一种功率输出端口状态监控电路

本实用新型涉及开关电路技术领域。本实用新型涉及一种功率输出端口状态监控电路。

背景技术：

功率电子开关和状态监控电路在自动控制领域有着广泛的应用，该电路组件是控制系统必不可少的组成部分，用于控制系统对外部设备提供控制功率输出，是外部设备正常工作和控制系统安全运行的关键性影响因素。

目前已有方案基本以在电流回路串联小阻值功率电阻，并对电阻分压放大后检测的方法检测负载电流，该方案对小电流负载可以使用，当负载电流较大时，小阻值功率电阻损耗会急剧增大，提高电阻功率又会增加系统体积，使系统集成程度降低，并对系统散热能力造成严重压力。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型设计一种功率输出端口状态监控电路，能够在作为大功率电子开关控制外部设备、提供给负载足够大电流的同时，实时监控外部设备的工作电流，对输入和输出电压状态以及负载消耗电流进行实时监测，并反馈至微处理器，实现端口电流、电压的实时监控，使功率输出端口具有故障检测功能，提高控制系统的智能化程度。

本实用新型技术方案如下：

一种功率输出端口状态监控电路，包括与负载分别连接的四路支路：控制负载导通电路、负载输入电压反馈电路、负载输出电压反馈电路、负载电流反馈电路；

所述控制负载导通电路包括微控制器u1、光电耦合器u2、功率mosfet管q1；所述负载输入电压反馈电路包括光电耦合器u3、保险丝f1、微控制器u1；所述负载输出电压反馈电路包括光电耦合器u4、功率mosfet管q1、微控制器u1；所述负载电流反馈电路包括霍尔电流传感器u5、功率mosfet管q1、微控制器u1。

所述控制负载导通电路连接关系为：

微控制器u1的第20引脚连接至供电vcc端口；微控制器u1的第9引脚连接至光电耦合器u2的输入侧k端口；光电耦合器u2的输入侧a端口连接至限流电阻r1的第一端口；限流电阻r1的第二端口连接至供电vcc端口；光电耦合器u2的输出侧e端口连接至供电gnd端口；光电耦合器u2的输出侧c端口连接至限流电阻r7的第一端口；限流电阻r7的第二端口连接至功率mosfet管q1的第4引脚，同时连接至上拉电阻r6的第一端口；上拉电阻r6的第二端口分别连接至功率mosfet管q1的第1至第3引脚。

所述负载输入电压反馈电路连接关系为：

功率mosfet管q1的第1至第3引脚，同时连接至保险丝f1的第一端口，保险丝f1的第二端口连接至供电vin端口；光电耦合器u3的输出侧e端口连接至供电gnd端口，光电耦合器u3的输出侧c端口连接至上拉电阻r2的第一端口，同时连接至微控制器u1的第6引脚；上拉电阻r2的第二端口连接至供电vcc端口；光电耦合器u3次输入侧k端口连接至供电gnd端口；光电耦合器u3的输入侧a端口连接至限流电阻r3的第一端口，限流电阻r3的第二端口分别连接至功率mosfet管q1的第5至第8引脚。

所述负载输出电压反馈电路连接关系为：

功率mosfet管q1的第1至第3引脚同时连接至限流电阻r5的第一端口，限流电阻r5的第二端口连接至光电耦合器u4的输入侧a端口；光电耦合器u4的输入侧k端口连接至供电gnd端口，光电耦合器u4的输出侧e端口连接至供电gnd端口；光电耦合器u4的输出侧c端口连接至上拉电阻r4的第一端口，同时连接至微控制器u1的第7引脚；上拉电阻r4的第二端口连接至供电vcc端口。

所述负载电流反馈电路连接关系为：

功率mosfet管q1的第5至第8引脚，同时分别连接至霍尔电流传感器u5的第3引脚和第4引脚；霍尔电流传感器u5的第1引脚和第2引脚相连，同时连接至电流输出vout端口；霍尔电流传感器u5的第5引脚分别连接至滤波电容c1的第一端口和滤波电容c2的第一端口，同时连接至供电gnd端口；霍尔电流传感器u5的第6引脚连接至滤波电容c2的第二端口；霍尔电流传感器u5的第7引脚连接至微处理器u1的第13引脚；霍尔电流传感器u5的第8引脚连接至滤波电容c1的第二端口，同时连接至供电vcc端口。

由微控制器u1通过控制光电耦合器u2输入端导通和关闭，进而通过光电耦合器u2输出端控制功率mosfet管q1导通和关闭。由光电耦合器u3输入端检测经过保险丝f1后的电压，进而通过光电耦合器u3输出端反馈至微控制器u1。由光电耦合器u4输入端检测经过功率mosfet管q1后的电压，进而通过光电耦合器u4输出端反馈至微控制器u1。由霍尔电流传感器u5对流经功率mosfet管q1电流进行检测，并反馈至微控制器u1。

