CN108731213A - 一种保护时间调节电路、pfc过流保护电路以及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护时间调节电路、PFC过流保护电路以及控制器，该保护时间调节电路中的第一电阻的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，第一电阻的第二端与第二电阻、第一电容的公共端相连；第二电阻的另一端与电源端VCC相连，第一电容的另一端接参考地；第一可控开关和第三电阻串联后，连接在电源端VCC和参考地之间，第一可控开关的控制端与第一电阻的第二端相连，第一可控开关和第三电阻的公共端为保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。通过该保护时间调节电路可以调节触发时间及触发保持时间，使电路迅速响应保护信号，并在保护信号消失后，延时保护。

Description

一种保护时间调节电路、PFC过流保护电路以及控制器

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，更具体的说，是涉及一种保护时间调节电路、PFC过流保护电路以及控制器。

背景技术

对于电器控制设备，常设置有保护电路，保护电路根据保护信号执行保护动作，不同的控制设备或者使用场景对保护时间的要求不同。保护时间包括触发时间及触发保持时间；触发时间为，保护电路接收到保护信号到执行保护动作的时间；触发保持时间为，保护信号消失后，保护电路仍然执行保护动作的持续时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种保护时间调节电路、PFC过流保护电路以及控制器，能够实现保护时间的调节。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种保护时间调节电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一可控开关，其中：

所述第一电阻的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻、所述第一电容的公共端相连；所述第二电阻的另一端与电源端VCC相连，所述第一电容的另一端接参考地；

所述第一可控开关和第三电阻串联后，连接在所述电源端VCC和所述参考地之间，所述第一可控开关的控制端与所述第一电阻的第二端相连，所述第一可控开关和所述第三电阻的公共端为所述保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。

一种PFC过流保护电路，包括：采样单元、保护信号输出单元、保护执行单元和保护时间调节单元，所述保护时间调节单元包括上述保护时间调节电路，所述采样单元的输入端与PFC主工作电路相连，所述采样单元的输出端与所述保护信号输出单元的输入端相连；所述保护时间调节电路的输入端与所述保护信号输出单元的输出端相连，所述保护时间调节电路的输出端与所述保护执行单元的输入端相连，所述保护执行单元的输出端输出控制信号，所述控制信号控制所述PFC主工作电路电流减小。

一种控制器，用于控制空调，包括：上述PFC过流保护电路。

本发明实施例公开的一种保护时间调节电路、PFC过流保护电路及控制器，该保护时间调节电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一可控开关，第一电阻的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，第一电阻的第二端与第二电阻、第一电容的公共端相连；第二电阻的另一端与电源端VCC相连，第一电容的另一端接参考地；第一可控开关和第三电阻串联后，连接在电源端VCC和参考地之间，第一可控开关的控制端与第一电阻的第二端相连，第一可控开关和第三电阻的公共端为保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。通过该保护时间调节电路可以调节触发时间及触发保持时间，使电路迅速响应保护信号，并在保护信号消失后，延时保护。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种保护时间调节电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种保护时间调节电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种保护时间调节电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种PFC过流保护电路结构框图；

图5为本发明实施例提供的另一种PFC过流保护电路结构框图；

图6为本发明实施例提供的PFC过流保护电路结构示意图。

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做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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种保护时间调节电路，具体的，该保护时间调节电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第一可控开关K1，其中：

