專利名稱：負(fù)載電流監(jiān)控電路、方法和火災(zāi)報(bào)警控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)，尤其涉及一種負(fù)載電流監(jiān)控電路、方法和火災(zāi)報(bào)警控制裝置。
背景技術(shù)：
在火災(zāi)報(bào)警控制裝置中，一般對于內(nèi)部電路會有AC/DC電源。對于與控制器進(jìn)行 交互的用戶的設(shè)備而言，其用電則會由另一個(gè)單獨(dú)的電源來提供(如圖1所示)。用戶希望從控制器電源中分出一定的電流，從而避免安裝多余的電源帶來的麻 煩，同時(shí)也能節(jié)省成本(參見圖2)。但是，用戶的設(shè)備負(fù)載卻是不可預(yù)知的，如果沒有設(shè)置 過流監(jiān)控，用戶的設(shè)備可能會使電源過載，從而影響控制器內(nèi)的電路的正常供電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種負(fù)載電流監(jiān)控電路，可以用來監(jiān)控用戶設(shè)備的負(fù)載電流狀 態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路，用于監(jiān)控所述負(fù)載的 電流，包括電源、用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的負(fù)載電流感應(yīng)電阻、用于控制電源通斷的主開 關(guān),還包括MOSFET偏置電路，用于控制主開關(guān)的動作，放大電路，用于將流過負(fù)載電流感應(yīng)電阻的負(fù)載電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，操作電路，用于在所述電壓值超過閾值時(shí)切斷所述電路的供電路徑，并發(fā)出電路 處于過流狀態(tài)的指示信號，鎖存電路，用于將所述過流狀態(tài)保持住。優(yōu)選地，還包括復(fù)位電路，用于將所述電路從過流鎖存狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)。
優(yōu)選地，還包括指示電路，用于顯示電路目前是否處于過流狀態(tài)。優(yōu)選地，所述MOSFET偏置電路包括電源與主開關(guān)間的耦合電容，所述MOSFET偏置 電路通過控制所述主開關(guān)的柵極電壓，從而控制主開關(guān)的動作。優(yōu)選地，所述的主開關(guān)為P溝道功率MOSFET或者N溝道功率M0SFET。優(yōu)選地，所述的放大電路包括一軌到軌的運(yùn)算放大器，用于將負(fù)載電流值按照預(yù) 設(shè)的比例轉(zhuǎn)換成電壓值。優(yōu)選地，所述鎖存電路包括一軌到軌的運(yùn)算放大器，用于實(shí)現(xiàn)電壓與閾值的比較 并將過流狀態(tài)保持住。優(yōu)選地，所述操作電路包括兩個(gè)與所述主開關(guān)溝道類型相同的M0SFET，用于切斷
主開關(guān)。優(yōu)選地，所述操作電路還包括發(fā)光二極管，用于在出現(xiàn)過流狀態(tài)時(shí)，在操作電路中 的MOSFET的操作下點(diǎn)亮，指示出現(xiàn)過流狀態(tài)。優(yōu)選地，所述復(fù)位電路包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，第一開關(guān)為手動的開關(guān)按鈕，或 者是邏輯電平控制的MOSFET開關(guān)、或固態(tài)繼電器、或由微控制器控制的光耦合器，當(dāng)所述第二開關(guān)預(yù)先接地后，關(guān)閉第一開關(guān)，從而將電路進(jìn)行復(fù)位；當(dāng)所述第二開關(guān)預(yù)先接通電源 時(shí)，關(guān)閉第一開關(guān)，從而將供電路徑強(qiáng)行切斷。優(yōu)選地，所述指示電路包括一微控制器過流監(jiān)控設(shè)備，用于通過邏輯電平的變化 來指示過載電流狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種火災(zāi)報(bào)警控制裝置，包括如前任意所述的監(jiān)控負(fù)載電流的電路。本發(fā)明還通過了一種監(jiān)控負(fù)載電流的方法，用于檢測電路中的過載電流，該方法 包括按照預(yù)定比例將流過感應(yīng)電阻的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換成電壓值，將所述電壓值與閾值進(jìn)行 比較，當(dāng)所述電壓值達(dá)到閾值時(shí)，確定有過載電流的狀況存在，切斷供電路徑，并將過流狀 態(tài)保持住。