在MOS管驱动和保护电路里还接入了采样高压隔离电路(D6,R10)，防止MOS管截止时的高压影响驱动电路的正常工作。MOS管驱动和保护电路的输出还受过流保护比较电路的输出控制，当有过流保护发生时，硬件电路强制关闭MOS管，防止电路进一步损坏。光耦隔离电路II也由MCU控制电路控制，产生C-PWM信号，用于过流保护比较电路的基准电压的产生。过流保护信号和基准信号比较，产生控制信号到MOS管驱动电路，在过流保护发生时可以强制关闭MOS管关断，同时过流保护比较电路输出的信号也通过光耦隔离电路III输入到MCU控制电路，通知MCU关闭M-PWM信号。过流保护由硬件电路直接响应，快速可靠。MCU控制电路可以修改过流保护的参数，方便灵活。电路结合了硬件电路和软件控制的各自优点。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。