CN105870899B - 保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保护电路，包括信号采集传输模块、信号处理模块以及电源控制模块；其中信号采集传输模块：用于对主回路中的电流数值进行采集传输；信号处理模块：用于对信号采集传输模块采集的信号进行处理；电源控制模块：基于信号处理模块处理结果控制电路的开通或关断；所述信号采集传输模块分别与信号处理模块以及电源控制模块连接，所述信号处理模块与电源控制模块连接。通过运用包括四二输入或非门及RS触发器的信号处理模块实现限流保护重复使用的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护电路，属于电子技术领域。
背景技术
电源作为一切电子产品的供电设备，性能固然是产品的基本要求，但是电源自身的保护措施也尤为重要，因此保护电路是电源产品中不可缺少的一个组成部分，根据其控制方法大致可以分为关断方式和限流方式，传统的关断方式为保险丝过流保护，当电流达到保险丝熔断电流时，保险丝就会因过流而熔断形成关断，从而使得整个电路断电，起到保护电路的作用。
然而，上述保险丝关断模式的保护具有一个较大缺陷，由于采用保险丝熔断方式进行关断电路电源，熔断的保险丝无法自我修复，所以该保护方式仅能保护一次，熔断了即需更换，才能再次保护电路。
本发明由四二输入或非门和RS触发器构成，采用限流的方式解决了上述问题，在故障解除后电源能自动恢复工作，在高频大功率开关电源输入电路中可代替传统保险丝而得到比较广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种保护电路，以解决电源自身保护控制及重复利用的技术问题。
为实现以上发明目的，本发明提供一种保护电路，包括信号采集模块、信号处理模块以及电源控制模块；
其中信号采集模块：用于对主回路中的电流信号进行采集；
信号处理模块：与所述信号采集模块连接，所述信号处理模块用于对信号采集传输模块采集的信号进行处理；
电源控制模块：与所述信号处理模块连接，所述电源控制模块基于信号处理模块的处理结果控制电路的开通或关断。
进一步地，所述信号采集模块包括电流取样单元、信号放大单元以及第一信号传输单元；
所述电流取样单元，用于采集待测电源的输出电流值；
所述信号放大单元，与所述电流取样单元连接，所述信号放大单元用于对所述电路取样单元获取的电流进行放大；
所述第一信号传输单元，与所述信号放大单元连接，所述信号传输单元用于将放大后的电流传输给信号处理模块进行处理。
进一步地，所述电流取样单元包括电阻R3以及电阻R4，所述电阻R3一端分别与所述电阻R4一端以及待测电源连接，所述电阻R3另一端分别与所述电阻R4、所述信号放大单元以及所述电源控制模块连接。
进一步地，所述电流取样单元为电流互感器，所述电流互感器的输入端与待测电源连接，所述电流互感器的输出端分别与所述信号放大单元以及所述电源控制模块连接。
进一步地，所述信号采集模块还包括滤波电容C1，所述滤波电容C1的正极分别与待测电源以及所述电源模块连接，所述滤波电容C1的负极分别与所述电流取样单元以及地连接。
进一步地，所述信号放大单元包括放大器U4、电阻R9、电阻R10、电阻R15、电阻R16，其中，所述放大器U4的1脚分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R16的一端以及所述第一信号传输单元连接，所述放大器U4的2脚分别与所述电阻R9的另一端以及所述电阻R10的一端连接，所述放大器U4的3脚分别与所述信号采集模块以及所述电源控制模块连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电阻R16的另一端分别与所述第一信号传输单元以及所述电阻R15的一端连接，所述电阻R15的另一端接地。
进一步地，所述信号处理模块包括多谐振荡单元、触发单元、电平转换单元以及第二信号传输单元；
其中，所述多谐振荡单元，与所述第一信号传输单元连接，所述多谐振荡单元用于向所述电平转换单元以及触发单元发送方波信号；
所述触发单元，与所述多谐振荡单元连接，所述触发单元基于所述多谐振荡单元发送的方波信号进行触发并生成触发信号，所述触发单元向所述电平转换单元以及所述第二信号传输单元发送触发信号；
所述电平转换单元，与所述触发单元连接，所述电平转换单元基于所述触发单元的触发信号生成控制信号。
