CN114778935A - 一种适用于交流电的过流检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于过流保护技术领域，提供了一种适用于交流电的过流检测电路和方法，包括：数字转换单元，其被配置为将采集的交流电模拟信号转化为数字信号；过流检测单元，其被配置为对输入的数字信号进行计算并判断是否对设备或芯片产生过流保护。本发明的优点在于与目前纯模拟电路、分立器件电路相比，减少了分立器件的使用，提高了系统的稳定性且使芯片或设备能够稳定地检测过流；并且该电路采用数字电路，便于集成、稳定性好、易于设计、可编程。

Description

一种适用于交流电的过流检测电路和方法

技术领域

本发明涉及过流保护技术领域，尤其涉及一种适用于交流电的过流检测电路和方法。

背景技术

在电子设备或芯片实际使用的过程中，如果电流超过额定电流时，可能会出现导致芯片损坏或者电器设备损坏等情况。为避免出现此类问题，需要引入过流检测电路，当出现过流时，系统可以根据过流保护信号自动断电，从而增加设备的安全性和稳定性。现有的过流检测电路种类繁多，大多都是用分立器件实现或模拟电路实现、结构复杂 、不灵活、产品一致性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于交流电的过流检测电路和方法，用以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于交流电的过流检测电路，包括：

数字转换单元，其被配置为将采集的交流电模拟信号转化为交流电数字信号；

过流检测单元，其被配置为对输入的数字信号进行计算并判断是否对设备或芯片产生过流保护。

进一步的，数字转换单元包括：

放大器，其被配置为对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大；

模数转换器，其被配置为将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号；

数字滤波器，其被配置为根据所述滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

进一步的，过流检测单元包括：

周期计算电路，连接于数字转换单元的输出端，其被配置为对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算；

均方根计算电路，其被配置为计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值；

过流比较器，其被配置为根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过阈值。

进一步的，过流比较器判断均方根数值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号。

进一步的，在所述数字转换单元与所述过流检测单元之间设置有校准单元，所述校准单元被配置为对所述数字转换单元输出的交流电数字信号进行数值校准。

进一步的，校准单元包括：

失调计算单元，其被配置为在电路输入为零电压时,计算所述数字转换单元输出的失调信号；

加法器，其被配置为在检测时，将所述失调信号与所述数字转换单元输出的交流电数字信号相加；

乘法器，连接于加法器的输出端，其被配置为通过增益系数放大交流电数字信号的幅值；

限幅器，连接于乘法器的输出端，其被配置为使所述乘法器输出的信号幅度限定在预设范围内；

输出级，其被配置为向所述过流检测单元输出校准后的交流电数字信号。

进一步的，包括控制电路，其被配置为调节所述过流检测单元或校准单元的工作状态。

本发明的另一方面还提供了一种适用于交流电的过流检测方法，包括步骤：

S1、将采集的交流电模拟信号转化为交流电数字信号；

S2、对输入的数字信号进行计算并判断是否对芯片产生过流保护。

进一步的，步骤S1的具体步骤包括：

S11、对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大；

S12、将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号；

S13、根据所述滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

进一步的，步骤S2的具体步骤包括：

S21、对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算；

S22、计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值；

S23、根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过阈值，并在所述数值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号。

本发明与现有技术相比，包含以下有益效果：

该过流检测电路与目前纯模拟电路、分立器件电路相比，减少了分立器件的使用，提高了系统的稳定性且使芯片或设备能够稳定地检测过流；并且该电路采用数字电路，便于集成、稳定性好、易于设计、可编程。

附图说明

图1是本发明实施例中过流检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中数字转换单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中校准单元的结构示意图；

图4是本发明实施例中过流检测单元的结构示意图；

图5是本发明实施例中过流检测方法的流程图。

具体实施方式

需要说明，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

根据本申请的一种典型的实施例，提供了一种适用于交流电的过流检测电路，如图1所示，其由数字转换单元100、校准单元500和过流检测单元600构成，数字转换单元被配置为将采集的交流电模拟信号转化为数字信号，过流检测单元能够对输入的数字信号进行计算并判断是否对芯片产生过流保护。本申请通过将交流电模拟信号转化为数字信号，并且通过过流检测单元对该数字信号进行电流值的计算，在电流值超过预设阈值时，输出对应的过流保护信号给上一级的控制电路，由控制电路执行过流动作，从而保护电子设备或芯片不受损。

为了上述数字转换单元能够将交流电模拟信号转化为数字信号，如图2所示，数字转换单元由放大器200、模数转换器300以及数字滤波器400构成，其中放大器200的输入端与电流采集器的输出端相连，放大器200的输出端与模数转换器300的输入端相连，模数转换器300的输出端与数字滤波器400的输入端相连，数字滤波器400的输出端输出交流电数字信号。

其中，放大器200被配置为对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大，模数转换器300被配置为将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号，数字滤波器400被配置为根据滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

在实际的应用过程中，技术人员可以根据实际情况对数字滤波器的信号带宽进行配置。

校准单元500被配置为对所述数字转换单元输出的交流电数字信号进行数值校准，在过流的检测中，电流值常常因为温度、干扰等因素造成零点漂移，使得最终检测得到的电流值与实际值存在一定的误差，因此本申请在电路中可选择的配置有校准单元，通过校准单元对电流值进行偏差修正，使得最终的到的电流值与实际的电流值保持一致，从而能够更加精确的对设备和芯片进行过流保护。