優(yōu)選地，當(dāng)確定有過載電流的狀況存在時(shí)，通過發(fā)光二極管和/或者微控制器過 流監(jiān)控設(shè)備來指示。利用本發(fā)明實(shí)施例所提供的監(jiān)控負(fù)載電流的電路、方法和火災(zāi)報(bào)警控制裝置，一 旦電路負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)的閾值，也就是說出現(xiàn)過流時(shí)，就會在50微秒內(nèi)切斷電源供電路 徑，鎖定過流狀態(tài)，避免影響控制器內(nèi)的電路的正常供電。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種由單獨(dú)的電源來供電的用戶設(shè)備示意圖；圖2是一種使用火災(zāi)報(bào)警控制器內(nèi)部電源通過負(fù)載電流監(jiān)控電路(集成在直流電 源輸出端口中)給用戶設(shè)備供電的示意圖；圖3是本發(fā)明提供的一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的另外一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是在一種場景下的電源上電和負(fù)載狀況發(fā)生變化和復(fù)位開關(guān)進(jìn)行操作時(shí)，負(fù) 載電壓和電流波形圖；圖6是圖5的部分詳圖；圖7是在另外一種場景下的電源上電和負(fù)載狀況發(fā)生變化和復(fù)位開關(guān)進(jìn)行操作 時(shí)，負(fù)載電壓和電流波形圖；圖8是本發(fā)明第三種場景下的電源上電和負(fù)載狀況發(fā)生變化和復(fù)位開關(guān)進(jìn)行操 作時(shí)，負(fù)載電壓和電流波形圖；圖9是本發(fā)明提供的一種監(jiān)控負(fù)載電流的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明提供了一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路，一旦超過預(yù)設(shè)的閾值，也就是說出現(xiàn)過 流時(shí)，就會在50微秒內(nèi)切斷電源供電路徑，鎖定過流狀態(tài)。在用戶需要時(shí)，還可以復(fù)位電 路，以便在過流狀況消除后，設(shè)法恢復(fù)電源供電。在第一次上電和復(fù)位電源階段，還會考慮 到上電電壓上升速率的控制。
一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路，包括負(fù)載、電源、用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的負(fù)載電流感 應(yīng)電阻、用于控制電源通斷的主開關(guān)，還包括MOSFET偏置電路1，用于控制所述主開關(guān)的柵極電壓，從而控制主開關(guān)的動作。放大電路2，用于將流過負(fù)載電流感應(yīng)電阻的負(fù)載電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，在不進(jìn)行 放大的情況下，比較閾值對精度的要求比較敏感，易因溫度變化或電壓波動而導(dǎo)致誤動作。操作電路3，用于在所述電壓值超過閾值時(shí)切斷供電路徑，并發(fā)出過流狀況指示信 號，在本申請中，將出現(xiàn)此種狀況信號時(shí)的電路稱為電路處于“過流狀態(tài)”。鎖存電路5，用于在收到所述指示信號后，通過運(yùn)算放大器的正反饋將過流信號保 持住，在本申請中，將對過流信號的此種操作稱為“鎖存”，將處于此種狀態(tài)的電路稱為電路 處于“鎖存狀態(tài)”或者“過流鎖存狀態(tài)”。 另外，還包括了復(fù)位電路4，用于將電路從鎖存狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)，還包括了指示電路6，用于通知微控制器目前是否處于過流狀態(tài)。其中，所述MOSFET偏置電路1包括電源Vl和主開關(guān)Ml之間耦合的電容Cl。其中，所述的主開關(guān)Ml為P溝道功率MOSFET或者N溝道功率M0SFET。其中，所述的放大電路2包括一軌到軌的運(yùn)算放大器U1，用于將負(fù)載電流值按照 預(yù)設(shè)的比例轉(zhuǎn)換成電壓值。其中，所述鎖存電路5包括一軌到軌的運(yùn)算放大器U2，用于實(shí)現(xiàn)電壓比較并將過 流狀態(tài)鎖存。其中，所述操作電路3包括兩個(gè)與所述主開關(guān)溝道類型相同的M0SFETM2、M3，用于 在過流狀況發(fā)生時(shí)切斷主開關(guān)Ml并點(diǎn)亮過流狀態(tài)指示燈D4。