CN104659732B - 过压过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了过压过流保护电路，其连接于电源与负载之间，包括：可恢复保险丝，该可恢复保险丝的第一端与电源输出端电连接；开关电路，其第一导通端与可恢复保险丝的第二端电连接，第二导通端与负载电连接；过压检测电路，用于检测电源输出电压是否过压；过流检测电路，用于检测流过可恢复保险丝的电流是否过流；开关控制电路，其第一输入端与过压检测电路的输出端电连接，第二输入端与过流检测电路的输出端电连接，控制输出端与开关电路的控制端电连接，用于在检测到过压时和/或过流时，控制开关电路断开，并在断开预设的时间后自动控制开关电路导通。本发明可同时对过压和过流进行保护，并可在故障状态消失后恢复负载的正常工作。

Description

过压过流保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路，尤其涉及过压过流保护电路。

背景技术

电力负荷管理终端已广泛应用于电力自动化领域。电力负荷管理终端通常安装在各个厂矿企业，在实际应用中，由电力公司的主控站通过其全向天线，向位于各个厂矿企业的电力负荷管理终端发送各种命令，并从电力负荷管理终端应答码中提取数据。

电力负荷管理终端需承受来自变压器和电网的各种电磁干扰，因而采取了电磁兼容措施，以保护终端在受干扰的情况下仍能正常工作。其中一种严重的干扰情况是干扰影响到终端电源，在电源输出端造成过压，从而影响到终端内部电路系统的安全。针对这种情况，除了通过设计良好的电源承担主要的保护以外，传统的电力负荷管理终端的保护措施是在电源100A与电力负荷管理终端200A的内部电路系统之间的电流路径上，设置可恢复保险丝1A，其具体的原理框图如图1所示。当由于电源电压出现异常过压或终端内部电路系统发生故障等原因，导致终端内部电路系统出现电流过流时，可恢复保险丝发热，进入高阻状态，以降低终端内部电路系统的电压和电流，起到保护作用。在异上述的常状态、故障等解除后，可恢复保险丝可恢复正常，并重复使用。

上述的这种保护措施具有以下缺点：

1、可恢复保险丝依靠电流触发保护，在过压状态还没造成电流过流前，不提供保护；

2、进入保护状态后，内部电路系统内如果仍存在残余电压和残余电流，内部电路系统因此存在进入异常状态不能自行恢复的可能性。可能导致在外来干扰解除后，可恢复保险丝仍不能恢复导通状态，使终端不能恢复正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可同时对过压和过流进行保护、并可在故障状态消失后恢复负载正常工作的过压过流保护电路。

本发明所采用的技术方案是：过压过流保护电路，连接于电源与负载之间，其特点在于，该过压过流保护电路包括：

可恢复保险丝，该可恢复保险丝具有第一端和第二端，该可恢复保险丝的第一端与所述电源的输出端电连接；

开关电路，具有第一导通端、第二导通端以及控制端，第一导通端与可恢复保险丝的第二端电连接，第二导通端与所述的负载电连接；

过压检测电路，用于检测电源的输出电压是否过压；

过流检测电路，用于检测流过可恢复保险丝的电流是否过流；

开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和控制输出端，开关控制电路的第一输入端与过压检测电路的输出端电连接，第二输入端与过流检测电路的输出端电连接，控制输出端与开关电路的控制端电连接；该开关控制电路用于在过压检测电路检测到过压时和/或过流检测电路检测到过流时，控制开关电路断开，并在开关电路断开预设的时间后自动控制开关电路导通。

本发明可同时检测过压和过流，在检测到过压或过流状况时，可以迅速且完全地断开电压通路，使负载内部工作电压和工作电流下降到接近零，提供及时的保护。此外，本发明还具有自动重启功能，保护一段时间后可自动导通电压通路，如果故障状况消失则维持负载正常工作，如果检测到故障，则重新断开电压通路，继续循环。

附图说明

图1是现有电力负荷管理终端保护电路的原理框图。

图2是本发明过压过流保护电路的一个实施例的原理框图。

图3是本发明过压过流保护电路的一个实施例的电路图。

图4是根据本发明一实施例的过压过流保护电路在电源输出电压过压时的电信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步的说明。

