CN107069650A - 一种电流型传感器过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流型传感器过流保护电路，一级开关控制模块用于控制后续两级开关的上电顺序；在外接传感器出现短路或过流情况下，二级开关控制及过流检测模块检测到过流情况时，二级开关控制模块及过流检测模块开启；此时，三级开关控制及输出模块关闭，停止对外输出，短路及过流现象随着输出断电而消失，在供电电源模块一直加电的状态下，三级开关控制及输出模块不会重新开启，只有供电电源模块重新加电才能使得三级开关控制及输出模块开启。本发明通过三级开关互锁控制，实现了对两线制电流型传感器的供电控制，并可有效隔断过流或短路的传感器分支，避免由于过流或短路而导致的整个系统失效或重启的问题。

Description

一种电流型传感器过流保护电路
技术领域
本发明属于工业控制及信号处理技术领域，涉及一种电流型传感器过流保护电路，特别涉及在4～20mA两线制传感器供电控制方面，采用此方案可以防止由于输出短路或者电流过载而导致的系统异常。
背景技术
目前，4～20mA两线制电流型传感器供电多采用一个电源模块对多个传感器供电的形式，如果其中一个传感器出现短路或电流过载现象，就会导致电源模块进入保护状态，所有传感器将会断电重启，系统健壮性受到影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：解决两线制电流型传感器短路或过流保护而导致的系统重启问题，本发明提供一种电流型传感器过流保护方案，通过三极管互锁控制的方式对传感器供电进行控制，同时检测每个传感器的电流，当出现短路或过流时，断开该路的输出，电源模块不受影响，其它传感器可以继续正常工作。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电流型传感器过流保护电路，其包括：供电电源模块和多路并联的传感器采集电路，供电电源模块为多路传感器采集电路供电，多路传感器采集电路的电路结构相同，每路传感器采集电路包括串联连接的一级开关控制模块、二级开关控制及过流检测模块、三级开关控制及输出模块、两线制电流型传感器模块；一级开关控制模块用于控制后续两级开关的上电顺序；在外接传感器出现短路或过流情况下，二级开关控制及过流检测模块检测到过流情况时，二级开关控制模块及过流检测模块开启；此时，三级开关控制及输出模块关闭，停止对外输出，短路及过流现象随着输出断电而消失，在供电电源模块一直加电的状态下，三级开关控制及输出模块不会重新开启，只有供电电源模块重新加电才能使得三级开关控制及输出模块开启。
其中，所述一级开关控制模块控制后续两级开关的上电顺序过程为：上电过程中一级开关控制模块开启，使得二级开关控制模块在上电过程中一直处于关闭状态，三级开关控制及输出模块在上电过程中一直处于开启状态。
其中，所述传感器采集电路设置有8路。
其中，所述一级开关控制模块包括第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一三极管Q1；供电电源模块的电源输入端与第一电阻R1、第一二极管D1负极、第一三极管Q1发射极相连，第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1组成一阶RC电路，第一三极管Q1基极电压取自第一电阻R1、第二电阻R2中间电位，第一二极管D1正极与第二电阻R2、第一电容C1相连，第一二极管D1用于防止在第一电容C1充电完成后出现反向电压；在上电过程中，第一三极管Q1基极电压初始值为0V，电源将对第一电容C1进行充电，此过程中第一三极管Q1开启，第一三极管Q1集电极电压在第一电容C1充电完成后升高。
