CN109842102B - 一种过载短路保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过载短路保护电路及装置，包括供电模块、检测模块、信号处理模块和驱动控制模块；由所述检测模块检测当前供电模块的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块输出故障检测信号至信号处理模块；所述信号处理模块根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块；由驱动控制模块根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。在电源硬件保护的基础上通过软件信号切断驱动信号输出，可根据故障状态灵活调整供电模块以及驱动信号的输出状态，同时保证了交流电路保护的及时性和持续性。

Description

一种过载短路保护电路及装置

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，特别涉及一种过载短路保护电路及装置。

背景技术

电气火灾是造成火灾事故的主要原因，而过载和短路又是导致电气火灾的主要因素，当电路过载时，电流超过电线的载流能力，会造成电线发热，当线路发生短路时，电路两极之间产生电火花，若电线发热或者电火花未能被及时处理，则有可能引起事故发生。

目前为了避免电气事故发生，交流电路中通常配备了电路保护装置，但已有的技术大多是被动保护方案，例如保险丝、空气开关、断路器等等，不适合小体积大电流的需要具有可恢复性交流短路保护的电气化产品。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种过载短路保护电路及装置，通过在发生过载或短路时输出预设控制电平使供电模块及时关闭，并且输出故障反馈信号切断驱动信号的输出，在电源硬件保护的基础上通过软件信号切断驱动信号输出，可根据故障状态灵活调整供电模块以及驱动信号的输出状态，同时保证了交流电路保护的及时性和持续性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种过载短路保护电路，包括用于为负载供电的供电模块、检测模块、信号处理模块和驱动控制模块；由所述检测模块检测当前供电模块的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块输出故障检测信号至信号处理模块；所述信号处理模块根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块；由驱动控制模块根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。

所述的过载短路保护电路中，还包括置位模块，所述置位模块用于为信号处理模块提供置位信号，使得所述供电模块在未发生过载和短路时关闭后恢复至导通状态。

所述的过载短路保护电路中，所述信号处理模块包括触发单元和信号处理单元，所述触发单元根据所述故障检测信号输出第一电平至信号处理单元和驱动控制模块，所述信号处理单元将所述第一电平与外部控制器输出的驱动信号进行预设逻辑运算后输出故障处理信号至驱动控制模块。

所述的过载短路保护电路中，所述驱动控制模块包括驱动单元和反馈单元，所述驱动单元根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭；所述反馈单元根据所述第一电平输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。

所述的过载短路保护电路中，所述检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管和第二三极管；所述第一电阻的一端连接供电模块、第二电阻的一端和第一三极管的发射极，还通过第五电阻连接第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端和第二电阻的另一端均接地；所述第三电阻的一端连接VDD供电端，所述第三电阻的另一端连接第一三极管的集电极、第二三极管的集电极和信号处理模块；所述第一三极管的基极通过第四电阻接地；所述第二三极管的发射极接地。

所述的过载短路保护电路中，所述触发单元包括D触发器，所述信号处理单元包括 与非门；所述D触发器的CP端连接所述置位模块，所述D触发器的D端和VCC端均连接VDD供电 端；所述D触发器的Q端连接所述与非门的第一输入端和驱动控制模块，所述D触发器的 端连接所述检测模块；所述与非门的第二输入端为驱动信号输入端，所述与非门的输出端 连接所述驱动控制模块。

所述的过载短路保护电路中，所述驱动单元包括驱动芯片，所述反馈单元包括第六电阻、第七电阻和第三三极管；所述驱动芯片的VDD端和IN+端均连接VCC供电端，所述驱动芯片的IN-端连接信号处理单元，所述驱动芯片的OUT端连接供电模块；所述第六电阻的一端连接VDD供电端，所述第六电阻的另一端连接第三三极管的集电极和外部控制器；所述第七电阻的一端连接第三三极管的基极，所述第七电阻的另一端连接所述触发单元；所述第三三极管的发射极接地。