如图1所示，上述第一电阻R1的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，上述第一电阻R1的第二端与上述第二电阻R2、上述第一电容C1的公共端相连；上述第二电阻R2的另一端与电源端VCC相连，上述第一电容C1的另一端接参考地GND；上述第一可控开关K1的第一端与上述电源端VCC相连，上述第一可控开关K1的第二端与上述第三电阻R3的第一端相连，上述第一可控开关K1的控制端与上述第一电阻R1的第二端相连，上述第三电阻R3的第二端接参考地；上述第一可控开关K1的第二端与上述第三电阻R3的第一端的公共端作为上述保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种保护时间调节电路，该保护时间调节电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第一可控开关K1，其中：第一电阻R1的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，上述第一电阻R1的第二端与上述第二电阻R2、上述第一电容C1的公共端相连；上述第二电阻R2的另一端与电源端VCC相连，上述第一电容C1的另一端接地接参考地GND；上述第三电阻R3的第一端与电源端VCC连接，上述第三电阻R3的另一端与第一可控开关K1的第一端连接，第一可控开关K1的控制端与上述第一电阻R1的第二端相连，上述第一可控开关K1的第二端连接到参考地GND。上述第一可控开关K1与上述第三电阻R3的公共端作为上述保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。上述保护信号输出单元的输出状态包括高阻态和低组态，通过调节上述第一电阻的阻值和上述第一电容的电容值调节触发时间，通过调节上述第二电阻的阻值和上述第一电容的电容值调节触发保持时间。

需要说明的是，本发明实施例中，保护时间分为触发时间和触发保持时间，其中：

触发时间为输入端接收保护信号输出单元输出保护信号到保护执行单元执行保护动作的时间。触发保持时间为当异常情况消失后，保护信号输出单元输出的保护信号消失(比如由低阻态转变为正常工作时的高阻态)后，保护执行单元依旧执行保护动作的持续时间。

下面，结合一个具体实施例，对该电路的工作原理，进行说明，如图1所示，假设第一可控开关K1为NPN型三极管，假设保护信号输出单元在发生异常时(比如过流)呈现低阻态状态，，而保护执行单元在接收到保护时间调节电路输出的低电平的控制信号时，执行保护动作，即控制主控电路的(比如PFC电路的主开关管)电流减小。本实施例中，当发生异常时，为实现保护，保护时间调节电路需要输出低电平信号，则该NPN型三极管的控制极基极电压应为低电平。当异常发生时，保护信号输出单元的输出阻抗由高阻态变为低阻态，此时，因为第一电容C1的上的电压不能突变，第一电容C1经过电阻R1和呈现低阻态的输出信号保护单元进行放电，当第一电容C1上的电压释放到NPN型三极管基极所需低电平电压后，NPN型三极管关断，其发射级输出低电平，该低电平信号输出至保护执行单元。因此，本实施例中，可以通过调节第一电容C1和第一电阻R1的阻值调节触发时间。同理，当异常消失后，虽然，保护信号输出单元的输出阻抗由低阻态变为高阻态，同样因为第一电容C1的电压不能突变，因此NPN型三极管的基极不能立刻变为高电平，而需要延迟一段时间，延迟时间为VCC通过第二电阻R2对第一电容C1进行充电，使得第一电容C1上的电压达到NPN型三极管基极所需高电平电压的时间，因此，本实施例中，通过调节第二电阻R2和第一电容C1的取值，可以调节触发保持时间。本实施例中，其它条件不变，假设保护执行单元在接收到保护时间调节电路输出的高电平的控制信号时，执行保护动作，此时，通过调节第二电阻R2和第一电容C1的取值，可以调节触发时间，通过调节第一电阻R1和第一电容C1的取值可以调节触发保持时间。因此，本发明通过对第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1取值的调整实现保护时间的调节。

需要说明的是，上述实施例仅为阐述电路原理，不应理解为对本发明的限定，第一可控开关除了上述NPN型三级管还可以是其它可控开关，保护时间调节电路可以根据具体的保护逻辑利用上述原理和本发明实施例提供的电路拓扑实现。另外，高阻态表示电路中的某个节点具有相对电路中其他点相对更高的阻抗；当保护信号输出单元呈高阻态时，保护时间调节单元无法将电信号注入保护信号输出单元；相反，当保护信号输出单元呈低阻态时，保护信号调节单元可以通过保护信号输出单元将电信号注入参考地，即，第一电容C1能通过阻值较小的第一电容R1和保护信号输出单元放电。

