CN111404115A - 一种安全保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种安全保护电路，包括：温度检测电路，用于获取负载的温度；与温度检测电路相连的软控制模块，用于当温度大于预设温度阈值时，通过改变用于控制负载启停的控制信号来控制负载停止运行；与温度检测电路相连的硬控制模块，用于当温度大于预设温度阈值时，切断为负载供电的电源线路，以控制负载停止运行。本申请公开的上述技术方案，利用温度检测电路检测负载的温度，利用软控制模块在负载的温度大于预设温度阈值时通过控制信号控制负载停止运行，以从软件方面实现对负载的过温保护，利用硬控制模块在负载的温度大于预设温度阈值时切断为负载供电的电源线路，以从硬件方面实现对负载的过温保护，从而提高负载及相关器件运行的安全性。

Description

一种安全保护电路

技术领域

本申请涉及负载安全保护技术领域，更具体地说，涉及一种安全保护电路。

背景技术

在负载（例如指示灯、接触器、继电器、电动阀门等）运行过程中，其内部温度可能会随着时间的延长或其他因素的影响而发生变化，当其温度高于一定值时不仅会造成负载发生损坏，而且可能会导致其他元器件发生损坏，甚至可能会导致安全事故的发生。

综上所述，如何对负载进行过温保护，以提高负载及相关器件运行的安全性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种安全保护电路，用于对负载进行过温保护，以提高负载及相关器件运行的安全性。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种安全保护电路，包括：

温度检测电路，用于获取负载的温度；

与所述温度检测电路相连的软控制模块，用于当所述温度大于预设温度阈值时，通过改变用于控制所述负载启停的控制信号来控制所述负载停止运行；

与所述温度检测电路相连的硬控制模块，用于当所述温度大于所述预设温度阈值时，切断为所述负载供电的电源线路，以控制所述负载停止运行；

所述硬控制模块包括第一比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管、第二开关管，所述第一开关管高电平导通，所述第二开关管低电平导通，其中：

所述第一比较器的反相输入端与表征所述温度的电压值相连，所述第一比较器的正相输入端与表征所述预设温度阈值的第一预设电压阈值相连，所述第一比较器的输出端与所述第一电阻的第一端及所述第二电阻的第一端相连，所述第一比较器的负电源端接地，所述第一比较器的正电源端与电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一比较器的正电源端及所述电源相连，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端及所述第一开关管的控制端相连，所述第三电阻的第二端及所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的控制端相连，所述第二开关管的第一端接入所述电源，所述第二开关管的第二端与负载工作电路的单电源端相连。

优选的，还包括用于对所述控制信号的状态进行反馈并通过所述控制信号对所述负载的启停进行控制的信号状态反馈及负载控制电路，所述信号状态反馈及负载控制电路包括第四电阻、第一光电耦合器、第一提示器、驱动器、第三开关管、第五电阻，其中：

所述第四电阻的第一端接入所述控制信号，所述第四电阻的第二端与所述第一光电耦合器中的发光源的第一端相连，所述第一提示器的第一端与所述第一光电耦合器中的发光源的第二端相连，所述第一提示器的第二端接地，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第一端与直流电源正端相连，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端与所述驱动器的输入端相连，所述驱动器的输出端与所述第三开关管的控制端相连，所述驱动器的电源端与所述直流电源正端相连，所述驱动器的接地端与直流电源负端相连，所述第三开关管的第一端与高电压信号相连、所述第三开关管的第二端与负载的第一端相连，所述负载的第二端与所述直流电源负端相连，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端还与所述第五电阻的第一端相连，所述第五电阻的第二端与所述负载的第二端及所述直流电源负端相连；

当所述驱动器的输入端输入高电平信号时，所述第三开关管导通。

优选的，还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二比较器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容，其中：

