CN106300240B - 延时保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种延时保护电路，包括第一比较电路，用于第一基准电压与采样电压信号相比较的第一比较电路；第一比较电路输入第一基准电压和采样电压信号；第二比较电路，用于第二基准电压与第一比较电路输出电压相比较的第二比较电路；第二比较电路输入第二基准电压和第一比较电路输出电压，第二比较电路输出过压保护信号；充放电延时电路，通过充放电控制延时保护时间，充放电延时电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接；保护状态保持电路，该电路受第二比较电路的输出信号控制启闭，保护状态保持电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接。该延时保护电路能在检测到供电电路中有瞬时过压或过电流时及时断开电路且成本低、可靠性高。

Description

延时保护电路
技术领域
本发明涉及硬件电路设计技术领域，具体讲是一种延时保护电路。
背景技术
在供电回路与电气驱动回路中，经常会出现瞬时过压或过电流等异常情况。而在发生过压或瞬时过电流时，如不能及时采取保护措施，当电压或电流超过设备的最大承受能力时将会损坏设备，从而造成巨大的损失。延时保护电路就是用来减小这种情况所造成损失的装置，它能在检测到供电电路中有瞬时过压或过电流时及时断开电路，并通过延时电路持续保护一段时间再恢复运行，以保护设备。
在现有技术中，一般采用电压芯片或软件采样处理的方式实现电源的输入过压和输出过压的检测和保护。电压芯片的方式增加了成本；软件采样处理的方式能够正确的判断采样信号电压且判断该采样信号是否过压，但软件采样处理的方式有一定的局限性，只适合于数字电源领域而且对编程者技术水平要求较高，并且软件可能会出现程序跑飞，从而影响其可靠性。因此，如UL认证等，特别强调硬件电路的保护和延时功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种延时保护电路，该延时保护电路能在检测到供电电路中有瞬时过压或过电流时及时断开电路且成本低、可靠性高。
本发明的技术方案是，提供一种延时保护电路，包括
第一比较电路，用于第一基准电压与采样电压信号相比较的第一比较电路；所述的第一比较电路输入第一基准电压和采样电压信号；
第二比较电路，用于第二基准电压与第一比较电路输出电压相比较的第二比较电路；所述的第二比较电路输入第二基准电压和第一比较电路输出电压，所述的第二比较电路输出过压保护信号；
充放电延时电路，通过充放电控制延时保护时间，所述的充放电延时电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接；
保护状态保持电路，该电路受第二比较电路的输出信号控制启闭，所述的保护状态保持电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接。
所述的充放电延时电路包括电阻R4、R5，二极管D1、D2以及起耦合以及充放电作用的电容C1；所述电阻R5的一端与第一电源正极连接，所述电阻R5的另一端与第一比较电路的输出端、电容C1的一端连接；所述电容C1的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接；所述二极管D1的阴极与电阻R4的一端、第二比较电路的输入端连接；所述电阻R4的另一端、二极管D2的阳极均与公共接地端连接。
所述的充放电延时电路还包括一用于快速放电的PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的e极与二极管D1的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的b极与二极管D2的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的c极与公共接地端连接。
所述的充放电延时电路还包括一用于限定电流的电阻R6，所述的电阻R6设在第一比较电路的输出端与电容C1的一端之间，所述电阻R6的一端与第一比较电路的输出端连接，所述电阻R6的另一端与电容C1的一端连接。
所述的保护状态保持电路包括电阻R1、R2、R3以及PNP型三极管Q1；所述PNP型三极管Q1的e极与第二电源的正极、电阻R3的一端连接；所述PNP型三极管Q1的b极与电阻R2的一端连接；所述PNP型三极管Q1的c极与电阻R1的一端连接；所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与第二比较电路的输出端连接；所述电阻R1的另一端与公共接地端连接。
所述的延时保护电路还包括RC滤波电路，所述的RC滤波电路包括电阻R7和电容C2，所述的电阻R7串联在第一比较电路的输入端与采样电压信号输入端之间；所述的电容C2串联在电阻R1的另一端与公共接地端之间。
所述的第一比较电路、第二比较电路均为比较器集成电路。
所述的第一比较电路、第二比较电路均为运算放大器集成电路。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明延时保护电路，随时检测输入至第一比较电路的采样电压与第一基准电压比较，一旦出现采样电压峰值高于第一基准电压，第一比较器的输出电平立刻发生翻转，并通过电容器即时耦合至第二比较电路和令其同步翻转且保护电路动作，因为采样的过电压峰值一瞬即逝，设有状态保持电路并随第二比较电路翻转时动作，若保护状态保持电路动作，则说明检测到供电电路中有过压或过电流异常，这时再通过充放电电路的充电和放电进行延时，从而起到保护的作用。本发明通过一些分立器件简单组合即实现了过压的延时功能，因此其成本低且工作可靠性高。