如图3所示，在图1的基础上，该保护时间调节电路还可以包括：第四电阻R4，上述第四电阻R4的一端与上述第一电阻R1的第二端相连，上述第四电阻R4的另一端与上述第一可控开关K1的控制端相连。在第一电阻R1和第一可控开关K1之间设置第四电阻R4可以进一步扩大保护时间的调节范围，通过第二电阻R2和第四电阻R4共同调节第一电容C1的充电时间。

在上述实施例中，上述第一可控开关K1为三极管、MOS管或IGBT。

本发明实施例提供的保护时间调节电路通过第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1实现保护时间的调节，当发生异常时，使其快速响应保护信号；当保护信号消失时，实现延时处理，实现保护的稳定性，另一方面，还能避免短时间内发生多次异常，导致频繁执行保护动作、损坏器件。

本发明实施例提供的保护时间调节电路可用在多种电路保护中，比如过流保护、过压保护；对于不同的使用场合，只需要在保护电路中的保护信号输出单元和保护执行单元之间加入上述保护时间调节电路，从而实现保护时间的调节。其中，保护信号输出单元输出保护信号，保护执行单元根据保护信号执行保护动作。举例说明，假设保护信号为低电平，则保护信号输出单元根据被测回路的检测或采样结果判断是否发生异常(过压或者过流等情况)，如果发生异常，则保护信号输出单元输出低电平至保护执行单元，保护执行单元接收到低电平的保护信号后，执行保护动作，控制被测回路的参数回归正常。

基于上述保护时间调节电路，本发明实施例还公开了一种PFC过流保护电路，如图4所示，包括：采样单元2、保护信号输出单元3、保护执行单元4和保护时间调节单元5，该保护时间调节单元5包括上述实施例中所述的任意一种保护时间调节电路，上述采样单元2的输入端与PFC主工作电路1相连、采样PFC主工作电路的电流得到采样电流，上述采样单元2的输出端与上述保护信号输出单元3的输入端相连；上述保护时间调节单元5的输入端与上述保护信号输出单元3的输出端相连，上述保护时间调节单元5的输出端与上述保护执行单元4的输入端相连，上述保护执行单元的输出端输出控制信号，所述控制信号控制所述PFC主工作电路电流减小。具体的，可以将上述控制信号输出至PFC主工作电路的主开关管的控制端，从而控制上述电流减小。

本实施例中，PFC主工作电路可以为boost(升压)电路，buck(降压)电路等等，对此不作限定。主开关管可以为IGBT、MOS管或三极管等可控开关。

如图5所示，本发明实施例提供的一种PFC过流保护电路，在上述图4的基础上，还包括：采样信号放大单元6，上述采样信号放大单元6的输入端连接到上述采样单元2，对采样信号进行放大。上述采样信号放大单元6的输出端与上述保护信号输出单元3的输入端相连，上述采样单元2包括采样电阻RS1。

下面结合一个具体实施例，如图6所示，在本实施例中，保护时间调节电路运用在PFC主工作电路1的保护中，具体原理如下：

本实施例中PFC主工作电路1为boost升压电路，包括：电感L1、IGBT模块G1和快速恢复二极管D1，具体连接结构参见图6所示。

上述采样信号放大单元6包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及运算放大器IC1A，其中：上述运算放大器IC1A的反相输入端(-)与上述运算放大器IC1A的输出端通过上述第五电阻R5相连；上述运算放大器IC1A的正向输入端(+)通过上述第六电阻R6与上述采样电阻RS1的一端相连，上述运算放大器IC1A的反向输入端(-)通过上述第七电阻R7与上述采样电阻RS1的另一端相连，上述运算放大器IC1A的输出端作为上述采样信号放大单元6的输出端与上述保护信号输出单元的输入端相连。

上述保护信号输出单元3包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及比较器U1A，其中：上述比较器U1A的采样端通过上述第十一电阻R11的一端与上述采样信号放大单元6的输出端相连，接收上述采样信号放大单元6的输出信号；上述比较器U1A的基准端通过上述第九电阻R9与上述电源端VCC相连，且通过上述第十电阻R10接参考地；上述比较器U1A的输出端作为上述保护信号输出单元3的输出端与上述保护时间调节单元5的输入端相连；根据上述基准信号和上述采样信号放大单元的输出信号的大小，上述比较器呈现高阻态或者低阻态。