所述第二信号传输单元，与所述电平转换单元连接，所述第二信号传输单元将所述控制信号传输给电源控制模块。
进一步地，所述多谐振荡单元包括四二输入或非门U3，电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2以及电容C3；所述触发单元包括四路R-S触发器U1；所述电平转换单元包括六路电压电平转换器U2、电阻R18以及电阻R19；其中，
所述四二输入或非门U3的1脚以及2脚与第一信号传输单元连接，所述四二输入或非门U3的3脚分别与所述电阻R13的一端以及所述四路R-S触发器U1的1脚连接，所述四二输入或非门U3的4脚、8脚以及9脚与所述电容C2的一端连接，所述四二输入或非门U3的5脚、6脚分别与所述电容C3的负极以及所述四二输入或非门U3的11脚连接，所述四二输入或非门U3的10脚与所述电阻R12的一端连接，所述四二输入或非门U3的12脚以及13脚分别与所述电阻R12的另一端以及所述电容C2的另一端连接，所述四二输入或非门U3的14脚分别与所述第一信号传输单元、所述电阻R14的一端、所述电阻R13的另一端、所述四路R-S触发器U1的16脚以及5V工作电源连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C3的正极、所述四路R-S触发器U1的2脚以及所述四路R-S触发器U1的3脚连接，所述四路R-S触发器U1的4脚与所述六路电压电平转换器U2的3脚连接，所述四路R-S触发器U1的16脚与所述六路电压电平转换器U2的1脚连接，所述六路电压电平转换器U2的2脚分别与所述第二信号传输单元、所述电阻R18一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述第二信号传输单元以及所述电阻R19的一端连接，所述电阻R19的另一端接地。
进一步地，所述电源控制模块包括驱动单元、开关单元以及限流单元；
所述驱动单元，与所述第二信号传输单元连接，所述驱动单元基于所述第二信号传输单元传输的所述控制信号控制所述开关单元的开关状态；
所述开关单元，与所述驱动单元连接，所述开关单元基于所述驱动单元的驱动实现开关功能；
所述限流单元，分别与所述待测电源以及所述开关单元连接，所述限流单元基于所述开关单元的开关状态对所述待测电源的电流进行限制。
进一步地，所述驱动单元包括电阻R5、电阻R7、电阻R20、二极管D1、三极管Q2以及三极管Q3；所述开关单元为场效应管Q1；所述限流单元包括电阻R1以及电阻R2；
所述电阻R1一端分别与所述电阻R2的一端、所述信号采集模块以及所述待测电源正极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的另一端、所述场效应管Q1的源极连接，所述场效应管Q1的漏极与所述信号采集模块连接，所述场效应管Q1的栅极分别与所述电阻R5一端、所述电阻R7一端以及所述二极管D1的正极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述信号采集模块以及所述信号放大模块连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D1的负极、所述三极管Q2的发射极以及所述三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q2的集电极与12V工作电源连接，所述三极管Q2的基极分别与所述三极管Q3的基极、所述电阻R20一端以及所述第二信号传输单元连接，所述三极管Q3的集电极接地，所述电阻R20的另一端接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
运用包括四二输入或非门及RS触发器的信号处理模块，通过触发信号驱动电源控制模块工作状态，获得了既能限流保护同时可重复使用的技术效果；运用电流互感器作为检测元件来获得取样电流信号的方式，获得提高信号采集转化效率的技术效果。运用石英晶体代替定时元件的方式，获得提高多谐振荡单元振荡频率的稳定性的技术效果。运用在信号采集模块中添加滤波电路，获得了提高抗干扰效果的技术效果。运用光耦作为信号传输单元，可以降低信号中的杂波，获得提高信号准确性的技术效果。
附图说明
图1是本发明的保护电路的主框图；
图2是本发明的保护电路的具体实施例电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示为本发明提供的一种保护电路，从图中可以看出，该保护电路包括信号采集模块10、信号处理模块20以及电源控制模块30；
