基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路、系统及方法与流程

本发明属于电子电路，尤其涉及一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路、系统及方法。

背景技术：

1、电子电路中的元器件都有其工作电流，当电路中电流超过工作电流时就会对元器件造成损害，轻则无法正常工作，重则会造成短路，导致电路烧毁。因此，对电路电流进行实时监测，过流及时切断电源回路非常必要。

2、现有技术中，通常采用以下几种方式进行电流采样及过流保护：

3、(1)直接用采样电阻进行电流采样；

4、adc测量采样电阻上面的压降，不经过运算放大器等处理电路，当采样大电流时，为了保证过流能力，只能选阻值很小的电阻，电压＝电流*电阻，往往得到一个很小的电压信号范围，此信号直接送入adc芯片或单片机，采样电流精度很差。

5、(2)用采样电阻，经过差分运算放大器等处理电路进行电流采样；

6、一般采用低端采样和高端采样两种拓扑结构，低端采样电路引入地线干扰，影响采样精度，高端采样电路对运算放大器选择要求较高，一般采用低偏移电压高精度运算放大器，成本会增加很多。

7、(3)采用霍尔传感器或电流互感器进行电流采样；

8、一般应用于特定的场合，用互感器测量直流大电流时，要求体积较大，影响安装；用霍尔传感器测量小量程电流时，要求使用大偏置电压，容易引起误差，且体积大，成本高。

9、(4)采用adc检测过流从而断开电源回路的方式进行过流保护；

10、当adc检测到过流信号时，经过控制单元内部逻辑处理，单片机输出关断信号，断开电源回路，此过程响应时间较慢，在电源电路断开之前可能因过流时间太长造成电路烧毁。

11、(5)采用硬件的方式进行过流保护；

12、一般采用比较器或逻辑器件进行过流信号检测，输出控制信号直接关断电源回路，此方式不经过软件处理，需要额外增加硬件保护电路，成本较高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，该基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路实时采集adc输入端的电压，从而计算出运放回路中的实时电流，实现实时监测。同时，电流采样输入电压范围与过流阈值可根据采样电阻及分压电阻值大小进行线性调节，提高采样精度。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，包括：负载回路和运放回路，所述负载回路中包括采样电阻，所述运放回路中包括第二电阻、运算放大器、p沟道mos管、分压组件和n沟道mos管，所述运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接所述采样电阻的第一端，所述运算放大器的同相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端连接所述p沟道mos管的栅极，所述运算放大器的反相输入端连接所述p沟道mos管的源极，所述p沟道mos管的漏极连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述p沟道mos管的漏极连接分压组件的第一端，所述分压组件的第二端连接n沟道mos管的栅极，所述分压组件的第三端连接n沟道mos管的源极并接地，所述n沟道mos管的漏极连接低压电源并连接控制系统处理器单元的中断输入端。

3、在本发明的一个实施例中，所述p沟道mos管的漏极通过稳压滤波电路连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述稳压滤波电路包括第四电阻，所述第四电阻的第一端连接所述p沟道mos管的漏极，所述第四电阻的第二端连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述第四电阻的第二端通过并联的第二电容和稳压管接地。

4、在本发明的一个实施例中，所述n沟道mos管的漏极通过电平转换电路连接控制系统处理器单元的中断输入端，所述电平转换电路串联的第八电阻、第九电阻和第三电容，所述n沟道mos管的漏极连接所述第八电阻的第二端，所述第九电阻的第二端连接控制系统处理器单元的中断输入端，所述第三电容的第二端接地，所述第八电阻的第一端连接所述低压电源。

5、在本发明的一个实施例中，所述运算放大器的正向输入端和反相输入端连接有第一电容。

6、在本发明的一个实施例中，所述p沟道mos管的的漏极通过第一二极管与所述稳压滤波电路中第四电阻的第一端连接。

7、在本发明的一个实施例中，所述分压组件包括呈三角形连接的第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述第五电阻和所述第六电阻的共结点与所述p沟道mos管的漏极连接，所述第五电阻和所述第七电阻的共结点接地，所述第六电阻和所述第七电阻的共结点与所述n沟道mos管的栅极连接。

8、在本发明的一个实施例中，所述运算放大器的电源正极输入端和电源负极输入端分别连接正电源和地。

9、基于相同的发明构思，本发明还提供一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护系统，包括处理器单元及所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，所述处理器单元的基于所述电流采样及过流保护电路发送的电信号和对负载回路进行电流采样和过流保护。

