CN110829359B - 一种带有过载保护功能的功率驱动电路 - Google Patents

一种带有过载保护功能的功率驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有过载保护功能的功率驱动电路，包括带有过载保护的功率输出电路100和功率输出周期BIT电路200，功率输出电路100的输入为DSP微处理器发出的输出控制信号，28V输出电压作为功率输出周期BIT电路200的输入，转化为输出回采信号CO1，作为自检结果信号返回到DSP微处理器，DSP微处理器判断功率输出回路是否故障，形成完整的带有周期BIT且过载保护后可自恢复的功率驱动电路。本发明的电路，设计成本极低，在传统功率输出电路基础上无需大规模增加元器件，功能电路的可靠性较高，产品寿命期内无需更换可恢复过载保护电阻，且对微处理器性能要求不高，可以有效避免因过载带来的器件损坏。

Description

一种带有过载保护功能的功率驱动电路
技术领域
本发明属于配电领域，具体涉及28V电压输出电路及其输出过载保护、自检测电路。
背景技术
使用功率MOS产生28V直流电压电路在电气系统中应用广泛，诸多负载诸如接触器、继电器等均需28V电压驱动。在负载发生过载故障时如果不及时保护会造成MOS管烧坏，轻则造成设备、器具、线路损毁，重则造成火灾、爆炸，甚至人员伤亡。为此电气行业内多年来一直苦苦寻求一种能有效保护的方法。
目前技术中28V电压输出电路过载保护方式一般有两种方式，即：1.在功率输出回路中使用传统熔断器作为过载保护，当发生过载后传统熔断器中熔芯熔断。2.增加SSPC保护电路，实现电路的保护。
采用传统熔断器作为过载保护器件的电路由于传统熔断器熔芯熔化较慢，在需要具有过载快速保护的电路中，传统熔断器显然是不能够满足的；且熔断器对电路进行保护后，只能人工更换熔断芯以使熔断器重新对电路进行过载保护，不利于长期使用；且采用熔断器作为保护只能通过负载断电显示出故障，无法主动上报出故障。
采用增加SSPC保护电路实现电路的过载保护，需要在原功率输出电路基础上增加SSPC控制保护电路，虽然SSPC电路对线路上过载保护时间可以实现可调节控制，但增加SSPC控制保护电路为需在基础电路上增加大规模器件，增加产品制造成本并造成产品可靠性降低。
因此，设计一种简单合适的过载保护电路来实现电路的过载快速保护，又具有自恢复功能且不消耗材料的保护方案有其很大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以实现直流28V功率输出且带有过载保护，并能实现功率输出周期BIT的电路。
本发明的技术方案:一种带有过载保护功能的功率驱动电路，包括带有过载保护的功率输出电路100和功率输出周期BIT电路200，所述带有过载保护的功率输出电路100的电路包括限流电阻R1，隔离光耦U1，分压电阻R3，分压电阻R2，阻容滤波器电阻R4，阻容滤波器电容C1，稳压二极管D1，MOS管V1，RCD吸收回路电阻R5，RCD吸收回路二极管V2，RCD吸收回路电容C2，可恢复过载保护电阻R6；所述功率输出周期BIT电路200包括限流电阻R7，滤波电容C3,隔离光耦U2，限流电阻R8；
功率输出电路100的输入为DSP微处理器发出的输出控制信号COUT1，输出为28V输出电压O1，28V输出电压O1在给外部设备驱动的同时作为功率输出周期BIT电路200的输入，28V输出电压O1经过功率输出周期BIT电路200后，转化为输出回采信号CO1，作为自检结果信号返回到DSP微处理器，DSP微处理器根据采集到的CO1，判断功率输出回路是否故障，从而形成完整的带有周期BIT且过载保护后可自恢复的功率驱动电路。
其特征在于，所述功率输出电路100中，输出控制信号COUT1经限流电阻R1输入隔离光耦U1左端信号输入1脚，隔离光耦U1的接地2脚连接数字地DGND；隔离光耦U1右端功率输入16管脚连接分压电阻R2一端，分压电阻R2另一端与分压电阻R3一端相连，分压电阻R3另一端连接直流电源电压28V，隔离光耦U1右端功率接地15管脚连接功率地PGND；分压电阻R2另一端还连接阻容滤波电阻R4一端，阻容滤波电阻R4另一端连接阻容滤波电容C1一端，阻容滤波电容C1另一端连接功率地PGND；阻容滤波电阻R4另一端还连接MOS管V1的栅极2号脚，同时阻容滤波电阻R4另一端还连接至稳压二极管D1的正极，稳压二极管D1的负极连接至MOS管V1的源极3号脚；MOS管V1的源极3号管脚同时连接RCD吸收回路电阻R5一端和RCD吸收回路二极管V2正极，RCD吸收回路电阻R5另一端和RCD吸收回路二极管V2负极通过RCD吸收回路电容C2连接至MOS管V1的漏极1号脚；MOS管V1的源极3号脚同时连接至电源电压28V，MOS管V1的漏极1号脚连接至可恢复过载保护电阻R6一端，可恢复过载保护电阻R6的另一端将功率输出电路100的输出O1输出；