所述第二比较器的正电源端与所述直流电源正端相连，所述第二比较器的负电源端与所述直流电源负端相连，所述第二比较器的正相输入端与第二预设电压阈值相连，所述第二比较器的反相输入端与所述第九电阻的第一端相连，所述第九电阻的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述直流电源负端相连，所述第八电阻的第一端与所述负载的第一端及所述第三开关管的第二端相连，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第二端及所述第一电容的第一端相连，所述第二比较器的输出端与所述第六电阻的第一端及所述驱动器的输入端相连，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端相连，所述第七电阻的第二端与所述驱动器的输入端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端相连。

优选的，还包括状态保持电路，所述状态保持电路包括第十电阻、第四开关管，所述第四开关管低电平导通，其中：

所述第十电阻的第一端与所述第二比较器的反相输入端及所述第九电阻的第一端相连，所述第十电阻的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的控制端与所述第六电阻的第二端及所述第七电阻的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述驱动器的输入端、所述第七电阻的第二端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端相连。

优选的，还包括负载状态反馈电路，所述负载状态反馈电路包括第一稳压二极管、第十一电阻、第二光电耦合器、第二提示器、第十二电阻，其中：

所述第一稳压二极管的第一端与所述第三开关管的第一端及所述高压电信号相连，所述第一稳压二极管的第二端与所述第十一电阻的第一端相连，所述第十一电阻的第二端与所述第二光电耦合器中的发光源的第一端相连，所述第二光电耦合器中的发光源的第二端与所述直流电源正端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第一端相连，所述第二光电耦合器中的感光三极管的第一端与所述电源相连，所述第二光电耦合器中的感光三极管的第二端与所述软控制模块及所述第二提示器的第一端相连，所述第二提示器的第二端与所述第十二电阻的第一端相连，所述第十二电阻的第二端接地。

优选的，还包括压敏电阻，所述压敏电阻的第一端与所述高电压信号、所述第三开关管的第一端及所述第一稳压二极管的第一端相连，所述压敏电阻的第二端与所述直流电源负端相连。

优选的，还包括电源电路，所述电源电路包括电源芯片、第一推挽式电路、第二推挽式电路、高频变压器、整流电路、第一滤波电容及第三稳压二极管，其中：

所述电源芯片的第一引脚输出正相脉冲信号，所述第一推挽式电路的第一端与所述电源芯片的第一引脚相连，所述第一推挽式电路的第二端与所述负载工作电路的单电源端相连，所述第一推挽式电路的第三端接地，所述第一推挽式电路的第四端与所述高频变压器的正输入端相连，所述电源芯片的第二引脚输出负相脉冲信号，所述第二推挽式电路的第一端与所述电源芯片的所述第二引脚相连，所述第二推挽式电路的第二端与所述负载工作电路的单电源端相连，所述第二推挽式电路的第三端接地，所述第二推挽式电路的第四端与所述高频变压器的负输入端相连，所述高频变压器的正输出端与所述整流电路的正输入端相连，所述高频变压器的负输出端与所述整流电路的负输入端相连，所述整流电路的正输出端和负输出端均和所述第一滤波电容及所述第三稳压二极管相连，所述第三稳压二极管的正极端作为所述直流电源负端，所述第三稳压二极管的负极端作为所述直流电源正端。

本申请提供了一种安全保护电路，包括：温度检测电路，用于获取负载的温度；与温度检测电路相连的软控制模块，用于当温度大于预设温度阈值时，通过改变用于控制负载启停的控制信号来控制负载停止运行；与温度检测电路相连的硬控制模块，用于当温度大于预设温度阈值时，切断为负载供电的电源线路，以控制负载停止运行；硬控制模块包括第一比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管、第二开关管，第一开关管高电平导通，第二开关管低电平导通，其中：第一比较器的反相输入端与表征温度的电压值相连，第一比较器的正相输入端与表征预设温度阈值的第一预设电压阈值相连，第一比较器的输出端与第一电阻的第一端及第二电阻的第一端相连，第一比较器的负电源端接地，第一比较器的正电源端与电源相连，第一电阻的第二端与第一比较器的正电源端及电源相连，第二电阻的第二端与第三电阻的第一端及第一开关管的控制端相连，第三电阻的第二端及第一开关管的第一端接地，第一开关管的第二端与第二开关管的控制端相连，第二开关管的第一端接入电源，第二开关管的第二端与负载工作电路的单电源端相连。

