CN107979269A - 过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过流保护电路。其中，该电路包括：至少一个电参数采样电路，用于分别对目标电路的至少一个电参数进行采样；至少一个比较电路，与至少一个电参数采样电路一一对应连接，每个比较电路用于将对应的电参数采样电路的采样结果与对应的预设电参数阈值进行比较，并输出比较结果；常开开关电路，由至少一个比较电路的输出端使能，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；常闭开关电路，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；正温度系数热敏PTC电阻，与常闭开关电路串联。本发明解决了相关技术中的过流保护电路可靠性较低的技术问题。

Description

过流保护电路
技术领域
本发明涉及保护电路领域，具体而言，涉及一种过流保护电路。
背景技术
过流保护电路用于在被保护的目标电路出现过流现象时对目标电路进行保护，对于现行的变频空调或其他变频大功率设备都采用功率因数校正(Power FactorCorrection，简称PFC)技术来提高电源效率，在对PFC电路进行过流保护时，一般采用如下处理方法：利用采样电阻进行电流采样，将其转化为电压信号，并通过放大器进行放大(例如专利201010620626.4)；经过主控芯片模数转换器(Analog to Digital Converter，简称ADC)采样后判断是否过流再采取保护措施或者将转化后的电压比较器比较输出保护信号；过流保护信号经主控芯片采取对应电源切断等措施实现保护。这种方式的优点是电路结构较简单，成本较低，但需要有一定的反应时间。如果强电电路存在短路，电路中电流增大，芯片未能及时保护，有可能导致PFC器件的过流损坏。
针对相关技术中的过流保护电路可靠性较低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种过流保护电路，以至少解决相关技术中的过流保护电路可靠性较低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种过流保护电路，该过流保护电路包括：至少一个电参数采样电路，用于分别对目标电路的至少一个电参数进行采样；至少一个比较电路，与至少一个电参数采样电路一一对应连接，每个比较电路用于将对应的电参数采样电路的采样结果与对应的预设电参数阈值进行比较，并输出比较结果；常开开关电路，由至少一个比较电路的输出端使能，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接，其中，常开开关电路仅在至少一个比较电路的输出均为对应的目标信号的情况下导通，反之断开；常闭开关电路，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；正温度系数热敏PTC电阻，与常闭开关电路串联，用于在过流的情况下降低流过PTC电阻的电流。
进一步地，至少一个电参数采样电路包括第一电压采样电路，第一电压采样电路的采样对象为目标电路中的目标电阻的端电压，至少一个比较电路包括第一比较电路，第一比较电路用于将目标电阻的端电压的采样结果与第一预设电压阈值进行比较。
进一步地，该过流保护电路还包括：计数器，输入端与第一比较电路的输出端连接，输出端与常闭开关电路连接，用于对第一比较电路的输出为第一信号的情况进行计数，并在第一比较电路的输出为第一信号的次数超过预设次数的情况下控制常闭开关电路关断，其中，第一信号用于表示目标电阻的端电压大于第一预设电压阈值。
进一步地，常闭开关电路包括第一继电器，第一继电器包括线圈，线圈的第一端与计数器的输出端连接，线圈的第二端接地，线圈用于在计数器输出高电平时控制第一继电器导通供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接，在计数器输出低电平时控制第一继电器断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接。
进一步地，计数器的时钟引脚与第一比较电路的输出端相连接，第一比较电路的输出信号用于作为计数器的时钟触发信号。