从整体上来说，本发明通过信号采集模块10中的电流取样单元101对待测电源的电压进行取样，由于取样电压值都较小，容易损耗，无法直接使用，我们将取样电压经过信号放大单元102对其进行放大，再进过第一信号传输单元103将方大后的信号传输给信号处理模块20。当主回路中电流增大时，电流取样单元101的取样电压也随之增大，当电压达到多谐振荡单元201的转换电平时开始输出低电平，触发单元202基于该低电平触发电平转换单元203输出低电平，此低电平信号通过第二信号传输单元204传输给驱动单元301，驱动单元301控制开关单元302关闭，开关单元302关闭后限流单元303开始对主回路中的电流进行限制。当主回路中电流恢复时，电流取样单元101的取样电压恢复，多谐振荡单元201不再输出低电平，触发单元202也不再触发电平转换单元203输出低电平，驱动单元301打开开关单元302，限流单元303不再对主回路中电流进行限制作用。
我们一般采用光耦作为信号传输的工具，由于光耦的光电转换过程可以有效的过滤一些较小的杂波，提高传出信号的精确度。
实施例2：
如图2所示，本发明的保护电路在正常工作时，随着主回路中电流增大，采样电阻R2和R3上的电压增大，通过放大器U4对采集的电压进行放大处理，并通过光耦U5将信号传给多谐振荡器U3，当光耦U5输出电平达到多谐振荡器U3的转换电平时，多谐振荡器U3的3脚输出低电平，由于四路R-S触发器U1为低电平触发，所以当多谐振荡器U3输出低电平时；四路R-S触发器U1的4脚也输出低电平，从而控制六路电压电平转换器U2的2脚输出低电平，光耦U6会将低电平传输驱动单元301，驱动单元301驱动场效应管Q1关断，场效应管Q1关断后，电阻R1和电阻R2不接入到主回路中，从而实现限流保护的功能。当主回路中电流恢复后，多谐振荡器U3不再输出低电平，四路R-S触发器U1也不再触发，六路电压电平转换器U2恢复高电平输出，驱动单元301驱动场效应管Q1接通，此时电阻R1和电阻R2接入主回路，从而停止限流保护功能。
其中多谐振荡单元201输出端与输入端接有反馈线形成环形，因此称为环形多谐振荡电路，电路中R、C为定时元件，调节R或C的值可以改变振荡频率，多谐振荡单元工作时不需要外加触发信号，电路输出状态会在高、低电平两种状态间反复不停地翻转，没有稳定的状态，所以又称无稳态电路。
信号采集模块10中还可增加滤波电容C1，虽然增加滤波电容C1对干扰有很大的抑制作用，能避免误封锁动作的发生。
实施例3：
在实施例2的基础上，电流取样单元101采用电流互感器作为采样元件，当取样电流比较大时，电阻取样会有损耗，降低了变换器的效率，利用电流互感器作为检测元件，可为电源效率提高创造一定的条件。
在实施例2的基础上，为了提高多谐振荡单元201振荡频率的稳定性，可采用石英晶体代替电路中的定时元件R、C，由于石英晶体在串联谐振时，其阻抗最小，而在其他频率时为高阻抗，所以振荡频率决定于石英晶体的串联谐振频率。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种保护电路，包括信号采集模块、信号处理模块以及电源控制模块；
信号采集模块：用于对主回路中的电流信号进行采集；
信号处理模块：与所述信号采集模块连接，所述信号处理模块用于对信号采集传输模块采集的信号进行处理；
电源控制模块：与所述信号处理模块连接，所述电源控制模块基于信号处理模块的处理结果控制电路的开通或关断；
所述信号采集模块包括电流取样单元、信号放大单元以及第一信号传输单元；
所述电流取样单元，用于采集待测电源的输出电流值；
所述信号放大单元，与所述电流取样单元连接，所述信号放大单元用于对所述电流取样单元获取的电流进行放大；
所述第一信号传输单元，与所述信号放大单元连接，所述信号传输单元用于将放大后的电流传输给信号处理模块进行处理；
其特征在于，所述信号放大单元包括放大器U4、电阻R9、电阻R10、电阻R15、电阻R16，其中，所述放大器U4的1脚分别与所述电阻R9的一端、所述电阻R16的一端以及所述第一信号传输单元连接，所述放大器U4的2脚分别与所述电阻R9的另一端以及所述电阻R10的一端连接，所述放大器U4的3脚分别与所述信号采集模块以及所述电源控制模块连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电阻R16的另一端分别与所述第一信号传输单元以及所述电阻R15的一端连接，所述电阻R15的另一端接地。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述信号处理模块包括多谐振荡单元、触发单元、电平转换单元以及第二信号传输单元；
