CN106532627A - 电流保护电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流保护电路及包括该电流保护电路的电流保护系统，用于实现对压缩机等的过电流保护，从而防止电流过大导致的模块、主板等损坏的问题。所述电流保护电路包括：采样电阻、运放电路、选通电路、负半周保护器以及正半周保护器；所述采样电阻用于对相电流进行采样；所述运放电路用于放大所述采样得到的电流；所述选通电路连接在运放电路的输出端与负半周保护器及正半周保护器的输入端之间；负半周保护器，用于对放大后的电流的负半周进行比较，从而实现对相电流的负半周的保护；以及所述正半周保护器，用于对放大后的电流的正半周进行比较，从而实现对相电流的正半周的保护。

Description

电流保护电路及系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电流保护电路及包括该电流保护电路的电流保护系统。

背景技术

压缩机作为空调器的核心器件，运行中需要进行过流保护，以防止电流过大导致模块损坏、主板损坏等问题。现有技术中虽然存在电流保护电路，在这种电流保护电路中，差分放大电路连接母线，并用于采集母线上的瞬时电流，再分为两路处理，一路通过RC积分电路送入至处理器，所述处理器采集母线的平均电流，当超过设定值通过降速处理以降低负载；另一路直接进入到比较器，所述比较器用于将其和设定电流保护电比较，当超过保护点时产生过流中断。然而，这种电流保护电路只能用于保护压缩机电流的一部分，不能起到完整的保护作用。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种电流保护电路及包括该电流保护电路的电流保护系统，用于实现对压缩机等的过电流保护，从而防止电流过大导致的模块、主板等损坏的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种电流保护电路，包括：

采样电阻、运放电路、选通电路、负半周保护器以及正半周保护器；

所述采样电阻用于对相电流进行采样；

所述运放电路，用于放大所述采样得到的电流；

所述选通电路连接在运放电路的输出端与负半周保护器及正半周保护器的输入端之间；

负半周保护器，用于对放大后的电流的负半周进行比较，从而实现对相电流的负半周的保护；以及

所述正半周保护器，用于对放大后的电流的正半周进行比较，从而实现对相电流的正半周的保护。

优选地，所述的电流保护电路还包括：

偏置电路，连接到运放电路的同向端，用于提升所述运放电路的输出。

优选地，所述选通电路包括正半周钳位单元，连接在运放电路的输出和正半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到正半周保护器，以实现对正半周电流的保护。

优选地，所述正半周钳位单元为钳位二极管，其阴极连接所述运放电路的输出端，阳极连接到正半周保护器。

优选地，所述选通电路还包括负半周钳位单元，连接在运放电路的输出和负半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到负半周保护器，以实现对负半周电流的保护。

优选地，所述负半周钳位单元包括第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述运放电路的输出端，阴极连接到负半周保护器NH。

优选地，所述负半周保护器包括第一比较器，其反向端连接所述选通电路的另一端，同向端输入设定值。

所述正半周保护器还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻连接在供电电压(Vcc)和所述第二比较器的反向端之间，所述第六电阻连接在所述第二比较器的反向端和地之间，用于对所述第二比较器的反向端设置初始电压。

