CN107565503A - 基于电压下降沿的过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压下降沿的过流保护装置，包括电压跟随与比较电路、触发延时电路、故障信号保持与发送电路，高压电源的输出和电压输出设定电压值进入电压跟随与比较电路，电压跟随与比较电路的输出与触发延时电路输入连接，触发延时电路输出与故障信号保持与发送电路输入连接。本发明过流保护装置，将过流保护时间由以前的6us，缩短至3us，大大提高了离子源负载的安全性。

Description

基于电压下降沿的过流保护装置

技术领域

本发明涉及过流保护电路领域，具体是一种基于电压下降沿的过流保护装置。

背景技术

80kV/70A高压脉冲电源，是国家大科学工程EAST中性束注入系统的重要组成部分。过流保护装置是确保离子源安全的关键组成部分。过流保护装置是用于检测离子源负载电极之间的状态，当电极之间打火时迅速切断高压电源，以确保离子源的可靠运行。目前，类似的过流检测装置大多采用基于电流响应的电路来实现。但是，在负载打火时电流的响应响应速度明显慢于电压的响应速度，因此，为了确保负载在打火时保护的快速性，需要研制基于电压下降沿的过流保护装置。

发明内容 本发明的目的是提供一种基于电压下降沿的过流保护装置，以确保工程EAST中负载在打火时保护的快速性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于电压下降沿的过流保护装置，其特征在于： 包括电压跟随与比较电路、触发延时电路、故障信号保持与发送电路，其中：

电压跟随与比较电路包括Q9头B2、Q9头B4、型号为MMBZ15VAI的稳压二极管D1和D2、型号为BAV199的瞬态抑制二极管B1和B3、型号为LM358的运算放大器U3A和U3B、型号为LM311的运算放大器U4、三极管Q1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U8A；

高压电源的输出进入Q9头B2，Q9头B2的第二引脚接地，Q9头B2的第一引脚通过电阻R4与运算放大器U3A的同相输入端连接，稳压二极管D1的第一引脚与Q9头B2的第一引脚连接，稳压二极管D1的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第三引脚与Q9头B2的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B1的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第二引脚连接+12V电压，Q9头B2的第一引脚还通过电容C1接地GND；运算放大器U3A的正电源端连接+12V电压，运算放大器U3A的负电源端接地GND，运算放大器U3A的反相输入端通过电阻R7与运算放大器U3A自身的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4的同相输入端连接；

电压输出设定电压值进入Q9头B4，Q9头B4的第二引脚接地，Q9头B4的第一引脚通过电阻R8与运算放大器U3B的同相输入端连接，稳压二极管D2的第一引脚与Q9头B4的第一引脚连接，稳压二极管D2的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第三引脚与Q9头B4的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B3的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第二引脚连接+12V电压，Q9头B4的第一引脚还通过电容C2接地GND；运算放大器U3B的反相输入端通过电阻R12与运算放大器U3B自身的输出端连接，运算放大器U3B的输出端通过电容C17接地GND，运算放大器U3B的输出端还通过电阻R10与一个可调电位器R9的一个固定端连接，电阻R10与运算放大器U3B的输出端之间接入SET Value信号，可调电位器R9的另一个固定端通过电阻R11接地GND，可调电位器R9的移动端与运算放大器U4的反相输入端连接；

运算放大器U4的输出端通过电阻R3与运算放大器U4自身正电源端共接+12V电压，运算放大器U4的负电源端、接地端共接接地GND，运算放大器U4的输出端通过电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极还通过电阻R6与三极管Q1自身的发射极共接接地GND，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R1连接+5V电压，同时三极管Q1的集电极和与非门芯片U8A的输入端连接，三极管Q1的集电极还连接跳线JT，与非门芯片U8A的输出端输出OVER_SETV信号；

