CN109030990B - 一种火工品测量及短接保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火工品测量及短接保护电路，包括恒流源驱动电路、测量放大电路和火工品；恒流源驱动电路的正、负极与火工品之间均串联至少两个保护电阻且各保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压与安全电流预设值的比值；测量放大电路的正、负极与火工品之间均串联至少两个保护电阻且各保护电阻的阻值总和大于测量放大电路的最大失效电压与安全电流预设值的比值；恒流源驱动电路与火工品之间设置有双掷开关，测量状态时，双掷开关将火工品与恒流源驱动电路连通；非测量状态时，控制双掷开关使火工品回路短接；本发明能够将失效火工品测试电路的异常电流限制在安全范围内，提高火工品测试安全性。

Description

一种火工品测量及短接保护电路

技术领域

本发明属于测控技术领域，更具体地，涉及一种火工品测量及短接保护电路。

背景技术

常用火工品测量有电桥法和恒流源法，其中电桥法存在测量因范围窄、灵活度低的缺点，因而使用得越来越少；恒流源测量因其测量范围宽，稳定性好，抗干扰能力强，在主流的产品设计中应用越来越广。

恒流源测量一般采用四线制测量技术，能够有效降低测量线路本身阻值对测量结果的影响，但不能提高测试的安全性，因此，在采用恒流源测试过程中，需要增加保护电路来提高火工品测试的安全性。

目前提高恒流源测试安全性的方法主要是控制恒流源的输出电流，将该输出电流降低到尽可能小，来确保测试的安全性；但这种单一的方法无法解决恒流源和测量端器件失效导致的火工品异常爆炸等测量风险。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种火工品测量及短接保护电路，能够将失效火工品测试电路的异常电流限制在安全范围内，有效提高火工品测试安全性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种火工品测量及短接保护电路，包括恒流源驱动电路、测量放大电路和被测火工品；恒流源驱动电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端；测量放大电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端；恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间串联N个第一保护电阻R₁₁，…，R_1N；恒流源驱动电路的负极与被测火工品的第二端之间串联M个第二保护电阻R₂₁，…，R_2M；所述第一保护电阻和第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，且任意一只第一或第二保护电阻失效时，剩余的第一和第二保护电阻的阻值总和仍大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，确保恒流源驱动电路异常施加到火工品上的最大失效电压U₁仍受剩余的第一和第二保护电阻的限流保护；其中，N、M均为大于等于2的自然数。

优选的，上述火工品测量及短接保护电路，还包括设置于恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间的第一单刀双掷开关，以及设置于恒流源驱动电路的负极与被测火工品的第二端之间的第二单刀双掷开关；所述第一单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端；所述第二单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的负极，第二端连接至被测火工品的第二端；第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关的第三端通过短接线相连；测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第一端连通，第二单刀双掷开关的第二端与第一端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过火工品；非测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第三端连通，第二单刀双掷开关的第二端与第三端连通，使火工品回路短接。

优选的，上述火工品测量及短接保护电路，还包括设置于恒流源驱动电路与被测火工品之间的双刀双掷开关，所述双刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端，第三端连接至恒流源驱动电路的负极，第四端连接至被测火工品的第二端，第五端与第六端通过短接线相连；测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第一端连通，第四端与第三端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过火工品；非测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第五端连通，第四端与第六端连通，使火工品回路短接。

优选的，上述火工品测量及短接保护电路，其测量放大电路的正极与被测火工品的第一端之间串联有J个第三保护电阻R₃₁，…，R_3J；测量放大电路的负极与被测火工品的第二端之间串联有K个第四保护电阻R₄₁，…，R_4K；所述第三保护电阻和第四保护电阻的阻值总和大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，且任意一只第三或第四保护电阻失效时，剩余的第三和第四保护电阻的阻值总和仍大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，确保测量放大电路异常施加到火工品上的最大失效电压U₂仍受剩余的第三和第四保护电阻的限流保护；其中，J、K均为大于等于2的自然数。