优选地，所述负半周保护器包括第一比较器，其反向端连接第一二极管的阴极，同向端输入设定值，

优选地，所述负半周保护器还包括第一电阻和第二电阻；

第一电阻连接在所述选通电路的另一端与反向端之间，第二电阻连接在反向端与地之间。

优选地，所述正半周保护器包括第二比较器，其反向端连接所述选通电路的另一端，同向端输入设定值。

优选地，所述偏置电路包括第一偏置电阻和第二偏置电阻；

第一偏置电路连接在地与运放电路的同向端之间；以及第二偏置电阻连接在运放电路的同向端和供电电压(Vcc)之间。

优选地，所述电流保护电路用于三相电源电流的保护；

所述采样电阻包括第一到第三采样电阻，分别用于对三相电源电流进行采样；

所述运放电路包括第一到第三运放电路，分别用于对第一到第三采样电阻采样得到的电流进行放大；以及

所述选通电路包括第一到第三选通支路，分别连接在第一到第三运放电路的输出端与负半周保护器及正半周保护器之间。

优选地，所述第一到第三选通支路分别包括第一到第三负半周钳位单元以及第一到第三正半周钳位单元；

第一到第三负半周钳位单元分别连接在第一到第三运放电路与负半周保护器之间，用于筛选出三个运放电路输出的最大值；

第一到第三正半周钳位单元连接在第一到第三运放电路与正半周保护器之间，用于筛选出三个运放电路输出的最小值。

优选地，第一到第三负半周钳位单元为第一到第三二极管，阳极连接运放电路的输出端，阴极连接负半周保护器；

第一到第三正半周钳位单元为第一到第三钳位二极管，阴极连接运放电路的输出端，阳极连接负半周保护器。

根据本发明的第二方面，提供一种电流保护系统，包括：

智能功率模块；上述任一项的所述的电流保护电路；以及控制单元；

智能功率模块输出的相电流通过所述电流保护电路进行处理；

所述电流保护电路中的第一和/或第二比较器翻转而输出过电流保护信号给所述只能功率模块，该智能功率模块输出报警信号给所述控制单元，控制单元由此停止输出驱动信号。

优选地，所述控制单元同时对所述运放电路的输出信号直接采样，并与内部存储的设定值进行比较，以实现电流的双重保护。

根据本发明的方案，所述的电流保护电路能够实现对所述相电流的完正的正半周及负半周的保护，从而能够提供更可靠的电流保护电路，使得有效的保护电器的模块及主板不会由于电流过大而被损坏。同时，所述电流保护系统由于同时存在硬件和软件的双重保护而使得电流保护功能更加可靠。

以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的描述，本发明的有益效果将进一步明确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1示出了根据本发明所述的电流保护电路的电路框图及其具体实施方式的电路图。

图2示出了根据本发明所述的应用于三相电源电路的保护电路。

图3示出了所述电流保护系统的一优选实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先结合图1说明本发明一优选实施例的电流保护电路。图1示出了根据本发明所述的电流保护电路的电路框图及其具体实施方式的电路图。如图1所示，所述电流保护电路包括：采样电阻RS1、运放电路OP、选通电路CL、负半周保护器NH以及正半周保护器PH。所述采样电阻RS1用于对相电流进行采样，以便实现电流保护功能。所述运放电路OP，用于放大所述采样得到的电流。所述选通电路CL连接在运放电路OP的输出端与负半周保护器NH及正半周保护器PH的输入端之间，用于将运放电路的输出分别输入正半周保护器和负半周保护器。负半周保护器NH，用于对放大后的电流的负半周进行比较，从而实现对相电流的负半周的过流保护。所述正半周保护器PH，用于对放大后的电流的正半周进行比较，从而实现对相电流的正半周的过流保护。

优选地，所述电流保护电路还包括偏置电路BI，连接到运放电路OP的同向端，用于提升所述运放电路OP的输出。如此，通过把运放电路OP的输出提升到一定的值，从而使得所述采样的电流信号经过运算放大后能完整的体现到输出电压上，以实现更加准确的检测和更可靠的电流保护。

通过上述电路构成，本发明所述的电流保护电路能够实现对所述相电流的完整的正半周及负半周的保护，从而能够提供更可靠的电流保护电路，使得有效的保护电器的模块及主板不会由于电流过大而被损坏。

以下对所述电流保护电路的各部分及其工作过程进行详细说明。采样电阻RS1连接在待保护电源的例如母线上，用于对其上的相电流进行采样。采样得到的信号输入到运放电路OP中的运算放大器的反向端，用于对采样得到的电流进行放大。

所述选通电路优选包括正半周钳位单元，例如为钳位二极管D4，连接在运放电路OP的输出和正半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到正半周保护器，以实现对正半周电流的保护。具体地，所述钳位二极管D4的阴极阴极连接所述运放电路的输出端，阳极连接到正半周保护器PH。需要指出的是，所述正半周钳位单元也可不限于采用钳位二极管，也可采用三极管电路等能实现相同功能的其他电路。

进一步优选地，所述选通电路还包括负半周钳位单元，例如为二极管D1，连接在运放电路OP的输出和负半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到负半周保护器，以实现对负半周电流的保护。在一具体实施所述负半周钳位单元包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极连接所述运放电路的输出端，阴极连接到负半周保护器NH。类似的，所述负半周钳位单元也可不限于所述二极管，也可采用三极管等能实现相同功能的其他电路。