所述的过载短路保护电路中，所述供电模块包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极均连接所述驱动控制模块，所述第一MOS管的源极连接所述检测模块，所述第一MOS管的漏极连接第一交流输入端和置位模块；所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极连接第二交流输入端。

所述的过载短路保护电路中，所述置位模块包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、整流器、光耦和第四三极管；所述第八电阻的一端连接所述供电模块，所述第八电阻的另一端通过所述第九电阻连接所述第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接整流器的第1端；所述整流器的第2端连接第三交流输入端，所述整流器的第3端连接光耦的第1端，所述整流器的第4端和光耦的第2端均接地；所述光耦的第3端连接第十一电阻的一端和第四三极管的基极，所述光耦的第4端和第四三极管的发射极均接地；所述第四三极管的集电极连接第十二电阻的一端和信号处理模块；所述第十一电阻的另一端和第十二电阻的另一端均连接VDD供电端。

一种过载短路保护装置，包括如上所述的过载短路保护电路。

相较于现有技术，本发明提供的过载短路保护电路及装置中，所述过载短路保护电路包括用于为负载供电的供电模块、检测模块、信号处理模块和驱动控制模块；由所述检测模块检测当前供电模块的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块输出故障检测信号至信号处理模块；所述信号处理模块根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块；由驱动控制模块根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。通过在发生过载或短路时输出预设控制电平使供电模块及时关闭，并且输出故障反馈信号切断驱动信号的输出，在电源硬件保护的基础上通过软件信号切断驱动信号输出，可根据故障状态灵活调整供电模块以及驱动信号的输出状态，同时保证了交流电路保护的及时性和持续性。

附图说明

图1为本发明提供的过载短路保护电路的结构框图。

图2为本发明提供的过载短路保护电路的电路图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种过载短路保护电路及装置，通过在发生过载或短路时输出预设控制电平使供电模块及时关闭，并且输出故障反馈信号切断驱动信号的输出，在电源硬件保护的基础上通过软件信号切断驱动信号输出，可根据故障状态灵活调整供电模块以及驱动信号的输出状态，同时保证了交流电路保护的及时性和持续性。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的过载短路保护电路包括供电模块10、检测模块20、信号处理模块30和驱动控制模块40，其中所述检测模块20连接所述供电模块10和信号处理模块30，所述信号处理模块30还通过所述驱动控制模块40连接供电模块10，所述供电模块10用于为负载供电，所述检测模块20用于检测当前供电模块10的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块20输出故障检测信号至信号处理模块30；所述信号处理模块30用于根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块40；所述驱动控制模块40用于根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块10，控制所述供电模块10关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。

本实施例中，在供电模块10为负载供电时，通过所述检测模块20检测当前供电模块10的工作状态，当发生过载或短路等异常情况时，所述检测模块20输出故障检测信号至信号处理模块30，之后所述信号处理模块30输出一故障处理信号至驱动控制模块40，当驱动空置模块接收到该故障处理信号时，一方面输出预设控制电平至供电模块10，控制供电模块10关闭停止供电，从硬件短路上切断供电电源，及时进行短路保护，另一方便驱动控制模块40还输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号至驱动控制模块40，通过软件切断驱动信号输出，从根源上彻底关断供电模块10，直到故障排除前均保持终止输出状态，当故障被排除后则可通过恢复驱动信号输出等方式灵活调整供电模块10的输出状态，因此本发明提供的过载短路保护电路通过软硬件结合实现了及时且持续的交流电路保护，灵活性高且适用范围更加广泛。

进一步地，所述过载短路保护电路还包括置位模块50，所述置位模块50用于为所述信号处理模块30提供置位信号，使得所述供电模块10在未发生过载和短路时关闭后恢复至导通状态，具体当过载或短路信号到来时，所述信号处理模块30会输出故障处理信号至驱动控制模块40，使其控制供电模块10关闭，而为了避免电源回路中因出现暂时性电流冲击使得所述供电模块关闭的误触发操作，进而设置置位模块50在所述供电模块10因误触发关闭的情况下恢复至导通状态，使得电源正常供电，保证电路的灵敏性和保护的可靠性。

