CN106099842A - 一种反接或短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反接或短路保护电路，包括控制单元，控制单元的输入端接直流输入正负极，输出端为直流输出正负极；在直流输入负极与直流输出负极之间设置有短路/反接保护电路，保护电路包括有电感器L和保护开关K，保护开关K的各接线端分别连接电感器L、控制单元和直流输入负极，在电感器L的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关K往直流输出负极为正向连接。本发明在瞬时反接或短路时导致的大电流情况下，不会损坏开关器件，在短路和反接状态下，电流可以做到很小，几乎没有火花，不损坏输出接头，无需更换电子元器件，从而能够确保电路正常工作。

Description

一种反接或短路保护电路
技术领域
本发明涉及电路结构技术领域，具体涉及一种用于短路等状态下对电路起保护作用的电路结构。
背景技术
许多电路不允许反接，而短路则更是绝大部分电路需要绝对避免的状况，因为在短路和反接状态下瞬间电流很大、火花很大，容易损坏输出接头，在大电流情况下不能实现瞬间、实时保护，从而可能造成电路故障、不能正常工作、元件烧毁甚至导致火灾等情况。因此，如何达到前述状态下的电路保护一直业界不懈努力的方向。目前，对于电路短路一般是采用保险丝的方式，在短路状态下产生的瞬间大电流会熔断保险丝，达到保护电路的目的。然而，这种方式在保护电路的同时也切断了电路，使得电路不能够正常工作，需要更换保险丝电路才能工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、保护效果好、在保护电路的同时可以确保电路正常工作的反接或短路保护电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种反接或短路保护电路，其特征在于：包括控制单元，控制单元的输入端接直流输入正负极，输出端为直流输出正负极；在直流输入负极与直流输出负极之间设置有短路/反接保护电路，保护电路包括有电感器L和保护开关K，保护开关K的各接线端分别连接电感器L、控制单元和直流输入负极，在电感器L的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关K往直流输出负极为正向连接；所述保护开关K为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出高电位，保护开关K打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间反接保护。
作为另一种方案，所述短路/反接保护电路设置于直流输入正极与直流输出正极之间，保护电路包括有电感器和保护开关，保护开关的各接线端分别连接电感器、控制单元和直流输入正极，在电感器的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关往直流输出正极为反向连接；所述保护开关为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出低电位，保护开关打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间反接保护。
优选地，所述控制单元由三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q2，三极管Q1的发射极接直流输入正极，三极管Q1的基极通过串联的电阻R1和电阻R4连接直流输入负极，直流输出负极从电阻R1与电阻R4之间接出；三极管Q1的集电极通过串联的电阻R2和电阻R3接直流输入负极，MOS管Q2的栅极接于电阻R2与电阻R3之间，MOS管Q2的漏极接直流输入负极。
优选地，所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入负极；运算放大器U1的输出端接MOS管Q1的栅极。
优选地，所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入正极，运算放大器U1的输出端接MOS管Q1的栅极；MOS管Q1的漏极接直流输入正极，MOS管Q1的源极接电感器L1。
本发明在瞬时反接或短路时导致的大电流情况下，不会损坏开关器件，在短路和反接状态下，电流可以做到很小，几乎没有火花，不损坏输出接头，无需更换电子元器件，从而能够确保电路正常工作。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的电路结构图；
图2为本发明第二种实施方式的电路结构图；
图3为基于第一种实施方式的电路原理图；
图4为基于第一种实施方式的另一电路原理图；
图5为基于第二种实施方式的电路原理图。
具体实施方式
实施例1，参照图1，反接或短路保护电路，包括控制单元，控制单元的输入端接直流输入正负极，输出端为直流输出正负极；在直流输入负极与直流输出负极之间设置有短路/反接保护电路，保护电路包括有电感器L和保护开关K，保护开关K的各接线端分别连接电感器L、控制单元和直流输入负极，在电感器L的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关K往直流输出负极为正向连接；保护开关K可为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出高电位，保护开关K打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间反接保护。
参照图3，控制单元由三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q2，三极管Q1的发射极接直流输入正极，三极管Q1的基极通过串联的电阻R1和电阻R4连接直流输入负极，直流输出负极从电阻R1与电阻R4之间接出；三极管Q1的集电极通过串联的电阻R2和电阻R3接直流输入负极，MOS管Q2的栅极接于电阻R2与电阻R3之间，MOS管Q2的漏极接直流输入负极。
工作原理：常态下，三极管Q1的基极所接电阻R1、R4与负极相连，产生了偏置电流，Q1集射极处于导通状态，集电极输出高电平，经由电阻R2、R3分压，输出控制MOS管Q2导通。
当直流输出正负极短路时，输出负极与输出正极电压一致，和输出负极相连的电阻R1两端电位也被拉高与输出正极一致，三极管Q1的基射极两端电位一致，无偏置电流，Q1集射极截止，与电阻R2、R3相连的MOS管Q2栅极电压为零，Q2截止。实现了短路保护功能。
反接状态时，当输出正负极与外接电池或电源极性反接时，输出负极电位高于输出正极，和输出负极相连的电阻R1两端电位也被拉高，高于输出正极电位，三极管Q1基极电位高于射极电位，无偏置电流，Q1集射极截止，与电阻R2、R3相连的Q2栅极电压为零，Q2截止。
参照图4，所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入负极；运算放大器U1的输出端接MOS管Q2的栅极。
工作原理如下：常态下，运算放大器U1的输入正端（同相输入端）被电阻R1、R2分压，预设的电压为高于输入负极、低于输入正极之间的某个电压值，U1输入负端（反相输入端）经由电阻R3连接输入负极，其电压值为零，由于U1的输入负端低于输入正端，所以U1的输出端输出高电平，控制Q1导通。
当输出正负端短路时，输出负端与输出正端电压一致，和输出负极相连的U1输入负端也和输出正端一致，此时U1输入负端电位高于输入正端电位，U1输出端输出低电平，控制Q1截止。
反接状态时，输出负端电压高于输出正端电压，和输出负极相连的U1输入负端电压也高于输出正端电压，此时U1输入负端电位高于输入正端电位，U1输出端输出低电平，控制Q1截止。
实施例2，参照图2，所述短路/反接保护电路设置于直流输入正极与直流输出正极之间，保护电路包括有电感器和保护开关，保护开关的各接线端分别连接电感器、控制单元和直流输入正极，在电感器的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关往直流输出正极为反向连接；保护开关为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出低电位，保护开关打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间反接保护。
参照图5，所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入正极，运算放大器U1的输出端接MOS管Q1的栅极；MOS管Q1的漏极接直流输入正极，MOS管Q1的源极接电感器L1。
工作原理如下：常态下，运算放大器U1的输入正端被电阻R1、R3分压网络，预设的电压高于输入负极，低于输入正极之间的某个电压值，U1输入负端经由电阻R2连接输入正极，其电压值和输入正极一致，由于U1的输入正端电压低于输入负端电压，所以U1的输出端输出低电平，控制Q1导通。
当输出正负端短路时，输出正端与输出负端电压一致，和输出正极相连的U1输入负端也和输出负端一致，此时U1输入负端电位低于输入正端电位，U1输出端输出高电平，控制Q1截止。
反接状态时，输出正端电压低于输出负端电压，和输出正极相连的U1输入负端电压也低于输出负端电压，此时U1输入负端电位低于输入正端电位，U1输出端输出高电平，控制Q1截止。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (5)