所述负半周保护器NH包括第一比较器comp1，其反向端连接所述选通电路CL的另一端，同向端输入设定值。当待保护电流的负半周达到保护值时，第一比较器comp1的输出翻转。在图1所示侧具体实施例中，第一二极管D1的阴极连接到第一比较器comp1的反向端，从而将采样得到的电流的负半周输入到所述比较器的反向端。进一步地，为了便于硬件对电流参考值进行调节，在第一比较器comp1的反向端上设置第一电阻R4和第二电阻R5，第一电阻R4连接在选通电路的另一端与反向端之间，第二电阻R5连接在反向端与地之间。更进一步地，在第一比较器comp1的同向端设置第三、第四电阻R6、R7，其中第三电阻R6连接在供电电压Vcc电压与同向端之间，第四电阻R7连接在同向端与地之间，从而形成设定值。当负半周的电流超过保护值时，比较器comp1的输出翻转。

所述正半周保护器PH包括第二比较器comp2，其反向端连接所述选通电路CL的另一端，同向端输入设定值。当待保护电流的正半周达到保护值时，第二比较器comp2的输出翻转。优选地，为了在第二比较器comp2的反向端设置一个初始电压，在反向端连接第五、第六电阻R8、R10，其中，第五电阻R8连接在Vcc和反向端之间，第六电阻R10连接在反向端和地之间，这样，通过第五、第六电阻R8、R10的分压，在第二比较器comp2的反向端输入一个初始值。以及进一步地，第二比较器comp2同向端的设定值由Vcc通过第七、第八电阻R9和R11分压得到，即第七电阻R9连接在Vcc和同向端之间，第八电阻R11连接在同向端和地之间。正半周电流未达到保护值时，反向端电压Ud由Vcc通过R8和R10分压决定，Ud要高于反向端电压Uc。当正半周电流达到保护值时，正半周钳位单元，例如钳位二极管D4导通，Ud被拉低到低于Uc，则第二比较器comp2的输出翻转。在另外一个优选实施例中，没有设置第六电阻R10，这样，该处反向端电压等于运放电路OP的输出电压加上二极管压降。只要待保护电流的正向值(正半周电流)不超过保护值，第二比较器comp2的反向端的电压Ud就高于其正向端的设定值，当正半周电流达到保护值时，Ud变得更低，低到低于Uc，则第二比较器comp2的输出翻转。需要说明的是，上述各电阻的设置仅仅示例性的，例如，上述第一、二比较器输出的高、低电平可通过调换设定电压与运放电路的输出电压的位置来调整。

所述偏置电路BI连接到所述运放电路OP的同向端，用于提升运放电路OP的输出。在一优选实施例中，所述同向端由Vcc通过第一、二偏置电阻R12和Ra加入一个直流偏置，即第一偏置电阻R12连接在地与所述同向端之间，第二偏置电阻Ra连接在同向端和Vcc之间。在图1所示的另一实施例中，第二偏置电阻Ra连接在同向端与一运算放大器op4的输出端之间，Vcc通过电阻分压后加到运算放大器op4(电压跟随器)的同向端，运算放大器op4的输出再通过电阻分压加到运放电路OP，从而能够使输入到运放电路OP同相端的电压更加稳定。通过把运放电路的输出提升到一定的值，从而使采样信号经过运放后能完整的体现到输出电压上，以确保副半周电流保护功能的实现。

以下描述图1所示的电流保护电路的工作过程。

首先，采样电阻Rs1对待保护的相电流进行采样，得到的采样信号输入到运放电路OP的反相端。当所述电流保护电路包括所述偏置电路BI时，所述运放电路OP的同相端由Vcc通过第一、二偏置电阻Ra和R12加入一个直流偏置，从而把运放的输出提升到一定的值，使得采样信号经过运放电路后能完整的体现到输出电压上。

为了便于硬件对电流保护值进行调节，在第一比较器comp1的反相端设置第一、二电阻R4和R5，对运放电路OP的输出电压进行分压得到Ua，Ua输入到第一比较器comp1的反向端。另一方面，供电电压Vcc通过第三、第四电阻R6和R7进行分压的到Ub，Ub加到第一比较器comp1的同向端。当电流负半周的电流达到保护值时，第一比较器comp1的输出翻转，发出过电流信号(OC信号)。

