本发明涉及工程机械领域， 特别涉及一种过压保护电路及电流采样装 置。 背景技术

目前， 工程机械用的控制器中， 电流型 AD (模 /数）采样方案一般为： 使用经过一个电路开关将 250Ω的采样电阻打开，这样 4~20mA的电流信号 就转换成了 0~5V的电压信号， 经过单片机的 AD端口进行采样。

但是， 在实际接线过程中， 用户可能会将 AD端口误接到 24V驱动电 源上， 这样采样电阻的功率就会急剧增加到 2.3W以上， 更为严重的是， 在 车载电源中， 电压有可能达到 28V, 这时功率会增加到 3.1W以上。 然而， 控制器上的采样电阻（ 1206封装）一般只有 1/4W的功率， 在这种情况下， 采样电阻会被烧坏。 发明内容

有鉴于此， 本发明提出一种过压保护电路及电流采样装置 ， 以解决采 样电路中采样电阻因过压而被烧坏的问题。

为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的：

一方面， 本发明提供了一种过压保护电路， 该电路包括： 使能开关， 配置为控制与采样电阻串联的采样电阻开关的 开合； 比较器， 其一端设有 对外接口， 另一端与所述使能开关的使能端连接； 所述比较器根据其比较 结果确定是否使能所述使能开关的使能端。

上述电路中， 所述比较器包括： 第一比较电路， 其一端设有第一对外 接口， 另一端分别与所述使能开关的使能端连接； 第二比较电路， 其一端 设有第二对外接口， 另一端分别与所述使能开关的使能端连接。

其中， 所述第一比较电路包括： 第一比较放大电路， 其与所述第一对 外接口连接， 该第一比较放大电路配置为比较所述第一对外 接口的接入电 压值和指定电压值的大小， 并在所述第一对外接口的接入电压值高于所述 指定电压值时， 所述第一比较放大电路的输出偏转； 第一钳位电路， 其与 所述第一比较放大电路连接， 该第一钳位电路配置为控制所述使能开关使 能端的电压值。

其中， 所述第二比较电路包括： 第二比较放大电路， 其与所述第二对 外接口连接， 该第二比较放大电路配置为比较所述第二对外 接口的接入电 压值和指定电压值的大小， 并在所述第二对外接口的接入电压值高于所述 指定电压值时， 所述第二比较放大电路的输出偏转； 第二钳位电路， 其与 所述第二比较放大电路连接， 该第二钳位电路配置为控制所述使能开关使 能端的电压值； 其中， 所述指定电压值为根据所述接入电压值设置的 判断 误接的参考值。

优选的是， 上述电路还包括： 控制器， 该控制器与所述第一、 第二比 较放大电路的输出端连接， 并配置为监测是否有误接信息以判断所述第一 、 第二对外接口是否误接。

优选的是， 上述电路还包括： 报警器， 该报警器与所述控制器连接， 且该报警器配置为在所述控制器监测到误接信 息时进行故障报警。

优选的是， 上述电路还包括： 故障分析器， 该故障分析器与所述控制 器连接， 且该故障分析器配置为在所述控制器监测到误 接信息时对故障进 行诊断。

上述电路中， 所述第一比较放大电路包括： 第一分压调节器， 其与所 述第一对外接口连接， 该第一分压调节器配置为根据所述第一对外接 口接 入的外接电压值的大小选取不同的分压电阻及 所述指定电压值； 第一运算 放大器， 其输入端的负极与所述第一分压调节器连接， 正极接入供电电压， 所述第一运算放大器的输出端与所述第一钳位 电路连接。

上述电路中， 所述第二比较放大电路包括： 第二分压调节器， 其与所 述第二对外接口连接， 该第二分压调节器配置为根据所述第二对外接 口接 入的外接电压值的大小选取不同的分压电阻及 所述指定电压值； 第二运算 放大器， 其输入端的负极与所述第二分压调节器连接， 正极接入供电电压， 所述第二运算放大器的输出端与所述第二钳位 电路连接。

上述电路中， 所述使能开关包括： 第一使能开关和第二使能开关； 所 述采样电阻开关包括第一采样电阻开关和第二 采样电阻开关； 其中， 所述 第一使能开关的使能端与所述比较器连接， 所述第一使能开关配置为控制 第一采样电阻开关的开合； 所述第二使能开关的使能端与所述比较器连接 ， 所述第二使能开关配置为控制第二采样电阻开 关的开合。

上述电路中， 所述采样电阻包括： 第一采样电阻， 其一端与所述第一 采样电阻开关连接， 另一端与所述第一对外接口连接； 第二采样电阻， 其 一端与所述第二采样电阻开关连接， 另一端与所述第二对外接口连接。

