一种交变电流瞬时采样及过流短路保护电路

本技术涉及电路，具体涉及一种交变电流瞬时采样及过流短路保护电路。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、在电力电子行业中，各种开关电路的设计往往离不开开关管的使用，通常以三极管作为开关管设计在电路中，如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等，以此实现电路导通和关断的控制。一般情况下，当开关管处于高压大电流环境中时，其受到的电应力很高，工作场景恶劣，过流、短路时有发生，导致电路元器件的损毁。

3、目前，针对主电路回路中开关器件的保护，已有多种成熟的策略方法，如利用采样电阻电流检测的方法、基于磁环耦合实现的方法以及利用电流互感器采样的方法等。其中，利用采样电阻电流检测的方法是指将主回路的电流通过采样电阻转化为电压信号，用此电压信号与预设电平进行比较，若超出则进行保护。这一方式为小电流小功率回路采样时所采用的最为广泛的方式，其电路简单，在小功率段小电流段比较可靠，成本低，但是，这一方式中保护回路与主控回路不隔离，强电弱电信号不分离，受电磁干扰后失效比例高，且不适用大电流回路，应用于大电流回路时可靠性大幅下降；基于磁环耦合实现的方法能够实现主回路与弱电回路的隔离，也可以实现较大电流的采集及处理，但是，磁环参数与对应电路的匹配度要求较高，在采用此种方式时需仔细计算并反复试验验证其可靠性与一致性，研发成本较高，且不具备统一性，其电气特性线性度与带宽、频率、电流斜率等条件相互制约，达到理想的瞬时特性比较困难；利用电流互感器采样的方法，这一方式适用于交流采样，尤其是速度较慢的场合，因为互感器无法传输直流信号，因此对于直流分量较大的场合，电流互感器容易饱和，导致保护失效，而且电流互感器采集到的信号需要整流滤波，这也造成了时间延时，对于响应时间短的保护场合而言是致命的。

4、因此，目前针对交直流、高频、大电流场合下主电路回路中的高压大电流开关器件的保护方法及策略仍存在一定的问题，在实际应用过程中仍然存在大量的由于过流及短路所造成的器件损坏，造成经济损失。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种交变电流瞬时采样及过流短路保护电路，利用霍尔电流传感器，实现交直流、高频、大电流场合下主电路回路的过流短路保护，并且能够捕获电路保护时的瞬时大电流值，为后续过流短路发生原因的分析提供数据支持，缩小故障定位范围，灵活性高。

2、为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

3、一种交变电流瞬时采样及过流短路保护电路，包括霍尔电流传感器、滤波电路、运算放大电路、电流瞬时采样电路、比较电路和单片机；

4、霍尔电流传感器感应主回路的电流信号并输出，霍尔电流传感器的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和+2.5v电源共同连接至运算放大电路，运算放大电路包括依次连接负向运算放大电路和正向运算放大电路，正向运算放大电路的输出端连接电流瞬时采样电路，电流瞬时采样电路的输出端输出采样的瞬时电流信号；

5、正向运算放大电路和负向运算放大电路的输出端分别和+3.3v电源共同连接至比较电路，比较电路包括正向比较电路、负向比较电路以及连接正向比较电路和负向比较电路输出端的判断电路，判断电路的输出端与单片机连接，单片机连接主回路。

6、进一步的技术方案，所述滤波电路包括电解电容ce4、电容c1、电容c107，霍尔电流传感器的vdd端依次连接滤波电路中的电解电容ce4、电容c1后与+5v电源连接，电解电容ce4和电容c1的另一端接地，电解电容ce4和电容c1的另一端还与电容c107的一端连接，电容c107的另一端与霍尔电流传感器的vout端连接，霍尔电流传感器的gnd端接地。

7、进一步的技术方案，霍尔电流传感器的vout端与电容c107连接后作为滤波电路的输出端，与+2.5v电源共同连接至运算放大电路的负向运算放大电路。

8、进一步的技术方案，负向运算放大电路包括电阻r2、电阻r133、电阻r1、电容c80、电容c6和运算放大器u1b，滤波电路的输出端连接电阻r2后分别与运算放大器u1b的负输入端、电阻r1和电容c80连接，电阻r1、电容c80的另一端与运算放大器u1b的输出端连接，+2.5v电源连接电阻r133后分别与运算放大器u1b的正输入端、电容c6连接，电容c6的另一端接地；运算放大器u1b的输出端连接电阻r1、电容c80的另一端后，作为负向运算放大电路的输出端1_1。

