专利名称：一种并联采样过流保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过流保护电路，更具体的，涉及一种具有温度稳定性、低功耗的并联过流采样保护电路，其可用于固态继电器或者固态功率控制器内部，实现输出端过流保护。
背景技术：
通常固态继电器或者固态功率控制器过流保护电路采用串联采样电阻方式进行。这种方式的不足之处在于串联采样电阻增加了功耗，控制电流越大其功耗越大，导致器件正常工作时温升增大，对器件可靠性产生一定影响。因此，现有技术中研制出多种过流采样电路，用于器件的过流保护。目前已得到应用的过流采样电路中，有些采用串联采样电阻方式(如康铜丝、锰铜丝)，有些采用功率贴片电阻，有些采用具有过流采样功能的智能MOSFET器件，有些采用·热敏器件通过温度采样，可起到较好的作用，但仍然存在一定的缺陷，主要表现在I.串联采样方式额外增加功耗，从而增加了器件的温升，在应用中对散热要求更高，产品一致性受工艺影响较大，不利于批量生产；2.智能MOSFET受器件限制，应用范围较窄，难以适应不同电压、不同电流的灵活应用，保护点的调整受到制约；3.热敏器件采样方式属于间接采样，反应速度较慢，受工艺影响其一致性较差，过流保护准确度较低。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出一种具有温度稳定性、低功耗的过流采样保护电路，该电路采用并联采样电阻方式，仅仅由普通开关管、热敏电阻、电阻和运算放大器构成，具有低功耗、过流保护点一致性好、易批量生产等优点。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种并联采样过流保护电路，用于固态继电器或者固态功率控制器内部，其特征在于，包括参考输入端为温漂抑制电路的输入端，所述温漂抑制电路的输出端分别与并联采样电路的输入端和输出功率组件的输入端连接，所述并联采样电路和所述输出功率组件与
第一输出端、第二输出端并联；其中，并联采样电路，通过串联电阻降低所述并联采样电路的通路电流，实现低功耗；温漂抑制电路，通过热敏电阻和电阻的分压形成比例关系，利用热敏电阻随温度变化而变化的特性，抑制温度变化对所述并联采样过流保护电路的影响；输出功率组件，由N个开关管并联组成；进一步的，所述并联采样电路，包括第一开关管、第二热敏电阻和第二电阻，所述第一开关管第二端与所述第一输出端连接，所述第一开关管第三端与所述第二热敏电阻第一端连接，所述第二热敏电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端与所述第二输出端连接。进一步的，所述温漂抑制电路，包括第一电阻、第一热敏电阻、第二电阻、第二热敏电阻和运算放大器，所述第一电阻第一端与所述参考输入端连接，所述第一电阻第二端与所述第一热敏电阻第一端连接并与所述运算放大器第一输入端连接，所述运算放大器所述第一输入端电压为基准电压，所述第一热敏电阻第二端与所述第二输出端连接，所述第二电阻第一端与所述运算放大器第二输入端连接，所述运算放大器所述第二输入端电压为采样电压，所述运算放大器输出端为所述温漂抑制电路的输出端，与所述第一开关管第一端连接，所述第一开关管第一端为所述并联采样电路的输入端；进一步的，所述输出功率组件由N个第二开关管组成，N为I-N的自然数，N个所述第二开关管与所述第一输出端和所述第二输出端形成并联关系，所述运算放大器输出端与N个所述第二开关管第一端连接，所述第二开关第一端为所述输出功率组件的输入端； 进一步的，所述第一开关管为N型MOS管或者P型MOS管时，所述第一开关管的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极；进一步的，所述第一开关管为N型MOS管时，N个所述第二开关管或者为N型MOS管，或者为NPN型三极管；所述第一开关管为P型MOS管时，N个所述第二开关管或者为P型MOS管;当N个所述第二开关管为三极管时，所述第二开关管的第一端、第二端、第三端为基极、集电极、发射极，当所N个所述第二开关管为MOS管时，所述第二开关管的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极；进一步的，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻为正温度系数热敏电阻； 进一步的，所述运算放大器可以用比较器代替。本发明采用的并联过流保护电路与传统过流采样电路相比，具有如下特点I.本发明采用了温漂抑制电路，通过热敏电阻和电阻的分压形成比例关系，利用热敏电阻随温度变化而变化的特点，抑制温度变化对电路的影响，因此在较宽的温度范围内(如-55°C 125°C )，过流采样电路具有一定的稳定性(如±3%以内)且过流保护点一致性较好；2.本发明通过串联大电阻的方式使得并联采样电路的通路电流大幅降低，实现了低功耗，因此器件工作温升不大，产品一致性很好，利于批量生产；3.本发明仅仅由普通开关管、热敏电阻、电阻和运算放大器构成，电路简单易行，具有较高的可靠性。