1.一种反接或短路保护电路，其特征在于：包括控制单元，控制单元的输入端接直流输入正负极，输出端为直流输出正负极；在直流输入负极与直流输出负极之间设置有短路/反接保护电路，保护电路包括有电感器L和保护开关K，保护开关K的各接线端分别连接电感器L、控制单元和直流输入负极，在电感器L的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关K往直流输出负极为正向连接；所述保护开关K为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出高电位，保护开关K打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间短路保护；直流输出正负极短路状态下，“直流输出负极的电位和直流输出正极电位相同”控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出低电平，快速关闭保护开关K，实现瞬间反接保护。
2.根据权利要求1所述的反接或短路保护电路，其特征在于：所述短路/反接保护电路设置于直流输入正极与直流输出正极之间，该保护电路包括有电感器和保护开关，保护开关的各接线端分别连接电感器、控制单元和直流输入正极，在电感器的两端并联连接有二极管，二极管从保护开关往直流输出正极为反向连接；所述保护开关为继电器、MOS管、GTR或IGBT；正常接线状态下，直流输入正负极有正常供电，控制单元输出低电位，保护开关打开；直流输出正负极短路状态下，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间短路保护；直流输入正负极外接电池或电源与直流输出正负极的极性相反状态下，直流输出负极的电位高于直流输出正极电位，控制单元通过判断输出高电平，快速关闭保护开关，实现瞬间反接保护。
3.根据权利要求1所述的反接或短路保护电路，其特征在于：所述控制单元由三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q2，三极管Q1的发射极接直流输入正极，三极管Q1的基极通过串联的电阻R1和电阻R4连接直流输入负极，直流输出负极从电阻R1与电阻R4之间接出；三极管Q1的集电极通过串联的电阻R2和电阻R3接直流输入负极，MOS管Q2的栅极接于电阻R2与电阻R3之间，MOS管Q2的漏极接直流输入负极。
4.根据权利要求1所述的反接或短路保护电路，其特征在于：所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关K采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入负极；运算放大器U1的输出端接MOS管Q1的栅极。
5.根据权利要求2所述的反接或短路保护电路，其特征在于：所述控制单元由运算放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成，保护开关采用MOS管Q1，运算放大器U1的同相输入端分别通过电阻R1接直流输入正极和通过电阻R2接直流输入负极，运算放大器U1的反相输入端接直流输出负极并通过电阻R3接直流输入正极，运算放大器U1的输出端接MOS管Q1的栅极；MOS管Q1的漏极接直流输入正极，MOS管Q1的源极接电感器L1。
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