[发明专利]一种过流或短路故障信号隔离检测电路及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于过流或短路故障保护技术领域，具体涉及一种过流或短路故障信号隔离检测电路及其设计方法。

背景技术

随着电子技术的快速发展，开关变换器保护电路设计也成为确保变换器安全工作至关重要的一部分。

目前，开关变换器的保护方案有很多，过流或短路保护电路、过压保护电路等。电路的过流和短路有很多的相似性，同时又有很多本质上的区别。过流是指流经负载的电流超过电源的额定输出电流，如果设备长时间工作在过流状态会损坏设备，电源也可能由于长时间工作在满负荷的状态下而损坏；短路是指当负载相当于一根导线时，从开关变换器流出的电流瞬间变大，或如全桥或半桥变换器的开关出现直通短路等故障，将会导致变换器的损坏，所以过流以及短路保护电路在电路当中具有重要作用。对于过流或短路保护电路，需要采样电流信号，检测电流的方式有很多，如串联电阻、电流传感器、电流互感器等。

串联电阻型保护电路需要电流采样电阻，如果采样电阻比较大，电阻上会流过很大的电流，增加了电路额外的功耗，若采用小阻值电流采样电阻，则需将信号进行处理、放大，这样会使电路结构变得复杂，增加成本；串联电阻采样电流信号的另一问题是不能实现隔离。

电流传感器型检测电路，由于受带宽限制，保护速度可能达不到要求，而且一般电流传感器又比较昂贵。如最常用的电流传感器——霍尔电流传感器，其价格较高，响应速度不够快，小电流时精度低，而大部分电流传感器需要外加电源才能正常工作，这又使得电路结构变得复杂。对于电流互感器检测电路，不适于直流或低频电流信号的测量，应用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、功耗低、抗干扰能力强、实现方便、成本低、工作稳定以及可靠性高、能够快速、有效地检测过流或短路故障的过流或短路故障信号隔离检测电路。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种过流或短路故障信号隔离检测电路，其特征在于：包括光耦隔离器U1和比较器U2，以及电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1的一端与电阻RS的一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的正极电压输入端IN+，所述光耦隔离器U1的阳极与电阻R1的另一端相接，且通过电阻R2与第一参考电源的输出端Vref1相接，所述光耦隔离器U1的阴极与电阻RS的另一端连接且为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的负极电压输入端IN-，所述光耦隔离器U1的集电极与比较器U2的反相输入端相接且通过电阻R3与供电电源的输出端VCC相接，所述光耦隔离器U1的发射极接地，所述比较器U2的同相输入端与第二参考电源的输出端Vref2相接，所述比较器U2的输出端为所述过流或短路故障信号隔离检测电路的输出端Vout，且通过电阻R4与供电电源的输出端VCC相接。

上述的一种过流或短路故障信号隔离检测电路，其特征在于：所述光耦隔离器U1的型号为6N137。

上述的一种过流或短路故障信号隔离检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为TLV3501。

本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便、实用性强的过流或短路故障信号隔离检测电路的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、选择合适参数的光耦隔离器U1、比较器U2、电阻RS、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、第一参考电源和第二参考电源，其具体过程如下：

步骤101、根据选取电阻RS的阻值，其中，I_min为所述过流或短路故障信号隔离检测电路能够检测的电流最小值，I_max为所述过流或短路故障信号隔离检测电路能够检测的电流最大值，P为电阻RS的功耗；

步骤102、根据t_传输＜t_响应选取光耦隔离器U1，并根据选取的光耦隔离器U1选取供电电源的输出电压V_CC，其中，t_传输为光耦隔离器U1的信号传输时间，t_响应为故障响应时间；

步骤103、根据0＜V_ref1-V_D＜10V选取第一参考电源的输出电压V_ref1，其中，V_D为光耦隔离器U1的输入端固有正向压降；

步骤104、根据t_比较＜t_传输选取比较器U2，其中，t_比较为比较器U2的响应时间；