图I是本发明具体实施例一的并联采样过流保护电路电路图；图2是本发明具体实施例二的并联采样过流保护电路电路图；图3是本发明具体实施例三的并联采样过流保护电路电路图。主要元件符号说明Ref参考输入端
VoutlWr -输出端
Vout 2第二输出端
Ri R2电阻
RTl RT2热敏电阻
QI第一'开关管
Q2 Q4第二开关管
OAMP运算放大器
INl IN2运算放大器或者比较器输入端
OUT运算放大器或者比较器输出端
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施例来进ー步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。实施例一如图I所示，为本发明第一实施例的并联采样过流保护电路的电路图，此发明用于固态继电器或者固态功率控制器内部，具体包括温漂抑制电路，包括第一电阻R1、第一热敏电阻RT1、第二电阻R2、第二热敏电阻RT2和运算放大器OAMP ;并联采样电路，包括第一开关管Q1、第二热敏电阻RT2和第二电阻R2 ;输出功率组件，由N个第二开关管并联组成，在本实施例中，作为优选，选择N=2，即两个第二开关管并联，分别为Q2和Q3 ;參考输入端Ref、第一输出端Voutl和第二输出端Vout20所述温漂抑制电路中所述第一电阻Rl第一端与所述參考输入端Ref连接，所述第ー电阻Rl第二端与所述第一热敏电阻RTl第一端连接并与所述运算放大器OAMP第一输入端INl连接，所述运算放大器OAMP所述第一输入端INl电压为基准电压，所述第一热敏电阻RTl第二端与所述第二输出端Vout2连接。所述并联采样电路中所述第一开关管Q1、所述第二热敏电阻RT2和所述第二电阻R2串联，所述第一开关管Ql第二端与所述第一输出端Voutl连接，所述第二电阻R2第二端与所述第二输出端Vout2连接，所述第二电阻R2第一端与所述运算放大器OAMP第二输入端IN2连接，所述运算放大器OAMP所述第二输入端IN2电压为采样电压。所述运算放大器OAMP输出端OUT与所述第一开关管Ql的第一端连接，和所述第ニ开关管第一端连接，所述第二开关管的数量是可变的，作为优选，在本实施例中，所述第二开关管分别为Q2和Q3，所述运算放大器OAMP的输出端OUT与所述第二开关管Q2和Q3的第一端连接，所述第二开关管Q2和Q3与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关系。所述并联采样电路与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关系，所述并联采样电路中的所述第二热敏电阻RT2和第二电阻R2的阻值远大于所述第二开关管Q2和Q3的输出电阻(10倍以上)，因此所述并联采样电路通路的电流非常小，其功耗可以忽略，从而实现低功耗过流采样。输出电流流经所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2，所述运算放大器OAMP所述第一输入端INl为同相输入端，所述运算放大器OAMP所述第二输入端IN2为反相输入端，当正常工作时也就是说当电流正常时，所述采样电压小于所述基准电压，即所述反相电压小于所述同相电压，因此所述运算放大器OAMP所述输出端OUT为高电平，当所述输出电流过大时，所述采样电压将大于所述基准电压，即所述反相电压大于所述同相电压，则所述运算放大器OAMP所述输出端OUT信号电平变为低电平，使得所述第 一开关管Ql和所述第二开关管Q2和Q3关断，实现过流保护。由于所述第二开关管Q2和Q3的输出电阻随温度变化，导致所述并联采样电路电压随温度变化，因此本发明采用温漂抑制电路来抑制这种情况的发生。所述温漂抑制电路通过所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2进行补偿，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2为正温度系数热敏电阻。当所述第二开关管Q2和Q3的输出电阻随温度改变时，所述并联采样电路的电压改变，导致所述采样电压也发生变化，这样过流保护点的一致性就较差，当通过所述第一电阻与所述第一热敏电阻分压，所述第二电阻与所述第二热敏电阻分压，形成比例关系，利用热敏电阻随温度的变化而变化的特点，使所述采样电压和所述基准电压的变化与所述第二开关管Q2和Q3随温度变化而产生的变化一致，实现过流保护点的灵活调整。