CN106443502B - 一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，其包括用于对浮地电压变化进行采样的采样电阻、压差判断电路、钳位电路和电压比较电路；压差判断电路用于判断采样电阻两端的浮地电压是否在两二极管之间的压差范围之内，若浮地电压不在压差范围，则压差判断电路导通，钳位电路和电压比较电路启动；钳位电路用于将过高或过低的浮地电压限制在钳位电压范围内，以保护元器件不受损害；电压比较电路用于采集浮地电压，并将过高或过低的电压信号传送给单片机，单片机控制继电器关闭，从而控制工作电路断电。采用本发明可以有效防止外部电压过高和过低时对工作电路中电器元件的损坏。因此，本发明可以广泛用于电源保护领域。
Description
技术领域
本发明涉及电源保护领域，特别是关于一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路。
背景技术
由于电源电路存在很多不稳定因素，通常会在工作电路之前额外增加一个电路，其目的是用来防止不稳定因素影响电路效果，称为保护电路，常见保护电路有过欠压保护电路、过流保护电路和过温保护电路。
在使用电源模块时，由于外部原因造成电流输出过高或过低时，检测电路得到异常信号，断开电源模块(图中未示出)与工作电路(图中未示出)之间的连接，从而保护电路元器件不被损坏。如图1所示，在外部输入电压(图中未示出)和工作电路(图中未示出)之间依次连接保护电路(也称之为电流采样电路)、单片机和继电器控制电路。当有外部电压流经保护电路时，保护电路将电源电压信号输送至单片机，若单片机检测到输入电压处于正常值，单片机输出“1”，控制继电器电路开关闭合，此时工作电路得电；若单片机检测到输入电压异常，单片机输出“0”，控制继电器电路开关断开，此时工作电路断电，从而有效避免工作电路中电器元件的损坏。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种在电源浮地端口电流输入过大时，能够及时断开继电器，防止电器元件过载毁坏的保护电路，该保护电路具有保护反应快和精度高的特点，从而能够有效延长电路的使用寿命，减少电器元件损坏。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，该电路输出端依连接单片机、所述单片机连接继电器控制电路，所述继电器控制电路连接工作电路，其中所述单片机包括引脚P1.1和引脚P1.0，其特征在于：所述电流检测与保护电路包括用于对浮地电压变化进行采样的采样电阻、压差判断电路、钳位电路和电压比较电路；其中，所述压差判断电路的输入端与所述采样电阻的前端相连，形成所述压差判断电路与所述采样电阻并联，所述压差判断电路的输出端分别连接所述钳位电路的输入端和所述电压比较电路的输入端，且所述电压比较电路的输出端连接所述采样电阻的后端；所述压差判断电路由反向并联的两二极管组成，用于判断所述采样电阻两端的浮地电压是否在两二极管之间的压差范围之内，若浮地电压不在压差范围，则所述压差判断电路导通，所述钳位电路和所述电压比较电路启动；否则，所述压差判断电路不导通，所述钳位电路和所述电压比较电路不启动；所述钳位电路用于将过高或过低的浮地电压限制在钳位电压范围内，以保护元器件不受损害；所述电压比较电路将过高或过低的电压信号传送给所述单片机，所述单片机控制所述继电器关闭，从而控制所述工作电路断电。
所述钳位电路包括第一二极管、第二二极管、第一稳压二极管、第一电阻、第二稳压二极管和第二电阻；所述第一二极管的正端和所述第二二极管的负端共同连接所述压差判断电路的输出端，且所述第一二极管与所述第二二极管并联；所述第一二极管的负端分别连接所述第一稳压二极管的负端和所述第一电阻的一端，所述第一稳压二极管的正端接地，所述第一电阻的另一端连接+15V电压；所述第二二极管的正端分别连接所述第二稳压二极管的正端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接-15V电压，所述第二稳压二极管的负端接地。
