專利名稱：一種過流過溫保護控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子設備的保護控制電路，具體來說涉及電子設備的一種過流過溫保護控制電路。
背景技術：
電子設備都有額定電流指標，在額定電流內，電子設備能保證可靠運行，因此，在電子設備的使用中是不允許超過額定電流的，不然會發生故障。可是，意外總是會有的，而一出意外電流一升高電子設備就損壞，這也是人們不愿意看到的。因此，在電子設備中就有了電流保護電路，當電流超過額定電流時，設備會自動斷電，以保護設備。如東風卡車暖風電機的調速電路中，就有電流保護電路，它既可作為暖風電機的保護，又可保護汽車蓄電池等供電裝置，使裝置不受損壞。我們把這種保護功能，歸結為限流保護和過流保護。同時，當暖風電機的調速電路的工作環境升高，且超過電子元件的工作溫度時，這時雖然電路中的電流未超設定值，但也應斷電來保護。在這兩種情況下，產品電路是否有保護，保護是否可靠，不僅直接影響產品的質量，而且代表著產品的水平。除汽車電子設備需要過流過溫的保護，其他電子設備如計算機、家用電器等都有需要，因此都有過流過溫保護電路。現有的這些過流過溫保護電路，較先進的，如都是通過在場效應管的源極與地之間串聯一大功率的采樣電阻完成的，當負載電流達到一定閥值時，反饋點的電壓輸入到比較器的同相端的電壓大于反相端的電壓時，比較器輸出電平翻轉為高電平，單片機檢測到該高電平后，立即輸出低電平使場效應管截止；而溫度保護則是用一溫度傳感器緊貼到場效應管的外殼進行溫度采樣，通過溫度處理電路后，再通過單片機控制輸出。現有技術的過流和過溫的采樣，是分別由采樣電阻和溫度傳感器來完成的，需要溫度傳感器和采樣電阻，且采樣電阻還需定制，因此，現有技術的通用性差，元件多、電路復雜，成本高，可靠性低。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術通用性差，元件多、電路復雜，成本高，可靠性低的不足，利用場效應管的導通內阻隨溫度的升高而增大的特性，通過檢測場效應管導通時的管壓降進行過流和過溫保護，通過單片機用程序實現對功率管的控制功能，提供一種通用性好，元件少、電路簡單，成本低，可靠性高的功率場效應管過流過溫保護電路為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種過流過溫保護控制電路，包括保護值設定電路、采樣信號比較處理電路、單片機電路、反饋取樣電路、電平轉換電路、負載、場效應管Q3，所述的保護值設定電路連接在采樣信號比較處理電路中的比較器U3的2腳，單片機電路連接在采樣信號比較處理電路和電平轉換電路之間，所述的場效應管Q3的漏極D接負載和反饋取樣電路，場效應管Q3的源極S接地，場效應管Q3的柵極G接電平轉換電路中三極管Ql的集電極和電阻R2，電阻R2的另一端接地，電阻R6的一端接效應管Q3的漏極D，電阻R6的另一端接地，所述的采樣信號比較處理電路中，在電路啟動過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載不通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出高電平，此時場效應管Q3處于導通狀態，負載通電；而在電路工作過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上寫出高電平，此時場效應管Q3處于接通狀態，負載通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上寫出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載不通電。所述的保護值設定電路由電阻R17和電阻R18串聯組成，串聯電阻的一端接電源+12V，串聯電阻的另一端接地，串聯接點接采樣信號比較處理電路中的比較器U3的2腳。所述的電平轉換電路由三極管Q1、Q4和三電阻組成，三極管Ql的發射極接+12V，三極管Ql的集電極接電阻R2，三極管Ql的基極接電阻R4，電阻R4的另一端接三極管Q4的集電極，三極管Q4的發射極接地，三極管Q4的基極接電阻R5，電阻R5的另一端與單片機電路中的單片機Ul的GPl腳連接。