功率输出电路100的输出O1通过限流电阻R7的一端进入功率输出周期BIT电路200，隔离光耦U2左端的信号输入1脚连接至限流电阻R7的另一端；隔离光耦U2的功率接地2脚连接功率地PGND，同时隔离光耦U2的1脚和2脚连接滤波电容C3两端，隔离光耦U2右端数字电源输入16脚连接至+5V电压，隔离光耦U2右端数字接地15脚连接至限流电阻R8的一端，限流电阻R8的另一端连接数字地DGND。
其特征在于，当隔离光耦U1左端输入信号为高电平时，隔离光耦U1导通，分压电阻R2和R3将28V分压，使连接至MOS管栅极2脚的电压低于MOS管源极3脚的电压，MOS管导通。
其特征在于，阻容滤波电阻R4和阻容滤波电容C1组成的阻容滤波电路，能有效防止MOS管栅极电压发生干扰跳动导致影响MOS管V1导通。
其特征在于，稳压二极管D1防止MOS管V1源极和栅极之间电压过大，起保护MOS管V1作用。
其特征在于，RCD吸收回路在MOS管V1开通和关断过程中吸收由于MOS管V1自身的寄生电容和寄生电感产生的过电压。
其特征在于，可恢复过载保护电阻R6是一种正温度系数可恢复熔断器，28V功率输出电路属于低压大电流功率输出电路，当功率输出电路100正常输出时，可恢复过载保护电阻R6处于正常状态，此时R6阻值近似为0，功率输出电路100正常输出28V电压；当功率输出电路100的输出发生过载时，可恢复过载保护电阻R6自身感知电流增大后，通过热效应在经过反应时间后，增大自身电阻至无穷大，即进入保护状态，从而使功率输出电路100无输出，断开对负载供电，从源头断开故障，通过功率输出周期BIT电路200上报故障，机务人员得知故障后并对使用此功能电路的产品下电，上述可恢复过载保护电阻R6才会恢复至正常状态。
其特征在于，隔离光耦U2右端15脚将功率输出周期BIT电路200的输出28V直流电输出回采信号CO1输出，功率输出电路100正常状态下当COUT1为高电平时，O1会输出28V电压；当功率输出电路100在发生过载故障时，O1将不会输出28V电压，DSP微处理器对功率输出周期BIT电路200采集到的CO1电平逻辑信号和COUT1电平逻辑信号进行比较，根据比较结果执行是否上报功率输出回路故障。
其特征在于，隔离光耦U1将数字地DGND和功率地PGND隔离，隔离光耦U2将功率地PGND和数字地DGND隔离。
发明的有益效果：本发明的电路，是一种能够实现功率输出周期BIT且过载保护后可自恢复的28V直流电驱动电路。该保护电路在功率输出电路的基础上同时增加可恢复熔断器实现功率输出电路的过载保护，且当保护发生后本方案可上报出驱动输出电路故障，使故障得以识别。本电路设计成本极低，在传统功率输出电路基础上无需大规模增加元器件，功能电路的可靠性较高，产品寿命期内无需更换可恢复过载保护电阻。根据输出电压高低以及过载保护时间长短的需求可选不同规格的可恢复熔断器，此电路对微处理器性能要求不高，可以有效避免因过载带来的器件损坏。
附图说明
图1为带有过载保护的功率驱动电路图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种能够实现直流28V电压输出周期BIT且在输出过载保护后可自恢复的接触器驱动电路，包括带有过载保护的功率输出电路100和功率输出周期BIT电路200，所述带有过载保护的功率输出电路100的电路结构包括限流电阻R1，隔离光耦U1，分压电阻R3，分压电阻R2，阻容滤波电阻R4，阻容滤波电容C1，稳压二极管D1，MOS管V1，RCD吸收回路电阻R5，RCD吸收回路二极管V2，RCD吸收回路电容C2，过载保护电阻R6。所述功率输出周期BIT电路200的电路结构包括限流电阻R7，滤波电容C3,隔离光耦U2，限流电阻R8。