所述触发延时电路包括型号为HFBR2412的光接收模块U1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U2A、型号为74HC123的延时芯片U4B、型号为74HC08的或门U3A和U3B、型号为1610202G0AM的跳线J5和J1，所述光接收模块U1的第三引脚、第七引脚共接后接地GND，光接收模块U1的第六引脚通过电阻R1与光接收模块U1自身的第二引脚共接+5V电压，光接收模块U1的第六引脚还和与非门芯片U2A的输入端连接，与非门芯片U2A的输出端接入 Start_Signal信号，与非门芯片U2A的输出端还与延时芯片U4B的引脚B连接，延时芯片U4B的引脚RCext通过电容C1与延时芯片U4B的引脚Cext、引脚A共接后接地GND，延时芯片U4B的引脚RCext还通过电阻R2连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚CLR连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J5的第三引脚、第一引脚连接，跳线J5的第二引脚与跳线J1的第一引脚连接，跳线J1的第三引脚连接+5V电压，跳线J1的第二引脚和或门U3A的输入端2B连接，或门U3A的输入端2A和与非门芯片U2A的输出端连接，或门U3A的输出端与或门U3B的输入端2A连接，或门U3B的输入端2B与电压跟随与比较电路中与非门芯片U8A的输出端连接，或门U3B的输出端输出OVER_SETVOUT信号；

所述故障信号保持与发送电路包括型号为74HC123的延时芯片U13B、型号为74HC04的六反相器芯片U11、型号为HFBR1414的光发送模块U16、型号为1610202G0AM的跳线J4，延时芯片U13B的引脚B与触发延时电路中或门U3B的输出端连接，延时芯片U13B的引脚RCext通过电容C11与延时芯片U13B的引脚Cext、引脚A共接接地GND，延时芯片U13B的引脚RCext还通过电阻R10连接+5V电压，延时芯片U13B的CLR连接+5V电压，延时芯片U13B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J4的第一引脚、第三引脚连接，跳线J4的第二引脚分别与六反相器芯片U11的引脚1A～6A连接，六反相器芯片U11的引脚VCC连接+5V电压，六反相器芯片U11的引脚GND接地GND，六反相器芯片U11的引脚#1Y ～引脚#6Y共接后与光发送模块U16的第三引脚连接，光发送模块U16的第二引脚、第六引脚、第七引脚共接后通过电阻R12连接+5V电压。

通过对整个中性束注入系统进行分析和实际工程验收，本发明提出了基于检测高压脉冲电源电压下降沿的过流检测装置，通过本发明过流保护装置，将过流保护时间由以前的6us，缩短至3us，大大提高了离子源负载的安全性。

附图说明

图1为本发明电压跟随与比较电路图。

图2为本发明触发延时电路图。

图3为本发明故障信号保持与发送电路图。

具体实施方式

基于电压下降沿的过流保护装置，包括电压跟随与比较电路、触发延时电路、故障信号保持与发送电路，其中：

如图1所示，图1电路图主要用于高压电源输出电压的输入和跟随，以及设定电压的输入和跟随然后经过分压后与电源输出电压进行比较。电压跟随与比较电路包括Q9头B2、Q9头B4、型号为MMBZ15VAI的稳压二极管D1和D2、型号为BAV199的瞬态抑制二极管B1和B3、型号为LM358的运算放大器U3A和U3B、型号为LM311的运算放大器U4、三极管Q1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U8A；

高压电源的输出进入Q9头B2，Q9头B2的第二引脚接地，Q9头B2的第一引脚通过电阻R4与运算放大器U3A的同相输入端连接，稳压二极管D1的第一引脚与Q9头B2的第一引脚连接，稳压二极管D1的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第三引脚与Q9头B2的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B1的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第二引脚连接+12V电压，Q9头B2的第一引脚还通过电容C1接地GND；运算放大器U3A的正电源端连接+12V电压，运算放大器U3A的负电源端接地GND，运算放大器U3A的反相输入端通过电阻R7与运算放大器U3A自身的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4的同相输入端连接；

电压输出设定电压值进入Q9头B4，Q9头B4的第二引脚接地，Q9头B4的第一引脚通过电阻R8与运算放大器U3B的同相输入端连接，稳压二极管D2的第一引脚与Q9头B4的第一引脚连接，稳压二极管D2的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第三引脚与Q9头B4的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B3的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第二引脚连接+12V电压，Q9头B4的第一引脚还通过电容C2接地GND；运算放大器U3B的反相输入端通过电阻R12与运算放大器U3B自身的输出端连接，运算放大器U3B的输出端通过电容C17接地GND，运算放大器U3B的输出端还通过电阻R10与一个可调电位器R9的一个固定端连接，电阻R10与运算放大器U3B的输出端之间接入SET Value信号，可调电位器R9的另一个固定端通过电阻R11接地GND，可调电位器R9的移动端与运算放大器U4的反相输入端连接；