另一方面， 本发明还提供一种电流采样装置， 该电流采样装置设置有 上述任一种所述的过压保护电路。

相对于现有技术， 本发明具有以下优势：

本发明过压保护电路中， 所述比较器能实现两个短路检测， 每一路电 流检测通过设置分压电阻、 钳位二极管和运算放大器来实现。 因此， 本发 明不仅能够有效保护采样电阻， 而且设计筒单， 成本低廉。 并且， 本发明 设计的过压保护电路结合比较器和使能开关， 响应时间短， 采样电阻来不 及发热管子就已经关断。 值得一提的是， 即使采样电阻长时间接在 24V驱 动电源上， 也不会发热， 可靠性好。

本发明提供的一种电流采样装置设置有所述过 压保护电路， 由于所述 过压保护电路具有上述技术效果， 因此， 设有所述过压保护电路的电流采 样装置也应具备相应的技术效果。 附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明 的进一步理解， 本发明 的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中：

图 1为本发明过压保护电路实施例的使能开关示� �图；

图 2为本发明过压保护电路实施例的电气原理框� �；

图 3为本发明过压保护电路实施例的电路示意图� �

图 4为本发明过压保护电路另一实施例的电气原� �框图示意图； 图 5为本发明过压保护电路另一实施例的电路示� �图。 具体实施方式 需要说明的是， 在不沖突的情况下， 本发明中的实施例及实施例中的 特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。

本发明的基本思想在于： 本发明提出的过压保护电路设计一种使能开 关以将采样电阻的功能打开， 还设计一种比较器以实现两个短路检测， 当 用户误接入非电流采样电源后， 自动将使能开关关闭， 进而关闭采样电阻 开关， 以保护采样电阻不被烧毁。 因此， 本发明不仅能够在很短的响应时 间内， 自动关断采样电阻开关， 有效保护采样电阻， 而且设计筒单， 成本 低廉。 这里，所述非电流采样电源为电流采样模式中 电压为 0~5V之外的驱动 电源，例如： 所述非电流采样电源可指电源电压为 12V、 19V、 24V、或 36V 的电源。

基于上述思想， 本发明实施例提供一种过压保护电路， 该过压保护电 路包括： 使能开关和比较器。 其中， 所述使能开关配置为控制与采样电阻 串联的采样电阻开关的开合； 所述比较器的一端设有对外接口， 另一端与 所述使能开关的使能端连接。 并且， 所述比较器根据其比较结果确定是否 使能所述使能开关的使能端。

需要指出的是， 所述对外接口可为模拟输入（AI )接口， 但并不仅限 于 AI接口， 本实施例也可采用其他类型的符合采样要求的 接口。 本实施例 中， 当所述对外接口 （如 AI接口）进入电流采样模式时， 所述使能开关将 采样电阻的功能打开， 且在打开时， 所述使能开关的使能端置高电平。

参照图 1 , 其示出了本实施例使能开关的电路实例示意图 。 所述使能开 关为由二极管、 逻辑门电路构成的电子开关， 如 BTS3408电子开关。 如图 1所示， 构成所述使能开关的所述二极管一端接地， 另一端与逻辑门电路连 接。 采样电阻1 采样的一端与采样电阻开关连接， 另一端与 AI接口连接。 其 中， 与所述采样电阻开关相连的一端接地。 本实施例中， 所述使能开关配 置为控制所述采样电阻开关的开合， 而且， 所述使能开关可与所述采样电 阻开关集成在芯片中。 所述使能开关的使能端与所述比较器连接、 另一端 与控制器如单片机控制端连接。

可替换的是， 所述使能开关也可采用继电器接入采样电阻或 其他控制 单元打开的方式实现。

参照图 2, 其示出了本发明过压保护电路实施例的电气原 理框图。如图 2所示， 本实施例的过压保护电路中， 存在两个所述使能开关， 即： 第一使 能开关和第二使能开关。 对应的， 存在两个所述采样电阻开关， 即： 第一 采样电阻开关和第二采样电阻开关。

其中， 所述第一使能开关的使能端与所述比较器连接 ， 所述第一使能 开关配置为控制第一采样电阻开关的开合； 所述第二使能开关的使能端与 所述比较器连接， 所述第二使能开关配置为控制第二采样电阻开 关的开合。 所述采样电阻包括： 第一采样电阻和第二采样电阻。 所述第一采样电阻的 一端与所述第一采样电阻开关连接， 另一端与所述第一对外接口连接。 所 述第二采样电阻的一端与所述第二采样电阻开 关连接， 另一端与所述第二 对外接口连接。

本实施例中， 为实现采用一个比较器进行两个短路检测， 所述比较器 进一步包括： 第一比较电路和第二比较电路。 其中， 所述第一比较电路的 一端设有第一对外接口， 另一端分别与所述使能开关的使能端连接。 所述 第二比较电路的一端设有第二对外接口， 另一端分别与所述使能开关的使 能端连接。

