CN102664394A - 一种直流极性检测与保护电路模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流极性检测与保护电路模块，包括输入单元、处理单元、开关驱动单元和功率变换单元；所述的输入单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1和二极管D2，所述处理单元分别与所述输入单元的输出端及所述开关驱动单元连接，所述开关驱动单元连接输入直流电源的正极及所述功率变换单元。本发明应用简单的电路实现输入直流电源极性的判断及反接保护功能，在设备本身不使用输入直流源作为工作电源时，也能提供输入直流电源正常极性，反向极性，没有连接三种状态的逻辑信号，系统的灵活性与可靠性高且成本低。

Description

一种直流极性检测与保护电路模块
技术领域
本发明涉及一种直流电源输入保护电路模块，尤其是一种能检测直流极性的保护电路模块。 
背景技术
目前，直流电源输入设备在大多数场合下对输入直流电源的极性是有要求的，不能随便连接。如电源极性接反会导致设备损坏或输入的直流电源，电池等的损坏，导致经济上的损失。防止电源反接可以通过连接件的接口，使直流电源的正负对应才能连接，反接则不能连接，从而避免出现极性的反接。但在一些场合，正负极性的连接件并不能做成特殊的连接件，而是相同的，此时，需要人工判断连接的极性并检查核对后，才能避免极性反接带来的损失，而人工检查是不可靠的。防止反接最简单的电路就是在直流源输入电路中串入二极管，利用二极管的单向导通，避免反接的损坏。但二极管在电流较大时，会带来不小的损耗，使效率降低，增加了设备的散热处理成本。 
为解决上面的问题，出现了一些防反接电路，采用低导通损耗的MOSFET等器件，取代二极管。目前已有技术，大多都是直流源输入就是该设备的工作电源输入，在直流源没连接前，设备并没有工作，并通过直流源的极性不同，控制一些开关器件，使反接时电路不能接通到设备中，以保护设备。但在设备本身不使用输入直流源作为工作电源时，设备已经工作的情况下，这种防反接电路无法判断极性是否接反，此外，也不能区分极性接反与直流输入没有连接的情况，只能把极性接反与无直流输入进行相同的处理，缺乏控制的灵活性和准确性。 
因此有必要研发出一种新型的直流极性检测与保护电路，使其应用简单的电路即可实现输入直流电源极性的判断及反接保护功能，降低系统成本；在设备本身不使用输入直流源作为工作电源时，也能提供输入直流电源正向极性，反向极性，没有连接三种状态的逻辑信号 以便区分处理，提高系统的灵活性与可靠性。 
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供了一种应用简单的电路实现输入直流电源极性的判断及反接保护功能，能提供输入直流电源正向极性，反向极性，没有连接三种状态的逻辑信号，系统的灵活性与可靠性高且成本低的直流极性检测与保护电路模块。 
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的： 
所述的一种直流极性检测与保护电路，包括输入单元、处理单元、开关驱动单元和功率变换单元，所述的输入单元包括电阻R1、二极管D1和二极管D2，所述电阻R1的一端是所述输入单元的输入端，与输入直流电源的正极连接，另一端是所述输入单元的输出端，分别与所述二极管D1的正极及所述二极管D2的负极连接，所述二极管D1的负极连接工作电源正VCC，所述二极管D2的正极连接工作电源地和输入直流电源的负极；所述处理单元分别与所述输入单元的输出端及所述开关驱动单元连接，所述开关驱动单元连接输入直流电源的正极及所述功率变换单元。 
进一步地，所述输入单元还包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2与所述二极管D1并联，所述电阻R3与所述二极管D2并联。 
作为方案1，所述处理单元是采用缓冲器。当输入直流电源正向连接时，二极管D1导通，使得二极管D1正极处的电压为VCC+Vd1(Vd1为二极管D1的导通压降)。通过选择合适的电阻R1的阻值，控制流过二极管D1的电流，可以使二极管D1的压降小于0.3V。这样得到接近电源电源VCC的高电平极性检测信号，经过缓冲器处理，加强驱动电流后，控制开关驱动单元3，将输入直流电源接入功率变换单元4。当输入直流电源反向连接时，二极管D2导通，使得二极管D2负极处的电压为-Vd2，同理得到接近OV的极性检测信号。低电平经过缓冲器后不足以驱动开关驱动单元3，从而使功率变换单元4与反接的输入直流电源断开，实现了极性反接的保护。 