其中，所述二级开关控制及过流检测模块包括第二电容C2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二三极管Q2；第二三极管Q2基极与第一三极管Q1集电极信号相连，发射极与供电电源模块的电源输入端相连，集电极为控制信号，第二三极管Q2用于在过流或短路状态下控制后级关闭；第二电容C2一侧与第二三极管Q2基极相连，一侧与供电电源模块的电源输入端相连；第三电阻R3一侧与第二三极管Q2基极相连，另一侧与第四电阻R4相连；第二电容C2、第三电阻R3、第四电阻R4形成一阶RC电路；上电过程中由于第二三极管Q2的基极收到第一三极管Q1集电极信号为高的影响，使得第二三极管Q2一直处于关闭状态；第三电阻R3、第四电阻R4中间电位输出用于检测输出是否为过流或者短路状态，当出现短路或者过流时，第三电阻R3、第四电阻R4中间电位输出将被拉低至0V。
其中，所述三级开关控制及输出模块包括钽电容C3、第五电阻R5、第三三极管Q3、第二二极管D2、短路模拟开关J1、第九电阻R9；第三三极管Q3发射极与供电电源模块的电源输入端相连，第三三极管Q3的基极与第二三极管Q2的集电极相连，第三三极管Q3的集电极与第二二极管D2的正极相连，第三三极管Q3用于承担对外输出功能，且在过流或者短路状态下受第二三极管Q2控制关闭输出，防止长时间过载使得前级电源重启或烧毁；第二二极管D2的负极与二线制传感器U2的V+端相连，第二二极管D2用于防止反向电流对第三三极管Q3的冲击；第五电阻R5一侧与钽电容C3的负极相连，一侧与地相连；钽电容C3、第五电阻R5构成一个一阶RC电路；上电过程中第三三极管Q3一直处于开启状态，对传感器进行供电，当传感器出现过流或短路状态时，第三电阻R3、第四电阻R4中间电位输出将被拉致地，第二三极管Q2开启，第三三极管Q3关闭；在短路模拟开关J1打开的状态下，第一三极管Q1处于关闭状态，第二三极管Q2的开启状态无法解除，则第三三极管Q3将一直处于关闭状态，隔断短路或过流分支对整个系统的影响。
其中，所述第一电阻R1为10千欧，第二电阻R2为10千欧，第一电容C1为100nF。
其中，所述第三电阻R3为22千欧，第四电阻R4为1千欧，第二电容C2为100nF。
其中，所述第五电阻R5为1千欧，第九电阻R9为10千欧，钽电容C3为3.3uF。
其中，所述供电电源模块的电源输入端的供电电压为24V
(三)有益效果
上述技术方案所提供的电流型传感器过流保护电路，通过三级开关互锁控制，实现了对两线制电流型传感器的供电控制，并可有效隔断过流或短路的传感器分支，避免由于过流或短路而导致的整个系统失效或重启的问题。
附图说明
图1为本发明实施例电流型传感器过流保护电路系统框图。
图2为本发明实施例中一级开关控制模块电路图。
图3为本发明实施例中二级开关控制及过流检测模块电路图。
图4为本发明实施例中三级开关控制及输出模块电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决两线制电流型传感器短路或过流保护而导致的系统重启问题，本发明提供一种电流型传感器过流保护方案，通过三极管互锁控制的方式对传感器供电进行控制，同时检测每个传感器的电流，当出现短路或过流时，断开该路的输出，电源模块不受影响，其它传感器可以继续正常工作。
图1是本实施例电流型传感器过流保护电路的系统框图，如图所示，本实施例电路包括供电电源模块、一级开关控制模块1～8、二级开关控制及过流检测模块1～8、三级开关控制及输出模块1～8、两线制电流型传感器1～8。
其中，一级开关控制模块1～8、二级开关控制及过流检测模块1～8、三级开关控制及输出模块1～8、两线制电流型传感器1～8形成8路并联的传感器采集电路；供电电源模块WDT15-2424SP为8路传感器采集电路供电，传感器采集电路也可以根据实际需要，设置相应的路数。
每一路传感器采集电路均包括串联连接的一级开关控制模块、二级开关控制及过流检测模块、三级开关控制及输出模块、两线制电流型传感器模块，电路设计完全相同。
现以第一路传感器采集电路进行说明。一级开关控制模块1用于控制后续两级开关的上电顺序，即上电过程中一级开关控制模块1开启，使得二级开关控制模块1在上电过程中一直处于关闭状态，三级开关控制及输出模块1在上电过程中一直处于开启状态；在外接传感器出现短路或过流情况下，二级开关控制及过流检测模块1将在检测到过流情况，二级开关控制模块及过流检测模块1将开启；此时三级开关控制及输出模块1将关闭，停止对外输出，短路及过流现象随着输出断电而消失，在电源模块WDT-2424SP一直加电的状态下，三级开关控制及输出模块1将不会重新开启，只有在电源模块WDT-2424SP重新加电才能使得三级开关控制及输出模块1开启。