此外，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2还起到温度抑制的作用，实现过流保护点在全工作温度范围内的稳定性。在本实施例中，第一开关管Ql为N型MOS管，所述第二开关管Q2和Q3或者为N型MOS管，或者为NPN型三极管，作为优选，本实施例中所述第二开关管Q2和Q3为N型MOS管。所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2和Q3的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极。实施例二如图2所示，为本发明第二实施例的并联采样过流保护电路的电路图，此发明用于固态继电器或者固态功率控制器内部，具体包括温漂抑制电路，包括第一电阻R1、第一热敏电阻RT1、第二电阻R2、第二热敏电阻RT2和运算放大器OAMP ;并联采样电路，包括第一开关管Q1、第二热敏电阻RT2和第二电阻R2 ;输出功率组件，由N个第二开关管并联组成，在本实施例中，作为优选，选择N=3，即三个第二开关管并联，分别为Q2、Q3和Q4 ;参考输入端Ref、第一输出端Voutl和第二输出端Vout20所述温漂抑制电路中所述第一电阻Rl第一端与所述参考输入端Ref连接，所述第一电阻Rl第二端与所述第一热敏电阻RTl第一端连接并与所述运算放大器OAMP第一输入端INl连接，所述运算放大器OAMP所述第一输入端INl电压为基准电压，所述第一热敏电阻RTl第二端与所述第二输出端Vout2连接。所述并联采样电路中所述第一开关管Q1、所述第二热敏电阻RT2和所述第二电阻R2串联，所述第一开关管Ql第二端与所述第一输出端Voutl连接，所述第二电阻R2第二端与所述第二输出端Vout2连接，所述第二电阻R2第一端与所述运算放大器OAMP第二输入端IN2连接，所述运算放大器OAMP所述第二输入端IN2电压为采样电压。所述运算放大器OAMP输出端OUT与所述第一开关管Ql的第一端连接，和所述第ニ开关管第一端连接，所述第二开关管的数量是可变的，作为优选，在本实施例中，所述第ニ开关管分别为Q2、Q3和Q4，所述运算放大器OAMP的输出端OUT与所述第二开关管Q2、Q3和Q4的第一端连接，所述第二开关管Q2、Q3和Q4与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关系。所述并联采样电路与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关 系，所述并联采样电路中的所述第二热敏电阻RT2和第二电阻R2的阻值远大于所述第二开关管Q2、Q3和Q4的输出电阻(10倍以上)，因此所述并联采样电路通路的电流非常小，其功耗可以忽略，从而实现低功耗过流采样。输出电流流经所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2，所述运算放大器OAMP所述第一输入端INl为反相输入端，所述运算放大器OAMP所述第二输入端IN2为同相输入端，当正常工作时也就是说当电流正常时，所述采样电压小于所述基准电压，即所述同相电压小于所述反相电压，因此所述运算放大器OAMP所述输出端OUT为低电平，当所述输出电流过大时，所述采样电压将大于所述基准电压，即所述同相电压大于所述反相电压，则所述运算放大器OAMP所述输出端OUT信号电平变高电平，使得所述第一开关管Ql和所述第二开关管Q2、Q3和Q4关断，实现过流保护。由于所述第二开关管Q2、Q3和Q4的输出电阻随温度变化，导致所述并联采样电路电压随温度变化，因此本发明采用温漂抑制电路来抑制这种情况的发生。所述温漂抑制电路通过所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2进行补偿，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2为正温度系数热敏电阻。当所述第二开关管Q2、Q3和Q4的输出电阻随温度改变时，所述并联采样电路的电压改变，导致所述采样电压也发生变化，这样过流保护点的一致性就较差，当通过所述第一电阻与所述第一热敏电阻分压，所述第二电阻与所述第二热敏电阻分压，形成比例关系，利用热敏电阻随温度的变化而变化的特点，使所述采样电压和所述基准电压的变化与所述第ニ开关管Q2、Q3和Q4随温度变化而产生的变化一致，实现过流保护点的灵活调整。