功率输出电路100的电路结构上的输入为DSP微处理器发出的输出控制信号COUT1，输出为28V输出电压O1，28V输出电压O1在给外部设备驱动的同时作为功率输出周期BIT电路200的输入，功率输出周期BIT电路200将其输出信号28V直流电输出回采信号CO1作为自检结果信号返回到DSP微处理器，DSP微处理器对采集到的CO1进行判断以执行是否上报功率输出回路故障，从而形成完整的带有周期BIT且过载保护后可自恢复的功率驱动电路。
所述功率输出电路100由隔离光耦U1左端1脚通过限流电阻R1输入，隔离光耦U1的2脚连接数字地，隔离光耦将数字地和功率地隔离。
隔离光耦U1右端16管脚连接分压电阻R2左端，分压电阻R2左端与分压电阻R3下端相连，分压电阻R3上端连接直流电源电压28V，隔离光耦U1右端15管脚连接功率地PGND。当隔离光耦U1左端输入信号为高电平时，隔离光耦U1导通，分压电阻R2和R3将28V分压，使连接至MOS管栅极2脚的电压低于MOS管源极3脚的电压，MOS管导通。
分压电阻R2右端同时连接阻容滤波器件R4左端，阻容滤波器件R4右端连接阻容滤波器件C1上端，阻容滤波器件C1下端连接功率地PGND，阻容滤波电路可有效防止MOS管栅极电压发生干扰跳动导致影响MOS管导通。
阻容滤波器件R4右端连接至MOS管V1的栅极2号脚，同时阻容滤波器件R4右端连接至稳压二极管D1的正极，稳压二极管D1的负极连接至MOS管的源极3号脚，稳压管主要防止MOS管源极和栅极之间电压过大，起保护MOS管作用。
MOS管的源极3号管脚同时连接至RCD吸收回路器件R5和RCD吸收回路器件V2上端，RCD吸收回路器件R5和RCD吸收回路器件V2下端通过RCD吸收回路器件C2连接至MOS管的漏极1号脚，RCD吸收回路主要起在MOS管开通和关断过程中吸收由于寄生电容寄生电感产生过电压的作用。
MOS管的源极3号脚同时连接至电源电压28V，MOS管的漏极1号脚连接至过载保护器件R6左端，过载保护器件R6的右端将功率输出电路100的输出O1输出。过载保护器件R6是一种可恢复熔断器，当功率输出电路100正常输出时，过载保护器件R6可恢复熔断器阻值近似为0，功率输出电路100正常输出O1(28V电压)；当功率输出电路100的输出发生过载时，过载保护器件R6通过自身感知电流增大后，通过热效应在经过反应时间后即增大自身电阻至无穷大从而使功率输出电路100输出O1无输出，从而断开故障。通过功率输出周期BIT电路200上报故障后，机务人员对使用此功能电路的产品下电后过载保护器件R6才会恢复。
所述功率输出周期BIT电路200由限流电阻R7左端输入，隔离光耦U2左端的1脚连接至限流电阻R7的右端，隔离光耦U2起隔离数字地和功率地的作用。
隔离光耦U2的2脚连接数字地，同时隔离光耦U2的1脚和2脚通过滤波电容C3相连。隔离光耦U2右端16脚连接至+5V电压，隔离光耦U2右端15脚通过连接至限流电阻R8的左端，限流R8的右端连接数字地，隔离光耦U2右端15脚将功率输出周期BIT电路200的输出28V直流电输出回采信号CO1输出。DSP微处理器对采集到的CO1进行判断以执行是否上报功率输出回路故障。

Claims (9)

1.一种带有过载保护功能的功率驱动电路，包括带有过载保护的功率输出电路100和功率输出周期BIT电路200，所述带有过载保护的功率输出电路100的电路包括限流电阻R1，隔离光耦U1，分压电阻R3，分压电阻R2，阻容滤波器电阻R4，阻容滤波器电容C1，稳压二极管D1，MOS管V1，RCD吸收回路电阻R5，RCD吸收回路二极管V2，RCD吸收回路电容C2，可恢复过载保护电阻R6；所述功率输出周期BIT电路200包括限流电阻R7，滤波电容C3,隔离光耦U2，限流电阻R8；
功率输出电路100的输入为DSP微处理器发出的输出控制信号COUT1，输出为28V输出电压O1，28V输出电压O1在给外部设备驱动的同时作为功率输出周期BIT电路200的输入，28V输出电压O1经过功率输出周期BIT电路200后，转化为输出回采信号CO1，作为自检结果信号返回到DSP微处理器，DSP微处理器根据采集到的CO1，判断功率输出回路是否故障，从而形成完整的带有周期BIT且过载保护后可自恢复的功率驱动电路。