一级开关控制模块1如附图2所示，24V电源经过隔离电源模块U1进入一级开关控制模块1，电源输入端与R1、D1负极、Q1发射极相连。R1、R2、C1组成一阶RC电路，Q1基极电压取自R1、R2中间电位，D1正极与R2、C1相连，D1用于防止在C1充电完成后出现反向电压；在上电过程中Q1基极电压初始值为0V，由于RC电路的存在，电源将对C1进行充电，此过程中Q1开启，Q1集电极CONTROL_2电压为23.75V，当C1充电完成后CONTROL_2的电压为23.9V。
二级开关控制及过流检测模块1如附图3所示，Q2基极与Q1集电极信号CONTROL_2相连，发射极与24V输入相连。集电极为CONTROL_3信号，Q2用于在过流或短路状态下控制后级关闭；C2一侧与Q2基极相连，一侧与24V输入相连；R3一侧与Q2基极相连，另一侧与R4相连；C2、R3、R4形成一个一阶RC电路。在上电过程中由于Q2的基极收到CONTROL_2信号为高的影响，使得Q2一直处于关闭状态；DETECT_I用于检测输出是否为过流或者短路状态，当出现短路或者过流时，DETECT_I将被拉低至0V。
三级开关控制及输出模块1如附图4所示，Q3发射极与24V输入相连，Q3的基极与Q2的集电极CONTROL_3相连，Q3的集电极与二极管D2的正极相连，Q3用于承担对外输出功能，且在过流或者短路状态下受Q2控制关闭输出，防止长时间过载使得前级电源重启或烧毁；D2的负极与二线制传感器U2的V+端相连，D2用于防止反向电流对Q3的冲击；R5一侧与钽电容C3的负极相连，一侧与地相连；C3、R5构成一个一阶RC电路；上电过程中Q3一直处于开启状态，对传感器进行供电，当传感器出现过流或短路状态时，DETECT_I将被拉致地，Q2开启，Q3关闭。在短路模拟开关J1打开的状态下(短路或过流消失)，此时Q1处于关闭状态，Q2的开启状态无法解除，则Q3将一直处于关闭状态，有效的隔断了短路或过流分支对整个系统的影响。在过流或短路故障消除，重新加电的情况下，系统将正常工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流型传感器过流保护电路，其特征在于，包括：供电电源模块和多路并联的传感器采集电路，供电电源模块为多路传感器采集电路供电，多路传感器采集电路的电路结构相同，每路传感器采集电路包括串联连接的一级开关控制模块、二级开关控制及过流检测模块、三级开关控制及输出模块、两线制电流型传感器模块；一级开关控制模块用于控制后续两级开关的上电顺序；在外接传感器出现短路或过流情况下，二级开关控制及过流检测模块检测到过流情况时，二级开关控制模块及过流检测模块开启；此时，三级开关控制及输出模块关闭，停止对外输出，短路及过流现象随着输出断电而消失，在供电电源模块一直加电的状态下，三级开关控制及输出模块不会重新开启，只有供电电源模块重新加电才能使得三级开关控制及输出模块开启。
2.如权利要求1所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述一级开关控制模块控制后续两级开关的上电顺序过程为：上电过程中一级开关控制模块开启，使得二级开关控制模块在上电过程中一直处于关闭状态，三级开关控制及输出模块在上电过程中一直处于开启状态。
3.如权利要求1所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述传感器采集电路设置有8路。