其中，所述復(fù)位電路4包括第一開關(guān)Sl和第二開關(guān)S2，第一開關(guān)Sl為手動的開關(guān) 按鈕，或者是邏輯電平控制的MOSFET開關(guān)、或固態(tài)繼電器、或由微控制器控制的光耦合器， 當(dāng)所述第二開關(guān)S2預(yù)先接地后，關(guān)閉第一開關(guān)Si，從而將電路進(jìn)行復(fù)位；當(dāng)所述第二開關(guān) S2預(yù)先接通電源時(shí)，關(guān)閉第一開關(guān)Sl，從而將供電路徑強(qiáng)行切斷。其中，所述指示電路6包括一微控制器過流監(jiān)視設(shè)備，用于通過邏輯電平的變化 來檢測過載電流。其中，所述操作電路3包括一發(fā)光二極管D4，用于在出現(xiàn)過流狀態(tài)時(shí)進(jìn)行指示。如圖3所示的本發(fā)明電路的一種實(shí)施例，包括電源(VI)、用于電流檢測并連接電 源(Vl)的負(fù)載電流感應(yīng)電阻(Rl)、用于控制電源通斷的主開關(guān)(Ml)以及用于避免Ml的漏 極在空載情況下浮空的空載偏置電阻(RS2)，另外還包括用于控制Ml的柵極電壓的MOSFET 偏置電路1、用于將負(fù)載電流值轉(zhuǎn)換成成比例的電壓值的放大電路2、用于切斷供電路徑和 過流指示的操作電路3、用于從鎖存狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)的復(fù)位電路4、用于將過流保護(hù)狀 態(tài)保持住的鎖存電路5，以及可以讓微控制器知道目前電路是否處于過流保護(hù)狀態(tài)的指示 電路6。在本實(shí)施例中，主開關(guān)Ml可以是P溝道功率MOSFET或者稱上位開關(guān)，也可以如圖 4所示為N溝道功率MOSFET或者稱下位開關(guān)?，F(xiàn)在以一個(gè)完整的實(shí)施例來說明本發(fā)明提供的電路的工作原理。在開啟電源時(shí)，電容Cl會在主開關(guān)Ml的柵極和源極之間提供一條短路通路，使Ml 保持在關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電源穩(wěn)定后，電容Cl會通過電阻R5放電，電源開關(guān)Ml會平穩(wěn)打開。這 一特征使得電路可以連接大容量電源，通常這種電源的上電電壓上升速率非常低，比如為lV/ms。同樣，緩慢的電源開啟速度也可以承受較大的容性負(fù)載或者冷燈絲，而不致于造成 較大的上電沖擊電流。借助于運(yùn)算放大器Ul和U2 (運(yùn)算放大器為軌到軌輸出，具有IV/ μ s的壓擺率)， 并且Μ2和Μ3的開關(guān)速度較快，可以將發(fā)生過載電流狀況到完全關(guān)閉Ml的時(shí)間控制在 50 μ s之內(nèi)。具體而言，三極管Ql的集電極電壓和流過Ml的電流成正比，正常狀態(tài)下該電壓小 于R8和D2設(shè)置的閾值，一旦過流狀況發(fā)生，運(yùn)算放大器U2的輸出會被驅(qū)動到電壓上軌，該 電壓會導(dǎo)致Μ3被切斷，Μ2的柵極被RlO拉低，Μ2導(dǎo)通，Ml的柵極被拉高至與源極電壓相 同，因此Ml被切斷。這樣，根據(jù)Ul和U2的輸入變化到輸出變化的響應(yīng)速度，可以將發(fā)生過 載電流狀況到完全關(guān)閉Ml的時(shí)間控制在50 μ s之內(nèi)。對于功率MOSFET而言，50 μ s的脈沖電流額定值會非常高，比如為100Α，所以降低 了對限流電阻RS8阻值的要求，這有助于降低電路的輸出電阻。當(dāng)開關(guān)S2預(yù)先接地以后，一旦過載電流狀況消除，便可以通過關(guān)閉開關(guān)Si，復(fù)位 電路的過流鎖存狀態(tài)。開關(guān)Ml可以在不重新啟動電源的情況下再次平穩(wěn)啟動。Sl可以是 個(gè)手動的開關(guān)按鈕，或者是邏輯電平控制的MOSFET開關(guān)、或固態(tài)繼電器、或由微控制器控 制的光耦合器。如果復(fù)位信號按照程控定時(shí)的方式進(jìn)行控制，在消除過載電流狀況后，電路 可以自動地進(jìn)行復(fù)位重試，從而自動重新開啟電源，而無需人工介入。如果S2預(yù)先接通電 源，Sl開關(guān)接通之后便會強(qiáng)制切斷Ml。在主開關(guān)采用上位開關(guān)時(shí)，當(dāng)負(fù)載電阻為8 Ω，負(fù)載電容為300 μ F時(shí)，電源以IV/ ms的上電電壓上升速率從0升到MV。在第70ms時(shí)再增加一個(gè)8 Ω的負(fù)載電阻，從而加大 負(fù)載電流，使其產(chǎn)生過流狀況，第80ms時(shí)從負(fù)載中去掉新增加的8 Ω的負(fù)載電阻，在第90ms 開啟復(fù)位開關(guān)Si，在第IOOms關(guān)閉復(fù)位開關(guān)Si，并在第150ms時(shí)負(fù)載短路，第160ms從負(fù)載 中去掉短路，圖5為負(fù)載電壓和電流的波形圖，圖6為在短路時(shí)的電壓波形詳圖。