优选的，上述火工品测量及短接保护电路，各第一保护电阻和第二保护电阻的阻值相等。

优选的，上述火工品测量及短接保护电路，各第三保护电阻和第四保护电阻的阻值相等。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的火工品测量及短接保护电路，在恒流源驱动电路的正极与被测火工品之间串联设置至少两个第一保护电阻，同时在恒流源驱动电路的负极与被测火工品之间串联设置至少两个第二保护电阻，第一保护电阻和第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值；同时在恒流源驱动电路的正、负极与被测火工品之间设置保护电阻，确保一侧的保护电阻失效后，恒流源驱动电路异常施加到火工品上的电压仍受该侧剩余的保护电阻以及另一侧保护电阻的限流保护，提高了火工品测试的安全性；在测量放大电路的正负两端也分别设置至少两个保护电阻，进一步提高了火工品测试的安全性。另外，通过设置在恒流源驱动电路与被测火工品之间的单刀双掷开关或双刀双掷开关实现测量状态与非测量状态时电路的短接切换，使测量电路在非测量状态时短路，进一步提高火工品测试的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的火工品测量及短接保护电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所提供的一种火工品测量及短接保护电路，包括恒流源驱动电路、测量放大电路和被测火工品，其中恒流源驱动电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端；测量放大电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端。

恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间串联有N个第一保护电阻R₁₁，…，R_1N；恒流源驱动电路的负极与被测火工品的第二端之间串联有M个第二保护电阻R₂₁，…，R_2M；且N个第一保护电阻和M个第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，即(R₁₁+…+R_1N+R₂₁+…+R_2M)>U₁/A₁，其中，N、M均为大于等于2的自然数；

同时在恒流源驱动电路的正、负极与被测火工品之间设置保护电阻且第一保护电阻和第二保护电阻的数量均不少于两个，确保一侧的保护电阻失效(意外短路)后，恒流源驱动电路异常施加到火工品上的电压仍受该侧剩余的保护电阻以及另一侧保护电阻的限流保护；若仅在恒流源驱动电路的正极与火工品之间设置第一保护电阻，则该第一保护电阻在意外情况下短路失效后，恒流源驱动电路的异常电压将会直接施加到火工品的正负两端，引发风险甚至安全事故；若仅在恒流源驱动电路的正极与火工品之间设置一个第一保护电阻，且在恒流源驱动电路的负极与火工品之间设置第二保护电阻，则该第一保护电阻在意外情况下短路失效后，恒流源驱动电路的异常电压将会直接施加到火工品与恒流源驱动电路的正极相连的一端，经火工品后施加到测量放大电路的负极端，引发风险甚至安全事故；由于火工品危险性较高，特别是一些关键工程项目中，不允许出现安全事故，为了提高火工品的使用安全性，在设计火工品测量及短路保护电路时，需要在恒流源驱动电路正、负极与火工品之间同时设置保护电阻，且个数不少于两个。

在一个优选的实施例中，该保护电路还包括设置于恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间的第一单刀双掷开关，以及设置于恒流源驱动电路的负极与被测火工品的第二端之间的第二单刀双掷开关；第一单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端；第二单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的负极，第二端连接至被测火工品的第二端；第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关的第三端通过短接线相连；测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第一端连通，第二单刀双掷开关的第二端与第一端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过火工品；非测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第三端连通，第二单刀双掷开关的第二端与第三端连通，火工品回路短接，使火工品处于安全状态。

在一个优选的实施例中，该保护电路还包括设置于恒流源驱动电路与被测火工品之间的双刀双掷开关，该双刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端，第三端连接至恒流源驱动电路的负极，第四端连接至被测火工品的第二端，第五端与第六端通过短接线相连；测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第一端连通，第四端与第三端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过火工品；非测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第五端连通，第四端与第六端连通，火工品回路短接，使火工品处于安全状态。

