一种硬件过流保护电路及方法与流程

1.本技术涉及保护电路的技术领域，尤其是涉及一种硬件过流保护电路及方法。


背景技术：

2.目前，工作电压在12-60vdc范围的电机产品，如无刷电机、步进电机等应用越来越广泛，应用领域包括自动化设备、智能物流、医疗器械、智能家居等，这类电机的驱动控制方面主要采用大功率mos进行功率放大，部分驱动工作电流高达几十安培。
3.针对上述中的相关技术，发明人认为，在生产过程中，会出现因电路故障或电机出现异常导致整个电路出现短路的现象，如果不能及时检测电路的工作电流，可能会因为工作电流过大，导致电路故障，设备损坏，严重时引起火灾。


技术实现要素：

4.为了在电路发生过流情况时，及时对电路进行过流保护，提高电路的安全性，本技术提供一种硬件过流保护电路及方法。
5.第一方面，本技术提供一种硬件过流保护电路，采用如下的技术方案：一种硬件过流保护电路，包括硬件检测模块、信号整形模块、mos驱动控制模块及功率放大模块，所述信号整形模块与所述硬件检测模块连接，所述mos驱动控制模块与所述信号整形模块连接，所述功率放大模块与所述mos驱动控制模块连接；所述硬件检测模块，用于实时检测电源输入电流，并将检测结果以检测信号形式传输至所述信号整形模块；所述信号整形模块，用于基于所述检测信号输出电平信号，并将所述电平信号传输至所述mos驱动控制模块，在所述电源输入电流过流时，所述电平信号为低电平信号；在所述电源输入电流未过流时，所述电平信号为高电平信号；所述mos驱动控制模块，用于当所述电平信号为高电平信号时，输出功率放大控制信号；当所述电平信号为低电平信号时，所述mos驱动控制模块输出过流报警信号；所述功率放大模块，用于当所述mos驱动控制模块输出所述功率放大控制信号时，基于所述功率放大控制信号执行功率放大操作。
6.通过采用上述技术方案，在硬件检测电路检测到电源输入电流发生过流情况时，信号整形模块输出低电平信号，mos驱动控制模块根据低电平信号输出过流报警信号，以提醒工作人员进行检修，同时功率放大模块未接收到功率放大控制信号，停止功率放大操作，能够对电源输入电流发生过流时，及时反应，停止功率放大模块的功率操作，从而对电路和设备进行保护，提高了电路的安全性。
7.可选的，所述硬件检测模块包括检测单元和第一导通单元，所述检测单元与电源的电流输入端连接，所述第一导通单元与所述检测单元连接；所述检测单元，用于接收所述电源输入电流，并根据所述电源输入电流生成导通信号；
所述第一导通单元，用于根据所述电源输入电流进行导通与关断；当所述电源输入电流过流时，所述检测单元生成导通信号，所述第一导通单元导通，并输出导通电压，将所述导通电压作为检测信号传输至所述信号整形单元；当所述电源输入电流未过流时，所述检测单元不输出导通信号，所述第一导通单元关断，不输出导通电压。
8.通过采用上述技术方案，当电源输入电流过流时，通过第一导通单元输出导通电压，从而便于后续电路根据导通电压来进行过流保护。
9.可选的，所述信号整形模块包括稳压单元、第二导通单元和oc输出单元，所述稳压单元与所述第一导通单元连接，所述第二导通单元与所述稳压单元连接，所述oc输出单元与所述第二导通单元连接；所述稳压单元，用于对所述导通电压进行稳压处理；所述第二导通单元，用于基于所述导通电压进行导通与关断，当所述第一导通单元输出所述导通电压时，所述第二导通单元导通；当所述第一导通单元不输出所述导通电压时，所述第二导通单元关断；所述oc输出单元，用于在所述第二导通单元关断时，输出高电平信号；在所述第二导通单元导通时，输出低电平信号。
10.通过采用上述技术方案，当电源输入电流过流时，第一导通单元输出的导通电压控制第二导通单元导通，从而使得oc输出单元输出低电平信号，便于后续电路根据低电平信号对电路进行过流保护。
