CN111262225A - 电源输出保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电源输出保护装置，所述装置包括：继电器、继电器隔离驱动电路、场效应管关断电路、场效应管隔离驱动电路以及数字逻辑电路，所述数字逻辑电路，用于产生继电器驱动信号以及场效应管驱动信号；所述继电器隔离驱动电路，用于根据所述继电器驱动信号产生所述继电器的第一控制信号；所述场效应管隔离驱动电路，用于根据所述场效应管驱动信号产生所述场效应管关断电路的第二控制信号；所述继电器，用于根据所述第一控制信号，切断电源的两条输出线路，以隔离电源输出端和负载；所述场效应管关断电路，用于根据所述第二控制信号，关断电源的输出电流。本发明能够减小响应延时，提高关断保护响应速度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源输出保护装置。
背景技术
在电源的输出端，一般都设置有保护电路，用于发生短路或者过载及时控制和关断电源的输出。目前，交流使用环境中，及时控制和关断交流电源的装置，通常使用继电器作为主开关，但是继电器不能达到精确及时关断，这是由于继电器接收信号到完成关断，通常需要10ms时间，在这个10ms为失控时间，对于50Hz的交流电就是半个周期失控。所以无论在检测端如何做到高精度测量，并且及时送出判断信号，使用继电器都会有一定时间的延时，而且在延时周期内有漏电现象，无法做到完全隔离，从而会造成空开跳闸，烧坏设备等问题。
发明内容
针对现有技术问题，本发明实施例提供一种电源输出保护装置。
本发明实施例提供一种电源输出保护装置，设置在电源输出端，所述装置包括：继电器、继电器隔离驱动电路、场效应管关断电路、场效应管隔离驱动电路以及数字逻辑电路，所述继电器的两组触点分别接入电源的两条输出线路，所述场效应管关断电路包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管串联接入电源的一条输出线路，其中，
所述数字逻辑电路，用于产生继电器驱动信号以及场效应管驱动信号；
所述继电器隔离驱动电路，用于根据所述继电器驱动信号产生所述继电器的第一控制信号；
所述场效应管隔离驱动电路，用于根据所述场效应管驱动信号产生所述场效应管关断电路的第二控制信号；
所述继电器，用于根据所述第一控制信号，切断电源的两条输出线路，以隔离电源输出端和负载；
所述场效应管关断电路，用于根据所述第二控制信号，关断电源的输出电流。
本发明提供的电源输出保护装置，在电源的一条输出线路中串入了场效应管关断电路，当关断电源输出时，先给出场效应管的驱动关断信号，再给出继电器的驱动关闭信号。由于场效应管的响应时间远小于继电器，从而减小响应延时，提高了关断保护响应速度，而且没有强电磁干扰。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的场效应管关断电路的一种连接方式示意图；
图3为本发明又一实施例提供的场效应管关断电路的一种连接方式示意图；
图4为本发明又一实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图；
图5为本发明又一实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
图1示出了本发明实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的电源输出保护装置设置在电源输出端，用于控制关断电源的输出，包括：继电器11、继电器隔离驱动电路12、场效应管关断电路13、场效应管隔离驱动电路14以及数字逻辑电路15，其中，继电器11的两组触点分别接入电源的两条输出线路，继电器11的线圈与继电器隔离驱动电路12的输出端连接，继电器隔离驱动电路12的输入端输入继电器驱动信号；场效应管关断电路13包括第一场效应管M1和第二场效应管M2，M1和M2串联接入电源的一条输出线路，场效应管关断电路13的第一连接端和第二连接端接入电源的一条输出线路，场效应管关断电路13的控制端与场效应管隔离驱动电路14的输出端连接，场效应管隔离驱动电路14的输入端输入场效应管驱动信号；
数字逻辑电路15，用于产生继电器驱动信号以及场效应管驱动信号；
具体地，所述数字逻辑电路为DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)控制器。
继电器隔离驱动电路12，用于根据继电器驱动信号产生继电器11的第一控制信号；
场效应管隔离驱动电路14，用于根据场效应管驱动信号产生场效应管关断电路13的第二控制信号；
继电器11，用于根据第一控制信号，切断电源的两条输出线路，以隔离电源输出端和负载；
场效应管关断电路13，用于根据第二控制信号，关断电源的输出电流。
具体地，场效应管关断电路13之所以采用两个场效应管M1、M2串联的形式，且两个场效应管的体二极管是正对正或负对负的连接方式，这是由于场效应管内部都有体二极管，单个场效应管无法达到关断交流电的目的，而且切断了交流电流随电压变化在两个方向上的通路，从而实现交流关断。
