CN106410757A - 一种短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种短路保护电路，包括检测比较单元，所述检测比较单元包括由电压采样点引出的两条电阻分压支路，第一电阻分压支路的分压点与比较器的同相输入端相连，第二电阻分压支路的分压点与比较器的反相输入端相连；第一电阻分压支路的分压点连接有第一接地电容，第二电阻分压支路的分压点连接有第二接地电容；第一接地电容的电容值大于第二接地电容的电容值；比较器的输出端经上拉电阻与供电电源相连；所述比较器的同相输入端不连接稳压电路或电源电路。本发明能够实现精确检测短路状态，反应灵敏，缩短保护反应时间，且设计简单可行，保证设备的安全可靠运行。

Description

一种短路保护电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种短路保护电路。
背景技术
在工业控制等领域，开关电源得到广泛应用，其稳定性和可靠性尤其重要，同时要求故障率极低。在大功率的开关电源中就必须有几种保护电路用于提高开关电源的稳定性和可靠性。特别是在通信、电力系统中的充电模块等领域，例如电动汽车及充电桩，开关电源的输出短路保护是保障电子产品安全可靠性的一项极其重要功能。如果开关电源在输出短路时，对半导体功率器件将会产生巨大的电流，从而烧坏功率器件。
申请号为201520265260.1的专利申请文件，公开了一种高效输出短路电路，分压电路的输出端连接比较器的同相输入端，第二分压电路的输出端连接比较器的反相输入端，比较器的输出端连接PWM控制器，比较器的正极输入端设置偏置电阻，偏置电阻与基准电压电路连接，基准电压电路与比较器的输出端连接。VDD为保护电路的工作电压，通过比较器的上拉电阻获得，基准电压为5.1V，通过设置偏置电阻使比较器的同相输入端电压大于比较器的反相输入端电压，比较器输出高电平信号；当开关电源的输出有短路时，开关电源的输出电压有一个下降电压值，由于同比较器反相输入端相连的接地电容的电容值远大于同比较器同相输入端相连的接地电容的电容值，故比较器的同相输入端的电压下降的大小低于比较器的反相输入端的电压下降的大小，比较器输出低电平信号。
在上述方案中，在比较器的同相输入端连接有基准电压电路和工作电路的保护电压，在开关电源的输出有短路时，由于同比较器反相输入端相连的接地电容的电容值远大于同比较器同相输入端相连的接地电容的电容值，比较器同相输入端的压降本应比比较器反相输入端的大，但是由于受到基准电压电路和工作电路的保护电压的钳制，使得比较器同相输入端的电压下降并不如预期的快，使得电路反应不够灵敏；同时，同相输入端的电压不再只受与同相输入端相连的接地电容的电容值大小的影响，增加了设计的复杂度。
发明内容
本发明的目的是提供一种短路保护电路，以解决短路保护电路灵敏度不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种短路保护电路，包括四个电路方案：
电路方案一，包括检测比较单元，所述检测比较单元包括由电压采样点引出的两条电阻分压支路，第一电阻分压支路的分压点与比较器的同相输入端相连，第二电阻分压支路的分压点与比较器的反相输入端相连；第一电阻分压支路的分压点连接有第一接地电容，第二电阻分压支路的分压点连接有第二接地电容；第一接地电容的电容值大于第二接地电容的电容值；比较器的输出端经上拉电阻与供电电源相连，所述比较器的同相输入端不连接稳压电路或电源电路。
电路方案二，在电路方案一的基础上，所述比较器的输出端还连接有RC滤波电路。
电路方案三，在电路方案一的基础上，所述比较器的供电电源与供电电源地之间连接有滤波电容。
电路方案四，在电路方案一的基础上，所述第一接地电容的电容值为第二接地电容的电容值的五倍。
本发明的有益效果是：本发明在比较器的同相输入端不连接稳压电路或电源电路，仅通过与比较器相连的电容，实现在电压采样点发生短路时，比较器的同相输入端的压降低于比较器的反相输入端的压降，使得比较器输出低电平信号。该短路保护电路能够实现精确检测短路状态，反应灵敏，缩短保护反应时间，且设计简单可行，保证设备的安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明的短路保护电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步地详细说明。
本发明提供一种短路保护电路，包括检测比较单元，所述检测比较单元包括由电压采样点引出的两条电阻分压支路，第一电阻分压支路的分压点与比较器的同相输入端相连，第二电阻分压支路的分压点与比较器的反相输入端相连；第一电阻分压支路的分压点连接有第一接地电容，第二电阻分压支路的分压点连接有第二接地电容；比较器的输出端经上拉电阻与供电电源相连；所述比较器的同相输入端不连接稳压电路或电源电路。