11.可选的，所述第二导通单元为三极管q2，所述oc输出单元包括连接有电源的电阻r7和oc信号输出端，所述三极管q2的基极通过所述稳压单元与所述第一导通单元连接，所述三极管q2的集电极与所述电阻r7的一端连接，所述三极管q2的发射极接地，所述oc信号输出端与所述三极管q2的集电极和所述电阻r7连接。
12.可选的，所述mos驱动控制模块包括控制单元和mos驱动单元，所述mos驱动单元分别与所述信号整形模块和所述控制单元连接；所述控制单元，用于向所述mos驱动单元输出驱动信号；所述mos驱动单元，用于当所述电平信号为高电平信号时，所述接收所述驱动信号，正常工作，并输出所述功率放大控制信号；当所述电平信号为低电平时，停止接收所述驱动信号。
13.通过采用上述技术方案，当mos驱动单元接收到低电平信号时，停止接收驱动信号，继而停止工作，能够对电源输入电流过流的情况及时反应，对电路进行保护。
14.可选的，所述mos驱动单元包括驱动芯片u1，所述驱动芯片u1的型号为ir2104，所述驱动芯片u1的sd端与所述信号整形模块连接，所述驱动芯片u1的in端与所述控制单元连接，所述驱动芯片u1的ho端和lo端分别连接至功率放大模块；当所述驱动芯片u1的sd端接收到高电平信号时，所述驱动芯片u1工作；当所述驱动芯片u1的sd端接收到低电平信号时，所述驱动芯片u1停止工作。
15.通过采用上述技术方案，驱动芯片ir2104的sd端在接收到低电平信号的时候驱动芯片停止工作，从而对电路进行保护。
16.可选的，所述控制单元还与所述oc输出单元连接，所述控制单元用于基于所述电
平信号控制是否向所述mos驱动单元输出驱动信号；当所述电平信号为高电平信号时，所述控制单元向所述mos驱动单元输出驱动信号；当所述电平信号为低电平信号时，所述控制单元停止向所述mos驱动单元输出驱动信号，并输出过流报警信号。
17.通过采用上述技术方案，当控制单元接收到低电平信号时，停止向mos驱动单元发送驱动信号，从而进一步对电路进行保护。
18.可选的，还包括输入滤波模块，所述输入滤波模块与所述硬件检测电路和电源输入电流连接，所述输入滤波模块用于对所述输入电源进行滤波处理。
19.第二方面，本技术还提供一种硬件过流保护方法，采用如下的技术方案：可选的，一种硬件过流保护方法，应用于上述的硬件过流保护电路，包括以下步骤：所述硬件检测模块实时检测电源输入电流，并将检测结果以检测信号形式传输至所述信号整形模块；所述信号整形模块基于所述检测信号输出电平信号，在所述电源输入电流过流时，所述信号整形模块生成低电平信号；在所述电源输入电流未过流时，所述信号整形模块生成高电平信号；当所述电平信号为高电平信号时，所述mos驱动控制模块输出功率放大控制信号；当所述电平信号为低电平信号时，所述mos驱动控制模块输出过流报警信号；当所述mos驱动控制模块输出所述功率放大控制信号时，所述功率放大模块基于所述功率放大控制信号执行功率放大操作。
20.通过采用上述技术方案，在硬件检测电路检测到电源输入电流发生过流情况时，信号整形模块输出低电平信号，mos驱动控制模块根据低电平信号输出过流报警信号，以提醒工作人员进行检修，同时功率放大模块未接收到功率放大控制信号，停止功率放大操作，能够对电源输入电流发生过流时，及时反应，停止功率放大模块的功率操作，从而对电路和设备进行保护，提高了电路的安全性。
附图说明
21.图1是本技术实施例一种硬件过流保护电路的模块连接示意图。
22.图2是本技术实施例一种硬件过流保护电路中输入滤波模块和硬件检测模块的电路图。
23.图3是本技术实施例一种硬件过流保护电路中信号整形模块的电路图。
24.图4是本技术实施例一种硬件过流保护电路中硬件检测模块和信号整形模块的框架电路图。
25.图5是本技术实施例一种硬件过流保护电路中mos驱动控制模块和功率放大模块的电路图。