此外，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2还起到温度抑制的作用，实现过流保护点在全工作温度范围内的稳定性。在本实施例中，第一开关管Ql为P型MOS管，所述第二开关管Q2、Q3和Q4或者为P型MOS管，或者为PNP型三极管，作为优选，本实施例中所述第二开关管Q2、Q3和Q4为P型MOS管。所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、Q3和Q4的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源扱。实施例三如图3所示，为本发明第三实施例的并联采样过流保护电路的电路图，此发明用于固态继电器或者固态功率控制器内部，具体包括温漂抑制电路，包括第一电阻R1、第一热敏电阻RT1、第二电阻R2、第二热敏电阻RT2和比较器；并联采样电路，包括第一开关管Q1、第二热敏电阻RT2和第二电阻R2 ;输出功率组件，由N个第二开关管并联组成，在本实施例中，作为优选，选择N=I，即一个第二开关管Q2 ;参考输入端Ref、第一输出端Voutl和第二输出端Vout2。所述温漂抑制电路中所述第一电阻Rl第一端与所述参考输入端Ref连接，所述第一电阻Rl第二端与所述第一热敏电阻RTl第一端连接并与所述比较器第一输入端INl连接，所述比较器Comparator所述第一输入端INl电压为基准电压，所述第一热敏电阻RTl第二端与所述第二输出端Vout2连接。所述并联采样电路中所述第一开关管Q1、所述第二热敏电阻RT2和所述第二电阻R2串联，所述第一开关管Ql第二端与所述第一输出端Voutl连接，所述第二电阻R2第二端与所述第二输出端Vout2连接，所述第二电阻R2第一端与所述比较器第二输入端IN2连接，所述比较器所述第二输入端IN2电压为采样电压。 所述比较器输出端OUT与所述第一开关管Ql的第一端连接，所述比较器的输出端OUT与所述第二开关管Q2的第一端连接，所述第二开关管Q2与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关系。所述并联采样电路与所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2形成并联关系，所述并联采样电路中的所述第二热敏电阻RT2和第二电阻R2的阻值远大于所述第二开关管Q2的输出电阻(10倍以上)，因此所述并联采样电路通路的电流非常小，其功耗可以忽略，从而实现低功耗过流采样。输出电流流经所述第一输出端Voutl和所述第二输出端Vout2，当正常工作时也就是说当电流正常时，所述采样电压小于所述基准电压，因此所述比较器所述输出端OUT为高电平，当所述输出电流过大时，所述采样电压将大于所述基准电压，即所述反相电压大于所述同相电压，则所述比较器所述输出端OUT信号电平变低电平，使得所述第一开关管Ql和所述第二开关管Q2关断，实现过流保护。由于所述第二开关管Q2的输出电阻随温度变化，导致所述并联采样电路电压随温度变化，因此本发明采用温漂抑制电路来抑制这种情况的发生。所述温漂抑制电路通过所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2进行补偿，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2为正温度系数热敏电阻。当所述第二开关管Q2的输出电阻随温度改变时，所述并联采样电路的电压改变，导致所述采样电压也发生变化，这样过流保护点的一致性就较差，当通过所述第一电阻与所述第一热敏电阻分压，所述第二电阻与所述第二热敏电阻分压，形成比例关系，利用热敏电阻随温度的变化而变化的特点，使所述采样电压和所述基准电压的变化与所述第二开关管Q2随温度变化而产生的变化一致，实现过流保护点的灵活调整。此外，所述第一热敏电阻RTl和所述第二热敏电阻RT2还起到温度抑制的作用，实现过流保护点在全工作温度范围内的稳定性。在本实施例中，第一开关管Ql为N型MOS管，所述第二开关管Q2或者为N型MOS管，或者为NPN型三极管，作为优选，本实施例中所述第二开关管Q2为NPN型三极管。所述第一开关管的Ql第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极，所述第二开关管Q2的第一端、第二端、第三端为基极、集电极、发射扱。本发明采用的并联过流保护电路与传统过流采样电路相比，具有如下特点I.本发明采用了温漂抑制电路，通过热敏电阻和电阻的分压形成比例关系，利用热敏电阻随温度变化而变化的特点，抑制温度变化对电路的影响，因此在较宽的温度范围内(如-55°C 125°C )，过流采样电路具有一定的稳定性(如±3%以内)且过流保护点ー致性较好；2.