所述电压比较电路包括分压电阻、电压过高比较电路和电压过低比较电路；其中，所述分压电阻连接所述压差判断电路的输出端；所述分压电阻两端并联所述电压过高比较电路和所述电压过低比较电路，且所述分压电阻的阻值小于所述采样电阻的阻值；所述电压过高比较电路包括第三电阻、第一三极管、第四电阻、第三二极管和第五电阻；其中，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的前端连接，所述第三电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极包括所述第四电阻、所述第三二极管和所述第五电阻，且所述第四电阻的一端连接所述第三二极管的负端，所述第三二极管的正端连接所述第五电阻的一端，且所述第五电阻的该端还连接+3.3V电压，从而形成所述第一三极管的集电极；所述第五电阻的另一端和所述第三二极管的正端之间连接所述单片机的引脚P1.1；所述第一三极管的发射极连接所述分压电阻的后端；所述电压过低比较电路包括第六电阻、第二三极管、第七电阻、第四二极管和第八电阻；其中，所述第六电阻的一端与所述分压电阻的前端连接，所述第六电阻的另一端连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极包括所述第七电阻、所述第四二极管和所述第八电阻，且所述第七电阻的一端连接所述第四二极管的正端，所述第四二极管的负端连接所述第八电阻的一端，且所述第八电阻的该端还接地，从而形成所述第二三极管的集电极；所述第八电阻的另一端和所述第四二极管的负端之间连接所述单片机的引脚P1.0；所述第二三极管的发射极连接所述分压电阻的后端。
所述电流检测与保护电路还包括保护模块，所述保护模块由相互反向并联的二极管组成，所述保护模块的输入端连接所述电压比较电路，所述保护模块的输出端连接所述采样电阻的后端。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的保护电路包括用于对浮地电压变化进行采样的采样电阻、压差判断电路、钳位电路和电压比较电路；压差判断电路由反向并联的两二极管组成，用于判断采样电阻两端的浮地电压是否在两二极管之间的压差范围之内，若浮地电压不在压差范围，则压差判断电路导通，钳位电路和电压比较电路启动；否则，钳位电路和电压比较电路不启动；钳位电路用于将过高或过低的浮地电压限制在钳位电压范围内，以保护元器件不受损害；电压比较电路用于采集浮地电压，并将过高或过低的电压信号传送给单片机，单片机控制继电器关闭，从而控制工作电路断电。本发明由于采用以上设置使得钳位电路和电压比较电路同时拥有对电压过高或过低的检测能力，可以有效防止外部电压过高和过低时对工作电路中电器元件的损坏。2、本发明中钳位电路的第一二极管的正端和第二二极管的共同连接钳位电路的输出端，且二者并联；第一二极管的负端分别连接第一稳压二极管的负端和第一电阻的一端，第一稳压二极管的正端接地，第一电阻的另一端接有+15V电压；第二二极管的正端分别连接第二稳压二极管的正端和第二电阻的一端，第二电阻上端连接-15V电压，第二稳压二极管的负端接地。采用以上设置使得钳位电路可以在对浮地电流过高时，采样二极管(第一二极管和第二二极管)和相应的稳压二极管(第一稳压二极管和第二稳压二极管)组成的钳位电路，与地形成回路，会很好的保护元器件，相对现有技术中采用带有电容的钳位电路，解决采样二极管容易被击穿损坏的问题。3、本发明还设置保护模块，由相互反向并联的二极管D1和D2组成，采用该保护模块可以使得当电压变化快，电流大时，二极管D1和D2共同组成的保护模块对电压具有电压抑制电压增长，从而保护本发明的保护电路中压差判断电路、钳位电路和电压比较电路不受损坏。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于电源保护领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是电源保护电路工作原理结构框图；
图2是本发明提出的一种高精度电源浮地电流检测与保护电路实施例示意图；