26.图6是本技术实施例一种硬件过流保护电路中控制单元和mos驱动单元的信号传输示意图。
27.图7是本技术实施例一种硬件过流保护方法的整体流程示意图。
28.附图标记说明：1、硬件检测模块；11、检测单元；12、第一导通单元；2、信号整形模块；21、稳压单元；22、第二导通单元；23、oc输出单元；3、mos驱动控制模块；31、控制单元；32、mos驱动单元；4、功率放大模块；5、输入滤波模块。
具体实施方式
29.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
30.本技术实施例公开一种硬件过流保护电路，参照图1和图2，包括输入滤波模块5、硬件检测模块1、信号整形模块2、mos驱动控制模块3及功率放大模块4，硬件检测模块1与输入滤波模块5连接，信号整形模块2与硬件检测模块1连接，mos驱动控制模块3与信号整形模块2连接，功率放大模块4与mos驱动控制模块3连接。
31.其中，参照图2，输入滤波模块5包括并联的极性电容e1和电容c1，其中极性电容e1的正极与电源输入电压vin的正极连接，负极接地，电容c1的一端与极性电容e1的正极连接，另一端接地。输入滤波模块5对电源输入电流iin进行滤波处理，使得电源输入电流更加稳定。
32.其中，硬件检测模块1用于实时检测电源输入电流，并将检测结果以检测信号形式传输至信号整形模块2。
33.具体地，参照图2，硬件检测模块1包括检测单元11和第一导通单元12，检测单元11用于接收电源输入电流iin，并根据电源输入电流生成导通信号，第一导通单元12用于根据电源输入电流iin进行导通与关断。
34.更具体地，在本实施例中，检测单元11包括电阻r1、电阻r2和sensor，其中，电阻r1和电阻r3串联后与sensor并联，电阻r1远离电阻r3的一端连接电源输入电压vin的正极，电源输入电流iin从电阻r1远离电阻r3的一端进入检测单元11，从电阻r3远离电阻r1的一端输出。
35.更具体地，第一导通单元12为三极管q1，三极管q1的基极与电阻r1靠近电阻r3的一端连接，三极管q1的发射极与电源输入电压vin的正极连接，三极管q1的集电极与信号整形模块2连接。
36.预设过流保护电流值ip，当电源输入电流iin大于过流保护电流值ip时，计算电阻r1的压降：vr1= ＞vq1be（三极管q1基极和集电极之间的电压）此时电源输入电流iin发生过流，三极管q1为导通状态，三极管q1在集电极端输出导通电压v’，v’=vin-vq1ce（三极管q1基极和集电极之间的电压），将导通电压v
’ꢀ
作为检测信号传输至信号整形模块2；当电源输入电流iin小于过流保护电流值ip时，计算电阻r1的压降：vr1= ＜vq1be（三极管q1基极和集电极之间的电压）此时电源输入电流iin未发生过流，三极管q1为关断状态，因此不输出导通电压v’以及检测信号。
37.其中，信号整形模块2基于检测信号输出电平信号，并将电平信号传输至mos驱动控制模块3。
38.具体地，参照图3，在本实施例中，信号整形模块2包括稳压单元21、第二导通单元22和oc输出单元23，稳压单元21用于对导通电压v’进行稳压处理，第二导通单元22用于基于导通电压控制自身的导通与关断，oc输出单元23用于在第二导通单元22关断时，输出高电平信号；在第二导通单元22导通时，输出低电平信号。
39.更具体地，稳压单元21包括电阻r4、电阻r5和电阻r6，电阻r4和电阻r5串联，电阻r4远离电阻r5的一端与三极管q1的集电极连接，电阻r5远离电阻r4的一端接地，电阻r6的一端与电阻r4靠近电阻r5的一端连接，电阻r6的另一端与第二导通单元22连接。