请参考图1。根据本发明一实施例的过压过流保护电路300连接于电源100与负载200之间，该过压过流保护电路包括可恢复保险丝1、开关电路2、过压检测电路3、过流检测电路4和开关控制电路5。上述的负载可以是电力系统的电力负荷管理终端。

可恢复保险丝1具有第一端和第二端，该可恢复保险丝1的第一端与电源100的输出端电连接。开关电路2具有第一导通端、第二导通端以及控制端，开关电路2的第一导通端与可恢复保险丝的第二端电连接，第二导通端与负载200电连接。

过压检测电路3用于检测电源100的输出电压是否过压，过流检测电路4用于检测流过可恢复保险丝1的电流是否过流。在图中，过压检测电路3的输入端与可恢复保险丝1的第一端电连接，通过检测可恢复保险丝1的前级电压来检测电源100的输出电压是否过压；过流检测电路4的输入端与可恢复保险丝1的第二端电连接，通过检测可恢复保险丝1的后级电压来检测流过可恢复保险丝1的电流是否过流。当流过可恢复保险丝1的电流过大时，可恢复保险丝1启动，其后级电压会下降，通过将该后级电压与一阈值电压进行比较，就可以判断出是否过流。

开关控制电路5具有第一输入端、第二输入端和控制输出端，开关控制电路5的第一输入端与过压检测电路3的输出端电连接，第二输入端与过流检测电路4的输出端电连接，控制输出端与开关电路2的控制端电连接。该开关控制电路用于在过压检测电路3检测到过压时和/或过流检测电路4检测到过流时，控制开关电路2断开，使负载内部工作电压和工作电流下降到接近零。该开关控制电路5还在开关电路2断开一预设的时间后自动控制开关电路2导通，给负载内部电路恢复供电。恢复供电后如果过压或过流状态没有解除，则开关控制电路5控制开关电路2重新断开，如果过压或过流状态已经解除，将继续保持开关电路导通。

在一种优选实施方式中，本发明的过压过流保护电路300还包括一保护电容6，保护电容6的正极与可恢复保险丝1的第二端电连接，负极接地。保护电容6添加在开关电路2前，作用是减少电压通路上的瞬态干扰，并且在开关电路2恢复供电时，缓和上电瞬间的电流冲击，防止电流检测误判。

图3是本发明过压过流保护电路的一个实施例的电路图，请参阅图3。其中，开关电路2为功率MOSFET管V31，该功率MOSFET管V31的漏极与可恢复保险丝1的第二端电连接，源极与负载200电连接。

保护电容6由电容C31组成，其电容值需根据负载内部电路系统的总电容值确定，电容值较大，一方面可减少电压上的瞬态干扰，一方面在开关电路2开启时提供启动电流，防止因瞬态电流过大引发可恢复保险丝1的过流保护，避免误判。

过压检测电路3包括第一分压电路31和第一比较电路32。第一分压电路31的输入端与可恢复保险丝的第一端电连接，输出端与第一比较电路32的一个输入端电连接，第一比较电路32的另一个输入端电连接于第一参考电压Vref1，输出端与开关控制电路5的第一输入端电连接。其中，第一分压电路31由电阻R36和电阻R37组成，其作用是将被检测电压VIN0分压。比较电路32由运放D32A组成，其将由分压电路31分压后的电压与第一参考电压Vref1进行比较。

过流检测电路4包括第二分压电路41和第二比较电路42。第二分压电路41的输入端与可恢复保险丝1的第二端电连接，输出端与第二比较电路42的一个输入端电连接； 第二比较电路42的另一个输入端电连接于第二参考电压Vref2，输出端与开关控制电路5的第二输入端电连接。其中，第二分压电路41由电阻R39和电阻R40组成，其作用是将被检测电压VIN1分压。第二比较电路42由运放D32B组成。当发生过流时，可恢复保险丝1发热，电阻增加，导致其后级电压VIN1下降。被检测电压VIN1分压后在第二比较电路42中与第二参考电压Vref2进行比较，检测是否过流，其中的第二参考电压Vref2通过稳压管V33获得。

