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1、(10)申请公布号 CN 103412180 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103412180 A *CN103412180A* (21)申请号 201310268507.0 (22)申请日 2013.06.28 G01R 19/165(2006.01) (71)申请人 广东电网公司电力科学研究院 地址 510080 广东省广州市越秀区东风东路 水均岗 8 号 申请人 东莞赛微微电子有限公司 (72)发明人 孙卫明 赵伟 张永旺 罗敏 赵建华 (74)专利代理机构 广州知友专利商标代理有限 公司 44104 代理人 周克佑 (54) 发明名称 一种过流检测电路 (57) 。
2、摘要 本发明公开了一种过流检测电路， 包括用于 采样受测系统工作电流的检流电阻 （RSENSE） 和设 置有过流阀值的电压比较器 （U2） ， 其特征在于 ： 所述的过流检测电路还包括电流源 （IB） ， 电压源 （Vcc） ， 过流阀值设置电阻 （RSET） ， 延时电容 （COCT） ， 泄放电阻 （RDIS） ， 第一 N 型 MOS 管 （M2A） ， 以及分别 构成电流镜的第二 N 型 MOS 管 （M2B） 和第三 N 型 MOS 管 （M2C） 、 第四 N 型 MOS 管 （M3A）和第五 N 型 MOS 管 （M3B） 、 第一 P 型 MOS 管 （M1A）和第二 P 型 。
3、MOS管 （M1B） 。 本发明的过流检测电路提高检测受 测系统过流故障的响应速度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103412180 A CN 103412180 A *CN103412180A* 1/1 页 2 1. 一种过流检测电路， 包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻 （RSENSE） 和设置有 过流阀值的电压比较器 （U2） ， 其特征在于 ： 所述的过流检测电路还包括电流源 （IB） ， 电压源 （Vcc） ， 。
4、过流阀值设置电阻 （RSET） ， 延时电容 （COCT） ， 泄放电阻 （RDIS） ， 第一N型MOS管 （M2A） ， 以 及分别构成电流镜的第二N型MOS管 （M2B） 和第三N型MOS管 （M2C） 、 第四N型MOS管 （M3A） 和第五 N 型 MOS 管 （M3B） 、 第一 P 型 MOS 管 （M1A） 和第二 P 型 MOS 管 （M1B） ； 它们的连接关系 如下 ： 所述第一 N 型 MOS 管 （M2A） 、 第二 N 型 MOS 管 （M2B） 和第三 N 型 MOS 管 （M2C） 的栅极相 连接， 该连接点连接到第一 N 型 MOS 管 （M2A） 的漏极并通。
5、过所述电流源 （IB） 接地， 所述第二 N 型 MOS 管 （M2B） 与第一 P 型 MOS 管 （M1A） 的漏极相连接， 所述第三 N 型 MOS 管 （M2C） 与第 二 P 型 MOS 管 （M1B） 的漏极相连接， 所述第一 P 型 MOS 管 （M1A） 和第二 P 型 MOS 管 （M1B） 的 栅极相连接并连接到第一 P 型 MOS 管 （M1A） 的漏极， 第一 P 型 MOS 管 （M1A） 的源极连接到 所述检流电阻 （RSENSE） 的一端， 第二 P 型 MOS 管 （M1B） 的源极连接到所述过流阀值设置电阻 （RSET） 的一端， 所述检流电阻 （RSENSE。