进一步来讲， 所述第一比较电路包括： 第一比较放大电路和第一钳位 电路。 其中， 所述第一比较放大电路与所述第一对外接口连 接， 该第一比 较放大电路配置为比较所述第一对外接口的接 入电压值和指定电压值的大 小， 并在所述第一对外接口的接入电压值高于所述 指定电压值时， 所述第 一比较放大电路的输出偏转。 所述第一钳位电路与所述第一比较放大电路 连接， 该第一钳位电路配置为控制所述使能开关使能 端的电压值。

需要说明的是， 所述指定电压值为根据所述接入电压值设置的 判断误 接的参考值。 本实施例中， 所述指定电压值能够根据可能误接入的非电流 采样电源的电压值进行设置。 一般来讲， 当所述第一对外接口的接入电压 值高于所述指定电压值， 所述第一比较放大电路的输出偏转， 所述第一钳 位电路将所述使能开关的使能端的电压置为低 电平， 使所述使能开关关闭， 从而对采样电阻起到保护作用。 例如： 采样电阻 R采样的阻值是 250欧姆， 最大功率是 1/16W, 那么根 P=U*U/R, 得出采样电阻两端能忍受的最大电压值 U _max 。 一般， 可约定 比较器正向输入管脚的基准电压是 2.5V, 负向输入管脚接入的分压电阻分 别为 Rl、 R2, 那么计算公式为 U _max x (R2/(R1+R2))=2.5V, 从而得出 Rl、 R2的值。

更进一步来讲， 所述第一比较放大电路包括： 第一分压调节器和第一 运算放大器。 其中， 所述第一分压调节器与所述第一对外接口连接 ， 该第 一分压调节器配置为根据所述第一对外接口接 入的外接电压值的大小选取 不同的分压电阻及所述指定电压值。 所述第一运算放大器输入端的负极与 所述第一分压调节器连接， 正极接入供电电压， 所述第一运算放大器的输 出端与所述第一钳位电路连接。

与所述第一比较电路的结构相似的是， 所述第二比较电路包括： 第二 比较放大电路和第二钳位电路。 其中， 所述第二比较放大电路与所述第二 对外接口连接， 该第二比较放大电路配置为比较所述第二对外 接口的接入 电压值和指定电压值的大小， 并在所述第二对外接口的接入电压值高于所 述指定电压值时， 所述第二比较放大电路的输出偏转。 所述第二钳位电路 与所述第二比较放大电路连接， 该第二钳位电路配置为控制所述使能开关 使能端的电压值。

更进一步来讲， 所述第二比较放大电路包括： 第二分压调节器和第二 运算放大器。 第二分压调节器所述第二对外接口连接， 该第二分压调节器 配置为根据所述第二对外接口接入的外接电压 值的大小选取不同的分压电 阻及所述指定电压值。 第二运算放大器输入端的负极与所述第二分压 调节 器连接， 正极接入供电电压， 所述第二运算放大器的输出端与所述第二钳 位电路连接。

需要指出的是， 当所述比较器中的第一比较电路和 /或第二比较电路误 接到非电流采样电源时， 所述第一使能开关、 第二使能开关均会关闭， 以 关闭第一、 第二采样电阻开关， 从而对第一、 第二采样电阻进行保护。 因 此， 本实施例通过采用两路具有电流检测功能的比 较电路和使能开关， 能 够实现对采样电阻的过压保护。

由此可见， 本实施例的比较器能实现两个短路检测。 这里， 结合图 3 所示的电路示意图， 以实例对上述实施例作进一步说明：

参照图 3, 其示出了过压保护电路实例的示意图， 该过压保护电路实例 中， 主要包括使能开关和比较器两部分， 其中， 所述比较器包括两个比较 电路一一第一比较电路、 第二比较电路。 本实例存在两个所述使能开关， 即： 第一使能开关和第二使能开关。 对应地， 存在两个所述采样电阻开关， 即： 第一采样电阻开关和第二采样电阻开关； 以及， 两个采样电阻， 即： 第一采样电阻 R 采样 和第二采样电阻 R 采样 ₂ 。 第一采样电阻 R 采样 的一端与 所述第一采样电阻开关连接， 另一端与所述 AI接口 1连接。 第二采样电阻 R采样 2的一端与所述第二采样电阻开关连接， 另一端与所述 AI接口 2连接， 如图 3所示。

本实例中， 第一比较电路中设有分压电阻 Rll、 分压电阻 R12、钳位二 极管 Dl、 运算放大器； 其中， 分压电阻 R11—端与 AI接口 1连接， 另一 端与运算放大器负极连接； 分压电阻 R12—端与运算放大器负极连接， 另 一端接地。 运算放大器阳极接供电电源， 如 3.3V供电电源 3V3, 运算放大 器的输出端接钳位二极管 D1 ,钳位二极管 D1的另一端与第一使能开关 K1、 第二使能开关 K2的使能端连接， 控制所述第一使能开关 Kl、 第二使能开 关 Κ2的开合， 即控制第一采样电阻开关、 第二采样电阻开关的开合。 本实 施例各部件的进一步的连接关系可参照图 3所示， 这里不再做详细说明。

