快速过流监测保护电路的制作方法

本公开涉及一种保护电路，尤其涉及一种快速过流监测保护电路。

背景技术：

在电机驱动控制中，当电机遇阻处于堵转状态时，会引起驱动母线电流的瞬间增大。对于瞬间大电流，如果控制器响应不及时，就可能烧坏控制器。

虽然现有技术中一般在控制器软件中添加了限流算法，但基于软件判断后再发送指令，延时较大，会造成电路中有较长时间的大电流存在，这一时间通常为cpu几个指令周期，这段过流时间的存在，大大增加损坏电路的风险。

为了提高过流保护响应时间，在快速过流发生时对电路进行监测保护，有必要增加过流监测硬件电路，来提高系统的可靠性。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的至少一个技术问题，本公开提供一种快速过流监测保护电路，本公开的快速过流监测保护电路通过以下技术方案实现。

快速过流监测保护电路，包括电流监测芯片、采样电阻、三极管和比较器；

采样电阻串联于目标电路中；

电流监测芯片具有第一电压输入端、第二电压输入端和电流输出端，电流监测芯片的第一电压输入端与采样电阻的第一端连接，电流监测芯片的第二电压输入端与采样电阻的第二端连接；

电流监测芯片的电流输出端与三极管的发射极连接；

向三极管的基极提供基极电流，使得三极管工作在共基极放大状态；

三极管的集电极的输出电压作为比较器的负向输入端的输入电压，比较器的正向输入端输入基准电压；

当负向输入端的输入电压大于基准电压时，比较器输出低电平，当负向输入端的输入电压小于基准电压时，比较器输出高电平。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括稳压装置，稳压装置包括串联的稳压二极管和稳压电阻，稳压电阻的第一端接地，稳压电阻的第二端与稳压二极管的正极连接，稳压二极管的负极与采样电阻的第一端连接，三极管的基极与稳压电阻的第二端连接。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括分压装置，分压装置包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻。

根据本公开的至少一个实施方式，稳压装置还包括第二滤波电容，第二滤波电容的两端分别与稳压二极管的正极和负极连接。

根据本公开的至少一个实施方式，三极管的集电极连接集电极电阻，集电极电阻的第一端接地，集电极电阻的第二端与三极管的集电极连接。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括第三滤波电容和第三滤波电阻，第三滤波电容的两端分别与集电极电阻的两端连接；第三滤波电阻的第一端与集电极电阻的第二端连接；第三滤波电阻的第二端与比较器的负向输入端连接。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括第四滤波电容，第四滤波电容的第一端接地，第四滤波电容的第二端与第三滤波电容的第二端连接。

根据本公开的至少一个实施方式，第一分压电阻的第一端与电源连接，第一分压电阻的第二端与第二分压电阻的第一端连接，第二分压电阻的第二端接地，第二分压电阻的分压值即为基准电压。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括第五滤波电容，第五滤波电容的两端分别与第二分压电阻的两端连接。

根据本公开的至少一个实施方式，电流监测芯片为具有三个管脚的高侧电流监测芯片。

根据本公开的至少一个实施方式，采样电阻为毫欧级采样电阻。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开至少一个实施方式的快速过流监测保护电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

如图1所示，本实施方式的快速过流监测保护电路，包括电流监测芯片、采样电阻rsense、三极管q1和比较器u1；采样电阻rsense串联于目标电路中；电流监测芯片具有第一电压输入端vsen+、第二电压输入端vsen-和电流输出端iout，电流监测芯片的第一电压输入端与采样电阻rsense的第一端连接，电流监测芯片的第二电压输入端与采样电阻rsense的第二端连接；电流监测芯片的电流输出端与三极管q1的发射极连接；向三极管的基极提供基极电流，使得三极管q1工作在共基极放大状态；三极管q1的集电极的输出电压作为比较器u1的负向输入端的输入电压，比较器u1的正向输入端输入基准电压；当负向输入端的输入电压大于基准电压时，比较器u1输出低电平，当负向输入端的输入电压小于基准电压时，比较器u1输出高电平。