本发明延时保护电路，比较输入至第一比较电路的第一基准电压和采样压，根据比较结果驱动第二比较电路选择动作，通过输出电压能够驱动第二比较电路保护状态保持电路动作，若保护状态保持电路动作，则说明检测到供电电路中有过压故障，这时再通过充放电延时电路的充电和放电进行延时，从而起到保护的作用。本发明通过一些分立器件简单组合即实现了过压的延时功能，因此其成本低且工作可靠性高。
进一步地，所述的充放电电路还包括一用于快速放电的PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的e极与二极管D1的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的b极与二极管D2的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的c极与公共接地端连接。该PNP型三极管Q2的设置能够加快C1的放电，从而加快第二比较电路的反应速度。
进一步地，所述的充放电电路还包括一用于限定电流的电阻R6，所述的电阻R6设在第一比较电路的输出端与电容C1的一端之间，所述电阻R6的一端与第一比较电路的输出端连接，所述电阻R6的另一端与电容C1的一端连接。电阻R6限定了电流，从而避免给第二比较电路造成影响。
进一步地，所述的延时保护电路还包括RC滤波电路，所述的RC滤波电路包括电阻R7和电容C2，所述的电阻R7串联在第一比较电路的输入端与采样电压信号输入端之间；所述的电容C2串联在电阻R1的另一端与公共接地端之间。RC滤波电路有效地滤除了采样电压的波动，有效地减少了本发明延时保护电路的误动作。
附图说明
图1是本发明延时保护电路的电路框图。
图2是本发明延时保护电路的电路原理图。
图3是本发明延时保护电路具体实施例的电路原理图。
图4是本发明延时保护电路电压点的时序图。
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。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种延时保护电路，包括
第一比较电路，用于第一基准电压与采样电压信号相比较的第一比较电路；所述的第一比较电路输入第一基准电压和采样电压信号；即第一比较电路的一输入端输入第一基准电压、第一比较电路的另一输入端输入采样电压信号。
第二比较电路，用于第二基准电压与第一比较电路输出电压相比较的第二比较电路；所述的第二比较电路输入第二基准电压和第一比较电路输出电压，所述的第二比较电路输出过压保护信号；即第二比较电路的一输入端输入第二基准电压、第二比较电路的另一输入端输入第一比较电路的输出电压。其中图4中的Uc1为电容C1两端的电压。
充放电延时电路，通过充放电控制延时保护时间，所述的充放电延时电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接；
保护状态保持电路，该电路受第二比较电路的输出信号控制启闭，所述的保护状态保持电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接。
所述的充放电电路包括电阻R4、R5，二极管D1、D2以及电容C1；所述电阻R5的一端与第一电源正极连接，所述电阻R5的另一端与第一比较电路的输出端、电容C1的一端连接；所述电容C1的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接；所述二极管D1的阴极与电阻R4的一端、第二比较电路的输入端连接；所述电阻R4的另一端、二极管D2的阳极均与公共接地端连接。在本实施例中，C1的作用是充放电，控制充放电的时间，R4位放电电阻；第一电源正极电压为+15V，第二电源正极电压为+5V。
所述的充放电电路还包括一用于快速放电的PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的e极与二极管D1的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的b极与二极管D2的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的c极与公共接地端连接。
所述的充放电电路还包括一用于限定电流的电阻R6，所述的电阻R6设在第一比较电路的输出端与电容C1的一端之间，所述电阻R6的一端与第一比较电路的输出端连接，所述电阻R6的另一端与电容C1的一端连接。
所述的保护状态保持电路包括电阻R1、R2、R3以及PNP型三极管Q1；所述PNP型三极管Q1的e极与第二电源的正极、电阻R3的一端连接；所述PNP型三极管Q1的b极与电阻R2的一端连接；所述PNP型三极管Q1的c极与电阻R1的一端连接；所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与第二比较电路的输出端连接；所述电阻R1的另一端与公共接地端连接。
所述的延时保护电路还包括RC滤波电路，所述的RC滤波电路包括电阻R7和电容C2，所述的电阻R7串联在第一比较电路的输入端与采样电压信号输入端之间；所述的电容C2串联在电阻R1的另一端与公共接地端之间。