同樣采用上位開關(guān)作為主開關(guān)時(shí)，當(dāng)負(fù)載短路而S2預(yù)先接地時(shí)，電源以lV/ms的 上電電壓上升速率從0升到MV，并在第IOOms時(shí)從負(fù)載中去掉短路，增加一個(gè)8 Ω的負(fù)載 電阻和300 μ F的負(fù)載電容，并在第120ms時(shí)開啟復(fù)位開關(guān)Si，在第130ms時(shí)關(guān)閉復(fù)位開關(guān) Si，圖7示出了這種場景下的負(fù)載電壓和電流的波形圖。在第三種場景下，首先增加一個(gè)8 Ω的負(fù)載電阻，并將開關(guān)S2連接到MV的電源 上，電源以lV/ms的上電電壓上升速率從0升到24V,在第80ms時(shí)開啟復(fù)位開關(guān)Si，在第 IOOms關(guān)閉復(fù)位開關(guān)Si，圖8示出了這種情況下的負(fù)載電壓和電流的波形圖?？梢钥吹剑ㄟ^以上三個(gè)不同的場景，一旦出現(xiàn)過流時(shí)，就會在50微秒內(nèi)切斷電 源供電路徑，鎖定過流狀態(tài)。另外，可以通過圖3中的發(fā)光二極管LED D4或者指示電路中的邏輯電平變化來直 觀地指示過載電流，使得用戶可以知道目前電路是否處于過流保護(hù)狀態(tài)，如圖3所示，當(dāng)發(fā) 光二極管LED D4發(fā)光時(shí)，可以很直觀地告知目前電路處于過流保護(hù)狀態(tài)。本發(fā)明還提供了另外一種實(shí)施例，如圖4所示，其中主開關(guān)Ml為N溝道功率 MOSFET或者稱下位開關(guān)，詳細(xì)的工作原理與圖3所示的方案大致相同，此處不再贅述。本發(fā)明還提供了一種包括以上任意一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路的火災(zāi)報(bào)警控制裝 置，一旦超過預(yù)設(shè)的閾值，也就是說出現(xiàn)過流時(shí)，就會在50微秒內(nèi)切斷電源供電路徑，鎖定過流狀態(tài)。在用戶需要時(shí)，還可以復(fù)位電路，以便在過載狀況消除后，設(shè)法恢復(fù)電源供電。在 第一次上電和復(fù)位電源階段，還會考慮到上電電壓上升速率的控制。另外，本發(fā)明還提供了一種負(fù)載電流的檢測方法，如圖9所示，用于檢測由火災(zāi)報(bào) 警控制器供電的用戶設(shè)備的過載電流，在電源上電(SlOOa)后，主開關(guān)開啟(SlOOb)，然后 按照預(yù)定比例將流過感應(yīng)電阻的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換成電壓值(SlOl)，將所述電壓值與閾值進(jìn)行 比較(S102)，當(dāng)所述電壓值沒有達(dá)到閾值時(shí)，正常供電(S103)，而當(dāng)所述電壓值達(dá)到閾值 時(shí)，確定有過載電流的狀況存在(S104)。同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)過載電流時(shí)，切斷供電路徑，并將過流狀態(tài)保持住，當(dāng)確定有過載電 流的狀況存在時(shí)，還可以通過發(fā)光二極管和/或者微控制器過流監(jiān)視設(shè)備來指示(S105)， 并通過復(fù)位開關(guān)將電路從鎖存狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)(S106)，隨后主開關(guān)開啟(SlOOb)JS 續(xù)對負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合， 均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路，用于監(jiān)控所述負(fù)載的電流，其特征在于，包括電源、用于 感應(yīng)所述負(fù)載電流的負(fù)載電流感應(yīng)電阻、用于控制電源通斷的主開關(guān)，還包括MOSFET偏置電路，用于控制主開關(guān)的動作，放大電路，用于將流過負(fù)載電流感應(yīng)電阻的負(fù)載電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，操作電路，用于在所述電壓值超過閾值時(shí)切斷所述負(fù)載的供電路徑，并發(fā)出電路處于 過流狀態(tài)的指示信號，鎖存電路，用于將所述過流狀態(tài)保持住。