40.更具体地，第二导通单元22为三极管q2，三极管q2的基极与电阻r5连接，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极与oc输出单元23连接。
41.更具体地，oc输出单元23包括连接有第一电源vcc的电阻r7和oc信号输出端，电阻r7的一端与第一电源vcc连接，另一端与三极管q2的集电极连接，oc信号输出端与电阻r7靠近三极管q2的一端连接。
42.参照图4，当电源输入电流iin未发生过流时，三极管q1关断，三极管q2关断，此时oc信号输出端输出高电平信号；当电源输入电流iin发生过流时，导通电压v’经过电阻r4和电阻r5进行分压，之后再经过电阻r6进行稳压分流，减少三极管q2被击穿的可能性，保护电路。同时，三极管q2导通，此时第一电源vcc提供的电流流经三级管q2，oc信号输出端输出低电平信号。
43.其中，mos驱动控制模块3用于当电平信号为高电平信号时，输出功率放大控制信号；当电平信号为低电平信号时，输出过流报警信号。
44.具体地，参照图5和图6，mos驱动控制模块3包括控制单元31和mos驱动单元32，控制单元31用于向mos驱动单元32输出驱动信号，mos驱动单元32用于当电平信号为高电平信号时，接收所述驱动信号，正常工作，并输出功率放大控制信号；当电平信号为低电平时，停止接收所述驱动信号。
45.更具体地，控制单元31为单片机mcu，单片机mcu用于向mos驱动单元32输出pwm驱动信号，正常情况下驱动mos驱动单元32进行工作，单片机mcu的驱动信号输出端口通过电阻r9与mos驱动单元32。
46.更具体地，mos驱动单元32包括驱动芯片u1及其周边电路，本实施例中采用ir2104芯片作为驱动芯片u1，驱动芯片u1的vcc端连接第二电源vcc1，驱动芯片u1的in端通过电阻r9连接控制单元31的驱动信号输出端口，驱动芯片u1的sd端通过缓冲电阻r8与oc信号输出端连接，驱动芯片u1的ho端和lo端连接功率放大模块4。
47.由ir2104芯片特性可知，当ir2104芯片的sd端接收到高电平时，ir2104芯片正常工作，当ir2104芯片的sd端接收到低电平时，ir2104芯片停止工作。因此，利用ir2104芯片的这个特性，当电源输入电流iin未发生过流时，oc信号输出端输出高电平信号，mos驱动单元32正常工作，接收控制单元31的驱动信号，并输出功率放大控制信号；当电源输入电流iin发生过流时，oc信号输出端输出低电平信号，此时mos驱动单元32停止工作，停止接收控制单元31发出的驱动信号，从而能够对电源输入电流iin的过流情况及时反应，mos驱动单元32进入过流保护状态，对电路和设备进行保护。
48.另外，在本实施例中，控制单元31还与oc信号输出端连接，同样接收oc信号输出端输出的电平信号，当oc信号输出端输出高电平信号时，控制单元31保持向mos驱动单元32输
出驱动信号；当oc信号输出端输出低电平信号时，控制单元31停止向mos驱动单元32输出驱动信号，同时输出报警信号和故障指示信号，以提醒工作人员及时进行检修。当电源输入电流iin发生过流时，启动mos驱动单元32和控制单元31的双重保护，提高电路和设备的安全性。
49.其中，功率放大模块4用于当mos驱动控制模块3输出功率放大控制信号时，基于功率放大控制信号执行功率放大操作。
50.具体地，功率放大模块4包括增强型nmos管m1、增强型nmos管m2及其周边电路，其中，增强型nmos管m1的门极通过电阻r10与驱动芯片u1的ho端连接，增强型nmos管m2的门极通过电阻r11与驱动芯片u1的lo端连接。
51.当电源输入电流iin未发生过流时，驱动芯片u1生成功率放大控制信号，控制增强型nmos管m1以及增强型nmos管m2的门极导通，从而实现功率放大操作；当电源输入电流iin发生过流时，驱动芯片u1停止工作，增强型nmos管m1以及增强型nmos管m2的门极关断。
