CN103280766B - 一种过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过压保护电路，包括：分压电路；单片机的Vesnse引脚，将分压电路所输出的分压电压引入单片机中；比较器，位于单片机内部，将分压电压与单片机内部的基准电压进行比较，在分压电压高于单片机内部的基准电压时输出第一比较结果，否则输出第二比较结果；计数器，位于单片机内部，在收到第一比较结果时开始计数，输出第一计数结果，在收到第二比较结果时开始计数，输出第二计数结果；逻辑控制输出模块，在第一计数结果达到预设的第一数值时输出断开指令以使与负载相连的开关器件断开或者在第二计数结果达到预设的第二数值时输出导通指令以使与负载相连的开关器件导通。本发明电路简单，在实现过压保护的同时又避免误保护。

Description

一种过压保护电路

技术领域

本发明涉及保护装置技术领域，具体为一种过压保护电路。

背景技术

随着电器设备自动化程度的提升和用电系统结构的复杂程度加大，当系统电源或某些关键点出现电压异常，如欠压或过压故障时，可能引起用电设备的功能丧失或对整个系统造成影响，严重时损坏设备造成经济损失，因此一般都会对输入电源或某些采集点进行电压检测保护，特别是过压及欠压保护。

所谓过压保护是当被保护线路的电源电压高于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。

过压保护(OVP，overvoltageprotection)用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏，在某些特定的应用中，基本的过压保护电路不足以胜任保护的要求，通常有以下两种需求。

第一，电路的最大输入电压可能增大。

第二，适当修改电路，可以在发生过压或欠压时利用输出电容储能保持能量。

大家都知道我国所使用的家庭额定电压是220V的，当然这个是该交流电的有效值，那么实际电压肯定是有所偏差的，不同时间不同地点不同状况都会产生影响，比如这个时间段用户多就会导致还达不到220V，也可有时候就是瞬间启动用电器会产生比220V高的电压，可能是230V也有可能是225V，这就需要用电器有过压保护装置，这个装置会使多余的电压以某种方式消掉，使用负载依旧工作在其额定状态，否则，该用负载就有可能烧毁了。

市场上有采用保险丝和晶闸管方式实现过压保护，由于使用的保险丝电流规格比较大、品种较多、尺寸也不一样，因此需要根据保险丝尺寸大小制作多种PCB方案；同时，保险丝熔断后由于不可恢复，不能继续重复使用，处理现场情况时必须准备足够数量的保险丝，阀值电压的调试不方便，电路的初期成本虽然较低，但保险丝的电流规格较大，价格也不低，后期维护成本很高。

现在市场也有其他方式对于电路的过电压检测及保护的方法或电路，但普遍来说有的过于繁琐复杂，有的存在误保护的现象。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种过压保护电路，用于解决现有技术中的过压保护电路过于繁琐复杂，而且存在误保护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种过压保护电路，与电源模块相连，包括：分压电路，对电源模块输出的电压进行分压；单片机的Vesnse引脚，与所述分压电路的输出端相连、将所述分压电路所输出的分压电压引入单片机中；比较器，位于单片机内部，与所述Vesnse引脚相连，并对所述Vesnse引脚引入的分压电压与单片机内部的基准电压进行比较；所述比较器在分压电压高于单片机内部的基准电压时输出第一比较结果，在分压电压低于单片机内部的基准电压时输出第二比较结果；计数器，置于所述单片机内部，与所述比较器相连，所述计数器在收到第一比较结果时开始计数，输出第一计数结果，所述计数器在收到第二比较结果时开始计数，输出第一计数结果；逻辑控制输出模块，与所述计数器相连，在所述第一计数结果达到预设的第一数值时调整单片机内部的基准电压并输出断开指令以使与负载相连的开关器件断开或者在所述第二计数结果达到预设的第二数值时调整单片机内部的基准电压并输出导通指令以使与负载相连的开关器件导通。

优选地，所述逻辑控制输出模块在所述第一计数结果未达到预设的第一数值时或在第二计数结果未达到预设的第二数值时控制计数器停止计数。

优选地，所述计数器停止计数后，所述计数器再收到第一比较结果或者第二比较结果时重新开始计数。

优选地，所述计数器在收到第二比较结果时，将第一计数结果归零，在收到第一比较结果时，将第二计数结果归零。

优选地，在所述第一计数结果达到预设的第一数值时，所述逻辑控制输出模块进入到过压控制模式，所述逻辑控制输出模块调整单片机内部的输出基准电压使输出电流变小，从而使与负载相连的开关器件断开或控制单片机减少输出电流，从而降低负载的输出功率。