图3是本发明提出的另一种高精度电源浮地电流检测与保护电路实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的保护电路的输出端依次连接单片机和继电器控制电路，当有外部电压流经保护电路时，保护电路将电源电压信号输送至单片机，若单片机检测到输入电压处于正常值，单片机输出“1”，控制继电器电路开关闭合，此时工作电路得电；若单片机检测到输入电压异常，单片机输出“0”，控制继电器控制电路开关断开，此时工作电路断电，从而有效避免工作电路中电器元件的损坏。
实施例一
如图2所示，本发明的保护电路包括用于对浮地电压变化进行采样的采样电阻1、压差判断电路2、钳位电路3和电压比较电路4；
其中，压差判断电路2的输入端与采样电阻1的前端连接形成并联，输出端分别连接钳位电路3的输入端和电压比较电路4的输入端，且电压比较电路4的输出端连接采样电阻1的另一端；
其中，压差判断电路2用于判断采样电阻1两端的浮地电压是否在两二极管(二极管D11和二极管D12)之间的压差范围之内，若浮地电压不在压差范围，则压差判断电路2导通，钳位电路3和电压比较电路4启动；否则，钳位电路3和电压比较电路4不启动。压差判断电路2由反向并联的两二极管组成，由于二极管D11和二极管D12两端存在一定的压差，若采样电阻1两端的浮地电压在压差范围内，则二极管D11和二极管D12相当于断路，压差判断电路2不会导通；当超过压差，会触发钳位电路3和电压比较电路4工作。
其中，压差判断电路2由相互反向且并联的二极管组成，即由二极管D11与D12组成，二极管D11的正端与二极管D12的负端即压差判断电路2的输入端同时经过采样电阻1与电源电压输入端相连，二极管D11的负端与二极管D12的正端即压差判断电路2的输出端同时分别连接钳位电路3的输入端和电压比较电路4的输入端，且电压比较电路4的输出端连接采样电阻1的另一端。
其中，钳位电路3用于将过高或过低的浮地电压限制在钳位电压范围内；钳位电路3包括第一二极管D8、第二二极管D9、第一稳压二极管D7、第一电阻R6、第二稳压二极管D10和第二电阻R8。
第一二极管D8的正端和第二二极管D9的共同连接钳位电路3的输出端，且二者并联；第一二极管D8的负端分别连接第一稳压二极管D7的负端和第一电阻R6的一端，第一稳压二极管D7的正端接地，第一电阻R6的另一端接有+15V电压；第二二极管D9的正端分别连接第二稳压二极管D10的正端和第二电阻R8的一端，第二电阻R8上端连接-15V电压，第二稳压二极管D10的负端接地。
钳位电路3由于采用以上设置，可以在对浮地电流过高时，采样二极管(极管D8和第二二极管D9)和相应的稳压二极管(第一稳压二极管D7和第二稳压二极管D10)组成的钳位电路3，与地形成回路，会很好的保护元器件，相对现有技术中采用带有电容的钳位电路，解决采样二极管容易被击穿损坏的问题。
其中，电压比较电路4用于将过高或过低的电压信号传送给单片机，单片机控制继电器关闭，从而控制工作电路断电，起到保护工作电路的作用。电压比较电路4包括分压电阻41(R3)、电压过高比较电路42和电压过低比较电路43。
其中，分压电阻41(R3)用于比较其两端电压，当超过限定值时引起电路保护作用；分压电阻41(R3)连接压差判断电路2的输出端；分压电阻41(R3)两端并联电压过高比较电路42和电压过低比较电路43，且分压电阻41(R3)的阻值小于采样电阻1(R7)的阻值。
电压过高比较电路42包括第三电阻R2、第一三极管Q1、第四电阻R1、第三二极管D3和第五电阻R4-56。其中，第三电阻R2的一端与分压电阻41(R3)前端连接，另一端连接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极包括依次连接的第四电阻R1、第三二极管D3的负端和第五电阻R4-56，且第五电阻R4-56的上端为+3.3V电压，下端和第三二极管D3的正端之间连接单片机的引脚P1.1；第一三极管Q1的发射极连接分压电阻41(R3)的后端。
