一种过流或短路故障信号隔离检测电路及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于过流或短路故障保护技术领域，具体设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】
[0002] 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。
[0003] 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W过流W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。
[0004] 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，运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。
[000引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一一霍尔电流传感器，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，运又使得电路 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】
[0006] 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W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。
[0007] 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:包括光禪隔离器Ul和比较器U2，W及电阻RS、电阻Rl、电阻R2、电阻 R3和电阻R4,所述电阻Rl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+，所述光禪隔离器Ul的阳极与电阻Rl的另一端相接，且通过电 阻R2与第一参考电源的输出端化efl相接，所述光禪隔离器Ul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-，所述光禪隔离器Ul 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 光禪隔离器Ul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化ef2 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。
[0008] 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:所述光禪隔离器Ul 的型号为6N137。
[0009] 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。
[0010] 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W下步骤：
[0011] 步骤一、选择合适参数的光禪隔离器Ul、比较器U2、电阻RS、电阻Rl、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：
[001引步骤101、根据
选取电阻RS的阻值，其中，Imin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，Imax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；
[001引步骤102、根据tf端K t。陋选取光禪隔离器Ul，并根据选取的光禪隔离器Ul选取供电 电源的输出电压Vcc,其中，t储俞为光禪隔离器Ul的信号传输时间，tu脑为故障响应时间；
[0014] 步骤103、根据0<Vref广Vd<10V选取第一参考电源的输出电压Vrefl,其中，Vd为光 禪隔离器Ul的输入端固有正向压降；
[001引步骤104、根据t敝<tf場选取比较器U2,其中，地幼比较器U2的响应时间；
[0016] 步骤105、根据0<VcC-Vref2<10V选取第二参考电源的输出电压Vref2;
[0017] 步骤106、根据公式
选取电阻R3的阻值，其中，Ig为光禪隔离器Ul 的最大灌电流;Iib为比较器U2的输入偏置电流；
[001引步骤107、根据公式
选取电阻Rl和电阻R2的阻值；其中， IFmax为流过光禪隔离器Ul的最大输入电流，Vrsi为待检测电路未出现过流故障时电阻RS两 端的电压，VRS2为待检测电路出现过流故障时电阻RS两端的电压；
[0019] 步骤108、根据化Q <R4<10kQ选取电阻R4的阻值；
[0020] 步骤二、连接光禪隔离器Ul、比较器U2、电阻RS、电阻Rl、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：
[0021] 步骤201、连接电阻Rl的一端和电阻RS的一端，并引出导线，作为所述过流或短路 故障信号隔离检测电路的正极电压输入端IN+;
[0022] 步骤202、将电阻RS的另一端接到光禪隔离器Ul的阴极，并引出导线，作为所述过 流或短路故障信号隔离检测电路的负极电压输入端IN-;
[0023] 步骤203、将电阻Rl的另一端与电阻R2的一端连接后接到光禪隔离器Ul的阳极，将 电阻R2的另一端接到第一参考电源的输出端化efl;
[0024] 步骤204、将电阻R3的一端与光禪隔离器Ul的集电极连接后接到比较器U2的反相 输入端，将电阻R3的另一端接到供电电源的输出端VCC;
[0025] 步骤205、将光禪隔离器Ul的发射极接地；
[0026] 步骤206、将比较器肥的同相输入端接到第二参考电源的输出端化ef 2;
[0027] 步骤207、将电阻R4的一端与比较器U2的输出端连接后引出导线，作为所述过流或 短路故障信号隔离检测电路的输出端Vout,将电阻R4的另一端接到供电电源的输出端VCC。
[0028] 本发明与现有技术相比具有W下优点：
[0029] 1、本发明过流或短路故障信号隔离检测电路的电路结构简单、设计合理、实现方 便且成本低。
[0030] 2、本发明过流或短路故障信号隔离检测电路可检测的电流值变化范围大，并可实 现主电路和保护电路的隔离，工作可靠性高。
[0031] 3、本发明的过流或短路故障信号隔离检测电路，能够快速检测电路中的过流或短 路信号，响应速度快，确保电路更安全可靠。
[0032] 4、本发明通过选择较小的取样电阻，使得在流过较大电流时，产生的功耗也很小， 且能够检测电流值的变化范围较大。
[0033] 5、本发明的过流或短路故障信号隔离检测电路使用时，当待检测电路正常工作 时，光禪隔离器不导通，降低了功耗，当待检测电路出现故障时，光禪隔离器导通且是瞬间 导通，导通后其功耗也非常低，同时光禪隔离器的使用也大大提高了检测电路的响应速度； 通过选择低功耗W及快速的比较器，能够进一步降低整个电路的功耗，同时与光禪隔离器 合理的配合(即比较器对故障信号的响应速度要大于光禪隔离器对故障信号的传输速度）， 又进一步的提高了电路的响应速度，所述本发明的电路对于低频、中频、高频信号都能较好 的响应。
[0034] 6、本发明电路具有很强的抗干扰特性，提高了整体电路的稳定性。
[0035] 7、本发明的过流或短路故障信号隔离检测电路适用于直流、低频、高频电流信号 的检测，适应范围广，实用性强，具有良好的应用推广价值。
[0036] 综上所述，本发明电路具有结构简单、功耗低、抗干扰能力强、实现方便、成本低、 工作稳定W及可靠性高等优点，能够快速、有效地检测过流或短路故障，具有更好的推广应 用价值。