具体的，如图3所示，校准单元由失调计算单元501、加法器502、乘法器503、限幅器504以及输出级505构成。其中，加法器502同时与数字滤波器400、失调计算单元501和乘法器503相连，乘法器503的输出端和限幅器504相连，限幅器504的输出端和输出级505相连，输出级能够输出校准后的交流电数字信号。

失调计算单元被配置为在电路输入为零电压时,计算所述数字转换单元输出的失调信号，加法器被配置为在检测时，将所述失调信号与所述数字转换单元输出的交流电数字信号相加，乘法器被配置为通过增益系数放大交流电数字信号的幅值，限幅器被配置为使所述乘法器输出的信号幅度限定在预设范围内，输出级被配置为向过流检测单元输出校准后的交流电数字信号。

通过校准后的交流电数字信号能够更加精确的反映当前实时的电流值，使得后续的过流检测更加稳定。

同时，控制电路同时与失调计算单元501和输出级505相连接，通过控制电路的信号进行定时电流值的失调计算，并且其能够控制输出级输出对应的交流电数字信号。

如图4所示，为了实现过流检测，本申请中的过流检测单元由依次连接的周期计算电路601、均方根计算电路602以及过流比较器603构成。其中，周期计算电路601连接于数字转换单元的输出端，其被配置为对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算。均方根计算电路602被配置为计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值。过流比较器603被配置为根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过阈值。所述阈值可灵活配置，用户可以根据具体应用情况配置合适的数值。

在通过计算数字信号某一周期内的电流值，并与预设阈值进行比较，从而判断出检测的到的交流电的电流是否过流，并在过流比较器判断均方根数值超过预设阈值时，通过过流比较器向上一级的电路或者设备直接输出过流保护信号。

同时，控制电路同时与周期计算电路601、均方根计算电路602和过流比较器603相连接，通过控制电路的相应信号能够直接调节各个电路的工作状态，使得整个过流检测单元的工作更加稳定。

本申请的又一种具体的实施例中，提供了一种适用于交流电的过流检测方法，如图5所示，包括步骤：

S1、将采集的交流电模拟信号转化为数字信号；

S2、对输入的数字信号进行计算并判断是否对设备或芯片产生过流保护。

其中，步骤S1的具体步骤包括：

S11、对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大；

S12、将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号；

S13、根据所述滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

步骤S2的具体步骤包括：

S21、对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算；

S22、计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值；

S23、根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过预设阈值，并在所述数值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号。

本申请中，首先对采集的交流电模拟信号进行放大，放大后的模拟信号经过模数转换后变为数字信号，再经数字滤波器进行滤波，得到交流电数字信号。而后，将转换后的交流电数字信号经过周期计算和均方根数值的计算，得到该数字信号对应的电流值，最终通过将该电流值与预设阈值进行比较来确定该电流是否过流。在电流值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号至上一级的电路，使得上一级的电路采取对应的保护措施。

本申请所提供的过流检测电路与目前纯模拟电路、分立器件电路相比，减少了分立器件的使用，提高了系统的稳定性且使芯片或设备能够稳定地检测过流。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，包括：

数字转换单元，其被配置为将采集的交流电模拟信号转化为交流电数字信号；

过流检测单元，其被配置为对输入的数字信号进行计算并判断是否对设备或芯片产生过流保护。

2.根据权利要求1所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，所述数字转换单元包括：

放大器，其被配置为对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大；

模数转换器，其被配置为将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号；

数字滤波器，其被配置为根据滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，所述过流检测单元包括：

周期计算电路，连接于数字转换单元的输出端，其被配置为对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算；

均方根计算电路，其被配置为计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值；

过流比较器，其被配置为根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过所述阈值。

4.根据权利要求3所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，所述过流比较器判断所述均方根数值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号。

5.根据权利要求1所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，在所述数字转换单元与所述过流检测单元之间设置有校准单元，所述校准单元被配置为对所述数字转换单元输出的交流电数字信号进行数值校准。

6.根据权利要求5所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，所述校准单元包括：

失调计算单元，其被配置为在电路输入为零电压时,计算所述数字转换单元输出的失调信号；

加法器，其被配置为在检测时，将所述失调信号与所述数字转换单元输出的交流电数字信号相加；

乘法器，连接于加法器的输出端，其被配置为通过增益系数放大交流电数字信号的幅值；

限幅器，连接于乘法器的输出端，其被配置为使所述乘法器输出的信号幅度限定在预设范围内；

输出级，其被配置为向所述过流检测单元输出校准后的交流电数字信号。

7.根据权利要求5所述的一种适用于交流电的过流检测电路，其特征在于，包括控制电路，其被配置为调节所述过流检测单元或校准单元的工作状态。

8.一种适用于交流电的过流检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将采集的交流电模拟信号转化为交流电数字信号；

S2、对输入的数字信号进行计算并判断是否对芯片产生过流保护。

9.根据权利要求8所述的一种适用于交流电的过流检测方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤包括：

S11、对采集的交流电模拟信号进行幅度和/或功率的放大；

S12、将放大后的模拟信号进行模数转换，生成对应的交流电数字信号；

S13、根据滤波器带宽选择对模数转换器输出的交流电数字信号进行滤波处理。

10.根据权利要求8所述的一种适用于交流电的过流检测方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤包括：

S21、对数字转换单元输出的数字信号进行周期计算；

S22、计算所述数字信号在某个周期内信号幅度的均方根数值；

S23、根据预设阈值判断所述数字信号的均方根数值是否超过所述阈值，并在所述均方根数值超过预设阈值时，直接输出过流保护信号。

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