CN109856435B - 状态锁存电路及应用该电路的高压监控保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了状态锁存电路，包括采样模块、状态锁存模块、控制模块；所述采样模块包括第一采样输入端和第二采样输入端，所述第一采样输入端用于连接测试电路的第一采样点，所述第二采样输入端用于连接测试电路的第二采样点，所述采样模块的输出端连接所述状态锁存模块的输入端，所述状态锁存模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块输出控制测试电路。本发明能够实时监控电压信号的变化，对测试设备做出控制、保护。

Description

状态锁存电路及应用该电路的高压监控保护装置

技术领域

本发明涉及电子技术应用领域，尤其涉及一种状态锁存电路以及应用该电路的高压监控保护装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，功率器件因其性能优势、控制方便等优点被广泛地应用于不间断电源、变频调速装置等相关产品中。当发生过流或短路的障碍时，功率器件中流过的电流远大于额定值，使得功率器件管芯温度迅速升高，最终导致烧毁。因此需要对功率器件的性能进行测试方可投入应用。

在测试的电路中，如图1所示，为现有技术中通过DS4设备对功率器件进行测试的等效电路，测试电路模拟检测功率器件的开关性能，通过将测试头作用于功率器件的管脚之上。当TR7和TR8晶体管打开正常工作时VDD对电感控制电路充电再作用到DUT上完成动态开关测试。但是，当TR7或TR8短路之后，测试设备的高压电源VDD将处于不受控状态，产生持续高压大电流输出，会将电压直接持续输出于被测试产品本身，造成产品的管脚烧伤甚至模封体炸裂、测试头发生电火花等危险状况，同时生产维护人员也存在一定的触电风险。在现有技术中，一般采用电平比较或软件处理的方式实现检测与保护。但容易对正常过压现象产生误判，造成误保护，影响保护的可靠性。并且高压与大电流电源的启动与暂停需要一定的时间。频繁的启停对设备的寿命存在极大的负面影响。在当前失效模式下没有相应的措施或设备对测试设备进行监控和保护，因此急需短路保护响应时间极短的保护装置对测试设备及产品进行保护。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种状态锁存电路，监测测试设备的状态，在接收到过流信号时锁存瞬时的过流状态，保护被测产品与设备人员。

本发明的目的之二在于提供一种包括状态锁存电路的高压监控保护装置，能够监控电压信号的变化，对测试设备做出控制、保护。

本发明的目的之三在于提供一种包括状态锁存电路的功率器件的测试设备，实时监测设备内部的测试电路，极短时间内发现测试设备内的故障并及时处理。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

状态锁存电路，包括采样模块、状态锁存模块、控制模块；所述采样模块包括第一采样输入端和第二采样输入端，所述第一采样输入端用于连接测试电路的第一采样点，所述第二采样输入端用于连接测试电路的第二采样点，所述采样模块的输出端连接所述状态锁存模块的输入端，所述状态锁存模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块输出控制测试电路。

进一步地，所述状态锁存模块包括触发器，异常信号输入所述触发器，锁存瞬时异常状态，并输出高电平至所述控制模块。

进一步地，所述触发器为D触发器，所述采样模块的输出端通过与非门U2 连接所述D触发器的PRE脚，所述D触发器的CLK脚、D脚、Q脚连接所述控制模块的第一输入端，所述D触发器的CLR脚连接所述控制模块的第二输入端。

进一步地，还包括设于所述采样模块与所述状态锁存模块之间的第一比较模块，用于比较所述第一采样点与所述第二采样点的电平高低。

进一步地，所述状态锁存电路还包括设于所述第一比较模块与所述状态锁存模块之间的延时模块，用于对所述异常信号延时，延时时间设置为t1。

进一步地，还包括设于所述延时模块与所述状态锁存模块之间的第二比较模块，若所述异常信号发生时间大于所述延时时间t1，则输出所述异常信号至所述状态锁存模块。

进一步地，所述第一比较模块包括开关管T1、与非门U5、异或门U1；所述异或门U1的第一输入端连接所述采样模块的第一采样输入端，所述异或门 U1的第二输入端连接所述第二采样输入端，所述与非门U5的第一输入端与第二输入端连接所述异或门U1的输出端，所述与非门U5的输出端连接所述开关管T1的栅极，所述开关管T1的源极连接所述第二采样电阻R2、漏极连接所述状态锁存模块。