需要说明的是，在本发明实施例中，上述比较器U1A的基准端通过调整上述第九电阻R9和上述第十电阻R10的电阻值设置保护阈值，上述比较器U1A的采样端采集采样放大电路2放大后的信号，上述比较器U1A将采集的放大后的信号与阈值进行比较处理，当达到保护阈值时，上述比较器U1A的输出端输出低电平，比较器U1A呈低阻态。

上述保护执行单元4包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二可控开关K2，其中：上述第十二电阻R12的一端作为上述保护执行单元4的输入端与上述保护时间调节单元5的输出端相连，接收上述保护时间调节单元5输出的控制信号；上述第十二电阻R12的另一端与上述第二可控开关K2的控制端相连，且与上述第十三电阻R13的第一端相连，上述第十三电阻R13的第二端接参考地；上述第二可控开关K2的第二端接参考地，上述第二可控开关K2的第一端作为上述保护执行单元4的输出端连接到上述PFC主电路1的主开关管。

如图6所示，上述第二可控开关K2为三极管、MOS管或IGBT，具体的，上述第一可控开关K1为PNP三极管Q1，且上述第二可控开关K2为NPN三极管Q2，当第三电阻R3与Q1公共端电压为VCC时，IGBT驱动端被拉低，则IGBT驱动端被强制关断，不受软件驱动控制，当PNP三极管Q1工作在截止状态时，第三电阻R3与Q1公共端电压为0V，NPN三极管Q2工作在截止区，IGBT驱动端为高阻态，IGBT驱动此时可以受软件控制，PFC主工作电路在软件控制作用下正常工作。

在触发保护前，比较器U1A输出的为高阻态，此时PNP三极管Q1工作在截止区，电源端VCC电压集中在第一电容C1上；当触发保护后，在几个微秒内比较器U1A输出为低电平，通过设置第一电阻R1阻值为低阻值，第一电容C1上的电荷快速释放掉使得PNP三极管Q1饱和导通，电源端VCC上压降基本集中在第三电阻R3上，第三电阻R3输出高电平，使得IGBT驱动信号关闭；硬件保护后电流下降到阀值以下，比较器U1A输出恢复高阻态。由于电容电压不能突变的原因，此时第一电容C1上的电压基本为0V，PNP三极管Q1维持前面的饱和状态，通过设置第二电阻R2和第四电阻R4的电阻为较大阻值，会给第一电容C1缓慢充电，直至第一电容C1电压达到PNP三极管Q1关断条件，这个过程的时间可以通过调节第一电容C1的电容值及第二电阻R2和第四电阻R4的阻值来控制。

本发明实施例提供在原有的基础上添加了保护时间调节单元，利用比较器开通状态下的拉低特性以及关断特性下的高阻态特性，使得第一电容C1的放电和充电不在一条回路上，可以各自设计触发时间和触发保持时间，实现调节触发时间及触发保持时间，避免短时间内多次短路损坏IGBT模块。

一般，电流保护电路要求的保护时间都是几个微秒，所以设计硬件保护电路时，运算放大器和比较器都需选择反应很快的元器件。电流达到保护值时会触发硬件保护及软件保护，关断IGBT驱动信号；实际运用中，既能通过硬件，也能通过软件关断IGBT驱动信号，从而实现保护。但是因为软件接收保护信号到发出关断驱动信号时间比硬件长的多，当硬件保护已经关断驱动信号时软件保护还没有触发，此时软件没有停止驱动信号的提供。当电流值降低到阀值以下后硬件保护解除时，软件驱动信号还存在，IGBT会二次导通甚至重复以上原因三次导通或更多次导通，多次导通有可能损坏IGBT模块。通过本发明提供的保护时间延时电路即可避免这种情况发生。