如图1所示为本发明的短路保护电路的电路原理图，具体地：
VO为电压采样点，在电压采样点VO上引出两条电阻分压支路，R1和R3分别为两条支路的分压电阻；第一分压支路的分压点连接有第一接地电容C1，分压电阻R2与第一接地电容C1并联，且该分压点与比较器U1A的反相输入端的2脚相连；第二分压支路的分压点连接有第二接地电容C2，分压电阻R4与第二接地电容C2并联，且该分压点与比较器U1A的同相输入端的3脚相连；而且第一接地电容C1的电容值大于第二接地电容C2的电容值(设置第一接地电容C1的电容值为第二接地电容C2的电容值的5倍)，用于保证采样点出现短路时，比较器U1A的输出端1脚有一个电平信号的输出；比较器U1A的输出端1脚经上拉电阻R6与比较器U1A的供电电源VCC相连。比较器U1A的同相输入端不连接任何稳压电路或者电源电路，以缩短保护反应时间，保证反应灵敏度。
其中，两条分压支路的分压不同，以使正常工作时，比较器同相输入端的电压大于比较器反相输入端的电压。若采样点VO的电压较高，则可在两条分压支路上再适当串联电阻。
比较器U1A的供电电源VCC与供电电源地GND之间还串设有一个滤波电容C3，以获得平稳的信号或电压。比较器U1A的输出端1脚还连接有滤波电阻R7，滤波电阻R7的另一端与滤波电容C4的一端相连，作为输出状态信号SHORT_SHUT，滤波电容C4的另一端接电源供电地GND；R7和C4构成的滤波电路能够防止高电平的抖动及振铃等干扰信号，防止后面电路的工作装置出现误动作信号。
其中，输出状态信号SHORT_SHUT有三个去向，一个到电源装置控制的保护脚，目的使整个电源装置的驱动信号的输出为低电平，保证电源装置中功率器件的关断，使整个电源装置的输出为零；另一个方向可以经过电平转换到单片机控制器的I/O管脚，此电平小于等于单片机的供电电源，此状态可以经过通讯发送到后台；第三个方向可以通过隔离电平变化，输出一个开关的硬接点信号，此隔离方式可以通过三极管驱动继电器的形式来完成，来点亮指示灯，说明电源装置有了短路故障。
本发明的短路保护电路的工作过程如下：
正常工作时，两条分压支路的分压不同，比较器U1A的同相输入端3脚的电压大于比较器U1A的反相输入端2脚电压，比较器U1A的输出端1脚输出高电平信号，并通过滤波电阻R7和滤波电容C4构成的滤波电路得到SHORT_SHUT信号。
当采样点VO有短路时，电源装置的电压采样点VO就有一个下降电压值，此时比较器U1A的同相输入端3脚的电压就有一个突变的下降电压值，由于第一接地电容C1的电容值大于第二接地电容C2的电容值5倍以上，在电源装置的电压采样点VO下降瞬间，第二接地电容C2上的电压值下降的大小远大于第一接地电容C1上的电压，此时比较器U1A的正极输入端3脚的电压低于比较器U1A的负极输入端2脚的电压，比较器U1A的输出端1脚输出一个低电平信号，并通过滤波电阻R7和滤波电容C4构成的滤波电路得到SHORT_SHUT信号。此信号有三个去向，一个方向到电源装置控制的保护脚，目的使整个电源装置的驱动信号的输出为低电平，保证电源装置中功率器件的关断，以致整个电源装置的输出为零；另一个方向可以经过电平转换到单片机控制器的I/O管脚，此电平小于等于单片机的供电电源，此状态可以经过通讯发送到后台；第三个方向可以通过隔离电平变化，输出一个开关的硬接点信号，来点亮指示灯，说明电源装置有了短路故障。由此能够实现精确检测短路状态，缩短保护反应时间，强抗干扰能力，保证设备安全可靠运行。
以上给出了本发明涉及具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种短路保护电路，包括检测比较单元，所述检测比较单元包括由电压采样点引出的两条电阻分压支路，第一电阻分压支路的分压点与比较器的同相输入端相连，第二电阻分压支路的分压点与比较器的反相输入端相连；第一电阻分压支路的分压点连接有第一接地电容，第二电阻分压支路的分压点连接有第二接地电容；第一接地电容的电容值大于第二接地电容的电容值；比较器的输出端经上拉电阻与供电电源相连，其特征在于，所述比较器的同相输入端不连接稳压电路或电源电路。
2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述比较器的输出端还连接有RC滤波电路。
3.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述比较器的供电电源与供电电源地之间连接有滤波电容。
4.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一接地电容的电容值为第二接地电容的电容值的五倍。
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