CN102709882A - 具有预充电功能的直流电源的短路保护电路 - Google Patents

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本发明公开了一种具有预充电功能的直流电源的短路保护电路，包括有MCU、霍尔电流传感器、电压比较器、光耦、预充电开关、放电开关以及分别为霍尔电流传感器、电压比较器、光耦供电的直流稳压电源，在直流电源开始放电时，MCU控制放电开关导通，同时关断预充电开关一定时间后再开启，直流稳压电源开始为霍尔电流传感器供电，霍尔电流传感器对直流电源输出回路的放电电流进行采样，并且转换成电压值，此电压值经过滤波电容滤波后送到电压比较器的同向比较端，参考电压接到电压比较器的反向比较端。电压比较器的输出电平来驱动三极管的导通，进而使光耦开启，控制放电开关的关断，切断放电回路。本发明低功耗、精度高。

Description

具有预充电功能的直流电源的短路保护电路
技术领域
本发明涉及短路保护电路领域，具体涉及一种具有预充电功能的直流电源的短路保护电路。 
背景技术
直流电源是电动汽车以及UPS设备的供电电源，当直流电源发生短路时，必须切断放电回路，确保电源自身及其用电设备的安全。现有的保护电路是利用电阻采样的方法，将电流信号转化为电压信号，并有某个阈值经行比较，若大于此值，我们将其视为短路，从而控制后面的开关器件切断放电回路。 
目前，电动汽车以及UPS设备很多是容性负载，直流电源放电瞬间电流很大，容易误报为短路，同时由于电动汽车以及UPS设备的工作的电流达到几十甚至几百安培，现有的短路保护电路就不容易选取电阻。 
发明内容
本发明目的在于提供一种用于锂电池或者蓄电池的放电时，对容性负载进行预充电，并且在出现短路时进行保护的具有预充电功能的直流电源的短路保护电路。 
具有预充电功能的直流电源的短路保护电路，包括有具有预充电功能的直流电源，所述的直流电源的两端接入用电设备，所述的直流电源的正极与用电设备之间连接有放电开关S2，其特征在于：还包括有微控制单元MCU、霍尔电流传感器、电压比较器U2、光耦U1、预充电开关S1以及分别为霍尔电流传感器、电压比较器U2、光耦U1供电的直流稳压电源VCC，直流稳压电源VCC通过分压电阻分压后得到一个电压值赋予P端子上作为基准电压，所述的霍尔电流传感器置于用电设备上，霍尔电流传感器的供电端与直流稳压电源VCC的电压输出端之间连接有预充电开关，所述的MCU与预充电开关S1、放电开关S2控制连接，霍尔电流传感器将采集到的放电电流转化为电压信号从信号输出端输出，霍尔电流传感器的信号输出端接入一个防反接二极管D1的正极，防反接二极管D1的负极连接有一个平衡电阻R2，霍尔电流传感器的信号输出端与防反接二极管D1之间的节点处接有一个滤波电容C1，滤波电容C1的另一端接地，经过滤波后的电压信号通过平衡电阻R2接入电压比较器的同向比较端，P端子的基准电压信号通过平衡电阻R4接入电压比较器U2的反向比较端，电压比较器U2的输出端接入一个三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过一个发光二级管LED接入光耦U1的2脚，光耦U1的3脚接入放电开关S2的控制端，光耦U1的1脚、4脚与直流稳压电源VCC之间分别连接有限流电阻R1、R3。 
所述的具有预充电功能的直流电源为锂电池或蓄电池。 
本发明的工作原理是： 
在直流电源开始放电的瞬间，MCU发出控制信号，使预充电开关S1断开，霍尔电流传感器因没有电源供电，故不能正常工作。同时，MCU使能放电开关S2，放电开关S2就闭合。这样即使直流电源对其容性负载进行充电，瞬间电流很大，霍尔电流传感器也检测不到，不会产生因为直流电源对其容性负载的预充电时瞬间电流大而误报短路的现象。
直流电源放电一个周期后，MCU控制预充电开关S1闭合，直流稳压电源VCC给霍尔电流传感器供电，霍尔电流传感器将检测到的电流信号转化为电压信号，此电压信号经过滤波电容C1和防反接二极管D1后送到短路检测电路中电压比较器U2的同向比较端，与电压比较器U2反向比较端的基准电平进行比较，当信号超出正常范围后，则视为短路， 此时电压比较器U2的输出端产生一个高电平，此电平使与电压比较器U2输出端相连的三极管Q1导通，此时光耦U1工作。光耦U1的输出端与放电开关S2相连，这时放电开关S2断开，切断放电回路，电路对短路现象进行了保护。 