进一步地，该过流保护电路还包括：报警电路，与计数器的输出端相连接，用于在计数器判断出第一比较电路的输出为第一信号的次数超过预设次数的情况下报警。
进一步地，至少一个电参数采样电路还包括第二电压采样电路，第二电压采样电路用于对目标电路中的母线电压进行采样，至少一个比较电路包括第二比较电路，第二比较电路用于将对母线电压的采样结果与第二预设电压阈值进行比较。
进一步地，至少一个电参数采样电路包括电流采样电路，电流采样电路包括电流互感器，电流互感器用于检测输入目标电路的交流电流，至少一个比较电路包括第三比较电路，第三比较电路用于将交流电流与预设电流阈值进行比较。
进一步地，常开开关电路包括：第二继电器，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；至少一个开关管，第一端与供电电源连接，第二端与第二继电器的线圈连接，至少一个开关管串联，每个开关管由至少一个比较电路的输出端使能，在对应比较电路的输出为对应的目标信号的情况下导通，反之断开，其中，在至少一个开关管全部导通的情况下，供电电源为第二继电器的线圈供电以使第二继电器导通。
进一步地，目标电路为功率因数校正PFC电路，供电电源为交流火线，目标电路的电源输入端为火线输入端。
在本发明实施例中，通过至少一个电参数采样电路，用于分别对目标电路的至少一个电参数进行采样；至少一个比较电路，与至少一个电参数采样电路一一对应连接，每个比较电路用于将对应的电参数采样电路的采样结果与对应的预设电参数阈值进行比较，并输出比较结果；常开开关电路，由至少一个比较电路的输出端使能，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接，其中，常开开关电路仅在至少一个比较电路的输出均为对应的目标信号的情况下导通，反之断开；常闭开关电路，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；正温度系数热敏PTC电阻，与常闭开关电路串联，用于在过流的情况下降低流过PTC电阻的电流，通过硬件电路对目标电路进行过流保护，相比于通过芯片进行控制的电路，本发明的过流保护电路响应时间更短，并且，通过串联的常闭开关电路和PTC电阻对目标电路做软保护，在常开开关电路断开的情况下仍尝试为目标电路供电，同时PTC电阻的限流功能防止目标电路中电流过大，从而解决了相关技术中的过流保护电路可靠性较低的技术问题，提高了过流保护电路的可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的过流保护电路的示意图；
图2是根据本发明实施例的另一种可选的过流保护电路的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的过流保护电路的原理示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的过流保护电路的流程示意图；
图5是根据本发明实施例的另一种可选的过流保护电路的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本申请提供了一种过流保护电路的实施例。
图1是根据本发明实施例的一种可选的过流保护电路的示意图，如图1所示，该过流保护电路包括：至少一个电参数采样电路，至少一个比较电路，常开开关电路，常闭开关电路和正温度系数热敏PTC电阻。
其中，至少一个电参数采样电路用于分别对目标电路的至少一个电参数进行采样；至少一个比较电路与至少一个电参数采样电路一一对应连接，每个比较电路用于将对应的电参数采样电路的采样结果与对应的预设电参数阈值进行比较，并输出比较结果；常开开关电路由至少一个比较电路的输出端使能，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接，其中，常开开关电路仅在至少一个比较电路的输出均为对应的目标信号的情况下导通，反之断开；常闭开关电路用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；正温度系数热敏PTC电阻与常闭开关电路串联，用于在过流的情况下降低流过PTC电阻的电流。
作为一种可选的实施方式，至少一个电参数采样电路中包括第一电压采样电路，第一电压采样电路的采样对象为目标电路中的目标电阻的端电压，至少一个比较电路包括第一比较电路，第一比较电路用于将目标电阻的端电压的采样结果与第一预设电压阈值进行比较。