运算放大器U4的输出端通过电阻R3与运算放大器U4自身正电源端共接+12V电压，运算放大器U4的负电源端、接地端共接接地GND，运算放大器U4的输出端通过电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极还通过电阻R6与三极管Q1自身的发射极共接接地GND，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R1连接+5V电压，同时三极管Q1的集电极和与非门芯片U8A的输入端连接，三极管Q1的集电极还连接跳线JT，与非门芯片U8A的输出端输出OVER_SETV信号；、

如图2所示，图2电路主要用于接收过流检测的起始时间，并对该时刻进行1ms的延时，用于躲避电压上升时间段的波动。触发延时电路包括型号为HFBR2412的光接收模块U1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U2A、型号为74HC123的延时芯片U4B、型号为74HC08的或门U3A和U3B、型号为1610202G0AM的跳线J5和J1，所述光接收模块U1的第三引脚、第七引脚共接后接地GND，光接收模块U1的第六引脚通过电阻R1与光接收模块U1自身的第二引脚共接+5V电压，光接收模块U1的第六引脚还和与非门芯片U2A的输入端连接，与非门芯片U2A的输出端接入 Start_Signal信号，与非门芯片U2A的输出端还与延时芯片U4B的引脚B连接，延时芯片U4B的引脚RCext通过电容C1与延时芯片U4B的引脚Cext、引脚A共接后接地GND，延时芯片U4B的引脚RCext还通过电阻R2连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚CLR连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J5的第三引脚、第一引脚连接，跳线J5的第二引脚与跳线J1的第一引脚连接，跳线J1的第三引脚连接+5V电压，跳线J1的第二引脚和或门U3A的输入端2B连接，或门U3A的输入端2A和与非门芯片U2A的输出端连接，或门U3A的输出端与或门U3B的输入端2A连接，或门U3B的输入端2B与电压跟随与比较电路中与非门芯片U8A的输出端连接，或门U3B的输出端输出OVER_SETVOUT信号；

如图3所示，图3用于对过流检测信号的保持并将该电信号转换成光信号发送给控制系统。故障信号保持与发送电路包括型号为74HC123的延时芯片U13B、型号为74HC04的六反相器芯片U11、型号为HFBR1414的光发送模块U16、型号为1610202G0AM的跳线J4，延时芯片U13B的引脚B与触发延时电路中或门U3B的输出端连接，延时芯片U13B的引脚RCext通过电容C11与延时芯片U13B的引脚Cext、引脚A共接接地GND，延时芯片U13B的引脚RCext还通过电阻R10连接+5V电压，延时芯片U13B的CLR连接+5V电压，延时芯片U13B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J4的第一引脚、第三引脚连接，跳线J4的第二引脚分别与六反相器芯片U11的引脚1A～6A连接，六反相器芯片U11的引脚VCC连接+5V电压，六反相器芯片U11的引脚GND接地GND，六反相器芯片U11的引脚#1Y ～引脚#6Y共接后与光发送模块U16的第三引脚连接，光发送模块U16的第二引脚、第六引脚、第七引脚共接后通过电阻R12连接+5V电压。

Claims (1)

1.基于电压下降沿的过流保护装置，其特征在于： 包括电压跟随与比较电路、触发延时电路、故障信号保持与发送电路，其中：

电压跟随与比较电路包括Q9头B2、Q9头B4、型号为MMBZ15VAI的稳压二极管D1和D2、型号为BAV199的瞬态抑制二极管B1和B3、型号为LM358的运算放大器U3A和U3B、型号为LM311的运算放大器U4、三极管Q1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U8A；

高压电源的输出进入Q9头B2，Q9头B2的第二引脚接地，Q9头B2的第一引脚通过电阻R4与运算放大器U3A的同相输入端连接，稳压二极管D1的第一引脚与Q9头B2的第一引脚连接，稳压二极管D1的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第三引脚与Q9头B2的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B1的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B1的第二引脚连接+12V电压，Q9头B2的第一引脚还通过电容C1接地GND；运算放大器U3A的正电源端连接+12V电压，运算放大器U3A的负电源端接地GND，运算放大器U3A的反相输入端通过电阻R7与运算放大器U3A自身的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与运算放大器U4的同相输入端连接；