6、） 和过流阀值设置电阻 （RSET） 的另一端相连接并接地 ； 所述第四 N 型 MOS 管 （M3A） 和第五 N 型 MOS 管 （M3B） 的栅极相连接并连接到第二 P 型 MOS 管 （M1B） 的漏极， 第四 N 型 MOS 管 （M3A） 的漏极与第二 P 型 MOS 管 （M1B） 的源极相连接， 第五 N 型 MOS 管 （M3B） 的漏极与所述延时电容 （COCT） 的一端相连接并连接到所述电压比较 器 （U2） 的输入端， 所述延时电容 （COCT） 的另一端连接到所述检流电阻 （RSENSE） 和过流阀值设 置电阻 （RSET） 的连接点， 所述泄放电阻 （RDIS） 与。
7、延时电容 （COCT） 相并联 ； 所述电压源 （Vcc） 分别连接到每个 N 型 MOS 管的源极， 为过流检测电路提供工作电压。 2. 根据权利要求 1 所述的过流检测电路， 其特征在于 ： 所述第一 P 型 MOS 管 （M1A） 和第 二 P 型 MOS 管 （M1B） 配对， 所述第一 N 型 MOS 管 （M2A） 、 第二 N 型 MOS 管 （M2B） 和第三 N 型 MOS 管 （M2C） 配对， 所述第四 N 型 MOS 管 （M3A） 和第五 N 型 MOS 管 （M3B） 配对。 3. 根据权利要求 1 所述的过流检测电路， 其特征在于 ： 所述第一 P 型 MOS 管。
8、 （M1A） 和第 二 P 型 MOS 管 （M1B） 为成比例关系的 MOS 管， 所述第一 N 型 MOS 管 （M2A） 、 第二 N 型 MOS 管 （M2B） 和第三 N 型 MOS 管 （M2C） 为成比例关系的 MOS 管， 所述第四 N 型 MOS 管 （M3A） 和第五 N 型 MOS 管 （M3B） 为成比例关系的 MOS 管， 即所述任意一组成比例关系的 MOS 管的沟道长度 一致、 沟道宽度成比例， 其中， 所述第二 N 型 MOS 管 （M2B） 和第三 N 型 MOS 管 （M2C） 的比值与 所述第一 P 型 MOS 管 （M1A） 和第二 P 型 MOS 管 （。
9、M1B） 的比值相等。 4. 根据权利要求 1 至 3 任意一项所述的过流检测电路， 其特征在于 ： 所述的过流检测 电路增设有至少一个所述电压比较器 （U2） ， 各个电压比较器 （U2） 的输入端分别连接到所 述第五 N 型 MOS 管 （M3B） 与延时电容 （COCT） 的连接点， 并且各个电压比较器 （U2） 的过流阀 值递增。 权 利 要 求 书 CN 103412180 A 2 1/4 页 3 一种过流检测电路 技术领域 0001 本发明涉及一种过流检测电路， 其主要应用于电池管理系统和电机控制系统领 域， 对系统因短路、 过载而发生过流的情况起到检测作用。 背景技术 0002 。
10、通常， 采用过流检测电路对电池管理、 电机控制等系统因短路、 过载等原因造成系 统过流故障进行检测， 以能及时切断系统回路， 避免系统发生过热烧毁等严重后果。 0003 如图 1 所示， 现有技术的过流检测电路常使用运算放大电路实现， 其包括检流电 阻 RSENSE， 由运算放大器 U1 和电阻 R1 至 R4 构成的放大电路， 以及电压比较器 U2， 其中， 检流 电阻 RSENSE接入受测系统中， 用于对受测系统的工作电流进行采样， 检流电阻 RSENSE上的压降 经过运算放大器U1构成的放大电路被放大， 随后送入电压比较器U2， 并在检流电阻RSENSE上 的压降超过电压比较器 U2 设。
11、置的阀值时， 则认为检测到系统的过流故障。另外， 该过流检 测电路可以通过增设多个与运算放大器 U1 输出端连接的电压比较器 U2， 各个电压比较器 U2 的过流阀值递增， 以此实现过流检测电路对受测系统的多阀值报警。 0004 上述过流检测电路存在以下不足 ： 0005 第一， 由于上述过流检测电路使用运算放大器 U1 对电流信号进行放大， 在系统的 工作电流信号变化很快， 比如因短路造成工作电流快速上升时， 上述检测电路受到运算放 大器 U1 的带宽限制， 难以做到快速响应 ； 0006 第二， 由于上述过流检测电路的运算放大器 U1 输出电压有限， 仅能带有限的几个 电压比较器 U2， 。
