專利名稱：基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體地說，涉及一種應(yīng)用于電池電源管理系統(tǒng)實現(xiàn)短路保護的短路保護電路。
背景技術(shù)：
磷酸鐵鋰動力電池是一種新型、高效、安全、無污染的新能源電池。由于其優(yōu)異的性能，在新能源乘用車、通信、礦山、風(fēng)力與太陽能發(fā)電的儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域和行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池電源管理系統(tǒng)一般具有低電壓、大電流、小體積的特性，工作電流可達30A以上，磷酸鐵鋰電池在使用過程中需要電池電源管理系統(tǒng)(BMS)進行維護和管理。因此，電池電源管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有的功能有(I)電池狀態(tài)管理；(2)充、放電管理；(3)短路保護，而如何實現(xiàn)電池電源管理系統(tǒng)的短路保護是技術(shù)人員面臨的一大難題?，F(xiàn)有的短路保護措施有以下幾種(I)采用傳統(tǒng)保險絲、空氣開關(guān)等方法，這些方法將會產(chǎn)生一定的壓降，功耗大、成本高，且無自恢復(fù)功能；(2)采用軟件檢測的方法，軟件檢測雖可以實現(xiàn)自恢復(fù)的功能，但不能保證短路保護動作的及時性；(3)采用熱脫扣直流斷路器、電流互感器等方法，則需要根據(jù)型號進行配套使用，且型號難以匹配，同時還存在安裝困難、生產(chǎn)成本增加等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電池電源管理系統(tǒng)實現(xiàn)短路保護時存在的成本高、無自恢復(fù)能力等上述問題，提供了一種基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，該電、路成本低、效率高、可編程，且可自恢復(fù)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，該短路保護電路包括霍爾電流傳感器、繼電器和微處理器，微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC和I/O模塊，數(shù)字電壓比較器CMP通過一個限流電阻與霍爾電流傳感器電連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC與霍爾電流傳感器的輸出端電連接，I/O模塊與繼電器電連接；所述霍爾電流傳感器將檢測到的電流信號Ip轉(zhuǎn)換成電壓信號Ui,并將該電壓信號Ui傳送至數(shù)字電壓比較器CMP和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC用于測量電流的大小，數(shù)字電壓比較器CMP用于監(jiān)測電壓信號的閥值，一旦電壓信號Ui大于給定的參考電壓Uv，觸發(fā)數(shù)字電壓比較器CMP產(chǎn)生中斷信號，微處理器通過I/O模塊控制繼電器關(guān)閉，實現(xiàn)短路保護功能。優(yōu)選的是，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC檢測霍爾電流傳感器的輸出電壓，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便計算出檢測電流的大小，其計算公式如下Ip=k(U1-Uf),其中k為系數(shù)，與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和霍爾電流傳感器的性能參數(shù)有關(guān)，Uf是測量電流為零時的Ui值。本發(fā)明的有益效果為(I)本發(fā)明設(shè)有微處理器，且微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，結(jié)構(gòu)簡單，高效穩(wěn)定，可編程、成本低，具有自恢復(fù)功能；微處理器控制繼電器和數(shù)字電壓比較器CMP的開啟，實現(xiàn)延時等待，通過霍爾電流傳感器檢測電流信號并轉(zhuǎn)化為電壓信號，微處理器根據(jù)電壓信號控制數(shù)字電壓比較器CMP產(chǎn)生中斷信號，并在中斷過程中控制繼電器和數(shù)字電壓比較器CMP的關(guān)閉，實現(xiàn)短路保護功能，短路保護動作可在納秒級的時間內(nèi)完成，可有效防止設(shè)備短路事故的發(fā)生；(2)本發(fā)明通過微處理器實現(xiàn)任意大電流的短路保護功能，不僅能使用在電池電源管理系統(tǒng)的短路保護中，也可以應(yīng)用在其他的電源管理系統(tǒng)中實現(xiàn)短路保護和自恢復(fù)功能。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。一種基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，該短路保護電路包括霍爾電流傳感器、繼電器和微處理器，微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC和I/O模塊，數(shù)字電壓比較器CMP通過一個限流電阻與霍爾電流傳感器電連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC與霍爾電流傳感器的輸出端電連接，I/O模塊與繼電器電連接；所述霍爾電流傳感器將檢測到的電流信號Ip轉(zhuǎn)換成電壓信號Ui,并將該電壓信號Ui傳送至數(shù)字電壓比較器CMP和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC用于測量電流的大小，數(shù)字電壓比較器CMP用于監(jiān)測電壓信號的閥值，一旦電壓信號Ui大于給定的參考電壓Uv，觸發(fā)數(shù)字電壓比較器CMP產(chǎn)生中斷信號，微處理器通過I/O模塊控制繼電器關(guān)閉，實現(xiàn)短路保護功能。