与上述第一比较电路相似的是， 所述第二比较电路设有分压电阻 R21、 分压电阻 R22、 钳位二极管 D2、 运算放大器； 其中， 分压电阻 R21—端与 AI接口 2连接， 另一端与运算放大器负极连接； 分压电阻 R22—端与运算 放大器负极连接， 另一端接地。 其余各部件的连接关系与所述第一比较电 路对应部件的连接关系相似， 因此其余各部件的进一步的连接关系可参照 图 3所示， 这里不再做详细说明。

本实施例如此设计的优势在于： 将两路比较电路放置在使能开关的使 能脚的前端， 当在电流采样时， AI接口 1、 和 /或 AI接口 2接入的电压值高 于指定电压值时， 如误接入 24V驱动电源时， 运算放大器的输出偏转。 同 时， 使用钳位二极管将使能开关的使能端的电压值 置于低电平， 从而关闭 使能开关， 进而关闭采样电阻开关， 从而保护采样电阻不会被烧毁。 需要 强调的是， 本实施例设计的比较器和使能开关， 不仅能实现电流检测功能 和对采样电阻的过压保护， 而且设计筒单， 成本低廉。 此处， 结合图 4和图 5对本发明的优选实施例作进一步说明： 如图 4所示， 在前述实施例的基础上， 本实施例的过压保护电路还优 选设有控制器， 该控制器分别与所述第一、 第二比较放大电路的输出端连 接， 用于监测是否有误接信息， 以判断所述第一、 第二对外接口是否误接。

需要说明的是， 本实施例的控制器可为微控制器、 单片机等， 通过将 所述比较器的输出接入到微控制器的管脚或单 片机的控制端， 就能检测到 误接的信息。 所述误接的信息用于向用户及控制器处理单元 提供报警信息， 故障报警指示单元会给出警示， 同时所述控制器的处理单元会迅速闭电流 开关。

优选的是， 本实施例的过压保护电路还设有报警器， 该报警器与所述 控制器连接， 且该报警器配置为在所述控制器监测到误接信 息时进行故障 报警。

需要指出的是， 本实施例设置的报警器不仅能实现故障报警， 而且能 提高过压保护的可靠性， 更加安全可靠。 更为优选的是， 本实施例的过压保护电路还设有故障分析器， 该故障 分析器与所述控制器连接， 且该故障分析器配置为在所述控制器监测到误 接信息时对故障进行诊断。 因此， 本实施例针对用户的误接， 还提供故障 诊断功能。

需要说明的是， 所述处理器收到故障报警以后， 会关闭电流开关， 将 采样模式转换成电压模式， 这样可以定位到用户误接的端口， 该端口的功 能将会关闭， 而且应用程序也将检测到这一信息而自动对该 端口上的数据 进行屏蔽， 而不影响整个运动控制器的使用。 在电压型采样模式下， 当用 户恢复了正常的接线以后， 电流开关能自动的切换成正常模式， 控制单元 正常运行。

由上述各实施例可得出， 本发明设计的各过压保护电路实施例优势在 于：

本发明过压保护电路中， 所述比较器能实现两个短路检测， 每一路电 流检测通过设置分压电阻、 钳位二极管和运算放大器来实现。 因此， 本发 明不仅能够有效保护采样电阻， 而且设计筒单， 成本低廉。 并且， 本发明 设计的过压保护电路结合比较器和使能开关， 响应时间短， 采样电阻来不 及发热管子就已经关断。 值得一提的是， 即使采样电阻长时间接在 24V驱 动电源上， 也不会发热， 可靠性好。

本发明实施例还提供了一种电流采样装置， 该电流采样装置设置有上 述任一实施例所述的过压保护电路。 由于上述任一实施例所述的过压保护 电路具有上述技术效果， 因此， 设有所述过压保护电路的电流采样装置也 应具备相应的技术效果， 其具体实施过程与上述实施例类似， 兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在 本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包 含在本发明的保护范围之内。 工业实用性

本发明提供的过压保护电路及电流采样装置， 能够实现两个短路检测， 每一路电流检测通过设置分压电阻、 钳位二极管和运算放大器来实现。 因 此， 本发明不仅能够有效保护采样电阻， 而且设计筒单， 成本低廉。 并且, 本发明设计的过压保护电路结合比较器和使能 开关， 响应时间短， 采样电 阻来不及发热管子就已经关断。 值得一提的是， 即使采样电阻长时间接在

24V驱动电源上， 也不会发热， 可靠性好。 因此， 本发明具有工业实用性。