具体地，请参阅图2，所述信号处理模块30包括触发单元301和信号处理单元302，所述触发单元301连接所述检测模块20、驱动控制模块40和信号处理单元302，所述信号处理单元302连接所述驱动控制模块40和外部控制器，其中所述触发单元301根据所述故障检测信号输出第一电平至信号处理单元302和驱动控制模块40，所述信号处理单元302将所述第一电平与外部控制器输出的驱动信号进行预设逻辑运算后输出故障处理信号至驱动控制模块40。即当所述检测模块20检测到故障后输出故障检测信号至触发单元301，所述触发单元301则输出相应的电平信号至信号处理单元302和驱动控制模块40，本实施例中所述驱动信号为PWM信号以驱动供电模块10输出，所述触发单元301在接收到故障处理信号时输出低电平至信号处理单元302，由信号处理单元302将该低电平与PWM信号进行与非运算后输出故障处理信号至驱动控制模块40，因此无论PWM信号为高还是低，经过与非运算后均输出高电平的故障处理信号至驱动控制模块40，所述驱动控制模块40则根据该高电平信号控制供电模块10关闭，停止为负载输出电源，确保交流电路保护的及时性。

进一步地，所述驱动控制模块40包括驱动单元401和反馈单元402，所述驱动单元401连接所述供电模块10和信号处理单元302，所述反馈单元402连接所述触发单元301和外部控制器，所述驱动单元401根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块10，控制所述供电模块10关闭；所述反馈单元402根据所述第一电平输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。具体实施时，所述信号处理单元302将触发单元301输出的低电平与PWM信号进行与非运算后输出高电平的故障处理信号至驱动单元401，驱动单元401对该高电平的故障处理信号进行信号翻转后输出低电平至供电模块10，关闭所述供电模块10，同时所述反馈单元402根据触发单元301输出的低电平输出一故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号，从根源上停止驱动供电模块10的工作，确保交流电路保护的持续性。

具体实施时，所述检测模块20包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述第一电阻R1的一端连接供电模块10、第二电阻R2的一端和第一三极管Q1的发射极，还通过第五电阻R5连接第二三极管Q2的基极；所述第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地；所述第三电阻R3的一端连接VDD供电端，所述第三电阻R3的另一端连接第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极和信号处理模块30；所述第一三极管Q1的基极通过第四电阻R4接地；所述第二三极管Q2的发射极接地。

所述触发单元301包括D触发器U1，所述信号处理单元302包括与非门U2；所述D触 发器U1的CP端连接所述置位模块50，所述D触发器U1的D端和VCC端均连接VDD供电端；所述D 触发器U1的Q端连接所述与非门U2的第一输入端和驱动控制模块40，所述D触发器U1的 端连接所述检测模块20，具体连接所述第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极； 所述与非门U2的第二输入端为驱动信号输入端，所述与非门U2的输出端连接所述驱动控制 模块40。

所述驱动单元401包括驱动芯片U3，所述反馈单元402包括第六电阻R6、第七电阻R7和第三三极管Q3；所述驱动芯片U3的VDD端和IN+端均连接VCC供电端，所述驱动芯片U3的IN-端连接信号处理单元302，具体连接所述与非门U2的输出端，所述驱动芯片U3的OUT端连接供电模块10；所述第六电阻R6的一端连接VDD供电端，所述第六电阻R6的另一端连接第三三极管Q3的集电极和外部控制器；所述第七电阻R7的一端连接第三三极管Q3的基极，所述第七电阻R7的另一端连接所述触发单元301，具体连接所述D触发器U1的Q端；所述第三三极管Q3的发射极接地。本实施例中所述驱动芯片U3采用型号为UCC27517的驱动芯片U3，当然在其它实施例中也可采用其它具有相同功能的芯片，本发明对此不作限定。对应地，本实施例中所述与非门U2也可根据所述驱动芯片U3的选择对应地选取为与门，本发明对此不作限定。