作为方案2，所述处理单元是采用逻辑与门。这样可以将多路信号进行综合，在全部信号都为高电平时，逻辑与门才输入高电平，控制驱动单元3的开关闭合，否则输出低电平，使驱动单元3的开关断开。从而实现了主电路的保护电路与其它保护复用，节省了系统的成本。 
作为方案3，所述处理单元是微处理器。可以检测输入直流电源正向连接、反向连接和没有连接三种状态。电阻R2与二极管D1并联，电阻R3与二极管D2并联。 
进一步地，所述处理单元还包括A/D转换单元和逻辑处理单元。 
进一步地，所述的开关驱动单元是采用MOSFET。 
或者，所述开关驱动单元是采用继电器。 
采用MOSFET或继电器的设计具有导通阻抗低，损耗小的效果。在没有驱动信号时，保持断开状态；受处理单元2控制信号驱动下才能导通处于闭合状态，断开与闭合迅速且稳定可靠。 
本发明所述的一种直流极性检测与保护电路模块的工作原理是：当输入的直流源正向连接时，经过电阻R1限流后使二极管D1导通，在二极管D1的正极产生高电平；当输入的直流电源反接时，二极管D2导通，在二极管D2的负极产生低电平；当直流电源没有接入时，工作电源通过电阻R2和电阻R3分压，在电阻R2与电阻R3连接处产生中间电平；从而输入单元输出端产生3种电压值，高电平值表示直流极性正向，低电平值表示极性反接，中间电平值表示没有连接直流电源。输出信号送入处理单元进行判断处理后，输出控制信号到开关驱动电路，使输入直流电源与功率变换单元连接或断开，完成输入的保护。 
本发明的优点在于：提供了一种直流极性检测与保护电路模块，应用简单的电路实现输入直流电源极性的判断及反接保护功能，在设备本身不使用输入直流源作为工作电源时，也能提供输入直流电源正向极性，反向极性，没有连接三种状态的逻辑信号；输入电路只需要5个无源器件，且不依赖于输入直流电源来建立工作所需电源，成本低廉；三种状态检测使 系统获取的信息更多更准确，通过处理单元进行多样处理，提高了系统的灵活性与可靠性。 
附图说明
图1是本发明所述的一种直流极性检测与保护电路模块的原理方框示意图； 
图2是本发明所述的一种直流极性检测与保护电路模块的仅用于极性反接保护的实现电路框图； 
图3是本发明所述的一种直流极性检测与保护电路模块的具有复合控制功能的实现电路框图； 
图4是本发明所述的一种直流极性检测与保护电路模块的进行复杂逻辑控制与分析的实现电路框图； 
附图中分述标记如下：1、输入单元；2、处理单元；3、开关驱动单元；4、功率变换单元。 
具体实施方式
如附图1所示，一种直流极性检测与保护电路模块的原理方框示意图，包括输入单元1、处理单元2、开关驱动单元3和功率变换单元4。所述输入单元1的输入端与外部输入直流电源连接，输出端与所述处理单元2连接，所述处理单元2与所述开关驱动单元3连接，所述开关驱动单元3连接输入直流电源的正极及所述功率变换单元4，所述处理单元2根据所述输入单元1输出的极性检测信号进行判断，输出开关控制信号给所述开关驱动单元3，使输入直流电源与所述功率变换单元4进行连接或断开。 
实施例一，如附图2所示，一种直流极性检测与保护电路模块的仅用于极性反接保护的实现电路框图，输入单元1包括电阻R1、二极管D1和二极管D2，输入直流电源经过电阻R1限流后与二极管D1的正极及二极管D2的负极连接，输出极性检测信号，二极管D1的负极与工作电源VCC连接，二极管D2的正极与工作电源地连接；处理单元2采用缓冲器实现。当输入直流电源正向连接时，二极管D1导通，使得二极管D1正极处的电压为VCC+Vd1(Vd1为二 极管D1的导通压降)。通过选择合适的电阻R1的阻值，控制流过二极管D1的电流，可以使二极管D1的压降小于0.3V。这样得到接近电源VCC的高电平极性检测信号，经过缓冲器处理，加强驱动电流后，控制开关驱动单元3，将输入直流电源接入功率变换单元4。当输入直流电源反向连接时，二极管D2导通，使得二极管D2负极处的电压为-Vd2，同理得到接近OV的极性检测信号。低电平经过缓冲器后不足以驱动开关驱动单元3，从而使功率变换单元4与反接的输入直流电源断开，实现了极性反接的保护。 