作为一种可选的实施方式，该过流保护电路还包括计数器，计数器的输入端与第一比较电路的输出端连接，输出端与常闭开关电路连接，用于对第一比较电路的输出为第一信号的情况进行计数，并在第一比较电路的输出为第一信号的次数超过预设次数的情况下控制常闭开关电路关断，其中，第一信号用于表示目标电阻的端电压大于第一预设电压阈值。
作为一种可选的实施方式，常闭开关电路包括第一继电器，第一继电器包括线圈，线圈的第一端与计数器的输出端连接，线圈的第二端接地，线圈用于在计数器输出高电平时控制第一继电器导通供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接，在计数器输出低电平时控制第一继电器断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接。
作为一种可选的实施方式，计数器的时钟引脚与第一比较电路的输出端相连接，第一比较电路的输出信号用于作为计数器的时钟触发信号。
作为一种可选的实施方式，该过流保护电路还包括报警电路，报警电路与计数器的输出端相连接，用于在计数器判断出第一比较电路的输出为第一信号的次数超过预设次数的情况下报警。
作为一种可选的实施方式，至少一个电参数采样电路还包括第二电压采样电路，第二电压采样电路用于对目标电路中的母线电压进行采样，至少一个比较电路包括第二比较电路，第二比较电路用于将对母线电压的采样结果与第二预设电压阈值进行比较。
作为一种可选的实施方式，至少一个电参数采样电路包括电流采样电路，电流采样电路包括电流互感器，电流互感器用于检测输入目标电路的交流电流，至少一个比较电路包括第三比较电路，第三比较电路用于将交流电流与预设电流阈值进行比较。
作为一种可选的实施方式，常开开关电路包括第二继电器，用于导通或断开供电电源与目标电路的电源输入端之间的连接；至少一个开关管，第一端与供电电源连接，第二端与第二继电器的线圈连接，至少一个开关管串联，每个开关管由至少一个比较电路的输出端使能，在对应比较电路的输出为对应的目标信号的情况下导通，反之断开，其中，在至少一个开关管全部导通的情况下，供电电源为第二继电器的线圈供电以使第二继电器导通。
作为一种可选的实施方式，目标电路为功率因数校正PFC电路，供电电源为交流火线，目标电路的电源输入端为火线输入端。
在目标电路为功率因数校正PFC电路的情况下，对一种可选的过流保护电路的实施方式进行举例如下：
如图2所示，目标电路为PFC电路(图2中矩形框D内的电路)，PFC电路包括全桥整流桥DB1、压敏电阻Z1、电流采样电阻R1、PFC电感L1、滤波电容C1、C2、二极管D1和开关管G1。图2中R1～R16、R20均为电阻。
图2中矩形框A内电路(包括常开开关电路、常闭开关电路和正温度系数热敏PTC电阻)的作用为软启动和过流保护控制，对交流火线AC-L与PFC电路的火线输入端之间的导通或断开进行控制。矩形框B内电路(包括第一电压采样电路和第一比较电路)对PFC电路中的电流采样电阻R1(目标电阻)的端电压进行采样，并与R1端电压的过流电压阈值(第一预设电压阈值)进行比较，并输出比较结果OVC。R1端电压的过流电压阈值由与参考端连接的电阻R7和R8决定。矩形框C内电路(包括第二电压采样电路和第二比较电路)对母线电压PFC_V进行采样，将PFC_V的电压值与预设的第二预设电压阈值进行比较，并输出比较结果PFC_FO，其中，第二预设电压阈值为母线电压在正常工作时的稳定电压值，如果PFC_V的电压值达到第二预设电压阈值，则说明PFC电路已进入稳定工作，输出的比较结果PFC_FO的信号控制常开开关电路导通(闭合)，如果PFC_V的电压值未达到第二预设电压阈值，则说明PFC电路仍未稳定工作，输出的比较结果PFC_FO的信号控制常开开关电路仍断开。
常开开关电路包括第二继电器K1，第二继电器K1的线圈是否连接供电电源由串联的开关管Q2和开关管Q1控制，开关管Q1和开关管Q2分别由比较结果OVC和比较结果PFC_FO控制是否导通。第二继电器K1的线圈在通电之后吸引开关闭合，以导通交流火线AC-L与PFC电路。第二继电器K1在平时断开，仅在比较结果OVC和比较结果PFC_FO均为对应的目标信号的情况下导通。