52.本技术实施例一种硬件过流保护电路的实施原理为：在硬件检测电路检测到电源输入电流发生过流情况时，信号整形模块2输出低电平信号，mos驱动控制模块3根据低电平信号输出过流报警信号，以提醒工作人员进行检修，同时功率放大模块4未接收到功率放大控制信号，停止功率放大操作，能够对电源输入电流发生过流时，及时反应，停止功率放大模块4的功率操作，从而对电路和设备进行保护，提高了电路的安全性。
53.本技术实施例还公开一种硬件过流保护方法，应用于上述的一种硬件过流保护电路，参照图7，包括以下步骤：s101、硬件检测模块1实时检测电源输入电流，并将检测结果以检测信号形式传输至信号整形模块2；s102、信号整形模块2基于检测信号输出电平信号，在电源输入电流过流时，信号整形模块2生成低电平信号；在电源输入电流未过流时，信号整形模块2生成高电平信号；s103、当电平信号为高电平信号时，mos驱动控制模块3输出功率放大控制信号；当电平信号为低电平信号时，mos驱动控制模块3输出过流报警信号；s104、当mos驱动控制模块3输出功率放大控制信号时，功率放大模块4基于功率放大控制信号执行功率放大操作。
54.步骤s101中，硬件检测模块1包括检测单元11和第一导通单元12，检测单元11用于接收电源输入电流iin，并根据电源输入电流生成导通信号，第一导通单元12用于根据电源输入电流iin进行导通与关断。
55.更具体地，在本实施例中，检测单元11包括电阻r1、电阻r2和sensor，其中，电阻r1和电阻r3串联后与sensor并联，电阻r1远离电阻r3的一端连接电源输入电压vin的正极，电源输入电流iin从电阻r1远离电阻r3的一端进入检测单元11，从电阻r3远离电阻r1的一端输出。
56.更具体地，第一导通单元12为三极管q1，三极管q1的基极与电阻r1靠近电阻r3的一端连接，三极管q1的发射极与电源输入电压vin的正极连接，三极管q1的集电极与信号整形模块2连接。
57.预设过流保护电流值ip，当电源输入电流iin大于过流保护电流值ip时，计算电阻r1的压降：
vr1= ＞vq1be（三极管q1基极和集电极之间的电压）此时电源输入电流iin发生过流，三极管q1为导通状态，三极管q1在集电极端输出导通电压v’，v’=vin-vq1ce（三极管q1基极和集电极之间的电压），将导通电压v
’ꢀ
作为检测信号传输至信号整形模块2；当电源输入电流iin小于过流保护电流值ip时，计算电阻r1的压降：vr1= ＜vq1be（三极管q1基极和集电极之间的电压）此时电源输入电流iin未发生过流，三极管q1为关断状态，因此不输出导通电压v’以及检测信号。
58.步骤s102中，信号整形模块2包括稳压单元21、第二导通单元22和oc输出单元23，稳压单元21用于对导通电压v’进行稳压处理，第二导通单元22用于基于导通电压控制自身的导通与关断，oc输出单元23用于在第二导通单元22关断时，输出高电平信号；在第二导通单元22导通时，输出低电平信号。
59.更具体地，稳压单元21包括电阻r4、电阻r5和电阻r6，电阻r4和电阻r5串联，电阻r4远离电阻r5的一端与三极管q1的集电极连接，电阻r5远离电阻r4的一端接地，电阻r6的一端与电阻r4靠近电阻r5的一端连接，电阻r6的另一端与第二导通单元22连接。
60.更具体地，第二导通单元22为三极管q2，三极管q2的基极与电阻r5连接，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极与oc输出单元23连接。
61.更具体地，oc输出单元23包括连接有第一电源vcc的电阻r7和oc信号输出端，电阻r7的一端与第一电源vcc连接，另一端与三极管q2的集电极连接，oc信号输出端与电阻r7靠近三极管q2的一端连接。
