母线过流保护电路的制作方法

本实用新型涉及工控设备产品电路保护技术领域，具体是涉及母线过流保护电路。

背景技术：

随着工业4.0的发展，自动化设备产品的使用日益广泛，要求也越来越高，特别是产品的稳定性要求则更加苛刻；工控类产品是能源驱动类产品，其中过流保护与自恢复是其稳定性的一大指标要求；目前像逆变器、变频器、伺服系统、步进系统等多数工控产品的过流保护采用以下几种方案：

1、驱动芯片检测桥壁IGBT的VCE饱和压降，例如，夏普的PC929、安华高的ACPL329/331等；该方案的保护点不精准，每个桥壁均需要做检测，电路复杂，成本高，过流输出信号时间不可调。

2、电阻检测母线电流+差分比较器方案；该方案需要多组电源供电和精确基准电压，后级需要进行运算和比较，电路复杂，成本高；

3、检测输出逆变输出相电流+差分比较器方案，该方案需要多组电源供电和基准电源，且输出需要检测两到三相电流方可实现保护，电路复杂，成本高。

目前的母线过流保护电路存在电路复杂，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种母线过流保护电路，采用较低的成本实现直流母线过流保护功能，电路可靠性高，电路响应时间灵敏，解决了目前其他保护电路复杂、成本高等问题。

具体地，本实用新型提供了一种母线过流保护电路，包括：电流检测电路、过流阈值比较电路、RC滤波电路和判定翻转电路；所述电流检测电路、所述过流阈值比较电路、所述RC滤波电路和所述判定翻转电路依次连接；所述电流检测电路用于将采集的电流信号转化为电压值；所述过流阈值比较电路用于判断流进所述电流检测电路的电流是否超标；所述 RC滤波电路用于滤波处理使电压的变化幅度平缓；所述判定翻转电路用于根据所述过流阈值比较电路的比较结果输出翻转控制信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电流检测电路包括：第一电阻；所述第一电阻连接在母线的输入端与输出端之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电阻为康铜丝电阻。

作为上述技术方案的进一步改进，所述过流阈值比较电路包括：第二电阻、第三电阻和第一三极管；所述第二电阻与所述第三电阻串联后接入母线的输入端与输出端之间；所述第一三极管的基极与所述第二电阻和所述第三电阻的共用端连接；所述第一三极管的发射极与母线的输入端连接；所述第一三极管的集电极与所述RC滤波电路连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一三极管为PNP三极管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述RC滤波电路包括：第四电阻、第五电阻和电容；所述第五电阻与所述电容并联，所述第五电阻的一端接地；所述第五电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端连接所述过流阈值比较电路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电容为陶瓷电容。

作为上述技术方案的进一步改进，所述判定翻转电路包括：第二三极管、稳压管和第六电阻；所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极连接所述稳压管的一端，所述稳压管的另一端与所述RC滤波电路连接；所述第二三极管的集电极通过所述第六电阻与电源正极连接；所述第二三极管的集电极作为翻转控制信号输出端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二三极管为NPN三极管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述判定翻转电路包括：比较器、基准电压源；所述比较器的两个输入端分别连接所述基准电压源和所述 RC滤波电路；所述比较器的输出端作为翻转控制信号输出端。

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：电路简单可靠，响应时间快，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型一实施例提出的母线过流保护电路的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例提出的母线过流保护电路的第一电路原理图。

图3为本实用新型另一实施例提出的母线过流保护电路的第二电路原理图。

主要元件符号说明：

10-电流检测电路；20-过流阈值比较电路；30-RC滤波电路；40-判定翻转电路。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和 B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

如图1、图2所示，一种母线过流保护电路，包括：电流检测电路10、过流阈值比较电路20、RC滤波电路30和判定翻转电路40。

电流检测电路10、过流阈值比较电路20、RC滤波电路30和判定翻转电路40依次连接。

电流检测电路10用于将采集的电流信号转化为电压值。

过流阈值比较电路20用于判断流进电流检测电路10的电流是否超标。

RC滤波电路30用于滤波处理使电压的变化幅度平缓。

判定翻转电路40用于根据过流阈值比较电路20的比较结果输出翻转控制信号。

如图2所示，在本实施例中，电流检测电路10包括：电阻R1；电阻 R1连接在母线的输入端与输出端之间。

由于电阻R1作为采样电阻使用，电阻R1将电流转化为电压信号进行测量，因此电阻R1优选康铜丝电阻。

康铜是一种以铜镍为主要成份的电阻合金。康铜丝电阻具有较低的电阻温度系数，较宽的使用温度范围(480℃以下)，加工性能良好，具有良好的焊接性能、生产成本低廉、电阻精度高等优点。

在母线过流保护电路中电阻R1优选康铜丝电阻可以有效的节省生产成本，同时控制精度也得到有效的保障。

电流检测电路10由电阻R1进行采样，无电流流过电阻R1时，电阻 R1两端压降为0V，当有电流流过则电阻R1产生压降，流经的电流与产生的压降之间遵守欧姆定律，当流经电阻R1的电流为I时，则电阻R1 上产生压降V_R1＝R1*I。

在本实施例中，过流阈值比较电路20包括：电阻R2、电阻R3和三极管Q1；电阻R2与电阻R3串联后接入母线的输入端与输出端之间；三极管Q1的基极与电阻R2和电阻R3的共用端连接；三极管Q1的发射极与母线的输入端连接；三极管Q1的集电极与RC滤波电路30连接。