2.如权利要求1所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，所述功率输出电路100中，输出控制信号COUT1经限流电阻R1输入隔离光耦U1左端信号输入1脚，隔离光耦U1的接地2脚连接数字地DGND；隔离光耦U1右端功率输入16管脚连接分压电阻R2一端，分压电阻R2另一端与分压电阻R3一端相连，分压电阻R3另一端连接直流电源电压28V，隔离光耦U1右端功率接地15管脚连接功率地PGND；分压电阻R2另一端还连接阻容滤波电阻R4一端，阻容滤波电阻R4另一端连接阻容滤波电容C1一端，阻容滤波电容C1另一端连接功率地PGND；阻容滤波电阻R4另一端还连接MOS管V1的栅极2号脚，同时阻容滤波电阻R4另一端还连接至稳压二极管D1的正极，稳压二极管D1的负极连接至MOS管V1的源极3号脚；MOS管V1的源极3号管脚同时连接RCD吸收回路电阻R5一端和RCD吸收回路二极管V2正极，RCD吸收回路电阻R5另一端和RCD吸收回路二极管V2负极通过RCD吸收回路电容C2连接至MOS管V1的漏极1号脚；MOS管V1的源极3号脚同时连接至电源电压28V，MOS管V1的漏极1号脚连接至可恢复过载保护电阻R6一端，可恢复过载保护电阻R6的另一端将功率输出电路100的28V输出电压O1输出；
功率输出电路100的28V输出电压O1通过限流电阻R7的一端进入功率输出周期BIT电路200，隔离光耦U2左端的信号输入1脚连接至限流电阻R7的另一端；隔离光耦U2的功率接地2脚连接功率地PGND，同时隔离光耦U2的1脚和2脚连接滤波电容C3两端，隔离光耦U2右端数字电源输入16脚连接至+5V电压，隔离光耦U2右端数字接地15脚连接至限流电阻R8的一端，限流电阻R8的另一端连接数字地DGND。
3.如权利要求2所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，当隔离光耦U1左端输入信号为高电平时，隔离光耦U1导通，分压电阻R2和R3将28V分压，使连接至MOS管栅极2号脚的电压低于MOS管源极3号脚的电压，MOS管导通。
4.如权利要求3所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，阻容滤波电阻R4和阻容滤波电容C1组成的阻容滤波电路，能有效防止MOS管栅极电压发生干扰跳动导致影响MOS管V1导通。
5.如权利要求4所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，稳压二极管D1防止MOS管V1源极和栅极之间电压过大，起保护MOS管V1作用。
6.如权利要求5所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，RCD吸收回路在MOS管V1开通和关断过程中吸收由于MOS管V1自身的寄生电容和寄生电感产生的过电压。
7.如权利要求6所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，可恢复过载保护电阻R6是一种正温度系数可恢复熔断器，28V功率输出电路属于低压大电流功率输出电路，当功率输出电路100正常输出时，可恢复过载保护电阻R6处于正常状态，此时R6阻值近似为0，功率输出电路100正常输出28V电压；当功率输出电路100的输出发生过载时，可恢复过载保护电阻R6自身感知电流增大后，通过热效应在经过反应时间后，增大自身电阻至无穷大，即进入保护状态，从而使功率输出电路100无输出，断开对负载供电，从源头断开故障，通过功率输出周期BIT电路200上报故障，机务人员得知故障后并对使用此功能电路的产品下电，上述可恢复过载保护电阻R6才会恢复至正常状态。
8.如权利要求7所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，隔离光耦U2右端15脚将功率输出周期BIT电路200的输出28V直流电输出回采信号CO1输出，功率输出电路100正常状态下当COUT1为高电平时，O1会输出28V电压；当功率输出电路100在发生过载故障时，O1将不会输出28V电压，DSP微处理器对功率输出周期BIT电路200采集到的CO1电平逻辑信号和COUT1电平逻辑信号进行比较，根据比较结果执行是否上报功率输出回路故障。
9.如权利要求8所述的一种带有过载保护功能的功率驱动电路，其特征在于，隔离光耦U1将数字地DGND和功率地PGND隔离，隔离光耦U2将功率地PGND和数字地DGND隔离。
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