电压过低比较电路43包括第五电阻R4-56、第二三极管Q2、第七电阻R5、第四二极管D6和第八电阻R10。其中，第五电阻R4-56的一端与分压电阻41(R3)前端连接，另一端连接第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的集电极包括依次连接的第七电阻R5、第四二极管D6的正端和第八电阻R10，且第八电阻R10的上端和第四二极管D6的负端之间连接单片机的引脚P1.0，下端接地。第二三极管Q2的发射极连接分压电阻41(R3)的后端。
本发明的保护电路工作时：
(1)当高精度电源浮地端口信号稳定时，本发明的保护电路中的三极管Q1和三极管Q2均不导通，此时单片机的P1.1和P1.0端口对应为高、低电位，连接的单片机向继电器控制电路发出工作信号，继电器开关闭合，工作电路正常工作。
(2)当高精度电源浮地端口信号不稳定时，即高精度电源浮地端口电流信号过高和高精度电源浮地端口电流信号过低时：
1)当高精度电源浮地端口电流信号过高(此时第一三极管Q1的基极端电位高于发射极端电位)时，当电压在钳位电压范围内时，钳位电路3不工作；当电压高于钳位电压范围时，通过第一稳压二极管D7与地形成回路，泄放掉一部分电流，从而使电压降到钳位范围内，从而可以有效防止外部电压过高和过低时对工作电路中电器元件的损坏。
由于钳位电路3的作用使电压限定在一定范围内，不会过高损坏采样电路，此时电阻R3两端存在压降，即第二三极管Q2的基极电压高于第二三极管Q2的发射极电压，第二三极管Q2开始导通，经过第七电阻R5和第四二极管D6拉高P1.0端口电压，单片机接收到电压异常信号，使继电器控制电路开关断开，停止外部电源对工作电路供电，从而避免电压过高损坏工作电路中电器元件。
2)当高精度电源浮地端口电流信号过低(此时第一三极管Q1的基极端电位低于发射极端电位)时，当电压在钳位电压范围内时，钳位电路3不工作；当电压低于钳位电压范围时，通过第二稳压二极管D10与地形成回路，从而使电压回到钳位范围内，从而可以有效防止外部电压过高和过低时对工作电路中电器元件的损坏。
钳位电路3同样将电压限定在一定范围内，此时分压电阻41(R3)两端同样存在压降，即第一三极管Q1的发射极电压高于基极电压，第一三极管Q1开始导通，经过第四电阻R1和第三二极管D3拉低P1.1端口电压，单片机接收到电压异常信号，使继电器控制电路开关断开，停止外部电源对工作电路供电，从而避免电压过低损坏工作电路中电器元件。
综上所述，本发明的保护电路所采用钳位电路3和电压比较电路4针对过高或过低的浮地电压具有检测能力，并且钳位电路3将过高或过低的浮地电压恢复到钳位范围内，从而可以有效防止外部电压过高和过低时对工作电路中电器元件的损坏。另外，电压比较电路4用于采集浮地电压，并将过高或过低的电压信号传送给单片机，单片机控制继电器关闭，从而控制工作电路断电，起到保护工作电路的作用。
实施例二
如图3所示，本发明还包括保护模块5，用于保护本发明的保护电路，输入端连接分压电阻41(R3)的后端，输出端连接采样电阻1(R7)的后端，其由相互反向并联的二极管D1和D2组成，采用该保护模块5可以使得当电压变化快，电流大时，二极管D1和D2共同组成的保护模块5对电压具有电压抑制电压增长，从而保护本发明的保护电路中压差判断电路2、钳位电路3和电压比较电路4不受损坏。
进一步的，本示例实施方式还提供了一种电源电路，该电源电路还包括本示例实施方式中的任意一种保护电路。由于本发明的保护电路具有保护反应快和精度高的特点，因此采用本发明的保护电路所形成的电源电路同样具有以上优点。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，该电路输出端连接单片机，所述单片机连接继电器控制电路，所述继电器控制电路连接工作电路，其中所述单片机包括引脚P1.1和引脚P1.0，其特征在于：
所述电流检测与保护电路包括用于对浮地电压变化进行采样的采样电阻(1)、压差判断电路(2)、钳位电路(3)和电压比较电路(4)；
其中，所述压差判断电路(2)的输入端与所述采样电阻(1)的前端相连，形成所述压差判断电路(2)与所述采样电阻(1)并联，所述压差判断电路(2)的输出端分别连接所述钳位电路(3)的输入端和所述电压比较电路(4)的输入端，且所述电压比较电路(4)的输出端连接所述采样电阻(1)的后端；