三极管Q1为PNP三极管。

在电阻R1产生的压降由电阻R2与电阻R3进行分压。当流过电阻R1的电流足够大时，电阻R2两端分到的电压大于三极管Q1的BE结压降(硅管为0.7V)则三极管CE极形成导通；否则CE极截止；流过电阻 R1电流越大，R2流过三极管Q1的BE结电流越大，进而使三极管Q1 趋于饱和导通。

在本实施例中，RC滤波电路30包括：电阻R4、电阻R5和电容C1；电阻R5与电容C1并联，电阻R5的一端接地；电阻R5的另一端与电阻 R4的一端连接；电阻R4的另一端连接过流阈值比较电路20中的三极管 Q1的集电极。

电容C1优选陶瓷电容。

陶瓷电容具有稳定可靠，绝缘性好，耐高压、成本低廉的特点。

母线电流不超标的无故障状态下，电容C1两端压降为0V。母线电流超标的故障状态下，三极管Q1的CE开始导通后，电阻R4与电阻R5对 VIN进行分压，电容C1对分压后的电压信号进行滤波；三极管Q1达到饱和导通时，即流过电阻R1电流足够大，C1充电快。

在本实施例中，判定翻转电路40通过三极管实现；判定翻转电路40 包括：三极管Q2、稳压管Z1和电阻R6；三极管Q2的发射极接地，三级管Q2的基极连接稳压管Z1的一端，稳压管Z1的另一端与RC滤波电路30中的电阻R5连接；三极管Q2的集电极通过上拉电阻R6与电源正极连接；三极管Q2的集电极作为翻转控制信号输出端。

翻转控制信号OCP可以连接MCU(Microprocessor Control Unit,微处理机控制器)。

三极管Q2为NPN三极管。

母线电流不超标的无故障状态下，翻转控制信号OCP电平被电阻R6 上拉为高电平(VCC)，当C1电容充电幅值大于稳压管Z1的齐纳压降Vz和三极管Q2的BE极压降之和，则判定为母线电流超标的故障状态，此时翻转控制信号OCP下拉为低电平，进而实现故障信号的电平翻转，翻转后的OCP电平被MCU检测到，进而触发整个工控设备系统的保护。

当流经母线的电流没有超过额定值时，电阻R2两端分到的电压小于三极管Q1的BE结压降，则三极管Q1截止，电阻R4和电阻R5没有电流流过，电容C1两端的压降为0V，三极管Q2处于截止状态，三极管 Q2的集电极电压为VCC，翻转控制信号OCP输出为高电平。MCU忽略该高电平信号。当流经母线的电流超过额定值时，电阻R1两端的压降增大，同时电阻R2两端分到的电压大于三极管Q1的BE结压降，三极管 Q1导通，电阻R4和电阻R5对母线的输入端VIN进行分压，电容C1对分压后的电压信号进行滤波；当电容C1充电后两端的电压大于稳压管Z1 的齐纳压降Vz和三极管Q2的BE极压降之和时，三极管Q2饱和导通，三极管Q2的Vce接近为0，三极管Q2的集电极电压为0，翻转控制信号 OCP输出为低电平,MCU检测到该低电平信号，触发进入保护状态。

实施例2

如图1、图3所示，一种母线过流保护电路，包括：电流检测电路10、过流阈值比较电路20、RC滤波电路30和判定翻转电路40。

电流检测电路10用于将采集的电流信号转化为电压值。

过流阈值比较电路20用于判断流进电流检测电路10的电流是否超标。

RC滤波电路30用于滤波处理使电压的变化幅度平缓。

判定翻转电路40用于根据过流阈值比较电路20的比较结果输出翻转控制信号。

如图3所示，在本实施例中，电流检测电路10包括：电阻R1；电阻 R1连接在母线的输入端与输出端之间。

电阻R1优选康铜丝电阻。

在本实施例中，过流阈值比较电路20包括：电阻R2、电阻R3和三极管Q1；电阻R2与电阻R3串联后接入母线的输入端与输出端之间；三极管Q1的基极与电阻R2和电阻R3的共用端连接；三极管Q1的发射极与母线的输入端连接；三极管Q1的集电极与RC滤波电路30连接。

三极管Q1为PNP三极管。

在本实施例中，RC滤波电路30包括：电阻R4、电阻R5和电容C1；电阻R5与电容C1并联，电阻R5的一端接地；电阻R5的另一端与电阻 R4的一端连接；电阻R4的另一端连接过流阈值比较电路20中的三极管 Q1的集电极。

电容C1优选陶瓷电容。

在本实施例中，判定翻转电路40通过比较器实现；判定翻转电路40 包括：比较器U1、基准电压源VCC；比较器U1的两个输入端分别连接基准电压源VCC和RC滤波电路30中的电阻R5的一端；比较器U1的输出端作为翻转控制信号输出端。

翻转控制信号OCP可以连接MCU(Microprocessor Control Unit,微处理机控制器)。

上述实施例中提供的母线过流保护电路具有如下优点：电路仅使用少量的电阻、电容、三极管等元器件，方案成本低廉。整个电路采用的电流控制模式，几乎不会受到尖峰脉冲(纳秒级)信号的干扰，电路稳定性高。调整参数非常简便，便于不同功率机型的母线过流保护点设置。三极管 Q1和三极管Q2对于小信号的响应时间都是纳秒级，整个电路只有C1存在滤波延时，故该方案的响应时间极快，系统响应时间可达到数百纳秒。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。