[发明专利]一种基于负载检测的电路过载保护系统及保护方法

权利要求书

1.一种基于负载检测的电路过载保护系统，其特征在于，包括：

开关驱动模块：为开关器件提供驱动电压；

开关器件：与负载连接以及开关驱动模块连接，采用电力电子器件，用于控制负载的开合和关闭；

信号处理模块：与开关器件连接，用于采集负载电路信号，并将负载与预设最大负载进行比较，并将控制信号一输出至信号反馈模块；

信号反馈模块：根据信号处理模块的控制信号一向开关器件发出控制信号二，开关器件接收控制信号二并控制开关器件动作；

所述信号处理模块包括电流检测电路、采样分压电路和电压比较器；

电流检测电路包括电阻R13,电阻R14,电阻R17,电阻R18,以及电阻R19,以及运算放大器U1C，接线方式依次是：电阻R13一端接在PMOS1的漏极，另一端接在运算放大器U1C的反向输入端；电阻R14一端接在运算放大器U1C的反向输入端，另一端接在U1C的输出端；电阻R17一端接在电源正极，另一端接在运算放大器U1C的同向输入端；电阻R18的一端接在运算放大器U1C的同向输入端，另一端和R19串联，R19的另一端接地；

所述采样分压电路包括二极管D5,双向触发二极管D6,电阻R12,电阻R15,以及电阻R16；采集到的模拟电压送到信号反馈模块的ADC的输入通道进行软件检测，接线方式依次是：电阻R15一端接在运算放大器U1C的输出端，另一端与电阻R16串联后，还与R12的一端连在一起，与双向触发二极管D6的3引脚相连，R12的另外一端与二极管D5的负极相连，R16的另一端接地，D5的正极连接在运算放大器U1B的输出端，双向触发二极管D6的1脚和2脚分别接地和电源正极；

所述电压比较器包括R20,以及运算放大器U1D，用于比较功率管两端的压降，结果送到施密特触发器同相端，接线方式依次是：电阻R20的一端接在PMOS1的源极，另一端接在运算放大器U1D的反向输入端，运算放大器U1D的同向输入端接在运算放大器U1C的输出端，运算放大器U1D的输出端接在D2的正极，D2的负极接在电阻R10的一端，R10的另一端接在运算放大器U1B的同向输入端；

所述信号反馈模块为一个施密特触发器，所述施密特触发器包括电阻R5,电阻R6,电阻R7,电阻R8,二极管D1,二极管D3,二极管D4,以及运算放大器U1B，电压比较器的输出作为施密特触发器的同相输入，最终控制功率MOS管PMOS1的开关；接线方式依次是：电阻R6的一端接在运算放大器U1B的同向输入端，另一端接地；电阻R8的一端接在运算放大器U1B的同向输入端，另一端接在D4的负极，D4的正极接在运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输出端接在D3的正极，D3的负极接在PMOS1的栅极上；电阻R7的一端接在运算放大器U1A的输出端，另一端接在运算放大器U1B的反向输入端，电阻R5的一端接在运算放大器U1B的反向输入端，另一端接在电源正极，D1的负极接在运算放大器U1B的反向输入端，正极与运算放大器U1A的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于负载检测的电路过载保护系统，其特征在于，所述开关驱动模块包括输入驱动部分以及与输入驱动部分连接的运算放大器U1A；所述输入驱动部分包括电阻R1,电阻R2,电阻R3,电阻R4，运算放大器U1A接成电压比较器的形式，接收来自主电路的控制信号，输出高电压或者低电压；所述电阻R1,电阻R2,电阻R3,电阻R4的接线方式依次是：电阻R1的一端接收MCU的控制电平，另一端接运算放大器U1A的反向输入端；电阻R2的一端接运算放大器U1A的反向输入端，另一端接地；电阻R3的一端接电源正极，另一端接运算放大器U1A的同向输入端；电阻R4的一端接地，另一端接运算放大器U1A的同向输入端。

3.一种采用权利要求2所述的基于负载检测的电路过载保护系统进行电路过载保护方法，其特征在于，包括：

步骤1，开关驱动模块接收来自于主电路的数字信号根据该数字信号的高低电平选择执行：

选择执行一：当开关驱动模块输出高电平，PMOS1场效应管关断，步骤结束；

选择执行二：当开关驱动模块输出低电平，PMOS1场效应管导通，并继续执行下一步骤；

步骤2，PMOS1管导通后电流经过采样电阻SR1，流进负载；

步骤3，运算放大器U1C的反相输入端对采样电阻SR1的电压实时监测，输出模拟电压信号，一路用作运算放大器U1D的同相输入端电压，另一路经过分压电阻R15,R16送到主电路的ADC引脚采样；

步骤4，运算放大器U1D的反向输入端信号来自于PMOS1管的源极，与运算放大器U1D的同相输入端电压进行比较,，并根据比较结果执行：

执行一：正常工作时，电压比较器输出负压，二极管D2截止，施密特触发器输出低电压，对输出端没有影响；

执行二：负载过大，采样电阻两端的电压分压增大，电流采样电路、运算放大器U1C输出端输出较大的模拟电压信号，运算放大器U1D输出高电压，此时二极管D2导通，施密特触发器的同相端被钳位在高电压，输出高电压关断PMOS1管；同时可以通过主电路监测电流检测电路的输出端，软件监测是否过流，是否需要关断驱动电路。