开关控制电路5包括第一与非门D33A、第二与非门D33B、单稳态触发电路D31、延时逻辑控制电路55和反相电路56, 第一与非门D33A和第二与非门D33B均为2输入与非门。第一与非门D33A的一个输入端与过压检测电路3的输出端电连接，另一个输入端与过流检测电路4的输出端电连接，输出端与第二与非门D33B的一个输入端电连接。单稳态触发电路D31由型号为74HC4538的集成电路芯片组成，该芯片的5脚为其输入端，7脚为其输出端，7脚同时与延时逻辑控制电路55的输入端和反相电路56的输入端电连接，反相电路56的输出端与开关电路的控制端电连接。芯片的7脚输出信号/QA输出给作为反相电路56的NPN三极管V32的基极,通过控制NPN三极管V32的通断，从而控制着功率MOSFET管V31的通断。负载正常工作时信号/QA为高电平，当芯片5脚的输入信号CTR下降沿触发时，信号/QA由高电平转成低电平，并维持一个周期的低电平脉冲。周期时间由芯片的2脚上的RC延时电路确定。第二与非门D33B的输出端与单稳态触发电路D31的输入端电连接,用于产生CTR信号，来触发单稳态触发电路D31产生/QA信号，控制功率MOSFET管V31的通断。

延时逻辑控制电路55的输出端与第二与非门D33B的另一个输入端电连接。该延时逻辑控制电路用于将单稳态触发电路D31输出的信号展宽并延时后输出给第二与非门D33B。第二与非门D33B的输出端与单稳态触发电路D31的输入端电连接。延时逻辑控制电路55包括延时电路、第三与非门D33C和第四与非门D33D。第三与非门D33C和第四与非门D33D均为2输入与非门。单稳态触发电路D31的输出端同时与第三与非门D33C的两个输入端电连接，第三与非门D33C的输出端与延时电路的输入端电连接，延时电路的输出端同时与第四与非门D33D的两个输入端电连接。该延时电路为RC延时电路，由电阻R35和电容C33组成。第四与非门D33D的输出端作为该延时逻辑控制电路的输出端。

图3中的电路工作方式为：在电源100的输出电压VIN0超过第一参考电压Vref1或负载200的内部电路系统电压低于第二参考电压Vref2时，断开功率MOSFET管V31，使负载内部电路系统的电压和电流都降到零。在持续一段时间后，重新导通功率MOSFET管V31，如果继续检测到超过第一参考电压Vref1或低于第二参考电压Vref2的异常电压，则再次断开功率MOSFET管V31，否则维持平时状态，恢复负载正常工作。

图4是根据本发明一实施例的过压过流保护电路在电源输出电压过压时的电信号图。图4中各信号的含义以及相互之间的逻辑关系如下：

TEST1为过压检测电路3的输出信号，低电平表示有过压；TEST2为过流检测电路4的输出信号，低电平表示有过流；TEST为第一与非门D33A的输出信号，TEST=[TEST1与非TEST2]；

CTR为输入给单稳态触发电路D31的触发信号，/QA为单稳态触发电路D31的输出信号，当CTR为下降沿时触发/QA的低电平脉冲；CTR=[TEST与非/QA-1]；

/QA-1为/QA经过两次反相加一次RC延时电路延时后的信号。

以电源输出电压VIN0过压为例，各信号变化如下：

时刻①：

过压检测电路3检测出过压，TEST1信号置低；TEST信号平时为低，当TEST1信号或TEST2信号中的任何一者置低后，TEST信号转为高电平；

/QA信号平时为高电平， /QA-1信号为/QA信号经过两次反相加一次延时后的信号，平时也为高电平；TEST信号由低电平转为高电平后，CTR信号由高电平转为低电平，产生下降沿触发，使/QA信号转为低电平。/QA转为低电平后，开关电路2断开电压通道；