常闭开关电路包括第一继电器K2，第一继电器K2的线圈是否通电由控制信号K2_CTRL决定。第一继电器K2仅在控制信号K2_CTRL为对应的目标信号时关断，在平时导通。PTC电阻作为限流电阻，在第一继电器K2导通时，如果PFC电路出现过流，则PTC发热，电阻增加，导致流经PTC的电流降低，进而限制PFC电路中的电流。
计数器COUNTER与比较结果OVC连接，计数器COUNTER的输出信号经过非门U4-A、电阻R20、开关管Q3组成的信号处理电路之后，得到用于控制第一继电器K2的控制信号K2_CTRL。计数器COUNTER对比较结果OVC为表示目标电阻的端电压大于第一预设电压阈值的信号的次数进行计数，具体的，计数器COUNTER的时钟引脚与OVC相连接，信号OVC用于作为计数器的时钟触发信号，其中，计数器COUNTER在时钟的下降沿时计数，计数器COUNTER在计数超过预设次数之后，输出的信号改变，进而控制信号K2_CTRL变为控制第一继电器K2断开的信号。
过流检测通过第一电压采样电路实现，第一电压采样电路包括运算放大器AMP，第一比较电路包括比较器COMP1。第二比较电路包括COMP2。可选的，过流检测也可以通过电流互感器检测电源的交流电流，如果PFC发生短路，整流桥前端的交流侧电流会增大，可通过硬件电路控制过流输出控制信号，过流时切断电源。
如图3所示，图2所示实施例提供的过流保护电路的原理如下：
在PFC电路正常工作时，第一继电器K2作为电源充电继电器，在导通时给PFC电路中的电解电容充电，由PTC电阻限制充电电流，此时主继电器K1不开通，只有当电路中电流未过流，OVC输出高电平，电解电容充电饱和，电压稳定达到正常值之后PFC_FO输出高电平，此时主继电器K1吸合，该硬件控制式启动电路满足软启动的要求。
其中，PFC电路中存在短路问题分为两种情况：(1)在PFC电路上电前就存在PFC电容短路的问题，(2)在PFC电路运行期间发生电容短路的问题。
如图4所示，在第(1)种情况下，图2所示实施例提供的过流保护电路对PFC电路进行保护的方法如下：
1.在上电时刻，电容充电继电器K2吸合，尝试给电解电容充电；
2.如果出现电容短路的现象，由于短路导致PFC电路中电流瞬时增大，与PFC电路连通的PTC电阻限流阻抗增大，限制PFC电路中电流值，电流下降，在电流下降之后，PTC电阻降低，导致电流再次增大，如此往复；
3.利用电流检测电路(第一电压采样电路)对R1的端电压进行采样和放大，得到一组交变的电压信号，并利用电压比较器COMP1的参考端电阻R7和R8设置过流电流阈值，在通过电压比较器COMP1判断出PFC电路出现过流时，输出信号OVC为高电平，作为计数器的时钟触发信号。
4.当尝试充电A次(次数A由计数器设置决定)都失败之后，计数器输出信号K2_CTRL控制关断充电继电器K2，并将这一故障报告主芯片(图2中未显示)或者通过指示灯显示，直到断电排除故障后才可再次开启。
如图5所示，在第(2)种情况下，图2所示实施例提供的过流保护电路对PFC电路进行保护的方法如下：
1.电路检测到过流，OVC及PFC_FO输出低电平，立即切断主继电器K1；
2.由充电继电器K2尝试再次给电解电容充电；
3.若PTC电阻过流保护，多次充电失败则说明PFC电路存在短路故障，计数器输出控制信号，彻底切断PFC电路电源，并向主芯片报告故障或通过指示灯显示故障，直到排除故障后，重新接通电源继电器K2再次才可以再次开启。
上述实施例提供的过流保护电路的发明点在于：
1.设备主电源的过流保护控制不再经过主控芯片控制，而是采用硬件电路实现。此方式避免了主控芯片的判断过程，反应较快，能够更好地保护PFC电路在过流时可能出现的器件损坏；
2.过流保护电路中的软启动电路，通过串联的PTC电阻和常闭开关电路实现软启动；
3.利用计数器控制电解电容过流切断电路。
上述实施例提供的过流保护电路提供了两种过流情况的保护，1.PFC功率设备开启期间PFC电容短路迅速保护；2.PFC功率设备存在短路故障启动时的自动保护。能够提供PFC电路过流瞬间保护，提高控制器可靠性，并节省主控芯片资源。
上述本申请实施例的顺序不代表实施例的优劣。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路包括：
至少一个电参数采样电路，用于分别对目标电路的至少一个电参数进行采样；