本发明提供的电源输出保护装置，在电源的一条输出线路中串入了场效应管关断电路，当关断电源输出时，先给出场效应管的驱动关断信号，再给出继电器的驱动关闭信号。由于场效应管的响应时间远小于继电器，从而减小响应延时，提高了关断保护响应速度，而且没有强电磁干扰。
在上述实施例的基础上，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极作为所述场效应管关断电路的两端接入电源的一条输出线路，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极输入所述场效应管隔离驱动电路产生的第二控制信号。
图2示出了本发明实施例提供的场效应管关断电路的一种连接方式。
如图2所示，第一场效应管M1和第二场效应管M2通过漏极连接漏极的形式串联接入电源的一条输出线路，即M1的漏极与M2的漏极连接，M1的源极和M2的源极作为场效应管关断电路13的两端接入电源的一条输出线路，M1的栅极和M2的栅极输入场效应管隔离驱动电路14产生的第二控制信号。
在上述实施例的基础上，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极作为所述场效应管关断电路的两端接入电源的一条输出线路，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极输入所述场效应管隔离驱动电路产生的第二控制信号。
图3示出了本发明实施例提供的场效应管关断电路的另一种连接方式。
如图3所示，第一场效应管M1和第二场效应管M2通过源极连接源极的形式串联接入电源的一条输出线路，即M1的源极与M2的源极连接，M1的漏极和M2的漏极作为场效应管关断电路13的两端接入电源的一条输出线路，M1的栅极和M2的栅极输入场效应管隔离驱动电路14产生的第二控制信号。
本发明采用两个场效应管的体二极管正对正或负对负的连接方式，这样就切断了交流电流随电压变化在两个方向上的通路，从而实现交流关断。当需要开启时需要在各自的GS加10vdc左右的开启电压，并且相互之间需要隔离。
基于图1的电源输出保护装置，在整个开关过程中，如果继电器带电流进行开关，那么将会产生极大的电磁干扰，使数字电路出现误操作等现象，并且即使花很大代价用隔离滤波等防护手段，都无法理想消除其产生的电磁干扰。并且随着电流增大，开关时产生的电磁干扰也就越大。因此为了防止继电器开关产生的干扰，我们在场效应管关断电路13和继电器11的开关时序上进行调整，使得继电器11处于软开关状态，使继电器11的触点不出现打火和拉弧，从而消除了继电器的强电磁干扰。
具体的，当开启电源输出时，由数字逻辑电路15，先给出继电器驱动信号，使继电器11在悬浮电压和零电流状态下开启，这时触点闭合不产生打火和拉弧，所以不产生任何电磁干扰。而后再给出场效应管驱动信号，这时所有的电压和电流的应力都由场效应管关断电路13承担，由于场效应管开启时主要呈现阻抗特性，所以不会产生强电磁干扰，只是有微小的噪声干扰，经过隔离驱动电路14后基本就消除了。
当关闭电源输出时，首先由数字逻辑电路15判断，并先给出场效应管的关闭驱动信号，这时所有的电压和电流的应力都在场效应管承担，因此同样也不会产生电磁干扰，并且微小的噪声干扰，经过隔离驱动电路后基本就消除了，然后在给出继电器的关断驱动信号，这时的继电器两端处于零电压和零电流状态，所以同样不会产生干扰问题，只是继电器线圈会产生反向电动势，但这只需要简单的吸收，再经过隔离电路，就不会有任何的干扰产生。大大增加了继电器的使用寿命，提高的了设备的可靠性。并且由于继电器是完全断开的器件，所以输入和输出端不会产生漏电流现象。
因此，本发明的电源输出保护装置，在电源的一条输出线路中串入了场效应管关断电路，当开启电源输出时先给出继电器的驱动信号，等继电器开启后，再给出场效应管的驱动信号。当关断是先给出场效应管的驱动关断信号，再给出继电器的驱动关闭信号。由于场效应管的响应时间远小于继电器，从而减小响应延时，提高关断保护响应速度，解决了在交流设备发生过载或短路时，延时周期内无法保护的问题。另外，也解决了继电器触点打火干扰问题，没有漏电流，实现的完全的隔离。同时本发明的电源输出保护装置适用于交流电源和直流电源，通用性强。
图4示出了本发明又一实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图。
如图4所示，所述电源输出保护装置还包括：电流检测电路16，电流检测电路16接入电源的一条输出线路，用于检测电源的输出电流，将检测到的输出电流输入到数字逻辑电路15；
具体地，电流检测电路实现输出电流的精确控制。
数字逻辑电路15，用于根据电流检测电路16检测到的输出电流产生继电器驱动信号以及场效应管驱动信号。