实施例二，如附图3所示，一种直流极性检测与保护电路模块的具有复合控制功能的实现电路框图，与实现例一相比不同的是，处理单元2采用逻辑与门实现。这样可以将多路信号进行综合，在全部信号都为高电平时，逻辑与门才输入高电平，控制驱动单元3的开关闭合，否则输出低电平，使驱动单元3的开关断开。从而实现了主电路的保护电路与其它保护复用，节省了系统的成本。这里的处理单元2除了使用逻辑与门，还可以使用其它逻辑电路来实现具体所需的逻辑控制。 
实施例三，如附图4所示，一种直流极性检测与保护电路模块的进行复杂逻辑控制与分析的实现电路框图，与实现例一相比不同的是，输入单元1增加电阻R2和电阻R3，且处理单元2采用微处理器实现，可以检测输入直流电源正向连接、反向连接和没有连接三种状态。电阻R2与二极管D1并联，电阻R3与二极管D2并联。与实施例一类似，在输入直流电源正向连接和反向连接情况下，产生的极性检测信号分别为VCC+Vd1和-Vd2；当输入直流电源没有连接时，电源VCC经过电阻R2与电阻R3分压，产生极性电压为 
Figure BDA0000156978450000051
选取R2＝R3，则没有连接时，极性电压值为Vcc/2。微处理器内置A/D转换单元，三种电压值经过微处理器进行A/D转换后，得到转换的AD值分别为ADCmax、0和ADCmax/2(ADCmax是转换的最大值，参考电压与Vcc相等)。这样，转换结果高电压表示极性正向，低电压表示极性反接，中间电压表示直流电源没有连接，从而系统获取了完整的输入极性信息。极性信息送入微处理器的逻辑处理单元进行分析处理，输出相应的控制信号给开关驱动单元3，并进行其它告警等信 息的处理。 
上述三个实施例中的开关驱动单元3均可以采用MOSFET或继电器实现，导通阻抗低，损耗小。在没有驱动信号时，保持断开状态；受处理单元2控制信号驱动下才能导通处于闭合状态，断开与闭合迅速且稳定可靠。 
显然上述实施例不是对本发明的限制，上述的一种直流极性检测与保护电路模块还可以有其他许多变化。虽然已经结合上述例子详细讨论了本发明，但应该理解到：业内专业人士可以显而易见地想到的一些雷同，代替方案，均落入本发明权利要求所限定的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种直流极性检测与保护电路模块，包括输入单元(1)、处理单元(2)、开关驱动单元(3)和功率变换单元(4)，其特征在于，所述的输入单元(1)包括电阻R1、二极管D1和二极管D2，所述电阻R1的一端是所述输入单元(1)的输入端，与输入直流电源的正极连接，另一端是所述输入单元(1)的输出端，分别与所述二极管D1的正极及所述二极管D2的负极连接，所述二极管D1的负极连接工作电源正VCC，所述二极管D2的正极连接工作电源地和输入直流电源的负极；所述处理单元(2)分别与所述输入单元(1)的输出端及所述开关驱动单元(3)连接，所述开关驱动单元(3)连接输入直流电源的正极和所述功率变换单元(4)。
2.根据权利要求1所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述输入单元(1)还包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2与所述二极管D1并联，所述电阻R3与所述二极管D2并联。
3.根据权利要求2所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述处理单元(2)是缓冲器。
4.根据权利要求2所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述处理单元(2)是逻辑与门。
5.根据权利要求2所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述处理单元(2)是微处理器。
6.根据权利要求3或4或5所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述处理单元(2)还包括A/D转换单元和逻辑处理单元。
7.根据权利要求6所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述开关驱动单元(3)是MOSFET。
8.根据权利要求6所述的直流极性检测与保护电路模块，其特征在于，所述开关驱动单元(3)是继电器。
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