9、进一步的技术方案，正向运算放大电路包括电阻r178、电阻r132、电容c83、电容c3、运算放大器u1a、电容c123、电阻r135，负向运算放大电路的输出端1_1连接电阻r132后分别与运算放大器u1a的正输入端、电阻r135、电容c123连接，电阻r135、电容c123的另一端与运算放大器u1a的输出端连接，+2.5v电源连接电阻r178后分别与运算放大器u1a的正输入端、电容c3连接，电容c3的另一端接地；运算放大器u1a的正电源端连接+5v电源，且正电源端连接电容c83，电容c83的另一端接地，运算放大器u1a的负电源端接地；运算放大器u1a的输出端连接电阻r135、电容c123的另一端后，作为正向运算放大电路的输出端1。

10、进一步的技术方案，电流瞬时采样电路连接运算放大电路，电流瞬时采样电路包括电阻r5和电容c105，正向运算放大电路的输出端连接电阻r5，电阻r5的另一端连接电容c105后接地，电阻r5和电容c105的连接点作为电流瞬时采样电路的输出端。

11、进一步的技术方案，运算放大电路的输出端连接比较电路，包括：

12、负向运算放大电路的输出端和+3.3v电源分别连接至负向比较电路，正向运算放大电路的输出端和+3.3v电源分别连接至正向比较电路，正向比较电路和负向比较电路的输出端共同连接判断电路。

13、进一步的技术方案，负向比较电路包括电阻r131、电阻r130、电阻r331、电容c144、比较器u13b、电阻r332、电容c147；负向运算放大电路的输出端1_1连接电阻r130后分别连接电容c147和比较器u13b的负输入端，电容c147的另一端接地，+3.3v电源连接电阻r131后分别连接电阻r331、电容c144、电阻r332和比较器u13b的正输入端，电阻r331和电容c144的另一端接地，比较器u13b的输出端和电阻r332的另一端连接，并将该连接的点作为负向比较电路的输出端。

14、进一步的技术方案，正向比较电路包括电阻r22、电阻r30、电阻r25、电容c11、比较器u13a、电阻r15、电容c17；正向运算放大电路的输出端1连接电阻r30后分别连接电容c17和比较器u13a的负输入端，电容c17的另一端接地，+3.3v电源连接电阻r22后分别连接电阻r25、电容c11、电阻r15和比较器u13a的正输入端，电阻r25和电容c11的另一端接地，比较器u13a的输出端和电阻r15的另一端连接，并将该连接的点作为正向比较电路的输出端；比较器u13a的正电源端连接+5v电源，且正电源端还连接电容c9，电容c9的另一端接地，比较器u13a的负电源端接地。

15、进一步的技术方案，判断电路包括二极管d21、二极管d20、电阻r18和电容c14，负向比较电路的输出端连接二极管d21的负极，正向比较电路的输出端连接二极管d20的负极，二极管d21和二极管d20的正极连接后分别连接电容c14和电阻r18，电阻r18的另一端连接+3.3v电源，电容r18的另一端接地，电容c14和电阻r18的连接点sc_1为判断电路的输出端，判断电路的输出端连接单片机。

16、与现有技术相比，本实用新型存在以下有益效果：

17、1、本实用新型所提出的一种交变电流瞬时采样及过流短路保护电路，实现交流、高频、大电流场合下主回路的过流短路保护，通过高速的霍尔传感器及高速运放电路、高速比较电路实现硬件触发保护信号，保护时间极短，可小于500μm，能够切断功率器件的驱动信号，响应迅速，避免因为过流、短路导致的器件损坏及经济损失。

18、2、本实用新型所公开的电路中，利用霍尔电流传感器采集高速的正负交变电流信号，实现检测瞬时的交变信号，对于突发的瞬时信号具有准确度高、反应迅速、可靠性强的特点，捕获电路保护时的瞬时大电流值，为后续过流短路发生原因的分析提供数据支持；而且采集过程中与大电流所在的主回路隔离，不直接从主回路中采集电流信号，不存在电气连接，安全性高、抗干扰特性好，避免了主回路的干扰信号对检测回路的准确性、可靠性的影响，同时也避免了检测回路给主回路造成的影响。此外，该电路还可以检测直流的电流信号，对于直流电流检测精度高，范围宽响应速度快。