CN103983883B - 低压直流负载断路监测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压直流负载断路监测电路，包括反极性稳压电路和断路报警电路，具体包括直流驱动器DR1、直流负载DL1、反极性芯片IC1、光耦IC2、电感L1、三极管Q1、开关二极管D1、监测二极管D2、发光二极管LED1、实验开关L1、输入电容C1、限流电阻R1、下反馈电阻R2、上反馈电阻R3、上拉电阻R4、基极电阻R5等。本发明基于对直流驱动电源的反极性升降型DC/DC变换取电和利用二极管的钳位功能进行断路判别，而不需要用电流传感器直接检测直流负载电流的大小即可实现对低压直流负载断路的准确监测，本发明结构简单、使用便捷、安全可靠、成本低。

Description

低压直流负载断路监测电路

技术领域

本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种低压直流负载断路监测电路，适用于需要监测低压直流负载断路故障的场合。

背景技术

在用直流驱动电源给低压直流负载供电与控制中，负载往往远离于直流驱动电源，因此，常需判别负载接上与否及对可能发生的负载侧断路故障进行监测。目前常用的方法是通过霍尔电流传感器或电流采样电阻对负载电流进行检测并转换成与电流成比例关系的电压信号，该信号经比较器与一个零电流参考信号进行比较，当发生断路时，发出逻辑报警信号。该方法存在的问题是：很多负载处于轻载状态时，其负载电流很小，使得电流传感器输出的与电流成比例关系的电压信号也很小，加上客观存在的传感器输出漂移、转换电路信号噪声等，都会容易导致对断路的误报警。此外，基于霍尔电流传感器的方案成本高；而基于电流采样电阻的方案，其隔离电路结构复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一一种低压直流负载断路监测电路。该电路基于对直流驱动电源的反极性升降型DC/DC变换取电和利用二极管钳位功能的断路判别方法，而不需要直接检测直流负载电流的大小即可判断出直流负载是否断路。

本发明包括反极性稳压电路和断路报警电路。

反极性稳压电路包括直流驱动器DR1、输入电容C1、限流电阻R1、反极性芯片IC1、电感L1、定时电容C2、开关二极管D1、输出电容C3、下反馈电阻R2、上反馈电阻R3，直流驱动器DR1的正输出端+OUT端与输入电容C1的正端、限流电阻R1的一端、反极性芯片IC1的正电源输入端VCC端及直流负载DL1的正输入端+IN端连接，直流驱动器DR1的负输出端-OUT端接地，输入电容C1的负端接地，限流电阻R1的另一端与反极性芯片IC1的检测端IPK端、驱动端DC端、开关端SC端连接，电感L1的一端与反极性芯片IC1的射极端SE端、开关二极管D1的阴极连接，电感L1的另一端接地，下反馈电阻R2的一端与反极性芯片IC1的反相端CII端、上反馈电阻R3的一端连接，下反馈电阻R2的另一端接地，上反馈电阻R3的另一端与反极性芯片IC1的地端GND端、定时电容C2的一端、输出电容C3的负端、开关二极管D1的阳极、上拉电阻R4的一端及电路负电源端-VSS端连接，定时电容C2的另一端与反极性芯片IC1的振荡端TC端连接，输出电容C3的正端接地。

断路报警电路包括直流负载DL1、实验开关K1、上拉电阻R4、监测二极管D2、基极电阻R5、三极管Q1、阳极电阻R6、发光二极管LED1、光耦IC2、光耦电阻R7，直流负载DL1的负输入端-IN端与实验开关K1的一端连接，实验开关K1的另一端与上拉电阻R4的另一端、监测二极管D2的阳极及基极电阻R5的一端连接，监测二极管D2的阴极接地，基极电阻R5的另一端与三极管Q1的基极b端连接，三极管Q1的射极e端接地，三极管Q1的集电极c端与阳极电阻R6的一端连接，阳极电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阳极连接，发光二极管LED1的阴极与光耦IC2的阳极输入端连接，光耦IC2的阴极输入端与电路负电源端-VSS端连接，光耦电阻R7的一端与隔离电源的正端+E端连接，光耦电阻R7的另一端与光耦IC2的集电极输出端、断路报警输出端Uout端连接，光耦IC2的射极输出端与隔离电源的负端-E端连接。