所述供电模块10包括第一MOS管M1和第二MOS管M2，所述第一MOS管M1的栅极和第二MOS管M2的栅极均连接所述驱动控制模块40，具体连接所述驱动芯片U3的OUT端，所述第一MOS管M1的源极连接所述检测模块20，具体连接所述第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一MOS管M1的漏极连接第一交流输入端和置位模块50；所述第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的漏极连接第二交流输入端。

所述置位模块50包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、整流器U4、光耦U5和第四三极管Q4；所述第八电阻R8的一端连接所述供电模块10，所述第八电阻R8的另一端通过所述第九电阻R9连接所述第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端连接整流器U4的第1端；所述整流器U4的第2端连接第三交流输入端，所述整流器U4的第3端连接光耦U5的第1端，所述整流器U4的第4端和光耦U5的第2端均接地；所述光耦U5的第3端连接第十一电阻R11的一端和第四三极管Q4的基极，所述光耦U5的第4端和第四三极管Q4的发射极均接地；所述第四三极管Q4的集电极连接第十二电阻R12的一端和信号处理模块30，具体连接所述D触发器U1的CP端；所述第十一电阻R11的另一端和第十二电阻R12的另一端均连接VDD供电端。

具体实施时，当短路或者过载信号未到来前，D触发器U1的Q输出端为高电平，与 PWM信号相与的结果依然是PWM波形本身状态，则驱动芯片U3根据当前的PWM信号正常驱动 第一MOS管M1和第二MOS管M2使其正常输出供电；当短路或者过载信号到来时，第一电阻R1 和第二电阻R2上的电压会相对于地线突然增高或者突然降低，具体交流电正半轴时增高， 负半轴时降低，此时当达到第一三极管Q1和第二三极管Q2的导通电压时，第一三极管Q1或 第二三极管Q2将发生导通，D触发器U1的脚由原来的高电平拉低为低电平，此时D触发 器U1的Q输出端则转为低电平，此时无论当前的驱动信号PWM为高或者是低，与Q输出端的低 电平相与的结果都是0，且在CP端的下一个上升沿置位信号到来之前均将保持为0的状态， 因此与非门U2输出则为高，再经过MOS驱动芯片U3的信号翻转后，输出至第一MOS管M1和第 二MOS管M2的信号则转为低电平，使得MOS管关断，与此同时，反馈单元402中由于Q输出端的 低电平，使得输出至外部控制器的反馈信号fault由低电平跳变为高电平，外部控制器检测 到此变化后即识别到故障反馈，及时终止PWM输出，使得MOS管的驱动信号被彻底关闭，直到 故障被排除，因此本发明提供的过载短路保护电路通过采用高集成度的电子元件可实现小 体积大电流交流保护的需求，同时在硬件电源保护的基础上增加了通过故障反馈的软件控 制切断信号驱动输出，提供了电路保护的双重保障，且控制方式更加灵活，排除故障后无需 手动更换保护器件，通过软件控制方式即可恢复供电，极大地提高了交流电路保护的灵活 性和适用范围。