所述压差判断电路(2)由反向并联的两二极管组成，用于判断所述采样电阻(1)两端的浮地电压是否在两二极管之间的压差范围之内，若浮地电压不在压差范围，则所述压差判断电路(2)导通，所述钳位电路(3)和所述电压比较电路(4)启动；否则，所述压差判断电路(2)不导通，所述钳位电路(3)和所述电压比较电路(4)不启动；
所述钳位电路(3)用于将过高或过低的浮地电压限制在钳位电压范围内，以保护元器件不受损害；
所述电压比较电路(4)将过高或过低的电压信号传送给所述单片机，所述单片机控制所述继电器控制电路关闭，从而控制所述工作电路断电。
2.如权利要求1所述的一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，其特征在于：所述钳位电路(3)包括第一二极管(D8)、第二二极管(D9)、第一稳压二极管(D7)、第一电阻(R6)、第二稳压二极管(D10)和第二电阻(R8)；
所述第一二极管(D8)的正端和所述第二二极管(D9)的负端共同连接所述压差判断电路(2)的输出端，且所述第一二极管(D8)与所述第二二极管(D9)并联；所述第一二极管(D8)的负端分别连接所述第一稳压二极管(D7)的负端和所述第一电阻(R6)的一端，所述第一稳压二极管(D7)的正端接地，所述第一电阻(R6)的另一端连接+15V电压；所述第二二极管(D9)的正端分别连接所述第二稳压二极管(D10)的正端和所述第二电阻(R8)的一端，所述第二电阻(R8)的另一端连接-15V电压，所述第二稳压二极管(D10)的负端接地。
3.如权利要求1所述的一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，其特征在于：所述电压比较电路(4)包括分压电阻(41)、电压过高比较电路(42)和电压过低比较电路(43)；
其中，所述分压电阻(41)连接所述压差判断电路(2)的输出端；所述分压电阻(41)两端并联所述电压过高比较电路(42)和所述电压过低比较电路(43)，且所述分压电阻(41)的阻值小于所述采样电阻(1)的阻值；
所述电压过高比较电路(42)包括第三电阻(R2)、第一三极管(Q1)、第四电阻(R1)、第三二极管(D3)和第五电阻(R4-56)；
其中，所述第三电阻(R2)的一端与所述分压电阻(41)的前端连接，所述第三电阻(R2)的另一端连接所述第一三极管(Q1)的基极，所述第一三极管(Q1)的集电极包括所述第四电阻(R1)、所述第三二极管(D3)和所述第五电阻(R4-56)，且所述第四电阻(R1)的一端连接所述第三二极管(D3)的负端，所述第三二极管(D3)的正端连接所述第五电阻(R4-56)的一端，且所述第五电阻(R4-56)的该端还连接+3.3V电压，从而形成所述第一三极管(Q1)的集电极；所述第五电阻(R4-56)的另一端和所述第三二极管(D3)的正端之间连接所述单片机的引脚P1.1；所述第一三极管(Q1)的发射极连接所述分压电阻(41)的后端；
所述电压过低比较电路(43)包括第六电阻(R4)、第二三极管(Q2)、第七电阻(R5)、第四二极管(D6)和第八电阻(R10)；
其中，所述第六电阻(R4)的一端与所述分压电阻(41)的前端连接，所述第六电阻(R4)的另一端连接所述第二三极管(Q2)的基极，所述第二三极管(Q2)的集电极包括所述第七电阻(R5)、所述第四二极管(D6)和所述第八电阻(R10)，且所述第七电阻(R5)的一端连接所述第四二极管(D6)的正端，所述第四二极管(D6)的负端连接所述第八电阻(R10)的一端，且所述第八电阻(R10)的该端还接地，从而形成所述第二三极管(Q2)的集电极；所述第八电阻(R10)的另一端和所述第四二极管(D6)的负端之间连接所述单片机的引脚P1.0；所述第二三极管(Q2)的发射极连接所述分压电阻(41)的后端。
4.如权利要求1所述的一种高精度电源浮地端口的电流检测与保护电路，其特征在于：所述电流检测与保护电路还包括保护模块(5)，所述保护模块由相互反向并联的二极管组成，所述保护模块(5)的输入端连接所述电压比较电路(4)，所述保护模块(5)的输出端连接所述采样电阻(1)的后端。
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