正半周电流保护功能由正半周保护器实现。设定值Uc由Vcc通过第五、六电阻R9和R11分压得到，正半周电流未达到保护值时，反向端电压Ud由Vcc通过第七、八电阻R8和R10分压决定，Ud要高于Uc，当正半周电流达到保护值时，此时钳位二极管D4导通，Ud被拉低，则comp2的输出翻转；或者不设置第八电阻R10，通过设置Uc使得在正半周电流未达到保护值时，Ud高于Uc，当正半周电流达到保护值时，Ud变得更低，低到Ud低于Uc，则comp2的输出翻转，发出过电流信号(OC信号)。

以上对所述电流保护电路应用在单相电源电路中为例进行了说明。本发明所述的保护电路还可应用于三相电源电路。图2示出了根据本发明所述的应用于三相电源电路的保护电路。如图2所示，在该三相电源电路的电流保护电路中，包括:用于采集各相电流的第一到第三采样电阻RS1-RS3、用于对采样的信号进行放大的、包括第一到第三运放电路OP1-OP3的运放电路OP、分别由第一、二偏置电阻R12、Ra，第三、四偏置电阻R22、Rb，以及第五、六偏置电阻R32、Rc组成的偏置电路BI、由负半周钳位单元(第一到第三二极管D1-D3)以及正半周钳位单元(第一到第三钳位二极管D4-D6)构成的选通电路CL、以及第一比较器comp1和第二比较器comp2。各电路的功能同上述单相电路中描述的相同，在此不再赘述。

在图2所示的具体实施例中，所述负半周钳位单元，即第一到第三二极管D1、D2和D3的作用是，筛选出三个运放电路输出的最大值，同一时刻只有一个二极管会导通，对应的运放电路的输出电压信号会被输入到第一比较器comp1电路,如果该电压信号超过设定值，则第一比较器comp1的输出翻转。类似的，第一到第三钳位二极管D4、D5和D6的作用是，筛选出三个运放电路输出的最小值，同一时刻也只有一个二极管会导通，对应的运放电路的输出电压信号会被输入到第二比较器comp2电路，如果该电压信号低于设定值，则第二比较器comp2的输出翻转。

以下结合图3说明本发明的包含上述电流保护电路的保护系统。图3示出了所述保护系统的一优选实施例。如图3所示，所述系统包括：智能功率模块IPM、上述电流保护电路以及控制单元MCU。智能功率模块IPM输出各相电流通过电流采样电路进行采样，采样信号经过后级运放得到放大，并优选地可以增加直流偏置的电压信号；选通电路会把三路运放电路的最大值和最小值筛选出来，输入到第一、二比较器电路，分别与第一比较器comp1设定的最大值和第二比较器comp2设定的最小值进行比较。无论超过最大值还是低于最小值，比较器翻转输出一个过电流保护的信号给IPM，IPM检测到该过电流信号(OC，over current信号)后会发送报警信号，例如故障输出信号(FO：fault output)给控制单元MCU。MCU收到该报警信号后，会停止输出驱动信号，并采取必要的保护措施。进一步MCU还会对运放电路输出的电压信号直接采样，并与软件内部存储的设定值进行比较，从而可以做到双重保护，使得电流保护系统更加安全可靠。

此外，本发明所述的电流保护电路及电流保护系统不但可以用于压缩机保护，还可以用于各种逆变电路的电流保护。

以上对本发明的电流保护电路及包含该电路的电流保护系统进行了描述。根据本发明的方案，所述的电流保护电路能够实现对所述相电流的完正的正半周及负半周的保护，从而能够提供更可靠的电流保护电路，使得有效的保护电器的模块及主板不会由于电流过大而被损坏。同时，所述电流保护系统由于同时存在硬件和软件的双重保护而使得电流保护功能更加可靠。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电流保护电路，其特征在于，包括：

采样电阻、运放电路、选通电路、负半周保护器以及正半周保护器；其中，

所述采样电阻用于对相电流进行采样；

所述运放电路，用于放大所述采样得到的电流；

所述选通电路，一端连接所述运放电路的输出端，另一端连接所述负半周保护器及正半周保护器的输入端，用于将所述运放电路的输出传送到所述负半周保护器或正半周保护器；

所述负半周保护器，用于对放大后的电流的负半周进行处理，从而实现对相电流的负半周的过流保护；以及

所述正半周保护器，用于对放大后的电流的正半周进行处理，从而实现对相电流的正半周的过流保护。

2.根据权利要求1所述的电流保护电路，其特征在于，还包括：

偏置电路，连接到所述运放电路的同向端，用于提升所述运放电路的输出。

3.根据权利要求1或2所述的电流保护电路，其特征在于，

所述选通电路包括正半周钳位单元，连接在运放电路的输出端和正半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到正半周保护器，以实现对正半周电流的保护。