在一个优选的实施例中，测量放大电路的正极与被测火工品的第一端之间串联有J个第三保护电阻R₃₁，…，R_3J；测量放大电路的负极与被测火工品的第二端之间串联有K个第四保护电阻R₄₁，…，R_4K；且J个第三保护电阻和K个第四保护电阻的阻值总和大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，即(R₃₁+…+R_3J+R₄₁+…+R_4K)>U₂/A₁，其中，J、K均为大于等于2的自然数。

在一个优选的实施例中，N个第一保护电阻和M个第二保护电阻的阻值相等，等阻值分配确保在任意一只第一或第二保护电阻短路的情况下，剩余保护电阻可将失效恒流源驱动电路导致的最大失效电压U₁引起流过待测火工品的电流限制在安全电流预设值A₁的范围内；

在一个优选的实施例中，J个第三保护电阻和K个第四保护电阻的阻值相等，等阻值分配确保在任意一只第三或第四保护电阻短路的情况下，剩余保护电阻可将失效测量放大电路导致的最大失效电压U₂引起流过待测火工品的电流限制在安全电流预设值A₁的范围内。

下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的保护电路作进一步说明。

图1是本实施例提供的火工品测量及短接保护电路的电路图，如图1所示，该保护电路包括恒流源驱动电路S、测量放大电路M和被测火工品E，其中恒流源驱动电路S的正极连接到被测火工品E的P端，负极连接到被测火工品E的F端；测量放大电路M的正极连接到被测火工品E的P端，负极连接到被测火工品E的F端；P端、F端离待测火工品E本体越近，测量效果越好。

恒流源驱动电路S的正极与被测火工品的P端之间串联有两个第一保护电阻R₁₁，R₁₂；恒流源驱动电路的负极与被测火工品的F端之间串联有两个第二保护电阻R₂₁，R₂₂；且两个第一保护电阻和两个第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，即(R₁₁+R₁₂+R₂₁+R₂₂)>U₁/A₁。

测量放大电路M的正极与被测火工品E的P端之间串联有两个第三保护电阻R₃₁，R₃₂；测量放大电路M的负极与被测火工品E的F端之间串联有两个第四保护电阻R₄₁，R₄₂；且两个第三保护电阻和两个第四保护电阻的阻值总和大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，即(R₃₁+R₃₂+R₄₁+R₄₂)>U₂/A₁。

恒流源驱动电路S与被测火工品E之间设有双刀双掷开关CTL1，该双刀双掷开关CTL1的A点连接至恒流源驱动电路S的正极，双刀双掷开关CTL1的B点连接至恒流源驱动电路S的负极，双刀双掷开关CTL1的O1点连接至第一保护电阻R11，双刀双掷开关CTL1的O2点连接至第二保护电阻R21；测量状态时，控制双刀双掷开关CTL1使A点与O1点接通，使B点与O2点接通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过火工品；

双刀双掷开关CTL1的C点和D点短接，非测量状态时，控制双刀双掷开关CTL1使C点与O1点接通，使D点与O2点接通，使火工品回路短接，使火工品处于安全状态。

恒流源驱动电路S和测量放大电路M的最大失效电压为3V，待测火工品E的安全电流为2mA；

第一保护电阻R₁₁、R₁₂，第二保护电阻R₂₁、R₂₂的阻值均为510欧姆，当恒流源驱动电路S失效时，其最大失效电压引起的流过火工品的电流为3V/(510+510+510+510)Ω＝1.47mA；当任意一只电阻短路，该电压引起流过火工品的电流为3V/(510+510+510)Ω＝1.96mA；其中，1.47mA和1.96mA在安全电流范围内；

第三保护电阻R₃₁、R₃₂，第四保护电阻R₄₁、R₄₂的阻值均为510欧姆，当测量放大电路M失效时，其最大失效电压引起的流过火工品的电流为3V/(510+510+510+510)Ω＝1.47mA；当任意一只电阻短路，该电压引起流过火工品的电流为3V/(510+510+510)Ω＝1.96mA；其中，1.47mA和1.96mA在安全电流范围内。