优选地，在所述逻辑控制输出模块进入到过压控制模式后，若所述计数器收到所述比较器输出的第二比较结果，所述计数器开始计数，当计数器计数达到设定的第二数值时，所述逻辑控制输出模块进入正常电压控制模式，所述逻辑控制输出模块调整单片机内部的基准电压使输出电流恢复正常，从而使与负载相连的开关器件导通。

优选地，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，从第一分压电阻和第二分压电阻的中间连接线引出输出端。

优选地，所述电源模块与所述开关器件之间连有限流电阻。

优选地，所述单片机与所述开关器件之间连接有稳定电阻。

优选地，所述分压电路与所述电源模块之间连有整流滤波电路；所述开关器件为MOS场效应管，所述负载为发光二极管。

如上所述，本发明的一种过压保护电路，具有以下有益效果：

1、本发明通过将从电源模块输出的电压检测整流后进行分压处理后，接在单片机的Vsense脚，并采用单片机内部的比较器和计数器相结合的方式来监测输入电压是否存在过压，在实现过压保护的同时又简化了电路结构。

2、本发明采用单片机内部的比较器和计数器相结合的方式来监测输入电压是否存在过压还具有控制简便的优势，而且对输入电压的波动对电路的影响可以有效的滤除，使电路不会因外部偶然因素而造成误保护。

附图说明

图1显示为本发明的一种过压保护电路的整体结构示意图。

图2显示为本发明的一种过压保护电路的检测原理示意图。

图3显示为本发明的一种过压保护电路的仿真波形图。

元件标号说明

1过压保护电路

11电源模块

12单片机

121比较器

122计数器

123逻辑控制输出模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种过压保护电路，用于解决现有技术中的过压保护电路过于繁琐复杂，而且存在误保护的问题。以下将详细阐述本发明的一种过压保护电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种过压保护电路。

请参阅图1，显示为本发明一种过压保护电路的结构示意图。如图1所示，本发明中的过压保护电路1包括：分压电路、单片机12的Vesnse引脚、比较器121、计数器122以及逻辑控制输出模块123。

本发明的过压保护电路1与电源模块11相连，对将从电源模块11输出的电压进行分析，确定是否存在过压，并在确定过压后进行控制保护。

所述分压电路对电源模块11输出的电压进行分压；具体地，在本实施例中，所述分压电路包括串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R3，从第一分压电阻R1和第二分压电阻R3的中间连接线引出输出端。

一般，所述分压电路与所述电源模块11之间还连有整流滤波电路。具体整流滤波电路的选取以被本领域的技术人员所熟知。在本实施例中，选取现有技术中常规的整流滤波电路即可。

所述单片机12的Vesnse引脚与所述分压电路的输出端相连、将所述分压电路所输出的分压电压引入单片机12中。通过Vesnse引脚将所述分压电路所输出的分压电压引入单片机12中，便可以通过单片机12对引入的电压进行分析，来确定是否存在过压，同时在过压时，单片机12也可以输出进行保护电路的控制信号。

单片机12的Vcc引脚经上拉电阻R2接入电源模块11的输出线路上。

具体地，在本发明中，采用单片机12内部的比较器121和计数器122相结合的方式来监测输入电压是否存在过压，避免了现有技术中采用与单片机12相连的很多外围电路的麻烦，由此可见，本发明在实现过压保护的同时又达到了简化了电路结构的目的。

具体地，所述比较器121位于单片机12内部，与所述Vesnse引脚相连，并对所述Vesnse引脚引入的分压电压与单片机12内部的基准电压进行比较；所述比较器121在分压电压高于单片机12内部的基准电压时输出第一比较结果，在分压电压低于单片机12内部的基准电压时输出第二比较结果。所述比较器121将第一比较结果或者第二比较结果输入到所述计数器122中。

所述计数器122置于所述单片机12内部，与所述比较器121相连，所述计数器122在收到第一比较结果时开始计数，输出第一计数结果，所述计数器122在收到第二比较结果时开始计数，输出第一计数结果。