电压输出设定电压值进入Q9头B4，Q9头B4的第二引脚接地，Q9头B4的第一引脚通过电阻R8与运算放大器U3B的同相输入端连接，稳压二极管D2的第一引脚与Q9头B4的第一引脚连接，稳压二极管D2的第二引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第三引脚与Q9头B4的第一引脚连接，瞬态抑制二极管B3的第一引脚接地GND，瞬态抑制二极管B3的第二引脚连接+12V电压，Q9头B4的第一引脚还通过电容C2接地GND；运算放大器U3B的反相输入端通过电阻R12与运算放大器U3B自身的输出端连接，运算放大器U3B的输出端通过电容C17接地GND，运算放大器U3B的输出端还通过电阻R10与一个可调电位器R9的一个固定端连接，电阻R10与运算放大器U3B的输出端之间接入SET Value信号，可调电位器R9的另一个固定端通过电阻R11接地GND，可调电位器R9的移动端与运算放大器U4的反相输入端连接；

运算放大器U4的输出端通过电阻R3与运算放大器U4自身正电源端共接+12V电压，运算放大器U4的负电源端、接地端共接接地GND，运算放大器U4的输出端通过电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极还通过电阻R6与三极管Q1自身的发射极共接接地GND，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R1连接+5V电压，同时三极管Q1的集电极和与非门芯片U8A的输入端连接，三极管Q1的集电极还连接跳线JT，与非门芯片U8A的输出端输出OVER_SETV信号；

所述触发延时电路包括型号为HFBR2412的光接收模块U1、型号为MC74HC04AD的与非门芯片U2A、型号为74HC123的延时芯片U4B、型号为74HC08的或门U3A和U3B、型号为1610202G0AM的跳线J5和J1，所述光接收模块U1的第三引脚、第七引脚共接后接地GND，光接收模块U1的第六引脚通过电阻R1与光接收模块U1自身的第二引脚共接+5V电压，光接收模块U1的第六引脚还和与非门芯片U2A的输入端连接，与非门芯片U2A的输出端接入 Start_Signal信号，与非门芯片U2A的输出端还与延时芯片U4B的引脚B连接，延时芯片U4B的引脚RCext通过电容C1与延时芯片U4B的引脚Cext、引脚A共接后接地GND，延时芯片U4B的引脚RCext还通过电阻R2连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚CLR连接+5V电压，延时芯片U4B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J5的第三引脚、第一引脚连接，跳线J5的第二引脚与跳线J1的第一引脚连接，跳线J1的第三引脚连接+5V电压，跳线J1的第二引脚和或门U3A的输入端2B连接，或门U3A的输入端2A和与非门芯片U2A的输出端连接，或门U3A的输出端与或门U3B的输入端2A连接，或门U3B的输入端2B与电压跟随与比较电路中与非门芯片U8A的输出端连接，或门U3B的输出端输出OVER_SETVOUT信号；

所述故障信号保持与发送电路包括型号为74HC123的延时芯片U13B、型号为74HC04的六反相器芯片U11、型号为HFBR1414的光发送模块U16、型号为1610202G0AM的跳线J4，延时芯片U13B的引脚B与触发延时电路中或门U3B的输出端连接，延时芯片U13B的引脚RCext通过电容C11与延时芯片U13B的引脚Cext、引脚A共接接地GND，延时芯片U13B的引脚RCext还通过电阻R10连接+5V电压，延时芯片U13B的CLR连接+5V电压，延时芯片U13B的引脚Q、引脚一一对应与跳线J4的第一引脚、第三引脚连接，跳线J4的第二引脚分别与六反相器芯片U11的引脚1A～6A连接，六反相器芯片U11的引脚VCC连接+5V电压，六反相器芯片U11的引脚GND接地GND，六反相器芯片U11的引脚#1Y ～引脚#6Y共接后与光发送模块U16的第三引脚连接，光发送模块U16的第二引脚、第六引脚、第七引脚共接后通过电阻R12连接+5V电压。