12、即过流检测电路仅能对受测系统提供有限的几个阀值报警 ； 另外， 为了在 受测系统过流电流较大时， 过流检测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警， 而在受测系统的过流电流较小时， 过流检测电路能够以较长的延时时间， 避免过流检测电 路对系统过流故障的误判， 各个电压比较器 U2 需要分别设置与其过流阀值成反比的过流 触发延时时间， 属于分段控制方式， 过流检测电路的检测可靠性较低、 并且其调试成本较 高。 发明内容 0007 本发明所要解决的技术问题， 就是提供一种过流检测电路， 提高检测受测系统过 流故障的响应速度。 0008 解决上述技术问题， 本发明采用的技术方法如下 ： 0009。
13、 一种过流检测电路， 包括用于采样受测系统工作电流的检流电阻和设置有过流阀 值的电压比较器， 其特征在于 ： 所述的过流检测电路还包括电流源， 电压源， 过流阀值设置 电阻， 延时电容， 泄放电阻、 第一 N 型 MOS 管， 以及分别构成电流镜的第二 N 型 MOS 管和第三 N 型 MOS 管、 第四 N 型 MOS 管和第五 N 型 MOS 管、 第一 P 型 MOS 管和第二 P 型 MOS 管 ； 它们 的连接关系如下 ： 0010 所述第一 N 型 MOS 管、 第二 N 型 MOS 管和第三 N 型 MOS 管的栅极相连接， 该连接点 说 明 书 CN 103412180 A 3。
14、 2/4 页 4 连接到第一 N 型 MOS 管的漏极并通过所述电流源接地， 所述第二 N 型 MOS 管与第一 P 型 MOS 管的漏极相连接， 所述第三 N 型 MOS 管与第二 P 型 MOS 管的漏极相连接， 所述第一 P 型 MOS 管和第二 P 型 MOS 管的栅极相连接并连接到第一 P 型 MOS 管的漏极， 第一 P 型 MOS 管的源 极连接到所述检流电阻的一端， 第二 P 型 MOS 管的源极连接到所述过流阀值设置电阻的一 端， 所述检流电阻和过流阀值设置电阻的另一端相连接并接地 ； 0011 所述第四 N 型 MOS 管和第五 N 型 MOS 管的栅极相连接并连接到第二 。
15、P 型 MOS 管的 漏极， 第四 N 型 MOS 管的漏极与第二 P 型 MOS 管的源极相连接， 第五 N 型 MOS 管的漏极与所 述延时电容的一端相连接并连接到所述电压比较器的输入端， 所述延时电容的另一端连接 到所述检流电阻和过流阀值设置电阻的连接点， 所述泄放电阻与延时电容相并联 ； 0012 所述电压源分别连接到每个 N 型 MOS 管的源极， 为过流检测电路提供工作电压。 0013 作为本发明一种优选实施方式， 所述第一 P 型 MOS 管和第二 P 型 MOS 管配对， 所述 第一 N 型 MOS 管、 第二 N 型 MOS 管和第三 N 型 MOS 管配对， 所述第四 N 。
16、型 MOS 管和第五 N 型 MOS 管配对。 0014 作为本发明的另一种优选实施方式， 所述第一 P 型 MOS 管和第二 P 型 MOS 管为成 比例关系的 MOS 管， 所述第一 N 型 MOS 管、 第二 N 型 MOS 管和第三 N 型 MOS 管为成比例关系 的 MOS 管， 所述第四 N 型 MOS 管和第五 N 型 MOS 管为成比例关系的 MOS 管， 即所述任意一组 成比例关系的 MOS 管的沟道长度一致、 沟道宽度成比例， 其中， 所述第二 N 型 MOS 管和第三 N 型 MOS 管的比值与所述第一 P 型 MOS 管和第二 P 型 MOS 管的比值相等。 0015 。
17、本发明还可作以下改进 ： 所述的过流检测电路增设有至少一个所述电压比较器， 各个电压比较器的输入端分别连接到所述第五 N 型 MOS 管与延时电容的连接点， 并且各个 电压比较器的过流阀值递增。 0016 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0017 第一， 本发明使用开环电路对受测系统的过流电流进行检测， 克服了现有技术中 受运算放大器贷款影响而响应慢的缺点， 本发明的过流检测电路提高了检测受测系统过流 故障的响应速度 ； 0018 第二， 本发明的延时电容COCT上产生的延时时间与受测系统的过流电流成反比， 即 电延时容 COCT上产生的过流触发延时时间能够自适应于受测系统的过流。