本发明的有益效果如下：

本发明基于对直流驱动电源的反极性升降型DC/DC变换取电和利用二极管的钳位功能进行断路判别，而不需要直接检测直流负载电流的大小即可实现对低压直流负载断路的准确监测，该电路方案结构简单、使用便捷、安全可靠、成本低。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，低压直流负载断路监测电路，本发明包括反极性稳压电路和断路报警电路。

反极性稳压电路包括直流驱动器DR1、输入电容C1、限流电阻R1、反极性芯片IC1、电感L1、定时电容C2、开关二极管D1、输出电容C3、下反馈电阻R2、上反馈电阻R3，直流驱动器DR1的正输出端+OUT端与输入电容C1的正端、限流电阻R1的一端、反极性芯片IC1的正电源输入端VCC端及直流负载DL1的正输入端+IN端连接，直流驱动器DR1的负输出端-OUT端接地，输入电容C1的负端接地，限流电阻R1的另一端与反极性芯片IC1的检测端IPK端、驱动端DC端、开关端SC端连接，电感L1的一端与反极性芯片IC1的射极端SE端、开关二极管D1的阴极连接，电感L1的另一端接地，下反馈电阻R2的一端与反极性芯片IC1的反相端CII端、上反馈电阻R3的一端连接，下反馈电阻R2的另一端接地，上反馈电阻R3的另一端与反极性芯片IC1的地端GND端、定时电容C2的一端、输出电容C3的负端、开关二极管D1的阳极、上拉电阻R4的一端及电路负电源端-VSS端连接，定时电容C2的另一端与反极性芯片IC1的振荡端TC端连接，输出电容C3的正端接地。

断路报警电路包括直流负载DL1、实验开关K1、上拉电阻R4、监测二极管D2、基极电阻R5、三极管Q1、阳极电阻R6、发光二极管LED1、光耦IC2、光耦电阻R7，直流负载DL1的负输入端-IN端与实验开关K1的一端连接，实验开关K1的另一端与上拉电阻R4的另一端、监测二极管D2的阳极及基极电阻R5的一端连接，监测二极管D2的阴极接地，基极电阻R5的另一端与三极管Q1的基极b端连接，三极管Q1的射极e端接地，三极管Q1的集电极c端与阳极电阻R6的一端连接，阳极电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阳极连接，发光二极管LED1的阴极与光耦IC2的阳极输入端连接，光耦IC2的阴极输入端与电路负电源端-VSS端连接，光耦电阻R7的一端与隔离电源的正端+E端连接，光耦电阻R7的另一端与光耦IC2的集电极输出端、断路报警输出端Uout端连接，光耦IC2的射极输出端与隔离电源的负端-E端连接。

本发明所使用的包括反极性芯片IC1、光耦IC2、三极管Q1、开关二极管D1、监测二极管D2等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：反极性芯片采用MC34063，光耦采用TLP521-1，三极管采用SS8550，开关二极管采用1N4148，监测二极管采用STPS1545等。

本发明中的主要电路参数配合关系如下：

附图1中，下反馈电阻R2与上反馈电阻R3的参数配合关系如式（1）所示；基极电阻R5与阳极电阻R6的参数配合关系如式（2）-（3）所示，其中：U_d为监测二极管D1阻断时的阳极电压（单位：V），β为三极管Q1的共射极电流放大系数，U_eb为三极管Q1的射极-基极间导通压降（单位：V），V_SS为反极性DC/DC芯片输出的负电源电压幅值（单位：V），U_D1为发光管LED1的正向导通压降（单位：V），U_D2为光耦IC1的输入级正向导通压降（单位：V）。

R₂＝3R₃ （1）

$R_6/R_5=(2~3)\frac{V_{\mathrm{SS}}-U_{D1}-U_{D2}}{\mathrm{\β}(U_d-U_{\mathrm{eb}})}---\left(2\right)$

$U_d=-(\frac{1}{1+R_6/R_5}{V}_{\mathrm{SS}}+\frac{R_6/R_5}{1+R_6/R_5}{U}_{\mathrm{eb}})---\left(3\right)$