此外，所述计数器122在运行过程中，所述计数器122在收到第二比较结果时，将第一计数结果归零；所述计数器122在收到第一比较结果时，将第二计数结果归零。

所述逻辑控制输出模块123也位于所述单片机12中，并与所述计数器122相连，在所述第一计数结果达到预设的第一数值时调整单片机12内部的基准电压使输出电流变小，从而使与负载相连的开关器件断开或控制单片机减少输出电流，从而降低负载的输出功率。

或者是所述逻辑控制输出模块123在所述第二计数结果达到预设的第二数值时调整单片机12内部的基准电压并输出导通指令以使与负载相连的开关器件导通。

在所述第一计数结果达到预设的第一数值时，所述逻辑控制输出模块进入到过压控制模式，所述逻辑控制输出模块调整单片机内部的输出基准电压

本发明通过采用计数器122计数的方式，并且在计数器122所计的数值达到一定数值时，再确认存在过压，因而可以有效防止因为偶然因素出现的电压波动而导致误判断误保护的现象。

具体地，在本实施例中，所述电源模块11与所述开关器件之间连有限流电阻R4；所述单片机12与所述开关器件之间连接有稳定电阻（图中未示出）。

更进一步地，在本实施例中，具体地，所述开关器件为MOS场效应管，所述负载为发光二极管。

此外，在本实施例中，所述逻辑控制输出模块123对所述计数器122的控制如下：

所述逻辑控制输出模块123在所述第一计数结果未达到预设的第一数值时或在第二计数结果未达到预设的第二数值时控制计数器122停止计数。

而且，所述计数器122停止计数后，所述计数器122再收到第一比较结果或者第二比较结果时重新开始计数。

具体地，所述逻辑控制输出模块123的控制保护过程如下：

所述逻辑控制输出模块123在判断所述第一计数结果达到预设的第一数值时，所述逻辑控制输出模块123进入到过压控制模式，所述逻辑控制输出模块123调整单片机12内部的基准电压使输出电流变小，从而使与负载相连的开关器件断开。如果所述第一计数结果没有达到预设的第一数值时，所述逻辑控制输出模块123控制所述计数器122停止计数，如果再出现高电压，所述计数器122重新计数，以防止误保护的出现。

在所述逻辑控制输出模块123进入到过压控制模式后，若所述计数器122收到所述比较器121输出的第二比较结果，所述计数器122开始计数，输出第二计数结果，当计数器122计数达到设定的第二数值时，所述逻辑控制输出模块123进入正常电压控制模式，所述逻辑控制输出模块123调整单片机12内部的基准电压使输出电流恢复正常，从而使与负载相连的开关器件导通。如果所述计数器122没有达到设定值，所述逻辑控制输出模块123控制所述计数器122停止计数，如果再出现低电压，所述计数器122重新计算，以防止误动作的出现。

请参阅图2，显示为本发明的一种过压保护电路的检测原理示意图。

通过电源模块11对交流输入电压进行整流滤波，第一分压电阻R1和第二分压电阻R3对整流滤波后的电压进行分压控制，（以设定过压保护过压值，如220V输入时，控制240V时实施过压保护或是在250V时实施过压保护），分压电路检测的电压值与单片机内部的基准电压进行比较，如果高于基准电压，比较器121输出高电平到计数器122，计数器122开始计数，当计数器122计数达到单片机设定值时，反馈到单片机控制逻辑控制输出模块123减小输出电流，从而使与负载相连的开关器件断开或控制单片机减少输出电流，从而降低负载的输出功率。如果计数器122计数没有达到单片机设定值时出现分压电阻检测的电压值低于单片机内部的基准电压，则计数归零，当分压电阻检测的电压值高于单片机内部的基准电压时重新开始计数。

当进入到过电压保护模式时，第一分压电阻R2和第二分压电阻R3对整流滤波后的电压进行分压控制，分压电阻检测的电压值与单片机内部的基准电压进行比较，如果低于基准电压，比较器121输出高电平到计数器122，计数器122开始计数，当计数器122计数达到单片机设定值时，反馈到单片机的控制逻辑控制输出模块123输出导通指令，从而使与负载相连的开关器件开通或控制单片机增加输出电流，从而恢复负载的输出功率。如果计数器122计数没有达到单片机设定值时出现分压电阻检测的电压值高于单片机内部的基准电压，则计数归零，当分压电路检测的电压值低于单片机内部的基准电压时重新开始计数。