18、电流， 在受测系统 的过流电流很大时， 过流检测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警， 而在受 测系统的过流电流较小时， 过流检测电路能够以较长的延时时间， 避免过流检测电路对系 统过流故障的误判 ； 同时， 本发明增设多个电压比较器实现对受测系统的多阀值报警时， 无 需如现有技术般在各个电压比较器上设置不同的延时时间， 实现了连续控制， 提高了过流 检测电路的检测可靠性并降低了过流检测电路的调试成本。 附图说明 0019 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明 ： 0020 图 1 为现有技术的过流检测电路的电路原理图 ； 0021 图 2 为本发明的过流检测电路的电路原。
19、理图。 具体实施方式 说 明 书 CN 103412180 A 4 3/4 页 5 0022 实施例一 0023 如图 2 所示， 本发明实施例一的过流检测电路， 包括用于采样受测系统工作电流 的检流电阻 RSENSE， 设置有过流阀值的电压比较器 U2， 电流源 IB， 电压源 Vcc， 过流阀值设置 电阻 RSET， 延时电容 COCT， 泄放电阻 RDIS、 第一 N 型 MOS 管 M2A， 以及分别构成电流镜的第二 N 型 MOS 管 M2B 和第三 N 型 MOS 管 M2C、 第四 N 型 MOS 管 M3A 和第五 N 型 MOS 管 M3B、 第一 P 型 MOS 管 M1A。
20、 和第二 P 型 MOS 管 M1B， 其中， 第一 P 型 MOS 管 M1A 和第二 P 型 MOS 管 M1B 配 对， 第一 N 型 MOS 管 M2A、 第二 N 型 MOS 管 M2B 和第三 N 型 MOS 管 M2C 配对， 第四 N 型 MOS 管 M3A 和第五 N 型 MOS 管 M3B 配对 ； 它们的连接关系如下 ： 0024 第一 N 型 MOS 管 M2A、 第二 N 型 MOS 管 M2B 和第三 N 型 MOS 管 M2C 的栅极相连接， 该连接点连接到第一 N 型 MOS 管 M2A 的漏极并通过电流源 IB接地， 第二 N 型 MOS 管 M2B 与 第一。
21、 P 型 MOS 管 M1A 的漏极相连接， 第三 N 型 MOS 管 M2C 与第二 P 型 MOS 管 M1B 的漏极相 连接， 第一 P 型 MOS 管 M1A 和第二 P 型 MOS 管 M1B 的栅极相连接并连接到第一 P 型 MOS 管 M1A 的漏极， 第一 P 型 MOS 管 M1A 的源极连接到检流电阻 RSENSE的一端， 第二 P 型 MOS 管 M1B 的源极连接到过流阀值设置电阻 RSET的一端， 检流电阻 RSENSE和过流阀值设置电阻 RSET的另 一端相连接并接地 ； 0025 第四 N 型 MOS 管 M3A 和第五 N 型 MOS 管 M3B 的栅极相连接并。
22、连接到第二 P 型 MOS 管 M1B 的漏极， 第四 N 型 MOS 管 M3A 的漏极与第二 P 型 MOS 管 M1B 的源极相连接， 第五 N 型 MOS 管 M3B 的漏极与延时电容 COCT的一端相连接并连接到电压比较器 U2 的输入端， 延时电 容 COCT的另一端连接到检流电阻 RSENSE和过流阀值设置电阻 RSET的连接点， 泄放电阻 RDIS与 延时电容 COCT相并联 ； 0026 电压源 Vcc 分别连接到每个 N 型 MOS 管的源极， 为过流检测电路提供工作电压。 0027 本发明的过流检测电路的工作原理如下 ： 0028 当受测系统的工作电流处于正常水平时， 检。