其中，所述多谐振荡单元，与所述第一信号传输单元连接，所述多谐振荡单元用于向所述电平转换单元以及触发单元发送方波信号；
所述触发单元，与所述多谐振荡单元连接，所述触发单元基于所述多谐振荡单元发送的方波信号进行触发并生成触发信号，所述触发单元向所述电平转换单元以及所述第二信号传输单元发送触发信号；
所述电平转换单元，与所述触发单元连接，所述电平转换单元基于所述触发单元的触发信号生成控制信号；
所述第二信号传输单元，与所述电平转换单元连接，所述第二信号传输单元将所述控制信号传输给电源控制模块。
3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述多谐振荡单元包括四二输入或非门U3，电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2以及电容C3；所述触发单元包括四路R-S触发器U1；所述电平转换单元包括六路电压电平转换器U2、电阻R18以及电阻R19；其中，
所述四二输入或非门U3的1脚以及2脚与第一信号传输单元连接，所述四二输入或非门U3的3脚分别与所述电阻R13的一端以及所述四路R-S触发器U1的1脚连接，所述四二输入或非门U3的4脚、8脚以及9脚与所述电容C2的一端连接，所述四二输入或非门U3的5脚、6脚分别与所述电容C3的负极以及所述四二输入或非门U3的11脚连接，所述四二输入或非门U3的10脚与所述电阻R12的一端连接，所述四二输入或非门U3的12脚以及13脚分别与所述电阻R12的另一端以及所述电容C2的另一端连接，所述四二输入或非门U3的14脚分别与所述第一信号传输单元、所述电阻R14的一端、所述电阻R13的另一端、所述四路R-S触发器U1的16脚以及5V工作电源连接，所述电阻R14的另一端与所述电容C3的正极、所述四路R-S触发器U1的2脚以及所述四路R-S触发器U1的3脚连接，所述四路R-S触发器U1的4脚与所述六路电压电平转换器U2的3脚连接，所述四路R-S触发器U1的16脚与所述六路电压电平转换器U2的1脚连接，所述六路电压电平转换器U2的2脚分别与所述第二信号传输单元、所述电阻R18一端连接，所述电阻R18的另一端分别与所述第二信号传输单元以及所述电阻R19的一端连接，所述电阻R19的另一端接地。
4.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述电源控制模块包括驱动单元、开关单元以及限流单元；
所述驱动单元，与所述第二信号传输单元连接，所述驱动单元基于所述第二信号传输单元传输的所述控制信号控制所述开关单元的开关状态；
所述开关单元，与所述驱动单元连接，所述开关单元基于所述驱动单元的驱动实现开关功能；
所述限流单元，分别与所述待测电源以及所述开关单元连接，所述限流单元基于所述开关单元的开关状态对所述待测电源的电流进行限制；
所述驱动单元包括电阻R5、电阻R7、电阻R20、二极管D1、三极管Q2以及三极管Q3；所述开关单元为场效应管Q1；所述限流单元包括电阻R1以及电阻R2；
所述电阻R1一端分别与所述电阻R2的一端、所述信号采集模块以及所述待测电源正极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的另一端、所述场效应管Q1的源极连接，所述场效应管Q1的漏极与所述信号采集模块连接，所述场效应管Q1的栅极分别与所述电阻R5一端、所述电阻R7一端以及所述二极管D1的正极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述信号采集模块以及所述信号放大模块连接，所述电阻R7的另一端分别与所述二极管D1的负极、所述三极管Q2的发射极以及所述三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q2的集电极与12V工作电源连接，所述三极管Q2的基极分别与所述三极管Q3的基极、所述电阻R20一端以及所述第二信号传输单元连接，所述三极管Q3的集电极接地，所述电阻R20的另一端接地。
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