本申请公开的上述技术方案，利用温度检测电路检测负载的温度，并利用软控制模块在负载的温度大于预设温度阈值时通过控制信号控制负载停止运行，以从软件方面实现对负载进行过温保护，且利用硬控制模块在负载的温度大于预设温度阈值时切断为负载供电的电源线路，以使得负载无电源供应而停止运行，从而从硬件方面实现对负载进行过温保护，也就是说，本申请可以从软硬件两个方面实现对负载的过温保护，从而可以提高负载及相关器件运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种安全保护电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种安全保护电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的数字输出控制及反馈电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，其中，图1示出了本申请实施例提供的一种安全保护电路的结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的另一种安全保护电路的结构示意图。本申请实施例提供的一种安全保护电路，可以包括：

温度检测电路1，用于获取负载的温度；

与温度检测电路1相连的软控制模块2，用于当温度大于预设温度阈值时，通过改变用于控制负载启停的控制信号来控制负载停止运行；

与温度检测电路1相连的硬控制模块3，用于当温度大于预设温度阈值时，切断为负载供电的电源线路，以控制负载停止运行；

硬控制模块3可以包括第一比较器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一开关管Q1、第二开关管Q2，第一开关管Q1高电平导通，第二开关管Q2低电平导通，其中：

第一比较器U1的反相输入端与表征温度的电压值相连，第一比较器U1的正相输入端与表征预设温度阈值的第一预设电压阈值相连，第一比较器U1的输出端与第一电阻R1的第一端及第二电阻R2的第一端相连，第一比较器U1的负电源端接地，第一比较器U1的正电源端与电源相连，第一电阻R1的第二端与第一比较器U1的正电源端及电源相连，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端及第一开关管Q1的控制端相连，第三电阻R3的第二端及第一开关管Q1的第一端接地，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的控制端相连，第二开关管Q2的第一端接入电源，第二开关管Q2的第二端与负载工作电路的单电源端相连。

考虑到负载在运行过程中其温度会随一些因素的影响而发生变化，当其温度高于一定值时不仅会造成负载发生损坏，而且可能会导致其他元器件发生损坏，甚至可能会导致安全事故的发生，为此本申请设置一包含有温度检测电路1、软控制模块2及硬控制模块3的安全保护电路，以实现对负载的过温保护。

具体地，温度检测电路1可以获取负载的温度；与温度检测电路1相连的软控制模块2可以接收温度检测电路1检测到的负载的温度，并将负载的温度与预设温度阈值（该预设温度阈值可以根据负载的特性进行设置）进行比较，若负载的温度未大于预设温度阈值，则软控制模块2可以通过改变用于控制负载启停的控制信号来控制负载进行运行，若负载的温度大于预设温度阈值，则软控制模块2可以通过改变用于控制负载启停的控制信号来控制负载停止运行，以从软件方面实现对负载的过温保护，从而保证负载及相关器件运行的安全性；与温度检测电路1相连的硬控制模块3接收温度检测电路1检测到的负载的温度，并将负载的温度与预设温度阈值进行比较，若负载的温度未大于预设温度阈值，则硬控制模块3不会切断为负载供电的电源线路，以使得负载有电源供应而可以进行运行，若负载的温度大于预设温度阈值，则硬控制模块3切断为负载供电的电源线路，以控制负载停止运行，从而从硬件方面实现对负载的过温保护，进而保证负载及相关器件运行的安全性。另外，从软件和硬件两个方面实现对负载的过温保护还可以在软控制模块2失效或故障时通过硬控制模块3来对负载进行保护，或者在硬控制模块3故障时通过软控制模块2来对负载进行保护，即可以提高负载过温保护的可靠性。