本发明提供的火工品测量及短接保护电路，在恒流源驱动电路的正极与被测火工品之间串联设置至少两个第一保护电阻，同时在恒流源驱动电路的负极与被测火工品之间串联设置至少两个第二保护电阻，第一保护电阻和第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值；同时在恒流源驱动电路的正、负极与被测火工品之间设置保护电阻，提高了火工品测试的安全性；另外，通过设置在恒流源驱动电路与被测火工品之间的单刀双掷开关或双刀双掷开关实现测量状态与非测量状态时电路的短接切换，使测量电路在非测量状态时短路，进一步提高火工品测试的安全性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种火工品测量及短接保护电路，包括恒流源驱动电路、测量放大电路和被测火工品；恒流源驱动电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端；测量放大电路的正极连接到被测火工品的第一端，负极连接到被测火工品的第二端；其特征在于，所述恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间串联N个第一保护电阻R₁₁，…，R_1N，负极与被测火工品的第二端之间串联M个第二保护电阻R₂₁，…，R_2M；所述第一保护电阻和第二保护电阻的阻值总和大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，且任意一只第一或第二保护电阻失效时，剩余的第一和第二保护电阻的阻值总和仍大于恒流源驱动电路的最大失效电压U₁与安全电流预设值A₁的比值，确保恒流源驱动电路异常施加到被测火工品上的最大失效电压U₁仍受剩余的第一和第二保护电阻的限流保护；其中，N、M均为大于等于2的自然数；

所述测量放大电路的正极与被测火工品的第一端之间串联有J个第三保护电阻R₃₁，…，R_3J，负极与被测火工品的第二端之间串联有K个第四保护电阻R₄₁，…，R_4K；所述第三保护电阻和第四保护电阻的阻值总和大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，且任意一只第三或第四保护电阻失效时，剩余的第三和第四保护电阻的阻值总和仍大于测量放大电路的最大失效电压U₂与安全电流预设值A₁的比值，确保测量放大电路异常施加到被测火工品上的最大失效电压U₂仍受剩余的第三和第四保护电阻的限流保护；其中，J、K均为大于等于2的自然数。

2.如权利要求1所述的火工品测量及短接保护电路，其特征在于，还包括设置于恒流源驱动电路的正极与被测火工品的第一端之间的第一单刀双掷开关，以及设置于恒流源驱动电路的负极与被测火工品的第二端之间的第二单刀双掷开关；所述第一单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端；所述第二单刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的负极，第二端连接至被测火工品的第二端；第一单刀双掷开关与第二单刀双掷开关的第三端通过短接线相连；测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第一端连通且第二单刀双掷开关的第二端与第一端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过被测火工品；非测量状态时，控制第一单刀双掷开关的第二端与第三端连通且第二单刀双掷开关的第二端与第三端连通，使被测火工品回路短接。

3.如权利要求1所述的火工品测量及短接保护电路，其特征在于，还包括设置于恒流源驱动电路与被测火工品之间的双刀双掷开关，所述双刀双掷开关的第一端连接至恒流源驱动电路的正极，第二端连接至被测火工品的第一端，第三端连接至恒流源驱动电路的负极，第四端连接至被测火工品的第二端，第五端与第六端通过短接线相连；测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第一端连通且第四端与第三端连通，使恒流源驱动电路的输出电流正常通过被测火工品；非测量状态时，控制双刀双掷开关的第二端与第五端连通且第四端与第六端连通，使被测火工品回路短接。

4.如权利要求1～3任一项所述的火工品测量及短接保护电路，其特征在于，各第一保护电阻和第二保护电阻的阻值相等。

5.如权利要求1～3任一项所述的火工品测量及短接保护电路，其特征在于，各第三保护电阻和第四保护电阻的阻值相等。

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