所述的反饋取樣電路由電阻R3、電容C2和二極管D6組成，電阻R3的一端與場效應管Q3的漏極D連接，另一端分別與電容C2、二極管D6和采樣信號比較處理電路中的比較器U3的3腳連接，電容C2的另一端接地，二極管D6的另一端分別接+12V。與現有技術相比，本發明的有益效果在于:1.利用場效應管的導通內阻隨溫度的升高而增大的特性，減少了溫度傳感器和采樣電阻等，通用性好，元件少、電路簡單。2.由于元件少，制造工藝簡單。3.利用單片機時序控制可更方便的實現邏輯及定時控制功能，產品可靠性高。4.本發明可降低成本15%以上。
圖1是本發明的電路原理圖；圖2是本發明變形一電路原理圖；圖3是現有技術的電路原理圖；圖4是圖1的時序圖；圖5本發明的程序流程中:保護值設定電路2，采樣信號比較處理電路3，單片機電路4，反饋取樣電路5，電平轉換電路6，負載7，場效應管Q3，負載RL，熱敏電阻Rt，采樣電阻Rs，漏極D，源極S，柵極G，負載電源BI，開關SI，單片機U1，比較器U3，電源BI。
具體實施例方式下面結合
和具體實施方式
對本發明做進一步的描述，但并非對其保護范圍的限制。參見圖1，一種過流過溫保護控制電路，包括保護值設定電路2、采樣信號比較處理電路3、單片機電路4、反饋取樣電路5、電平轉換電路6、負載7、場效應管Q3，所述的保護值設定電路2連接在采樣信號比較處理電路3中的比較器U3的2腳，單片機電路4連接在采樣信號比較處理電路3和電平轉換電路6之間，所述的場效應管Q3的漏極D接負載7和反饋取樣電路5，場效應管Q3的源極S接地，場效應管Q3的柵極G接電平轉換電路6中三極管Ql的集電極和電阻R2，電阻R2的另一端接地，電阻R6的一端接效應管Q3的漏極D，電阻R6的另一端接地，所述的采樣信號比較處理電路3中，在電路啟動過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載7不通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出高電平，此時場效應管Q3處于導通狀態，負載7通電；而在電路工作過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上寫出高電平，此時場效應管Q3處于接通狀態，負載7通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上寫出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載7不通電。所述的保護值設定電路2由電阻R17和電阻R18串聯組成，串聯電阻的一端接電源+12V，串聯電阻的另一端接地，串聯接點接采樣信號比較處理電路3中的比較器U3的2腳。所述的電平轉換電路6由三極管Ql、Q4和三電阻組成，三極管Ql的發射極接+12V，三極管Ql的集電極接電阻R2，三極管Ql的基極接電阻R4，電阻R4的另一端接三極管Q4的集電極，三極管Q4的發射極接地，三極管Q4的基極接電阻R5，電阻R5的另一端與單片機電路4中的單片機Ul的GPl腳連接。所述的反饋取樣電路5由電阻R3、電容C2和二極管D6組成，電阻R3的一端與場效應管Q3的漏極D連接，另一端分別與電容C2、二極管D6和采樣信號比較處理電路3中的比較器U3的3腳連接，電容C2的另一端接地，二極管D6的另一端分別接+12V。本發明用于有定時功能的電磁輸油泵和溫控加熱功能電路與一體的控制器中，實施中各元件選取如下:B1為24V，D2為1N5408，LI為電磁輸油泵的加熱器，R6為47K，Q3為 IRF1010, R3 為 100K, C2 為 0.1 μ F，D6 為 1Ν4148, R17 為 100Κ, R18 為 2Κ, R9 為 20Κ, R,8 為 10Κ, Cl 為 0.1 μ F，Rl 為 10Κ, R2、R4、R5 均為 5.1K, Q4 為 2Ν555, Ql 為 2Ν5041, Ul 為PIC10F200A, U3為2Μ2904。電源BI為電磁輸油泵控制電源+24V的直流電源。