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，還包括復(fù)位電路，用于將所述電路從過流鎖 存狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，還包括指示電路，用于顯示電路目前是否處 于過流狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述MOSFET偏置電路包括電源與主開關(guān)間 的耦合電容，所述MOSFET偏置電路通過控制所述主開關(guān)的柵極電壓，從而控制主開關(guān)的動作。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述的主開關(guān)為P溝道功率MOSFET或者N 溝道功率MOSFET。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述的放大電路包括一軌到軌的運(yùn)算放大 器，用于將負(fù)載電流值按照預(yù)設(shè)的比例轉(zhuǎn)換成電壓值。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述鎖存電路包括一軌到軌的運(yùn)算放大器， 用于實(shí)現(xiàn)電壓與閾值的比較并將過流狀態(tài)保持住。
8.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述操作電路包括兩個(gè)與所述主開關(guān)溝道 類型相同的M0SFET，用于切斷主開關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述操作電路還包括發(fā)光二極管，用于在出 現(xiàn)過流狀態(tài)時(shí)，在所述操作電路中的MOSFET的操作下點(diǎn)亮，指示出現(xiàn)過流狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述復(fù)位電路包括第一開關(guān)和第二開關(guān)， 第一開關(guān)為手動的開關(guān)按鈕，或者是邏輯電平控制的MOSFET開關(guān)、或固態(tài)繼電器、或由微 控制器控制的光耦合器，當(dāng)所述第二開關(guān)預(yù)先接地后，關(guān)閉第一開關(guān)，從而將電路進(jìn)行復(fù) 位；當(dāng)所述第二開關(guān)預(yù)先接通電源時(shí)，關(guān)閉第一開關(guān)，從而將供電路徑切斷。
11.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述指示電路包括一微控制器過流監(jiān)視設(shè) 備，用于通過檢測邏輯電平的變化來指示電路是否處于過載狀態(tài)。
12.一種火災(zāi)報(bào)警控制裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至11任意一項(xiàng)所述的監(jiān)控 負(fù)載電流的電路。
13.—種監(jiān)控負(fù)載電流的方法，用于檢測電路中的過載電流，該方法包括按照預(yù)定比 例將流過感應(yīng)電阻的負(fù)載電流轉(zhuǎn)換成電壓值，將所述電壓值與閾值進(jìn)行比較，當(dāng)所述電壓 值達(dá)到閾值時(shí)，確定有過載電流的狀況存在，切斷供電路徑，并將過流狀態(tài)保持住。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)確定有過載電流的狀況存在時(shí)，通過發(fā) 光二極管和/或微控制器過流監(jiān)視設(shè)備來指示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種監(jiān)控負(fù)載電流的電路、方法和火災(zāi)報(bào)警控制裝置，該電路包括電源、用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的負(fù)載電流感應(yīng)電阻、用于控制電源通斷的主開關(guān)，還包括用于控制主開關(guān)動作的MOSFET偏置電路，用于將流過負(fù)載電流感應(yīng)電阻的負(fù)載電流值轉(zhuǎn)換成電壓值的放大電路，用于在所述電壓值超過閾值時(shí)切斷負(fù)載的供電路徑，并發(fā)出過流狀況指示信號的操作電路，以及用于將過流信號保持住的鎖存電路。一旦電路負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)的閾值，也就是說出現(xiàn)過流時(shí)，就會在50微秒內(nèi)切斷電源供電路徑，鎖定過流狀態(tài)，避免影響控制器內(nèi)的電路的正常供電。
文檔編號H02H3/08GK102130436SQ201010001018
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者宜帆 申請人:西門子公司