本发明的积极效果在于： 
1）本发明解决了对容性负载放电的问题，当负载呈容性时，锂电池放电的瞬间电流会非常大，一般的短路保护电路一般会误认为是短路故障，此电路通过预充电电路很好地解决了这个问题。
2）本发明采用霍尔电流传感器进行无接触的电流采样，采样电路功耗低（功耗可控制在0.5W以内），精度高（电流误差为额定电流范围的±1%）。 
附图说明
图1为本发明的电路原理图。 
具体实施方式
如图1所示，具有预充电功能的直流电源的短路保护电路，包括有具有预充电功能的直流电源1，直流电源1的两端接入用电设备2，直流电源1的正极与用电设备2之间连接有放电开关S2，还包括有微控制单元MCU、霍尔电流传感器3、电压比较器U2、光耦U1、预充电开关S1以及分别为霍尔电流传感器3、电压比较器U2、光耦U1供电的直流稳压电源VCC，直流稳压电源VCC通过分压电阻分压后得到一个电压值赋予P端子上作为基准电压，霍尔电流传感器3置于用电设备2上，霍尔电流传感器3的供电端与直流稳压电源VCC的电压输出端之间连接有预充电开关，MCU与预充电开关S1、放电开关S2控制连接，霍尔电流传感器3将采集到的放电电流转化为电压信号从信号输出端输出，霍尔电流传感器3的信号输出端接入一个防反接二极管D1的正极，防反接二极管D1的负极连接有一个平衡电阻R2，霍尔电流传感器的信号输出端与防反接二极管D1之间的节点处接有一个滤波电容C1，滤波电容C1的另一端接地，经过滤波后的电压信号通过平衡电阻R2接入电压比较器的同向比较端，P端子的基准电压信号通过平衡电阻R4接入电压比较器U2的反向比较端，电压比较器U2的输出端接入一个三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过一个发光二级管LED接入光耦U1的2脚，光耦U1的3脚接入放电开关S2的控制端，光耦U1的1脚、4脚与直流稳压电源VCC之间分别连接有限流电阻R1、R3。 
具有预充电功能的直流电源1为锂电池或蓄电池。 
在直流电源1开始放电时，由MCU控制放电开关S2导通，同时关断预充电开关S1一定时间，这样在放电开始的一段时间内，霍尔电流传感器3不能正常工作。故当对容性负载进行放电时，瞬间电流很大，短路保护电路此时也不进行保护。在放电回路放电一定时间之后，MCU控制预充电开关S1导通，直流稳压电源VCC开始为霍尔电流传感器3供电，此时霍尔电流传感器3对直流电源1输出回路的放电电流进行采样，并且转换成电压值，此电压值经过电容C1的滤波，送到防反接二极管D1的阳极。这时的电压经平衡电阻R2送到电压比较器U2的同向比较端，作为短路保护电路的输入信号。P端子经过平衡电阻R4接到电压比较器的反向比较端，作为参考电压。此电压比较器的输出电平来驱动三极管Q1的导通，进而使光耦U1开启，这样控制放电开关的关断，切断放电回路。 
MCU的预充电控制引脚与预充电开关S1相连，放电控制引脚与放电开关S2相连，霍尔电流传感器3的输出端与电压比较器U2的同向比较端相连，并且电压比较器U2的输出端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与LED灯相连接，LED主要是用来指示光耦的工作状况。它连接在光耦的2脚，光耦的1脚与电阻R1相连，接在直流稳压电源VCC上。同时光耦的4脚与电阻R3相连也接在直流稳压电源VCC上，这时光耦的3脚来控制放电开关S2的关断。 
当给直流电源1给容性负载供电时，直流电源1开始放电的瞬间，放电回路的电流很大，但是这时MCU控制预充电开关S1，使其关断，直流稳压电源VCC无法给霍尔电流传感器3供电，此时检测不到电流，从而避免的短路保护电路由于瞬间电流过大而进行短路保护。 
当直流电源1发生短路现象时，放电回路的瞬间电流很大，霍尔电流传感器3将电流值转换成电压值，并将此电压值经过滤波电容C1、防反接二极管D1、平衡电阻R3送到电压比较器U2的同向比较端，这时霍尔电流传感器3的输出值电压值会比较高，它会与电压比较器U2的反向比较端的参考电压值进行比较。由于事先已经设定好了短路保护的阈值，短路时由霍尔电流传感器3输出的电压值肯定会高于设定的阈值，从而使电压比较器U2输出的电平为高。这个高电平将会驱动后面的三极管Q1使其导通，这样光耦U1的输入端的发光二级管由截止变为导通，这样会导致光耦U1的输出端导通，从而控制放电开关S2关断，进而切断放电回路。