開關SI斷開時，由于場效應管Q3的D極電壓為0V，通過電阻R3到比較器U3的同相端3腳，此時該點電壓小于U3的反相端2腳(保護大于值設定端)，因此比較器U3的I腳輸出到單片機Ul的GPO腳的電平為低，單片機Ul程序檢測到該低電平時，使單片機Ul的GPl腳也輸出為低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，電磁輸油泵LI不工作；一旦開關SI閉合后，電源BI為+24V，場效應管Q3的漏極D電壓變為+24V (此時場效應管Q3仍處在截止狀態)，通過電阻R3到比較器U3的同相端3腳，此時該點電壓變為12V(由于二極管D6的嵌位作用使此點的最大電壓限制在12V+0.7V)大于比較器U3的反相端2腳，因此比較器U3的I腳輸出發生翻轉到單片機Ul的GPO腳的電平變為高，程序檢測到該高電平時，使單片機Ul的GPl腳也輸出為高電平，此時場效應管Q3由截止轉為導通狀態，電磁泵LI開始工作。工作時，場效應管Q3的D極電壓降低到小于0.4V，隨之比較器U3的I腳輸出到單片機Ul的GPO腳的電平為低，電路靠程序使單片機Ul的GPl輸出保持為一定頻率脈沖波高電平，控制電磁輸油泵LI的保持接通狀態。該實施例的電路的工作頻率為11Hz，正常工作平均電流為12A左右，電路工作定時時間為10分鐘后自動停止。在電路正常工作過程中，單片機Ul程序在輸出高電平期間要對來自比較器Ul的I腳電平進行檢測，在場效應管Q3導通期間一旦檢測到由于負載7原因引起的過流或短路時，因電流增大造成反饋點F (場效應管的內阻與負載電阻分壓隨電流的增大而增大)的電壓升高，當大于所設定的門限電壓時(該電路設置為0.4V左右，設定值是由R17和R18的電阻值分壓決定的)，比較器U3翻轉輸出變為高電平后，單片機Ul程序控制GPl輸出變為低電平，及時關斷場效應管Q3，起到過流保護作用；若因場效應管Q3的散熱不良或管體未與散熱片固定好等原因造成功率管自身溫度過高，使它的內阻增大進而使管壓降增大，當壓降達到設定門限時，比較器U3輸出也會翻轉為高電平，單片機Ul程序檢測此低電平時，立即將GPl輸出變為低電平關斷場效應管Q3，起到過溫保護作用。以上在過流和過溫二種情況下，不僅都保護了場效應管自身的安全，而且更有效的保護了電磁輸油泵LI不被損壞，大大提高電路的可靠性。該實施例電路保護方式是通過程序控制短路后進行一次性的關斷，想重新啟動工作需要人為將開關SI斷開后再接通即可。如果選用具有A/D轉換或帶比較器功能的單片機，就可以省掉圖1或圖2中的匕較器電路”和“保護值設定電路”直接通過程序設定保護值，使電路更簡潔。參見圖2，用單片機Ul的GP2 口直接作控制開關SI的輸入，它啟動時不需要檢測反饋點F的電平信號，直接檢測開關SI的接通狀態即可。啟動后的工作過程與圖1完全一樣。本發明電路通過單片機程序控制可實現一次性保護或自動啟動再檢測保護兩種方式:前者是通過程序一次性的關斷輸出電路，電路進入保護后，需要人為再重新啟動開關，電路才能工作；后者是通過程序定時重復啟動再檢測負載反饋電路的狀態，故障消除后電路自動進入正常工作。圖1和圖2兩種電路只是啟動控制方式的區別，但保護控制原理都是在正常工作時即場效應管Q3導通后，根據場效應管Q3的內阻與負載電阻要進行分壓，在F點形成管壓降Vf，不同的負載7及不同的場效應管Q3其壓降是不同的，在負載7及場效應管Q3型號一定的情況下，通過調整保護設定電阻R18的電阻值大小，可設定負載7電路的過流值，當電流值達到或大于設定值時，比較器U3立即輸出高電平，通過單片機Ul使輸出轉為低電平，隨之場效應管Q3截止使負載停止工作，從而起到有效的保護作用；溫度保護的原理是根據場效應管Q3的內阻隨自身溫度的升高而增大的特性，假若是場效應管Q3自身的散熱不良或負載7回路中的電流猛增的話，場效應管Q3自身的溫度上升很快，其內阻值也隨之聚增，F點的電壓值也隨之增大，當達到一定值時(通過設定R18的值，使之溫度與電流保護值兼顧)，比較器U3輸出翻轉變為高，通過單片機Ul控制輸出轉為低電平，使場效應管Q3截止，從而使負載7停止工作，起到電路保護作用。參見圖3，在現有技術的電路原理圖中，需要采用熱敏電阻Rt，來實現電路的過溫保護。需要采用采樣電阻Rs，來實現電路的過流保護。參見圖4，本發明開關接負載時的控制時序圖，在不同狀態下場效應管Q3的漏極D和柵極G的波形.