所述的第一比较电路、第二比较电路均为比较器集成电路。如图2所示，在本实施例中，采用的第一比较电路、第二比较电路均为比较器电路，第一比较电路采用电阻R8、R9设定基准电压，也可以直接供给基准电压；第二比较电路采用电阻R10、R11设定基准电压，也可以直接供给基准电压。在本实施例中，第一比较电路中的比较器U1、第二比较电路中比较器U2为一个合二为一的集成器件(IC器件)，两者共用电源。
所述的第一比较电路、第二比较电路均为运算放大器集成电路。采用运算放大器集成电路为本领域技术人员所熟知的替换，因此应在本发明的保护范围内。
本发明的工作原理是：1.正常工作：R7的采样输入电压值小于第一基准电压值，比较器U的1引脚输出低电平；电容C1的右端电压经过R5和R6分压后值非常小，电容C1的左端电压几乎为零，此时6引脚电压值小于5引脚值(第二基准电压)，比较器U1的7引脚输出高电平；硬件工作正常，软件采样信号正常不采取保护。
2.保护触发与保持：当R7的采样输入电压值大于第一基准电压值，比较器IC1A的1引脚瞬时输出低电平；经R6、C1、D1使U2的6脚电压也即时提高，U2翻转和输出低电平，三极管Q1基极电阻R2产生电流和三极管Q1饱和，虽然输入的窄脉冲很快消失，但三极管Q1的饱和，经R8会维持U1的3脚电压值一直高于2脚电压值；电容C1的右边电压保持不变，C1上的电压会不断增大，但D1的负端电压会持续一段时间都大于U2的5脚电压值，所以U2的输出端7引脚一直输出低电平，硬件和软件采样到信号采取回路保护。
3.保护解除：保护触发后电容C1经15V、R5、D1、R4回路开始充电，随着C1上的电压逐步升高，D1和6脚的电压开始下降，当D1负端电压下降小于U2的5脚电压值时，7引脚输出高电平；硬件和软件采样信号恢复正常重新开始工作，此时R7的采样输入电压＜U1的2脚电压值，正常工作。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种延时保护电路，其特征在于：包括
第一比较电路，用于比较第一基准电压与采样电压信号；所述的第一比较电路输入第一基准电压和采样电压信号；
第二比较电路，用于比较第二基准电压与第一比较电路输出电压；所述的第二比较电路输入第二基准电压和第一比较电路输出电压，所述的第二比较电路输出过压保护信号；
充放电延时电路，通过充放电控制延时保护时间，所述的充放电延时电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接；
保护状态保持电路，该电路受第二比较电路的输出信号控制启闭，所述的保护状态保持电路与第一比较电路、第二比较电路均电连接；
所述的充放电延时电路包括电阻R4、R5，二极管D1、D2以及起耦合以及充放电作用的电容C1；所述电阻R5的一端与第一电源正极连接，所述电阻R5的另一端与第一比较电路的输出端、电容C1的一端连接；所述电容C1的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接；所述二极管D1的阴极与电阻R4的一端、第二比较电路的输入端连接；所述电阻R4的另一端、二极管D2的阳极均与公共接地端连接。
2.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的充放电延时电路还包括一用于快速放电的PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的e极与二极管D1的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的b极与二极管D2的阴极连接；所述PNP型三极管Q2的c极与公共接地端连接。
3.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的充放电延时电路还包括一用于限定电流的电阻R6，所述的电阻R6设在第一比较电路的输出端与电容C1的一端之间，所述电阻R6的一端与第一比较电路的输出端连接，所述电阻R6的另一端与电容C1的一端连接。
4.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的保护状态保持电路包括电阻R1、R2、R3以及PNP型三极管Q1；所述PNP型三极管Q1的e极与第二电源的正极、电阻R3的一端连接；所述PNP型三极管Q1的b极与电阻R2的一端连接；所述PNP型三极管Q1的c极与电阻R1的一端连接；所述电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与第二比较电路的输出端连接；所述电阻R1的另一端与公共接地端连接。
5.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的延时保护电路还包括RC滤波电路，所述的RC滤波电路包括电阻R7和电容C2，所述的电阻R7串联在第一比较电路的输入端与采样电压信号输入端之间；所述的电容C2串联在电阻R1的另一端与公共接地端之间。
6.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的第一比较电路、第二比较电路均为比较器集成电路。
7.根据权利要求1所述的延时保护电路，其特征在于：所述的第一比较电路、第二比较电路均为运算放大器集成电路。
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