时刻②：

/QA-1信号为/QA的延时信号，开始由高电平转为低电平。CTR信号由低电平转为高电平，/QA-1为低电平期间，CTR信号维持高电平，不受TEST信号变化影响；

时刻③：

在时刻①后约1个周期的时间，/QA翻转为高电平，开关电路2导通电压通道；

时刻④：

/QA-1信号翻转为高电平，此时如果TEST信号正常为低电平，则电路恢复为平时状态；此时如果异常状态未解除，TEST信号为高电平，则CTR信号由高电平转为低电平，下降沿触发/QA转为低电平，开关电路2将再次断开电压通道。

Claims (10)

1.过压过流保护电路，连接于电源与负载之间，其特征在于，该过压过流保护电路包括：

可恢复保险丝，该可恢复保险丝具有第一端和第二端，该可恢复保险丝的第一端与所述电源的输出端电连接；

开关电路，具有第一导通端、第二导通端以及控制端，所述的第一导通端与可恢复保险丝的第二端电连接，所述的第二导通端与所述的负载电连接；

过压检测电路，用于检测所述电源的输出电压是否过压；

过流检测电路，用于检测流过所述可恢复保险丝的电流是否过流；

开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和控制输出端，所述开关控制电路的第一输入端与所述过压检测电路的输出端电连接，第二输入端与过流检测电路的输出端电连接，控制输出端与开关电路的控制端电连接；该开关控制电路用于在所述的过压检测电路检测到过压时和/或所述的过流检测电路检测到过流时，控制所述的开关电路断开，并在开关电路断开预设的时间后自动控制开关电路导通。

2.如权利要求1所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的过压检测电路的输入端与所述可恢复保险丝的第一端电连接。

3.如权利要求1或2所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的过压检测电路包括第一分压电路和第一比较电路；

所述第一分压电路的输入端与所述可恢复保险丝的第一端电连接，输出端与所述第一比较电路的一个输入端电连接；

所述第一比较电路的另一个输入端电连接于第一参考电压，输出端与所述开关控制电路的第一输入端电连接。

4.如权利要求1所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的过流检测电路的输入端与所述可恢复保险丝的第二端电连接。

5.如权利要求1或4所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的过流检测电路包括第二分压电路和第二比较电路；

所述第二分压电路的输入端与所述可恢复保险丝的第二端电连接，输出端与所述第二比较电路的一个输入端电连接；

所述第二比较电路的另一个输入端电连接于第二参考电压，输出端与所述开关控制电路的第二输入端电连接。

6.如权利要求1所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的开关电路为功率MOSFET管。

7.如权利要求1所述的过压过流保护电路，其特征在于，还包括保护电容，所述保护电容的正极与所述可恢复保险丝的第二端电连接，负极接地。

8.如权利要求1、2、4、6或7中的任何一项所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的开关控制电路包括第一与非门、第二与非门、单稳态触发电路、延时逻辑控制电路和反相电路；所述的第一与非门和第二与非门均为2输入与非门；

第一与非门的一个输入端与所述过压检测电路的输出端电连接，另一个输入端与所述过流检测电路的输出端电连接，输出端与第二与非门的一个输入端电连接；

所述单稳态触发电路的输出端同时与所述延时逻辑控制电路的输入端和所述反相电路的输入端电连接，所述反相电路的输出端与所述开关电路的控制端电连接；

所述延时逻辑控制电路的输出端与所述第二与非门的另一个输入端电连接，该延时逻辑控制电路用于将所述单稳态触发电路输出的信号展宽并延时后输出给所述的第二与非门；

所述第二与非门的输出端与单稳态触发电路的输入端电连接。

9.如权利要求8所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的延时逻辑控制电路包括延时电路、第三与非门和第四与非门；第三与非门和第四与非门均为2输入与非门；

所述单稳态触发电路的输出端同时与第三与非门的两个输入端电连接，第三与非门的输出端与所述延时电路的输入端电连接，所述延时电路的输出端同时与第四与非门的两个输入端电连接，第四与非门的输出端与第二与非门的另一个输入端电连接。

10.如权利要求9所述的过压过流保护电路，其特征在于，所述的延时电路为RC延时电路；

所述的反相电路为NPN三极管。