23、流电阻 RSENSE上的压降小于 IB*RSET（该 式中， IB表示电流源IB输出的电流值， RSET表示过流阀值设置电阻RSET的阻值， 下述的量化表 示同理） ， 流过第二 P 型 MOS 管 M1B 的电流小于 IB， 因此第四 N 型 MOS 管 M3A 处于关断状态， 延时电容 COCT无充电电流， 所以， 输入电压比较器 U2 的电压信号低于其预设的过流阀值， 过 流检测电路判断受测系统处于正常工作状态 ； 0029 当受测系统的工作电流发生过流时， 检流电阻 RSENSE上的压降大于 IB*RSET， 而流过 第二 P 型 MOS 管 M1B 的电流最大为 IB， 因此第四 N。
24、 型 MOS 管 M3A 开通， 其电流为 VSENSE/RSET-IB （该式中， VSENSE表示检流电阻RSENSE上的压降） ， 而使得第五N型MOS管M3B以相等电流对延时 电容 COCT充电， 所以， 输入电压比较器 U2 的电压信号， 即延时电容 COCT上的电压达到电压比 较器 U2 预设的过流阀值， 过流检测电路判断受测系统处于过流故障状态。并且， 由于受测 系统的过流电流越大， 延时电容 COCT上的充电电流越大， 反之， 延时电容 COCT上的充电电流 越小， 使得延时电容 COCT上产生的延时时间与受测系统的过流电流成反比， 即电容 COCT上产 生的延时时间能够自适应。
25、于受测系统的过流电流， 在受测系统的过流电流很大时， 过流检 测电路能够以更快的速度对系统的过流故障作出报警， 而在受测系统的过流电流较小时， 过流检测电路能够以较长的延时时间， 避免过流检测电路对系统过流故障的误判。 0030 实施例二 0031 本发明实施例二与实施例一基本相同， 它们的区别在于 ： 在实际应用中考虑到受 说 明 书 CN 103412180 A 5 4/4 页 6 测系统的不同， 如待机电流、 器件取值等因素， 本实施例二可以以成特定比例关系的 MOS 管 代替上述配对的 MOS 管， 即 ： 第一 P 型 MOS 管 M1A 和第二 P 型 MOS 管 M1B 为成比例。
26、关系的 MOS 管， 第一 N 型 MOS 管 M2A、 第二 N 型 MOS 管 M2B 和第三 N 型 MOS 管 M2C 为成比例关系的 MOS 管， 第四 N 型 MOS 管 M3A 和第五 N 型 MOS 管 M3B 为成比例关系的 MOS 管， 即任意一组成 比例关系的 MOS 管的沟道长度一致、 沟道宽度成比例， 其中， 第二 N 型 MOS 管 M2B 和第三 N 型 MOS 管 M2C 的比值与第一 P 型 MOS 管 M1A 和第二 P 型 MOS 管 M1B 的比值相等。本发明实 施例二与实施例一的工作原理相同， 在此不再赘述。 0032 实施例三 0033 本发明实施例。
27、三是在实施例一或实施例二的基础上， 增设有至少一个电压比较器 U2， 各个电压比较器U2的输入端分别连接到第五N型MOS管M3B与延时电容COCT的连接点， 并且各个电压比较器 U2 的过流阀值递增。因本发明中延时电容 COCT上产生的延时时间与 受测系统的过流电流成反比， 即电容 COCT上产生的延时时间能够自适应于受测系统的过流 电流， 因此， 本发明无需如现有技术般在各个电压比较器上设置不同的延时时间， 实现了连 续控制， 提高了过流检测电路的检测可靠性并降低了过流检测电路的调试成本。 0034 本发明不局限与上述具体实施方式， 根据上述内容， 按照本领域的普通技术知识 和惯用手段， 在不脱离本发明上述基本技术思想前提下， 本发明还可以做出其它多种形式 的等效修改、 替换或变更， 均落在本发明的保护范围之中。 说 明 书 CN 103412180 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103412180 A 7 。