4.如权利要求2所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述一级开关控制模块包括第一二极管(D1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第一三极管(Q1)；供电电源模块的电源输入端与第一电阻(R1)、第一二极管(D1)负极、第一三极管(Q1)发射极相连，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)组成一阶RC)电路，第一三极管(Q1)基极电压取自第一电阻(R1)、第二电阻(R2)中间电位，第一二极管(D1)正极与第二电阻(R2)、第一电容(C1)相连，第一二极管(D1)用于防止在第一电容(C1)充电完成后出现反向电压；在上电过程中，第一三极管(Q1)基极电压初始值为0V，电源将对第一电容(C1)进行充电，此过程中第一三极管(Q1)开启，第一三极管(Q1)集电极电压在第一电容(C1)充电完成后升高。
5.如权利要求4所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述二级开关控制及过流检测模块包括第二电容(C2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第二三极管(Q2)；第二三极管(Q2)基极与第一三极管(Q1)集电极信号相连，发射极与供电电源模块的电源输入端相连，集电极为控制信号，第二三极管(Q2)用于在过流或短路状态下控制后级关闭；第二电容(C2)一侧与第二三极管(Q2)基极相连，一侧与供电电源模块的电源输入端相连；第三电阻(R3)一侧与第二三极管(Q2)基极相连，另一侧与第四电阻(R4)相连；第二电容(C2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)形成一阶RC电路；上电过程中由于第二三极管(Q2)的基极收到第一三极管(Q1)集电极信号为高的影响，使得第二三极管(Q2)一直处于关闭状态；第三电阻(R3)、第四电阻(R4)中间电位输出用于检测输出是否为过流或者短路状态，当出现短路或者过流时，第三电阻(R3)、第四电阻(R4)中间电位输出将被拉低至0V。
6.如权利要求5所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述三级开关控制及输出模块包括钽电容(C3)、第五电阻(R5)、第三三极管(Q3)、第二二极管(D2)、短路模拟开关(J1)、第九电阻(R9)；第三三极管(Q3)发射极与供电电源模块的电源输入端相连，第三三极管(Q3)的基极与第二三极管(Q2)的集电极相连，第三三极管(Q3)的集电极与第二二极管(D2)的正极相连，第三三极管(Q3)用于承担对外输出功能，且在过流或者短路状态下受第二三极管(Q2)控制关闭输出，防止长时间过载使得前级电源重启或烧毁；第二二极管(D2)的负极与二线制传感器(U2)的V+端相连，第二二极管(D2)用于防止反向电流对第三三极管(Q3)的冲击；第五电阻(R5)一侧与钽电容(C3)的负极相连，一侧与地相连；钽电容(C3)、第五电阻(R5)构成一个一阶RC电路；上电过程中第三三极管(Q3)一直处于开启状态，对传感器进行供电，当传感器出现过流或短路状态时，第三电阻(R3)、第四电阻(R4)中间电位输出将被拉致地，第二三极管(Q2)开启，第三三极管(Q3)关闭；在短路模拟开关(J1)打开的状态下，第一三极管(Q1)处于关闭状态，第二三极管(Q2)的开启状态无法解除，则第三三极管(Q3)将一直处于关闭状态，隔断短路或过流分支对整个系统的影响。
7.如权利要求6所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)为10千欧，第二电阻(R2)为10千欧，第一电容(C1)为100nF。
8.如权利要求7所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述第三电阻(R3)为22千欧，第四电阻(R4)为1千欧，第二电容(C2)为100nF。
9.如权利要求8所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述第五电阻(R5)为1千欧，第九电阻(R9)为10千欧，钽电容(C3)为3.3uF。
10.如权利要求9所述的电流型传感器过流保护电路，其特征在于，所述供电电源模块的电源输入端的供电电压为24V。
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