本发明的工作过程如下：

当直流驱动器DR1输出电压U₀时，升降型的反极性DC/DC芯片即输出负的稳压值V_SS，给断路监测电路供电，此外，附图1中的隔离电源E为外部接入的辅助电源，用于与直流负载回路间的隔离。

此外，为便于说明断路监测报警电路的工作原理，以下借助附图1中的实验开关K1的通、断来模拟直流负载DL1回路的通、断状态以进行说明。

（1）当负载回路正常工作时（如附图1中的实验开关K1闭合），直流驱动器DR1对直流负载DL1供电，由于监测二极管D1的正向导通压降很小，所以直流负载端的电压U_L基本等于直流驱动器DR1输出电压U₀，而在供电回路中产生负载电流I_L（单位：A），负载电流I_L流过监测二极管D1，此时，监测二极管D1的阳极电压U_d（单位：V）即为监测二极管D1的正向导通压降U_VF（单位：V），附图1中PNP型的三极管Q1因射极--基极间被反偏而关断，因此，发光二极管LED1不亮、光耦IC输出级关断，所以，断路报警输出端Uout端输出高电平，其幅值为隔离电源的正电压+E；

（2）当负载回路发生断路时（如附图1中的实验开关K1断开），直流驱动器DR1与直流负载DL1之间没有回路，负载电流I_L为零，监测二极管D1阻断，此时，监测二极管D1的阳极电压U_d如式（3）所示，其中，U_eb（单位：V）是三极管Q1的射极--基极间的正向导通压降，使得三极管Q1导通，发光二极管LED1点亮、光耦IC输出级导通，断路报警输出端Uout端输出低电平（因隔离电源的负端-E端，也是隔离电源的地端）。

上述的断路报警输出端Uout端输出的高、低电平，即代表了直流负载回路是正常工作还是处于断路状态。

Claims (1)

1. 低压直流负载断路监测电路，其特征在于包括反极性稳压电路和断路报警电路;

反极性稳压电路包括直流驱动器DR1、输入电容C1、限流电阻R1、反极性芯片IC1、电感L1、定时电容C2、开关二极管D1、输出电容C3、下反馈电阻R2、上反馈电阻R3，直流驱动器DR1的正输出端+OUT端与输入电容C1的正端、限流电阻R1的一端、反极性芯片IC1的正电源输入端VCC端及直流负载DL1的正输入端+IN端连接，直流驱动器DR1的负输出端-OUT端接地，输入电容C1的负端接地，限流电阻R1的另一端与反极性芯片IC1的检测端IPK端、驱动端DC端、开关端SC端连接，电感L1的一端与反极性芯片IC1的射极端SE端、开关二极管D1的阴极连接，电感L1的另一端接地，下反馈电阻R2的一端与反极性芯片IC1的反相端CII端、上反馈电阻R3的一端连接，下反馈电阻R2的另一端接地，上反馈电阻R3的另一端与反极性芯片IC1的地端GND端、定时电容C2的一端、输出电容C3的负端、开关二极管D1的阳极、上拉电阻R4的一端及电路负电源端-VSS端连接，定时电容C2的另一端与反极性芯片IC1的振荡端TC端连接，输出电容C3的正端接地；

断路报警电路包括直流负载DL1、实验开关K1、上拉电阻R4、监测二极管D2、基极电阻R5、三极管Q1、阳极电阻R6、发光二极管LED1、光耦IC2、光耦电阻R7，直流负载DL1的负输入端-IN端与实验开关K1的一端连接，实验开关K1的另一端与上拉电阻R4的另一端、监测二极管D2的阳极及基极电阻R5的一端连接，监测二极管D2的阴极接地，基极电阻R5的另一端与三极管Q1的基极b端连接，三极管Q1的射极e端接地，三极管Q1的集电极c端与阳极电阻R6的一端连接，阳极电阻R6的另一端与发光二极管LED1的阳极连接，发光二极管LED1的阴极与光耦IC2的阳极输入端连接，光耦IC2的阴极输入端与电路负电源端-VSS端连接，光耦电阻R7的一端与隔离电源的正端+E端连接，光耦电阻R7的另一端与光耦IC2的集电极输出端、断路报警输出端Uout端连接，光耦IC2的射极输出端与隔离电源的负端-E端连接。