进一步地，所述延时模块包括电容C2与可调电阻，所述第二比较模块包括电平比较器U3，所述电容C2连接所述采样模块的输出端与所述电平比较器U3 的正极输入端，所述可调电阻连接所述电容C2并通过电阻R3连接电源正极；所述延时模块通过所述电容C2的容量和可调电阻阻值控制所述延时时间。

进一步地，所述控制模块还包括复位按钮，用于复位所述状态锁存电路。

进一步地，还包括报警指示模块，所述报警指示模块包括蜂鸣器与告警灯，用于提示出现异常状态。本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

高压监控保护装置，包括如上所述的状态锁存电路，所述采样模块的第一采样点用于检测所述测试电路的控制信号，第二采样点用于实时检测所述测试电路的高压电源状态。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

功率器件的测试设备，包括充电控制电路、电感控制电路以及如上所述的高压监控保护装置，所述充电控制电路的输出端连接所述高压监控保护装置的输入端，所述高压监控保护装置的输出端连接所述电感控制电路。

进一步地，还包括多个二极管并联的隔离电路，用于防止电压反向回流影响测试电路输出；所述充电控制电路通过所述隔离电路连接所述电感控制电路。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)提供了一种状态锁存电路，提高了测试电路在测试产品过程中的安全性，解决在产品测试过程在容易出现的电源不受控现象。当测试电路发生异常情况时，即供电电压不受控持续过大或控制信号出现错误，状态锁存模块在极短时间内自动锁存当前的工作状态，避免控制失效时造成被测产品的损坏，保障工作人员的人身安全。本发明实现了全硬件控制，且电路结构简单，使用器件少，节约了开发成本。

(2)提供一种高压监控保护装置，解决现有技术对高压测试电路出现异常情况时缺少相应的保护装置的问题。一旦检测到异常信号，则状态锁存模块将在极短时间内自动锁存当前工作状态，并发出报警指示，直到手动清除复位，测试电路才继续运行。延时模块、比较模块的设置有效的保证监控检测结果准确度高，避免对尖峰毛刺的误判。且本装置反应速度快，操作简单，能够可靠保护测试电路中的被测器件与工作人员的人身安全。

(3)提供一种功率器件的测试设备，解决现有技术中功率器件的测试设备在测试电路出现异常情况时缺少相应保护机制的问题。通过测试设备内部的高压监控保护装置，实时监测测试电路，极短时间内发现测试设备内的故障自动锁存当前工作状态，发出报警指示直至手动清除复位，设备才继续运行，有效的保护测试电路中的被测器件与工作人员的人身安全。

附图说明

图1为现有技术示意图；

图2本发明所提供实施例一的状态锁存模块电路原理图；

图3本发明所提供实施例二的系统框图；

图4为本发明所提供实施例二的电路结构图；

图5为本发明所提供实施例三的示意图；

图6为本发明所提供实施例四示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本发明提供的状态锁存电路，应用于对功率器件进行检测的测试设备中。该测试设备包括充电控制电路、电感控制电路、第一开关晶体管 TR7和第二开关晶体管TR8。其中充电控制电路通过光电耦合器在5V信号触发后，驱动栅极驱动器控制第一开关管TR7与第二开关管TR8的栅极电压进行开关。而电感控制电路是在第一开关管TR7与第二开关管TR8开关控制后，电感充电，输出至测试产品。

第一实施例

如图2所示，本发明提供了一种状态锁存电路，包括采样模块、状态锁存模块、控制模块，采样模块包括第一采样输入端和第二采样输入端，所述第一采样输入端用于连接测试电路的第一采样点，所述第二采样输入端用于连接测试电路的第二采样点，所述采样模块的输出端连接状态锁存模块的输入端，所述状态锁存模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块输出控制测试电路。具体采样点如图5所示，A为第一采样点，B为第二采样点。B点的电压采样信号与A点的触发控制时同步伴随的，因此采样模块的采样信号基本可以保持同步。