图3为过压保护电路的仿真波形，当Vsense引脚检测到过压脉冲开始计数，3个脉冲后出现低脉冲没有达到单片机设定的数值，过压保护没有动作，计数器122计数归零，之后又出现连续的过压脉冲，计数器122重新开始计数，达到单片机设定的数值，单片机判定为过电压OVP，逻辑控制输出模块123使输出基准电压从500mV下降为200mV，从而与负载相连的开关器件断开或控制单片机减少输出电流，从而降低负载的输出功率。

当进入过电压保护时，当Vsense脚检测到过压脉冲开始计数，3个脉冲后出现高脉冲没有达到单片机设定的数值，过压保护没有动作，计数器122计数归零，之后又出现连续的低电压脉冲，计数器122重新开始计数，达到单片机设定的数值，单片机判定为恢复正常电压，逻辑控制输出模块123使输出基准电压从200mV上升为500mV，从而与负载相连的开关器件开通，恢复正常的输出功率。

综上所述，本发明的一种过压保护电路，具有以下有益效果：

1、本发明通过将从电源模块输出的电压检测整流后进行分压处理后，接在单片机12的Vesnse脚，并采用单片机内部的比较器和计数器相结合的方式来监测输入电压是否存在过压，在实现过压保护的同时又简化了电路结构。

2、本发明采用单片机内部的比较器和计数器相结合的方式来监测输入电压是否存在过压还具有控制简便的优势，而且对输入电压的波动对电路的影响可以有效的滤除，使电路不会因外部偶然因素而造成误保护。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种过压保护电路，与电源模块相连，其特征在于，包括：

分压电路，对电源模块输出的电压进行分压；

单片机的Vesnse引脚，与所述分压电路的输出端相连、将所述分压电路所输出的分压电压引入单片机中；

比较器，位于单片机内部，与所述Vesnse引脚相连，并对所述Vesnse引脚引入的分压电压与单片机内部的基准电压进行比较；所述比较器在分压电压高于单片机内部的基准电压时输出第一比较结果，在分压电压低于单片机内部的基准电压时输出第二比较结果；

计数器，置于所述单片机内部，与所述比较器相连，所述计数器在收到第一比较结果时开始计数，输出第一计数结果，所述计数器在收到第二比较结果时开始计数，输出第二计数结果；所述计数器在收到第二比较结果时，将第一计数结果归零，在收到第一比较结果时，将第二计数结果归零；

逻辑控制输出模块，与所述计数器相连，在所述第一计数结果达到预设的第一数值时调整单片机内部的基准电压并输出断开指令以使与负载相连的开关器件断开或者在所述第二计数结果达到预设的第二数值时调整单片机内部的基准电压并输出导通指令以使与负载相连的开关器件导通。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述逻辑控制输出模块在所述第一计数结果未达到预设的第一数值时或在第二计数结果未达到预设的第二数值时控制计数器停止计数。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述计数器停止计数后，所述计数器再收到第一比较结果或者第二比较结果时重新开始计数。

4.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，在所述第一计数结果达到预设的第一数值时，所述逻辑控制输出模块进入到过压控制模式，所述逻辑控制输出模块调整单片机内部的输出基准电压使输出电流变小，从而使与负载相连的开关器件断开或控制单片机减少输出电流，从而降低负载的输出功率。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，在所述逻辑控制输出模块进入到过压控制模式后，若所述计数器收到所述比较器输出的第二比较结果，所述计数器开始计数，当计数器计数达到设定的第二数值时，所述逻辑控制输出模块进入正常电压控制模式，所述逻辑控制输出模块调整单片机内部的基准电压使输出电流恢复正常，从而使与负载相连的开关器件导通。

6.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述分压电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，从第一分压电阻和第二分压电阻的中间连接线引出输出端。

7.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述电源模块与所述开关器件之间连有限流电阻。

8.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述单片机与所述开关器件之间连接有稳定电阻。

9.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述分压电路与所述电源模块之间连有整流滤波电路；所述开关器件为MOS场效应管，所述负载为发光二极管。