本发明实施例还提供了一种控制器，用于控制空调，该控制器包括：上述实施例提供的PFC过流保护电路。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上结合附图对本发明所提出的电路进行了示例性描述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种保护时间调节电路，其特征在于，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一可控开关，其中：

所述第一电阻的第一端作为保护时间调节电路的输入端，与保护信号输出单元相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻、所述第一电容的公共端相连；所述第二电阻的另一端与电源端VCC相连，所述第一电容的另一端接参考地；

所述第一可控开关和第三电阻串联后，连接在所述电源端VCC和所述参考地之间，所述第一可控开关的控制端与所述第一电阻的第二端相连，所述第一可控开关和所述第三电阻的公共端为所述保护时间调节电路的输出端，与保护执行单元相连。

2.根据权利要求1所述的保护时间调节电路，其特征在于，所述保护信号输出单元的输出状态包括高阻态和低阻态，通过调节所述第一电阻的阻值、所述第二电阻的阻值和所述第一电容的电容值调节触发时间或者触发保持时间。

3.根据权利要求2所述的保护时间调节电路，其特征在于，还包括：第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第四电阻的另一端与所述第一可控开关的控制端相连。

4.根据权利要求1-3任一项所述的保护时间调节电路，其特征在于，所述第一可控开关为三极管、MOS管或IGBT。

5.一种PFC过流保护电路，其特征在于，包括：采样单元、保护信号输出单元、保护执行单元和保护时间调节单元，所述保护时间调节单元包括上述权利要求1至4任意一项所述的保护时间调节电路，所述采样单元的输入端与PFC主工作电路相连，所述采样单元的输出端与所述保护信号输出单元的输入端相连；所述保护时间调节电路的输入端与所述保护信号输出单元的输出端相连，所述保护时间调节电路的输出端与所述保护执行单元的输入端相连，所述保护执行单元的输出端输出控制信号，所述控制信号控制所述PFC主工作电路电流减小。

6.根据权利要求5所述的PFC过流保护电路，其特征在于，还包括：采样信号放大单元，所述采样信号放大单元的输入端与所述采样单元相连，所述采样信号放大单元的输出端与所述保护信号输出单元的输入端相连，所述采样单元包括采样电阻，所述采样信号放大单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻以及运算放大器，其中：

所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端通过所述第五电阻相连；

所述运算放大器的正向输入端通过所述第六电阻与所述采样电阻的一端相连，所述运算放大器的反向输入端通过所述第七电阻与所述采样电阻的另一端相连，所述运算放大器的输出端作为所述采样信号放大单元的输出端与所述保护信号输出单元的输入端相连。

7.根据权利要求6所述的PFC过流保护电路，其特征在于，所述保护信号输出单元包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及比较器，其中：

所述比较器的采样端通过所述第十一电阻的一端与所述采样信号放大单元的输出端相连，接收所述采样信号放大单元的输出信号；

所述比较器的基准端通过所述第九电阻与所述电源端VCC相连，且通过所述第十电阻接参考地；

所述比较器的输出端作为所述保护信号输出单元的输出端与所述保护时间调节单元的输入端相连；

根据所述基准信号和所述采样信号放大单元的输出信号的大小，所述比较器呈现高阻态或者低阻态。

8.根据权利要求7所述的PFC过流保护电路，其特征在于，所述保护执行单元包括：第十二电阻、第十三电阻和第二可控开关，其中：

所述第十二电阻的一端作为所述保护执行单元的输入端与所述保护时间调节单元的输出端相连，接收所述保护时间调节单元输出的控制信号；

所述第十二电阻的另一端与所述第二可控开关的控制端相连，且与所述第十三电阻的第一端相连，所述第十三电阻的第二端接参考地；

所述第二可控开关的第二端接参考地，所述第二可控开关的第一端作为所述保护执行单元的输出端连接到所述PFC主电路的主开关管。

9.根据权利要求8所述的PFC过流保护电路，其特征在于，所述第二可控开关为三极管、MOS管或IGBT。

10.一种控制器，用于控制空调，其特征在于，包括：上述权利要求5-9任意一项所述的PFC过流保护电路。