采样模块与状态锁存模块的设置，提高了测试电路在测试产品过程中的安全性，解决在产品测试过程在容易出现的电源不受控现象。由于状态锁存电路的设计，过流信号一般是瞬时的脉冲，状态难以持久。当测试电路发生异常情况时，即供电电压不受控持续过大或控制信号出现错误，采样模块检测到异常状态，发送异常信号至状态锁存模块。状态锁存模块接收到异常信号后，在极短时间内自动锁存当前的工作状态，并由控制模块打开测试电路开关，关闭测试电路，避免控制失效时造成被测产品的损坏，保障工作人员的人身安全。而在过流发生后，设备一般需要停机检查，不能重复启动、过流、再启动、再过流的过程，该电路的存在能够避免上述情况的发生，能够有效保护测试电路中的被测产品。

为实现更好的判断是否为异常信号，在采样模块与状态锁存模块之间增设第一比较模块，所述第一比较模块包括开关管T1、与非门U5，本发明实施例采用的型号为SN74LS00N、异或门U1，本发明实施例采用的型号为74LS86N；所述异或门U1的第一输入端连接所述第一采样输入端，第二输入端连接所述第二采样输入端，所述与非门U5的第一输入端与第二输入端连接所述异或门U1 的输出端，所述与非门U5的输出端连接所述开关管T1的栅极，所述开关管T1 的源极连接所述第二采样电阻R2、漏极连接所述转态锁存模块。

采样模块包括第一采样电阻R1、第二采样电阻R2以及稳压二极管Z1。所述第一采样输入端连接第一采样电阻R1一端，第一采样电阻R2的另一端连接第一比较模块的第一输入端、第二采样电阻R2与所述稳压二极管Z1的负极，所述稳压二极管Z1的正极与所述第二采样电阻R2另一端连接所述第一比较模块；所述第二采样输入端连接所述第一比较模块的第二输入端。

当第一采样输入端与第二采样输入端的信号电平相同时，异或门U1，本实施例采用的型号为74LS86N，输出为低电平，与非门U5输出高电平，此时开关管T1导通，测试电路处于正常状态。当测试电路出现异常情况时，第一采样点与第二采样点的信号电平不同，异或门U1输出高电平，与非门U5输出低电平，此时开关管T1截止。

本实施例中，采样点设置为两个。当需要监测的信号只有一个时，另一个采样点可以根据电路需要直接设定为0V，即低电平，或者5V，高电平。

在本电路中，采用5V直流电源电压供电。通过采样电阻将被测产品的电流信号转化为电压信号。可以根据具体的被测产品与测试电路可对采样电阻的阻值进行调整。通常，电源电压的使用范围在30V-170V，而一般采用的逻辑比较器件的有效电平为：1.5V-5V为高电平，0V-0.8V为低电平。当被检测信号的电压大于5V时，为确保30V以上的采样电压为高电平，按照

的比例，从而确定第一采样电阻R1与第二采样电阻R2的阻值。

在本实施例中，状态锁存模块包括触发器。如图2所示，本发明采用与非门U2，本实施例采用的型号为SN74LS00N与D触发器，本实施例采用的型号为SN74LS74N，构建状态锁存模块。采样模块的输出端通过与非门U2连接所述D触发器的PRE脚，D触发器的CLK脚、D脚、Q脚连接所述控制模块的第一输入端，D触发器的CLR脚连接所述控制模块的第二输入端。在正常工作情况下，采样模块始终输出低电平。当出现异常现象时，采样模块输出高电平，由与非门进行反转，并将低电平输送至D触发器的PRE引脚，使得Q脚由低电平转换成高电平并处于锁存状态。控制模块接收到状态锁存模块发出的异常信号后控制测试电路关闭。直至工作人员排出故障后，按下控制模块的复位按钮， D触发器接收到低电平，复位整个状态锁存电路，测试电路继续工作。本发明不需要高成本的驱动光耦或搭建复杂的模拟电路，就可通过全硬件逻辑电路实现灵敏及时的保护。