Claims (2)

1.一种具有预充电功能的直流电源的短路保护电路，包括有具有预充电功能的直流电源，所述的直流电源的两端接入用电设备，所述的直流电源的正极与用电设备之间连接有放电开关S2，其特征在于：还包括有微控制单元MCU、霍尔电流传感器、电压比较器U2、光耦U1、预充电开关S1以及分别为霍尔电流传感器、电压比较器U2、光耦U1供电的直流稳压电源VCC，直流稳压电源VCC通过分压电阻分压后得到一个电压值赋予P端子上作为基准电压，所述的霍尔电流传感器置于用电设备上，霍尔电流传感器的供电端与直流稳压电源VCC的电压输出端之间连接有预充电开关，所述的MCU与预充电开关S1、放电开关S2控制连接，霍尔电流传感器将采集到的放电电流转化为电压信号从信号输出端输出，霍尔电流传感器的信号输出端接入一个防反接二极管D1的正极，防反接二极管D1的负极连接有一个平衡电阻R2，霍尔电流传感器的信号输出端与防反接二极管D1之间的节点处接有一个滤波电容C1，滤波电容C1的另一端接地，经过滤波后的电压信号通过平衡电阻R2接入电压比较器的同向比较端，P端子的基准电压信号通过平衡电阻R4接入电压比较器U2的反向比较端，电压比较器U2的输出端接入一个三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过一个发光二级管LED接入光耦U1的2脚，光耦U1的3脚接入放电开关S2的控制端，光耦U1的1脚、4脚与直流稳压电源VCC之间分别连接有限流电阻R1、R3。
2.根据权利要求1所述的具有预充电功能的直流电源的短路保护电路，其特征在于：所述的具有预充电功能的直流电源为锂电池或蓄电池。
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Address after: 265499 Room 501, No.8, No.300, Changjiang Road, Yantai Economic and Technological Development Zone, Shandong Province

Patentee after: Ligao (Shandong) New Energy Technology Co.,Ltd.

Address before: 265499 Room 501, No.8, No.300, Changjiang Road, Yantai Economic and Technological Development Zone, Shandong Province

Patentee before: LIGO (Shandong) New Energy Technology Co.,Ltd.

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Date of cancellation: 20221111

Granted publication date: 20141203

Pledgee: Yantai Yida Financial Leasing Co.,Ltd.

Pledgor: LIGO (Shandong) New Energy Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980009062

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Assignee: Yantai Yida Financial Leasing Co.,Ltd.

Assignor: LIGO (Shandong) New Energy Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020980008914

Date of cancellation: 20230512

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