上述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC檢測霍爾電流傳感器的輸出電壓，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便計算出檢測電流的大`小，其計算公式如下=I1^k(U1-Ui)，其中k為系數(shù)，與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和霍爾電流傳感器的性能參數(shù)有關(guān)，Uf是測量電流為零時的Ui值。工作原理電池電源管理系統(tǒng)上電后運行自檢程序，系統(tǒng)正常工作后，微處理器通過I/o模塊開啟繼電器，隨后進入延時等待，延時時間根據(jù)電池電源管理系統(tǒng)的負載情況進行定義，對于非感性負載如電阻，延時時間可設(shè)置在毫秒級以內(nèi)，對于感性負載，延時時間需要延長，實驗測試時在5毫秒左右為宜，此處的延時設(shè)計決定了短路保護的動作時間和短路保護的靈敏度，時間越短，電池電源管理系統(tǒng)短路保護越迅速和靈敏，同時誤觸發(fā)短路保護的可能性也增加。延時到達后，通過數(shù)字電壓比較器CMP設(shè)定合理的參考電壓Uv，微控制器開啟數(shù)字電壓比較器CMP，電池電源管理系統(tǒng)中導(dǎo)線經(jīng)過霍爾電流傳感器時檢測電流Ip會產(chǎn)生磁力線，內(nèi)置在磁力線中霍爾電流傳感器可產(chǎn)生與檢測磁力線成正比、大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，然后轉(zhuǎn)換成幾伏電壓信號Ui,并存在關(guān)系式JpXNsXRm=Ui,其中，Ns是感應(yīng)電流放大系數(shù)，Rm是霍爾電流傳感器內(nèi)部的測量電阻；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC檢測霍爾電流傳感器的輸出電壓，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便計算出檢測電流的大小，其計算公式如下Ip=k(U1-Uf)，其中k為系數(shù)，與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和霍爾電流傳感器的性能參數(shù)有關(guān)，Uf是測量電流為零時的Ui值。當(dāng)線路電流Ip過大時，霍爾電流傳感器的輸出端電壓Ui將會大于參考電壓Uv，此時，觸發(fā)數(shù)字電壓比較器CMP產(chǎn)生中斷信號，微處理器接收到中斷信號后立即響應(yīng)，進行中斷任務(wù)處理，并通過I/O模塊控制繼電器關(guān)閉，并關(guān)閉數(shù)字電壓比較器CMP，即可實現(xiàn)短路保護功能。隨后進入自恢復(fù)階段，若電池電源管理系統(tǒng)正常，則微處 理器將再次開啟繼電器。
權(quán)利要求
1.一種基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，其特征在于該短路保護電路包括霍爾電流傳感器、繼電器和微處理器，微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC和I/O模塊，數(shù)字電壓比較器CMP通過一個限流電阻與霍爾電流傳感器電連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC與霍爾電流傳感器的輸出端電連接，I/O模塊與繼電器電連接；所述霍爾電流傳感器將檢測到的電流信號&轉(zhuǎn)換成電壓信號EZf并將該電壓信號EZi傳送至數(shù)字電壓比較器CMP和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC用于測量電流的大小，數(shù)字電壓比較器CMP用于監(jiān)測電壓信號的閥值，一旦電壓信號大于給定的參考電壓EZv,觸發(fā)數(shù)字電壓比較器CMP產(chǎn)生中斷信號，微處理器通過i/o模塊控制繼電器關(guān)閉，實現(xiàn)短路保護功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，其特征在于所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC檢測霍爾電流傳感器的輸出電壓，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便計算出檢測電流的大小，其計算公式如下其中k為系數(shù)，與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和霍爾電流傳感器的性能參數(shù)有關(guān)，是測量電流為零時的1/_值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于霍爾電流傳感器和數(shù)字電壓比較器的短路保護電路，該短路保護電路包括霍爾電流傳感器、繼電器和微處理器，微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC和I/O模塊，數(shù)字電壓比較器CMP通過一個限流電阻與霍爾電流傳感器電連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC與霍爾電流傳感器的輸出端電連接，I/O模塊與繼電器電連接。本發(fā)明設(shè)有微處理器，且微處理器內(nèi)設(shè)置有數(shù)字電壓比較器CMP和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊ADC，結(jié)構(gòu)簡單，高效穩(wěn)定，可編程、成本低，具有自恢復(fù)功能。
文檔編號H02H3/06GK103036194SQ20121053701
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者趙永瑞, 楊熙, 張興, 趙蒞龍, 張健 申請人:中國石油大學(xué)(華東)