62.当电源输入电流iin未发生过流时，三极管q1关断，三极管q2关断，此时oc信号输出端输出高电平信号；当电源输入电流iin发生过流时，导通电压v’经过电阻r4和电阻r5进行分压，之后再经过电阻r6进行稳压分流，减少三极管q2被击穿的可能性，保护电路。同时，三极管q2导通，此时第一电源vcc提供的电流流经三级管q2，oc信号输出端输出低电平信号。
63.步骤s103中，mos驱动控制模块3包括控制单元31和mos驱动单元32，控制单元31用于向mos驱动单元32输出驱动信号，mos驱动单元32用于当电平信号为高电平信号时，接收所述驱动信号，正常工作，并输出功率放大控制信号；当电平信号为低电平时，停止接收所述驱动信号。
64.更具体地，控制单元31为单片机mcu，单片机mcu用于向mos驱动单元32输出pwm驱动信号，正常情况下驱动mos驱动单元32进行工作，单片机mcu的驱动信号输出端口通过电阻r9与mos驱动单元32。
65.更具体地，mos驱动单元32包括驱动芯片u1及其周边电路，本实施例中采用ir2104芯片作为驱动芯片u1，驱动芯片u1的vcc端连接第二电源vcc1，驱动芯片u1的in端通过电阻r9连接控制单元31的驱动信号输出端口，驱动芯片u1的sd端通过缓冲电阻r8与oc信号输出端连接，驱动芯片u1的ho端和lo端连接功率放大模块4。
66.由ir2104芯片特性可知，当ir2104芯片的sd端接收到高电平时，ir2104芯片正常工作，当ir2104芯片的sd端接收到低电平时，ir2104芯片停止工作。因此，利用ir2104芯片的这个特性，当电源输入电流iin未发生过流时，oc信号输出端输出高电平信号，mos驱动单
元32正常工作，接收控制单元31的驱动信号，并输出功率放大控制信号；当电源输入电流iin发生过流时，oc信号输出端输出低电平信号，此时mos驱动单元32停止工作，停止接收控制单元31发出的驱动信号，从而能够对电源输入电流iin的过流情况及时反应，mos驱动单元32进入过流保护状态，对电路和设备进行保护。
67.另外，在本实施例中，控制单元31还与oc信号输出端连接，同样接收oc信号输出端输出的电平信号，当oc信号输出端输出高电平信号时，控制单元31保持向mos驱动单元32输出驱动信号；当oc信号输出端输出低电平信号时，控制单元31停止向mos驱动单元32输出驱动信号，同时输出报警信号和故障指示信号，以提醒工作人员及时进行检修。当电源输入电流iin发生过流时，启动mos驱动单元32和控制单元31的双重保护，提高电路和设备的安全性。
68.步骤s104中，功率放大模块4包括增强型nmos管m1、增强型nmos管m2及其周边电路，其中，增强型nmos管m1的门极通过电阻r10与驱动芯片u1的ho端连接，增强型nmos管m2的门极通过电阻r11与驱动芯片u1的lo端连接。
69.当电源输入电流iin未发生过流时，驱动芯片u1生成功率放大控制信号，控制增强型nmos管m1以及增强型nmos管m2的门极导通，从而实现功率放大操作；当电源输入电流iin发生过流时，驱动芯片u1停止工作，增强型nmos管m1以及增强型nmos管m2的门极关断。
70.本技术实施例一种硬件过流保护方法的实施原理为：在硬件检测电路检测到电源输入电流发生过流情况时，信号整形模块2输出低电平信号，mos驱动控制模块3根据低电平信号输出过流报警信号，以提醒工作人员进行检修，同时功率放大模块4未接收到功率放大控制信号，停止功率放大操作，能够对电源输入电流发生过流时，及时反应，停止功率放大模块4的功率操作，从而对电路和设备进行保护，提高了电路的安全性。
71.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。