其中目标电路即需要监测保护的电路，例如控制器母线。

在本公开的至少一个实施方式中，还包括稳压装置，稳压装置包括串联的稳压二极管d0和稳压电阻r1，稳压电阻r1的第一端接地，稳压电阻r1的第二端与稳压二极管d0的正极连接，稳压二极管d0的负极与采样电阻rsense的第一端连接，三极管q1的基极与稳压电阻r1的第二端连接。稳压装置还包括第二滤波电容c2，第二滤波电容的两端分别与稳压二极管d0的正极和负极连接。

在本公开的至少一个实施方式中，还包括分压装置，分压装置包括串联的第一分压电阻r4和第二分压电阻r5。

在本公开的至少一个实施方式中，三极管q1的集电极连接集电极电阻rout，集电极电阻rout的第一端接地，集电极电阻rout的第二端与三极管q1的集电极连接。还包括第三滤波电容c3和第三滤波电阻r3，第三滤波电容c3的两端分别与集电极电阻rout的两端连接；第三滤波电阻r3的第一端与集电极电阻rout的第二端连接；第三滤波电阻r3的第二端与比较器u1的负向输入端连接。还包括第四滤波电容c4，第四滤波电容c4的第一端接地，第四滤波电容c4的第二端与第三滤波电容c3的第二端连接。

在本公开的至少一个实施方式中，第一分压电阻r4的第一端与电源连接，第一分压电阻r4的第二端与第二分压电阻r5的第一端连接，第二分压电阻r5的第二端接地，第二分压电阻r5的分压值即为前面提到的基准电压。

其中上述电源提供数字电压v3.3伏。

在本公开的至少一个实施方式中，还包括第五滤波电容c5，第五滤波电容c5的两端分别与第二分压电阻r5的两端连接。

在本公开的至少一个实施方式中，电流监测芯片为具有三个管脚的高侧电流监测芯片，例如zxct1009fta芯片。

在本公开的至少一个实施方式中，采样电阻为毫欧级采样电阻，例如毫欧级的高精密合金采样电阻。

更详细的，以zxct1009fta芯片为例，再次结合图1对本申请的快速过流监测保护电路做详细说明。

zxct1009fta是一款3个管脚的高侧电流监测芯片。该芯片任意两端的电压输入范围为+2.5v到+20v。当系统电压(图1中v+)高于20v时，采用稳压二极管d0和电阻r1，将vsen和iout之间的电压限定在20v以内，同时给三极管q1提供一个基极电流。三极管q1工作在共基极放大状态，c、e两极(即集电极和发射极)间承受供电电压的大部分压降。当电流放大倍数足够高时，ic≈ie。此时可认为iout流过rout。当负载为感性负载时，电路中增加r2和c2进行滤波。在实际应用中，rsense选择毫欧级的高精密合金采样电阻，vsense(即vsen+与vsen-间压降)与输入电流ia(即驱动母线中电流)为正比关系，关系式为：

vsense＝rsense×ia

zxct1009芯片的iout管脚为输出电流，其值正比于vsense，其关系式为：

iout＝0.01×vsense

iout通过电阻rout将电流信号转变成电压信号vout，因此该电压信号vout与母线电流ia的关系为：

vout＝0.01×rsense×ia×rout

将vout经过c3、r3以及c4滤波后，输入到比较器u1的负输入端。数字电压v3.3v经过r4和r5分压，再经过滤波后，输入到比较器u1的正输入端。r4、r5的取值，取决于要设定的母线电流阈值。当母线电流低于设定的阈值时，比较器u1正常输出，为高电平；当母线电流超过设定的阈值，比较器u1输出低电平，将比较器u1输出的低电平信号进入控制器(例如微控制器mcu)的falut端。当mcu检测到falut端低电平时，触发中断，关断脉宽调制信号(pwm)的输出，避免长时间过流烧坏控制器。

本公开的快速过流监测保护电路一般做为控制器中mcu的外围监测电路。根据实际项目参数，确定母线电流阈值范围，选择合适的电流采样电阻rsense，根据公式计算确定rout、r4、r5的值。比较器的输出端oc连接到mcu的故障引脚。正常情况下，ia电流小于设定的阈值，rsense上的压降比较小，此时vout输出比较小，比较器u1的负向输入端小于正向输入端，比较器输出为高电平。当发生异常情况，ia电流高于设定的阈值时，使vout的值增大，比较器u1的负向输入端大于正向输入端，比较器输出低电平，该低电平为故障信号，通知mcu关断pwm的输出，起到了保护控制器的作用。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。