至少一个比较电路，与所述至少一个电参数采样电路一一对应连接，每个比较电路用于将对应的电参数采样电路的采样结果与对应的预设电参数阈值进行比较，并输出比较结果；
常开开关电路，由所述至少一个比较电路的输出端使能，用于导通或断开供电电源与所述目标电路的电源输入端之间的连接，其中，所述常开开关电路仅在所述至少一个比较电路的输出均为对应的目标信号的情况下导通，反之断开；
常闭开关电路，用于导通或断开所述供电电源与所述目标电路的电源输入端之间的连接；
正温度系数热敏PTC电阻，与所述常闭开关电路串联，用于在过流的情况下降低流过所述PTC电阻的电流。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述至少一个电参数采样电路包括第一电压采样电路，所述第一电压采样电路的采样对象为所述目标电路中的目标电阻的端电压，所述至少一个比较电路包括第一比较电路，所述第一比较电路用于将所述目标电阻的端电压的采样结果与第一预设电压阈值进行比较。
3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，还包括：
计数器，输入端与所述第一比较电路的输出端连接，输出端与所述常闭开关电路连接，用于对所述第一比较电路的输出为第一信号的情况进行计数，并在所述第一比较电路的输出为所述第一信号的次数超过预设次数的情况下控制所述常闭开关电路关断，其中，所述第一信号用于表示所述目标电阻的端电压大于所述第一预设电压阈值。
4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述常闭开关电路包括第一继电器，所述第一继电器包括线圈，所述线圈的第一端与所述计数器的输出端连接，所述线圈的第二端接地，所述线圈用于在所述计数器输出高电平时控制所述第一继电器导通所述供电电源与所述目标电路的电源输入端之间的连接，在所述计数器输出低电平时控制所述第一继电器断开所述供电电源与所述目标电路的电源输入端之间的连接。
5.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述计数器的时钟引脚与所述第一比较电路的输出端相连接，所述第一比较电路的输出信号用于作为所述计数器的时钟触发信号。
6.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，还包括：
报警电路，与所述计数器的输出端相连接，用于在所述计数器判断出所述第一比较电路的输出为所述第一信号的次数超过所述预设次数的情况下报警。
7.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述至少一个电参数采样电路还包括第二电压采样电路，所述第二电压采样电路用于对所述目标电路中的母线电压进行采样，所述至少一个比较电路包括第二比较电路，所述第二比较电路用于将对所述母线电压的采样结果与第二预设电压阈值进行比较。
8.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述至少一个电参数采样电路包括电流采样电路，所述电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器用于检测输入所述目标电路的交流电流，所述至少一个比较电路包括第三比较电路，所述第三比较电路用于将所述交流电流与预设电流阈值进行比较。
9.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述常开开关电路包括：
第二继电器，用于导通或断开所述供电电源与所述目标电路的电源输入端之间的连接；
至少一个开关管，第一端与供电电源连接，第二端与所述第二继电器的线圈连接，所述至少一个开关管串联，每个开关管由所述至少一个比较电路的输出端使能，在对应比较电路的输出为对应的目标信号的情况下导通，反之断开，其中，在所述至少一个开关管全部导通的情况下，所述供电电源为所述第二继电器的线圈供电以使所述第二继电器导通。
10.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述目标电路为功率因数校正PFC电路，所述供电电源为交流火线，所述目标电路的电源输入端为火线输入端。
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