为更好的实现对测试电路的控制，控制模块包括继电器，所述开关管T1输出电平信号控制所述继电器的打开与闭合。在正常工作的情况下，即第一采样点与第二采样点的输入信号电平相同，第一比较模块输出高电平，开关管T1导通，经由与非门U2反转，控制模块的开关管T2截止，测试电路正常工作。当出现异常情况时，第一比较模块输出低电平，开关管T1截止，输出低电平，经过与非门U2则输出高电平，开关管T2导通，则继电器得电导通，打开测试电路的开关，测试电路停止工作。在工作人员排出故障后，按下复位按钮，复位整个输入信号采样电路，测试电路继续工作。在不需要高成本的驱动光耦或搭建复杂的模拟电路的情况下，就可以通过全硬件逻辑电路实现灵敏及时的保护。

本发明还包括报警指示模块，具体为蜂鸣器与告警灯，用于提示出现异常状态。当有异常信号输送至状态锁存模块时，告警灯常亮，蜂鸣器发处报警声，提醒工作人员进行检查及维修。

第二实施例

如图3所示，为本发明提供的第二实施例的电路原理图。本实施例以第一实施例为基础，进一步包括：

延时模块，设于第一比较模块与状态锁存模块之间，快速准确检测电压电流、辨别真假过流。采样模块采集的测试电路的输入信号会由于不完全同步而导致输出短暂的异常信号，而状态锁存模块并无法判断是真过流还是假过流，延时模块则用于对异常信号延时，延时时间设置为t1。延时时间可以根据被测产品的实际情况通过电容C2的容量和可调电阻阻值进行调整，实现检测时间可调，过压过流检测的准确性高，避免对电源输入与输出尖峰毛刺的误判，提高本发明的可靠性。

还包括第二比较模块，设于延时模块与状态锁存模块之间。若异常信号发生时间小于延时时间t1，则不输出所述异常信号，测试电路正常工作；若异常信号发生时间大于t1，输出异常信号至状态锁存模块，锁存瞬时工作状态，由控制模块切断测试电路，报警模块启动并由控制模块切断测试电路。在本实施例中具体采用电平比较器U3，型号为LM393N来判断。所述电容C2连接所述采样模块的输出端与所述电平比较器U3的正极输入端，所述可调电阻连接所述电容C2并通过电阻R3连接电源正极；所述延时模块通过所述电容C2的容量和可调电阻阻值控制所述延时时间。

第三实施例

如图4、5所示，本发明还提供了一种高压监控保护装置，包括上述的状态锁存电路。所述采样模块的第一采样输入端用于检测所述测试电路的控制信号，第二采样输入端用于实时检测所述测试电路的高压电源状态。具体采样点如图5 所示，A为第一采样点，B为第二采样点。B点的电压采样信号与A点的触发控制时同步伴随的，因此采样模块的采样信号基本可以保持同步。

本高压监控保护装置接入检测电路，将第一采样信号与第二采样信号作对比，若是检测到异常信号，且时间超过所设定的延时时间T1，则将异常信号输送至状态锁存模块，状态锁存模块将在极短时间内自动锁存当前工作状态，控制模块打开测试电路的开关，切断测试电路的电源输入，触发报警指示模块，通知工作人员进行检修。直至工作人员按下复位按钮，解除警报、测试电路重新工作。解决现有技术对高压测试电路出现异常情况时缺少相应的保护装置的问题。延时模块、比较模块的设置有效的保证监控检测结果准确度高，避免对尖峰毛刺的误判。且本装置反应速度快，操作简单，能够可靠保护测试电路中的被测器件与工作人员的人身安全。

第四实施例

如图6所示，本发明还提供一种功率器件的测试设备，包括充电控制电路、电感控制电路以及高压监控保护装置，充电控制电路的输出端连接高压监控保护装置的输入端，高压监控保护装置的输出端连接电感控制电路。