10、基于相同的发明构思，本发明还提供一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护方法，应用于所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护系统，包括以下步骤：通过adc输入端采集运放回路中的电信号；基于所述电信号根据预设算法计算出负载回路中的电流；在所述负载回路中的电流大于预设阈值的情况下，n沟道mos管导通，处理器中断输入端电压跳变，控制负载回路执行预设中断措施。

11、基于相同的发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护方法。

12、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

13、1、本发明实时采集adc输入端的电压，从而计算出运放回路中的实时电流，实现实时监测。同时，电流采样输入电压范围与过流阈值可根据采样电阻及分压电阻值大小进行线性调节，提高采样精度。

14、2、本发明通过实时监测运放回路中的电流，在回路电流超过阈值的情况下，瞬间导通n沟道mos管m2并通过电平转换电路反馈给处理器单元，处理器单元迅速做出中断处理，实现主回路的快速关断，响应迅速，避免进一步的电路损伤。

15、3、本申请的电路组成简单，元器件较少，对运算放大器选型无太高要求，成本较低；集成电流采样电路与过流保护电路，无需分开设计，且能满足过流快速关断保护；电流采样输入电压范围与过流阈值均与负载电流呈线性关系，可灵活调节采样电阻及分压电阻阻值大小，适配不同adc单元及单片机io口输入电压要求，实现宽范围电流采样。

技术特征：

1.一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，包括：负载回路和运放回路，所述负载回路中包括采样电阻，所述运放回路中包括第二电阻、运算放大器、p沟道mos管、分压组件和n沟道mos管，所述运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接所述采样电阻的第一端，所述运算放大器的同相输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端连接所述p沟道mos管的栅极，所述运算放大器的同相输入端连接所述p沟道mos管的源极，所述p沟道mos管的漏极连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述p沟道mos管的漏极连接分压组件的第一端，所述分压组件的第二端连接n沟道mos管的栅极，所述分压组件的第三端连接n沟道mos管的源极并接地，所述n沟道mos管的漏极连接低压电源并连接控制系统处理器单元的中断输入端。

2.根据权利要求1所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述p沟道mos管的漏极通过稳压滤波电路连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述稳压滤波电路包括第四电阻，所述第四电阻的第一端连接所述p沟道mos管的漏极，所述第四电阻的第二端连接控制系统处理器单元的adc输入端，所述第四电阻的第二端通过并联的第二电容和稳压管接地。

3.根据权利要求1所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述n沟道mos管的漏极通过电平转换电路连接控制系统处理器单元的中断输入端，所述电平转换电路串联的第八电阻、第九电阻和第三电容，所述n沟道mos管的漏极连接所述第八电阻的第二端，所述第九电阻的第二端连接控制系统处理器单元的中断输入端，所述第三电容的第二端接地，所述第八电阻的第一端连接所述低压电源。

4.根据权利要求1所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述运算放大器的正向输入端和反相输入端连接有第一电容。

5.根据权利要求2所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述p沟道mos管的的漏极通过第一二极管与所述稳压滤波电路中第四电阻的第一端连接。

6.根据权利要求1所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述分压组件包括呈三角形连接的第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述第五电阻和所述第六电阻的共结点与所述p沟道mos管的漏极连接，所述第五电阻和所述第七电阻的共结点接地，所述第六电阻和所述第七电阻的共结点与所述n沟道mos管的栅极连接。

7.根据权利要求1所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，其特征在于，所述运算放大器的电源正极输入端和电源负极输入端分别连接正电源和地。

8.一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护系统，其特征在于，包括处理器单元及权利要求1至权利要求7任意一项所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，所述处理器单元的基于所述电流采样及过流保护电路发送的电信号和对负载回路进行电流采样和过流保护。

9.一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护方法，应用于权利要求8所述的基于负反馈调节的电流采样及过流保护系统，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开一种基于负反馈调节的电流采样及过流保护电路，包括：负载回路和运放回路，负载回路中包括采样电阻，运放回路中包括第二电阻、运算放大器、PMOS管、分压组件和NMOS管，运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接采样电阻的第一端，运算放大器的同相输入端与采样电阻的第二端连接，运算放大器的输出端连接PMOS管的栅极，运算放大器的反相输入端连接PMOS管的源极，PMOS管的漏极连接控制系统处理器单元的ADC输入端，PMOS管的漏极连接分压组件的第一端，分压组件的第二端连接NMOS管的栅极，分压组件的第三端连接NMOS管的源极并接地，NMOS管的漏极连接低压电源并连接控制系统处理器单元的中断输入端。该电路结构简单、过流保护响应迅速。

技术研发人员：谢灿华,王天林,刘国安,胡健,冯地明,徐腾
受保护的技术使用者：浙江中控研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12