这里的数字逻辑电路15，可以用硬件或软件的方式都能实现，但如果采用软件的方式，例如，可以由微控制器DSP来实现数字逻辑电路15，可以实现计算机对交流电流精确控制，当输出电流小于或者大于一定数值，这个时候应该关闭电源输出，并且随时可以调节电流大小，达到远端控制等目的，可以广泛的应用于智能插座，交直流充电桩，工业控制等领域。
图5为本发明又一实施例提供的电源输出保护装置的结构示意图
如图5所示，所述电源输出保护装置还包括：第一电压检测电路17以及第二电压检测电路18，其中，
所述第一电压检测电路17，用于检测所述继电器之前的中段电压；
所述第二电压检测电路18，用于检测所述继电器之后的输出端电压；
所述数字逻辑电路15，还用于根据所述中段电压和所述输出端电压判断所述继电器和所述场效应管关断电路是否损坏。
具体地，所述第一电压检测电路以及第二电压检测电路为电压传感器。
具体地，为了实现设备自我检查主要器件从而判断设备是否良好，电源输出保护装置加入了两个电压检测电路17、18，继电器前和后分别有一个电压检测点，第一电压检测电路17用于检测继电器之前的电压检测点的电压(即中段电压)，第二电压检测电路18用于检测继电器之后的电压检测点的电压(即输出端电压)，通过两个电压检测电路的配合，可以判断场效应管和继电器是否存在故障或者已经故障。
具体的，假定电源输出电压为220V，例如，当继电器触点首先闭合后，此时场效应管关断，此时检测中段电压，正常情况为0V，如果检测到220V说明两个场效应管都坏了，如果检测到110V，说明有一个场效应管坏了。当继电器和场效应管都闭合的情况下，测试中段电压为220V而输出端为0V时，说明继电器触点未闭合，继电器已经损坏。又如，当继电器在常开状态，场效应管闭合时检测，此时检测中段电压为220V，输出端电压检测为0V，说明正常，如果输出端电压检测为220V，说明继电器触点烧融黏连，继电器损坏。通过上述分析，可以来判断设备主要器件损坏情况达到故障告警的细化。同时还能够通过精确监控负载的工作电流和负载两端的电压，判断负载设备是否有工异常情况，到达预告警的目的，并且可以实时读取负载设备的电能消耗量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种电源输出保护装置，设置在电源输出端，其特征在于，所述装置包括：继电器、继电器隔离驱动电路、场效应管关断电路、场效应管隔离驱动电路以及数字逻辑电路，所述继电器的两组触点分别接入电源的两条输出线路，所述场效应管关断电路包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管串联接入电源的一条输出线路，其中，
所述数字逻辑电路，用于产生继电器驱动信号以及场效应管驱动信号；
所述继电器隔离驱动电路，用于根据所述继电器驱动信号产生所述继电器的第一控制信号；
所述场效应管隔离驱动电路，用于根据所述场效应管驱动信号产生所述场效应管关断电路的第二控制信号；
所述继电器，用于根据所述第一控制信号，切断电源的两条输出线路，以隔离电源输出端和负载；
所述场效应管关断电路，用于根据所述第二控制信号，关断电源的输出电流。
2.根据权利要求1所述的电源输出保护装置，其特征在于，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极作为所述场效应管关断电路的两端接入电源的一条输出线路，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极输入所述场效应管隔离驱动电路产生的第二控制信号。
3.根据权利要求1所述的电源输出保护装置，其特征在于，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极作为所述场效应管关断电路的两端接入电源的一条输出线路，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极输入所述场效应管隔离驱动电路产生的第二控制信号。
4.根据权利要求1所述的电源输出保护装置，其特征在于，还包括：电流检测电路，所述电流检测电路接入电源的一条输出线路，用于检测电源的输出电流；
所述数字逻辑电路，用于根据所述电流检测电路检测到的输出电流产生所述继电器驱动信号以及所述场效应管驱动信号，以实现电流的精确控制。
5.根据权利要求1所述的电源输出保护装置，其特征在于，还包括：第一电压检测电路以及第二电压检测电路，其中，
所述第一电压检测电路，用于检测所述继电器之前的中段电压；
所述第二电压检测电路，用于检测所述继电器之后的输出端电压；
所述数字逻辑电路，还用于根据所述中段电压和所述输出端电压判断所述继电器和所述场效应管关断电路是否损坏。
6.根据权利要求5所述的电源输出保护装置，其特征在于，所述第一电压检测电路以及第二电压检测电路为电压传感器。
7.根据权利要求1所述的电源输出保护装置，其特征在于，所述数字逻辑电路为DSP控制器。
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