圖中Tl為開關SI未閉合時；T2為開關SI閉合后的瞬間；T3在電路工作過程中的電流采樣時段；Vf為漏極D電壓降。參見圖5，本發明實施例的電磁泵控制電路的程序流程圖。本發明利用單片機時序控制可更方便的實現邏輯及定時控制功能，可完全可替代價格昂貴的智能功率器件而且保護參數可根據需要任意設定。本發明電路保護方案適應于任何用場效應管做開關控制的電路中，甚至可用于功率放大電路的輸出場效應管的保護
坐寸ο
權利要求
1.一種過流過溫保護控制電路，包括保護值設定電路(2)、采樣信號比較處理電路(3)、單片機電路(4)、反饋取樣電路(5)、電平轉換電路(6)、負載(7)、場效應管Q3，所述的保護值設定電路⑵連接在采樣信號比較處理電路⑶中的比較器U3的2腳，單片機電路(4)連接在采樣信號比較處理電路(3)和電平轉換電路(6)之間，其特征在于:所述的場效應管Q3的漏極D接負載(7)和反饋取樣電路(5)，場效應管Q3的源極S接地，場效應管Q3的柵極G接電平轉換電路(6)中三極管Ql的集電極和電阻R2，電阻R2的另一端接地，電阻R6的一端接效應管Q3的漏極D，電阻R6的另一端接地，所述的采樣信號比較處理電路(3)中，在電路啟動過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載(7)不通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上輸出高電平，此時場效應管Q3處于導通狀態，負載(7)通電；而在電路工作過程中，當比較器U3的I腳輸出的電平為低，如果單片機Ul判斷其為低電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl 口上寫出高電平，此時場效應管Q3處于接通狀態，負載7通電，當比較器U3的I腳輸出的電平為高，如果單片機Ul判斷其為高電平，則單片機Ul使用給定的程序，在單片機Ul的CPl口上寫出低電平，此時場效應管Q3處于截止狀態，負載(7)不通電。
2.根據權利要求1所述的一種過流過溫保護控制電路，其特征在于:所述的保護值設定電路(2)由電阻R17和電阻R18串聯組成，串聯電阻的一端接電源+12V，串聯電阻的另一端接地，串聯接點接采樣信號比較處理電路(3)中的比較器U3的2腳。
3.根據權利要求1所述的一種過流過溫保護控制電路，其特征在于:所述的電平轉換電路(6)由三極管Ql、Q4和三電阻組成，三極管Ql的發射極接+12V，三極管Ql的集電極接電阻R2，三極管Ql的基極接電阻R4，電阻R4的另一端接三極管Q4的集電極，三極管Q4的發射極接地，三極管Q4的基極接電阻R5，電阻R5的另一端與單片機電路4中的單片機Ul的GPl腳連接。
4.根據權利要求1所述的一種過流過溫保護控制電路，其特征在于:所述的反饋取樣電路(5)由電阻R3、電容C2和二極管D6組成，電阻R3的一端與場效應管Q3的漏極D連接，另一端分別與電容C2、二極管D6和采樣信號比較處理電路3中的比較器U3的3腳連接，電容C2的另一端接地，二極管D6的另一端分別接+12V。
全文摘要
本發明涉及電子設備的一種過流過溫保護控制電路，所述的場效應管Q3的漏極D接負載(7)和反饋取樣電路(5)，場效應管Q3的源極S接地，場效應管Q3的柵極G接電平轉換電路(6)中三極管Q1的集電極和電阻R2，電阻R2的另一端接地，電阻R6的一端接效應管Q3的漏極D，電阻R6的另一端接地，有益效果是1.利用場效應管的導通內阻隨溫度的升高而增大的特性，減少了溫度傳感器和采樣電阻等，通用性好，元件少、電路簡單；2.由于元件少，制造工藝簡單；3.利用單片機時序控制可更方便的實現邏輯及定時控制功能，產品可靠性高。4.本發明可降低成本15％以上。
文檔編號H02H3/08GK103094887SQ20111034821
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年11月7日
發明者王啟順 申請人:湖北三環汽車電器有限公司