本发明通过串联大电阻的方式使得并联采样电路的通路电流大幅降低，实现了低功耗，因此器件工作温升不大，产品一致性很好，利于批量生产；3.本发明仅仅由普通开关管、热敏电阻、电阻和运算放大器构成，电路简单易行，具有较高的可靠性。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种并联采样过流保护电路，用于固态继电器或者固态功率控制器内部，其特征在于，包括 参考输入端为温漂抑制电路的输入端，所述温漂抑制电路的输出端分别与并联采样电路的输入端和输出功率组件的输入端连接，所述并联采样电路和所述输出功率组件与第一输出端、第二输出端并联； 其中，并联采样电路，通过串联电阻降低所述并联采样电路的通路电流，实现低功耗；温漂抑制电路，通过热敏电阻和电阻的分压形成比例关系，利用热敏电阻随温度变化而变化的特性，抑制温度变化对所述并联采样过流保护电路的影响；输出功率组件，由N个开关管并联组成。
2.根据权利要求I所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述并联采样电路，包括 第一开关管、第二热敏电阻和第二电阻，所述第一开关管第二端与所述第一输出端连接，所述第一开关管第三端与所述第二热敏电阻第一端连接，所述第二热敏电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端与所述第二输出端连接。
3.根据权利要求I或者2所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述温漂抑制电路，包括 第一电阻、第一热敏电阻、第二电阻、第二热敏电阻和运算放大器，所述第一电阻第一端与所述参考输入端连接，所述第一电阻第二端与所述第一热敏电阻第一端连接并与所述运算放大器第一输入端连接，所述运算放大器所述第一输入端电压为基准电压，所述第一热敏电阻第二端与所述第二输出端连接，所述第二电阻第一端与所述运算放大器第二输入端连接，所述运算放大器所述第二输入端电压为采样电压，所述运算放大器输出端为所述温漂抑制电路的输出端，与所述第一开关管第一端连接，所述第一开关管第一端为所述并联采样电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述输出功率组件由N个第二开关管组成，N为I-N的自然数，N个所述第二开关管与所述第一输出端和所述第二输出端形成并联关系，所述运算放大器输出端与N个所述第二开关管第一端连接，所述第二开关第一端为所述输出功率组件的输入端。
5.根据权利要求4所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述第一开关管为N型MOS管或者P型MOS管，所述第一开关管的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极。
6.根据权利要求4所述的并联采样过流保护电路，其特征在于， 所述第一开关管为N型MOS管时，N个所述第二开关管或者为N型MOS管，或者为NPN型三极管；所述第一开关管为P型MOS管时，N个所述第二开关管或者为P型MOS管； 当N个所述第二开关管为三极管时，所述第二开关管的第一端、第二端、第三端为基极、集电极、发射极，当所N个所述第二开关管为MOS管时，所述第二开关管的第一端、第二端、第三端为栅极、漏极、源极。
7.根据权利要求4所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻为正温度系数热敏电阻。
8.根据权利要求4所述的并联采样过流保护电路，其特征在于，所述运算放大器可以用比较器代替。
全文摘要
本发明公开了一种并联过流保护电路，包括由第一电阻、第一热敏电阻、第二电阻、第二热敏电阻和运算放大器组成的温漂抑制电路；由第一开关管、第二热敏电阻和第二电阻组成的并联采样电路；由N个第二开关管并联而成的输出功率组件；参考输入端、第一输出端和第二输出端；输出电流流经第一输出端和第二输出端，当输出电流过大时，运算放大器第二输入端电压高于第一输入端电压，运算放大器输出端信号电平改变，第一开关管和第二开关管关断，实现过流保护；温漂抑制电路通过第一热敏电阻和第二热敏电阻进行补偿，通过第一电阻与第一热敏电阻分压，第二电阻与第二热敏电阻分压，形成比例关系，实现过流保护点的灵活调整。
文档编号H02M1/32GK102801294SQ20121026529
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者闫军政, 赵钢, 吴维刚, 董海建 申请人:北京市科通电子继电器总厂