本发明还相应提供一种LED调光装置，包括如上所述的过载短路保护电路，由于上文已对所述过载短路保护电路进行了详细介绍，此处不再详述。

综上所述，本发明提供的过载短路保护电路及装置中，所述过载短路保护电路包括用于为负载供电的供电模块、检测模块、信号处理模块和驱动控制模块；由所述检测模块检测当前供电模块的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块输出故障检测信号至信号处理模块；所述信号处理模块根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块；由驱动控制模块根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号。通过在发生过载或短路时输出预设控制电平使供电模块及时关闭，并且输出故障反馈信号切断驱动信号的输出，在电源硬件保护的基础上通过软件信号切断驱动信号输出，可根据故障状态灵活调整供电模块以及驱动信号的输出状态，同时保证了交流电路保护的及时性和持续性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种过载短路保护电路，包括用于为负载供电的供电模块，其特征在于，还包括检测模块、信号处理模块和驱动控制模块；由所述检测模块检测当前供电模块的工作状态，当发生过载或短路时所述检测模块输出故障检测信号至信号处理模块；所述信号处理模块根据所述故障检测信号以及外部控制器输出的驱动信号输出故障处理信号至驱动控制模块；由驱动控制模块根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭，并输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号；

所述过载短路保护电路还包括置位模块，所述置位模块用于为信号处理模块提供置位信号，使得所述供电模块在未发生过载和短路时关闭后恢复至导通状态；

所述信号处理模块包括触发单元和信号处理单元，所述触发单元根据所述故障检测信号输出第一电平至信号处理单元和驱动控制模块，所述信号处理单元将所述第一电平与外部控制器输出的驱动信号进行预设逻辑运算后输出故障处理信号至驱动控制模块；

所述驱动控制模块包括驱动单元和反馈单元，所述驱动单元根据所述故障处理信号输出预设控制电平至供电模块，控制所述供电模块关闭；所述反馈单元根据所述第一电平输出故障反馈信号至外部控制器，使外部控制器停止输出驱动信号；

所述触发单元包括D触发器，所述信号处理单元包括与非门；所述D触发器的CP端连接所述置位模块，所述D触发器的D端和VCC端均连接VDD供电端；所述D触发器的Q端连接所述与非门的第一输入端和驱动控制模块，所述D触发器的端连接所述检测模块；所述与非门的第二输入端为驱动信号输入端，所述与非门的输出端连接所述驱动控制模块；其中，端为公共置零端；

所述驱动单元包括驱动芯片，所述反馈单元包括第六电阻、第七电阻和第三三极管；所述驱动芯片的VDD端和IN+端均连接VCC供电端，所述驱动芯片的IN-端连接信号处理单元，所述驱动芯片的OUT端连接供电模块；所述第六电阻的一端连接VDD供电端，所述第六电阻的另一端连接第三三极管的集电极和外部控制器；所述第七电阻的一端连接第三三极管的基极，所述第七电阻的另一端连接所述触发单元；所述第三三极管的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的过载短路保护电路，其特征在于，所述检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管和第二三极管；所述第一电阻的一端连接供电模块、第二电阻的一端和第一三极管的发射极，还通过第五电阻连接第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端和第二电阻的另一端均接地；所述第三电阻的一端连接VDD供电端，所述第三电阻的另一端连接第一三极管的集电极、第二三极管的集电极和信号处理模块；所述第一三极管的基极通过第四电阻接地；所述第二三极管的发射极接地。

3.根据权利要求1所述的过载短路保护电路，其特征在于，所述供电模块包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极均连接所述驱动控制模块，所述第一MOS管的源极连接所述检测模块，所述第一MOS管的漏极连接第一交流输入端和置位模块；所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极连接第二交流输入端。

4.根据权利要求1所述的过载短路保护电路，其特征在于，所述置位模块包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、整流器、光耦和第四三极管；所述第八电阻的一端连接所述供电模块，所述第八电阻的另一端通过所述第九电阻连接所述第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接整流器的第1端；所述整流器的第2端连接第三交流输入端，所述整流器的第3端连接光耦的第1端，所述整流器的第4端和光耦的第2端均接地；所述光耦的第3端连接第十一电阻的一端和第四三极管的基极，所述光耦的第4端和第四三极管的发射极均接地；所述第四三极管的集电极连接第十二电阻的一端和信号处理模块；所述第十一电阻的另一端和第十二电阻的另一端均连接VDD供电端。

5.一种过载短路保护装置，其特征在于，包括如权利要求2-4任意一项所述的过载短路保护电路。