本功率器件的测试设备将第一采样信号与第二采样信号作对比，若是检测到异常信号，状态锁存模块锁存工作状态，则控制模块的继电器得电，打开测试电路的开关，切断测试电路的电源输入，触发报警指示模块，通知工作人员进行检修。直至工作人员按下复位按钮，解除警报、测试电路重新工作。解决现有技术中功率器件的测试设备在测试电路出现异常情况时缺少相应保护机制的问题。且本设备反应速度快，操作简单，能够可靠保护测试电路中的被测器件与工作人员的人身安全。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.状态锁存电路，其特征在于，应用于对功率器件进行检测的测试设备，该测试设备包括充电控制电路、电感控制电路、第一开关晶体管TR7和第二开关晶体管TR8；充电控制电路通过光电耦合器在5V信号触发后，驱动栅极驱动器控制第一开关管TR7与第二开关管TR8的栅极电压进行开关；电感控制电路在第一开关管TR7与第二开关管TR8开关控制后，电感充电，输出至测试产品；所述测试设备还包括多个二极管并联的隔离电路，用于防止电压反向回流影响测试电路输出；所述充电控制电路通过所述隔离电路连接所述电感控制电路；

所述状态锁存电路包括采样模块、状态锁存模块、控制模块；所述采样模块包括第一采样输入端和第二采样输入端，所述第一采样输入端用于连接测试电路的第一采样点，所述第一采样点设置于充电控制电路输出端与栅极驱动器之间，所述第二采样输入端用于连接测试电路的第二采样点，所述第二采样点设置于第一开关管TR7及第二开关管TR8的输出端与隔离电路之间，所述采样模块的输出端连接所述状态锁存模块的输入端，所述状态锁存模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块输出控制测试电路；

所述采样模块与所述状态锁存模块之间还设置有第一比较模块，用于比较所述第一采样点与所述第二采样点的电平高低；

所述第一比较模块与所述状态锁存模块之间还设置有延时模块，用于对异常信号延时，延时时间设置为t1；所述延时模块与所述状态锁存模块之间还设置有第二比较模块，若所述异常信号发生时间大于所述延时时间t1，则输出所述异常信号至所述状态锁存模块；所述延时模块包括电容C2与可调电阻，所述第二比较模块包括电平比较器U3，所述电容C2连接所述采样模块的输出端与所述电平比较器U3的正极输入端，所述可调电阻连接所述电容C2并通过电阻R3连接电源正极；所述延时模块通过所述电容C2的容量和可调电阻阻值控制所述延时时间。

2.如权利要求1所述的状态锁存电路，其特征在于，所述状态锁存模块包括触发器，异常信号输入所述触发器，锁存瞬时异常状态，并输出高电平至所述控制模块。

3.如权利要求2所述状态锁存电路，其特征在于，所述触发器为D触发器，所述采样模块的输出端通过与非门U2连接所述D触发器的PRE脚，所述D触发器的CLK脚、D脚、Q脚连接所述控制模块的第一输入端，所述D触发器的CLR脚连接所述控制模块的第二输入端。

4.如权利要求2或3所述的状态锁存电路，其特征在于，所述第一比较模块包括开关管T1、与非门U5、异或门U1；所述异或门U1的第一输入端连接所述采样模块的第一采样输入端，所述异或门U1的第二输入端连接所述第二采样输入端，所述与非门U5的第一输入端与第二输入端连接所述异或门U1的输出端，所述与非门U5的输出端连接所述开关管T1的栅极，所述开关管T1的源极连接所述第二采样电阻R2、漏极连接所述状态锁存模块。

5.如权利要求4所述的状态锁存电路，其特征在于，所述控制模块还包括复位按钮，用于复位所述状态锁存电路。

6.如权利要求5所述的状态锁存电路，其特征在于，还包括报警指示模块，所述报警指示模块包括蜂鸣器与告警灯，用于提示出现异常状态。

7.高压监控保护装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的状态锁存电路，所述采样模块的第一采样点用于检测所述测试电路的控制信号，第二采样点用于实时检测所述测试电路的高压电源状态。

8.功率器件的测试设备，其特征在于，包括充电控制电路、电感控制电路以及如权利要求7所述的高压监控保护装置，所述充电控制电路的输出端连接所述高压监控保护装置的输入端，所述高压监控保护装置的输出端连接所述电感控制电路。

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