4.根据权利要求3所述的电流保护电路，其特征在于，

所述正半周钳位单元为钳位二极管，其阴极连接所述运放电路的输出端，阳极连接到正半周保护器。

5.根据权利要求1或2所述的电流保护电路，其特征在于，

所述选通电路还包括负半周钳位单元，连接在运放电路的输出端和负半周保护器之间，用于将运放电路的输出传送到负半周保护器，以实现对负半周电流的保护。

6.根据权利要求5所述的电流保护电路，其特征在于，

所述负半周钳位单元为二极管，所述二极管的阳极连接所述运放电路的输出端，阴极连接到负半周保护器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电流保护电路，其特征在于，

所述负半周保护器包括第一比较器，所述第一比较器的反向端连接所述选通电路的另一端，同向端输入设定值。

8.根据权利要求7所述的电流保护电路，其特征在于，

所述负半周保护器还包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻连接在所述选通电路的另一端与所述第一比较器的反向端之间，所述第二电阻连接在所述第一比较器的反向端与地之间。

9.根据权利要求1-6任一项所述的电流保护电路，其特征在于，

所述正半周保护器包括第二比较器，所述第二比较器的反向端连接所述选通电路的另一端，同向端输入设定值。

10.根据权利要求9所述的电流保护电路，其特征在于，

所述正半周保护器还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻连接在供电电压(Vcc)和所述第二比较器的反向端之间，所述第六电阻连接在所述第二比较器的反向端和地之间，用于对所述第二比较器的反向端设置初始电压。

11.根据权利要求2所述的电流保护电路，其特征在于，

所述偏置电路包括第一偏置电阻和第二偏置电阻；

所述第一偏置电路连接在地与运放电路的同向端之间；所述第二偏置电阻连接在运放电路的同向端和供电电压(Vcc)之间。

12.根据权利要求1或2所述的电流保护电路，其特征在于，

所述电流保护电路用于三相电源电流的保护；

所述采样电阻包括第一到第三采样电阻，分别用于对三相电源电流进行采样；

所述运放电路包括第一到第三运放电路，分别用于对第一到第三采样电阻采样得到的电流进行放大；以及

所述选通电路包括第一到第三选通支路，分别连接在第一到第三运放电路的输出端与负半周保护器及正半周保护器之间。

13.根据权利要求12所述的电流保护电路，其特征在于，

所述第一到第三选通支路上分别设置有第一到第三负半周钳位单元以及第一到第三正半周钳位单元；其中，

第一到第三负半周钳位单元分别连接在第一到第三运放电路的输出端与负半周保护器之间，用于筛选出三个运放电路输出的最大值；

第一到第三正半周钳位单元连接在第一到第三运放电路的输出端与正半周保护器之间，用于筛选出三个运放电路输出的最小值。

14.根据权利要求13所述的电流保护电路，其特征在于，

所述第一到第三负半周钳位单元为第一到第三二极管，第一到第三二极管的阳极连接运放电路的输出端，阴极连接负半周保护器；

所述第一到第三正半周钳位单元为第一到第三钳位二极管，第一到第三钳位二极管的阴极连接运放电路的输出端，阳极连接负半周保护器。

15.一种电流保护系统，其特征在于，包括智能功率模块；还包括根据权利要求1-14任一项所述的电流保护电路；以及控制单元；其中

所述智能功率模块输出的相电流通过所述电流保护电路进行处理；

当所述相电流达到保护值时，所述电流保护电路中的负半周保护器和/或正半周保护器输出过电流保护信号给所述智能功率模块，所述智能功率模块输出报警信号给所述控制单元，所述控制单元由此停止输出驱动信号。

16.根据权利要求15所述的电流保护系统，其特征在于，

所述控制单元同时对所述运放电路的输出信号进行采样，并与内部存储的设定值进行比较，以实现电流的双重保护。