一种过流保护电路的制作方法

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。

技术实现要素：

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。