本实用新型具有以下有益效果及效果：

1.本实用新型采用霍尔电流传感器对负载消耗电流进行检测，消除了使用采样电阻方案的功率损耗，极大降低系统无效功耗，减轻系统散热负担。

2.本实用新型采用光电耦合器对功率mosfet管的输入和输出进行电压检测，并将检测信号反馈至微控制器，由微控制器通过检测逻辑判断当前负载工作状态，为系统出现问题时快速判断故障点提供数据支持。

附图说明

图1为一种功率输出端口状态监控电路图；

其中，u1为微控制器，u2、u3和u4为光电耦合器，u5为霍尔电流传感器，q1为功率mosfet管，f1为保险丝，c1和c2为滤波电容，r1、r3、r5和r7为限流电阻，r2、r4和r6为上拉电阻。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示，一种功率输出端口状态监控电路，连接关系如下：

微控制器u1的第9引脚连接至光电耦合器u2的输入侧k端口。光电耦合器u2的输入侧a端口连接至限流电阻r1的第一端口。限流电阻r1的第二端口连接至供电vcc端口。微控制器u1的第20引脚连接至供电vcc端口。

光电耦合器u2的输出侧e端口连接至供电gnd端口。光电耦合器u2的输出侧c端口连接至限流电阻r7的第一端口。限流电阻r7的第二端口连接至功率mosfet管q1的第4引脚，同时连接至上拉电阻r6的第一端口。上拉电阻r6的第二端口分别连接至功率mosfet管q1的第1至第3引脚，同时连接至限流电阻r5的第一端口，同时连接至保险丝f1的第一端口。限流电阻r5的第二端口连接至光电耦合器u4的输入侧a端口。光电耦合器u4的输入侧k端口连接至供电gnd端口。保险丝f1的第二端口连接至供电vin端口采集外部供电。光电耦合器u4的输出侧e端口连接至供电gnd端口。光电耦合器u4的输出侧c端口连接至上拉电阻r4的第一端口，同时连接至微控制器u1的第7引脚。上拉电阻r4的第二端口连接至供电vcc端口。

光电耦合器u3的输出侧e端口连接至供电gnd端口，光电耦合器u3的输出侧c端口连接至上拉电阻r2的第一端口，同时连接至微控制器u1的第6引脚。上拉电阻r2的第二端口连接至供电vcc端口。光电耦合器u3次输入侧k端口连接至供电gnd端口。光电耦合器u3的输入侧a端口连接至限流电阻r3的第一端口，限流电阻r3的第二端口分别连接至功率mosfet管q1的第5至第8引脚，同时分别连接至霍尔电流传感器u5的第3引脚和第4引脚。

霍尔电流传感器u5的第1引脚和第2引脚相连，同时连接至电流输出vout端口，vout端口连接外部负载。霍尔电流传感器u5的第5引脚分别连接至滤波电容c1的第一端口和滤波电容c2的第一端口，同时连接至供电gnd端口。霍尔电流传感器u5的第6引脚连接至滤波电容c2的第二端口。霍尔电流传感器u5的第7引脚连接至微处理器u1的第13引脚。霍尔电流传感器u5的第8引脚连接至滤波电容c1的第二端口，同时连接至供电vcc端口。

实施例1

一种功率输出端口状态监控电路，u1采用stc系列stc12c5616微控制器，u2、u3和u4采用tlp系列tlp181光电耦合器，u5采用acs712霍尔电流传感器，q1采用cem4435功率mosfet管，c1选值为0.1uf，c2选值0.1uf，r1选值820ω，r2选值10kω，r3选值4.7kω，r4选值10kω，r5选值4.7kω，r6选值100kω，r7选值100ω。

微控制器u1将控制信号通过光电耦合器u2驱动功率mosfet管q1，实现负载的开关控制。由光电耦合器u4将经过保险丝f1的电压信号反馈至微控制器u1，用于检测保险丝f1是否损坏。由光电耦合器u3将功率mosfet管的输出电压信号反馈给微控制器u1，用于检测功率mosfet管q1是否损坏。由霍尔电流传感器u5将流经功率mosfet管的电流，即负载电流反馈至微控制器u1，用于判断负载工作状况。

微控制器u1对反馈信号进行判别，如果光电耦合器u3、光电耦合器u4和霍尔电流传感器u5均无反馈信号，判定保险丝f1损坏；如果光电耦合器u3有反馈信号，光电耦合器u4和霍尔电流传感器u5均无反馈信号，判定功率mosfet管q1损坏；如果光电耦合器u3和光电耦合器u4有反馈信号，霍尔电流传感器u5无反馈信号，判定负载断路；如果光电耦合器u3和光电耦合器u4无反馈信号，霍尔电流传感器u5反馈信号超过设定量程，判定负载短路；如果光电耦合器u3、光电耦合器u4有反馈信号，霍尔电流传感器u5反馈信号未超过设定量程，判定状态正常。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本实用新型的保护范围。