在上述过程中，温度检测电路1可以将负载的温度转换为负载的电压，并可以利用软控制模块2和硬控制模块3将负载的电压和与预设温度阈值对应的第一预设电压阈值进行比较而实现对负载的过温保护。具体地，温度检测电路1可以包括第十三电阻R13、热敏电阻RT，第十三电阻R13的第一端与电源（即图中的VDD）相连，第十三电阻R13的第二端与热敏电阻RT的第一端、软控制模块2（即图中所示的控制单元）及硬控制模块3相连，热敏电阻RT的第二端接地，且热敏电阻RT可以放置在负载的内部，以实现对负载温度变化的感应，其中，第十三电阻R13和热敏电阻RT通过上述连接方式组成分压电路，此时，电源的电压VDD将被分压成AD_N电压（该AD_N电压即为负载的温度对应的电压值），该AD_N电压一端接入软控制模块2，一端接入硬控制模块3，需要说明的是，本申请以正温度系数热敏电阻（此时，负载的温度越高，AD_N电压越高）为例进行说明，当然，也可以采用负温度系数热敏电阻进行实现（此时，负载的温度越高，AD_N电压越低）。另外，与预设温度阈值对应的第一预设电压阈值也可以通过分压电路进行实现，具体地，可以由第十四电阻R14、第十五电阻R15构成，其中，第十四电阻R14的第一端与电源相连，第十四电阻R14的第二端与第十五电阻R15的第一端、软控制模块2（即为控制单元）及硬控制模块3相连，第十五电阻R15的第二端接地，通过该分压电路可以将电源的电压VDD分压成AD_P电压（该AD_P电压即为预设温度阈值对应的第一预设电压阈值），该AD_P电压一端接入软控制模块2，一端接入硬控制模块3。

当预设温度阈值大于负载的温度时，AD_P电压大于AD_N电压，此时，软控制模块2的控制信号可以改变为高电平，以控制负载进行运行，硬控制模块3不切断为负载供电的电源线路，以使得负载有电源供应而可以进行运行；当负载的温度大于预设温度阈值时，AD_P电压小于AD_N电压，此时，软控制模块2的控制信号可以改变为低电平，以控制负载停止运行，硬控制模块3切断为负载供电的电源线路，以控制负载停止运行。另外，软控制模块2在通过电压采集输入口采集AD_P电压和AD_N电压之后，可以通过内部运算实时得出负载的温度，以达到监测负载的温度变化的目的。

其中，在硬控制模块3中，第一比较器U1的反相输入端接入AD_N电压，第一比较器U1的正相输入端接入AD_P电压，若预设温度阈值大于负载的温度，即若AD_P电压大于AD_N电压，第一比较器U1将输出高电平，此时，第一开关管Q1（图中以NPN型三极管为例进行说明）导通，且第一开关管Q1的集电极与发射极电位相同，均为零点位，导致第二开关管Q2（图中以PMOS管为例进行说明）导通，这时电源这一端（即图中的VDD一端）将与负载工作电路的单电源端（即图中的VCC一端）相接通，为负载工作电路、电源电路及后续电路的供电提供保障和可能性；若负载的温度大于预设温度阈值，即若AD_N电压大于AD_P电压，第一比较器U1将输出低电平，此时，第一开关管Q1截止，导致第二开关管Q2截止，这时电源这一端将与负载工作电路的单电源端断开连接，后级所有电源将无法工作，整个系统包括负载将停止运行。

在本申请所提供的硬控制模块3中，第一电阻R1作为上拉电阻，初始状态时使第一开关管Q1处于导通状态，从而使得第二开关管Q2的控制端接地，此时，第二开关管Q2处于导通状态，VCC约等于VDD，电源接通，整个系统将正常供电，并开始工作。

本申请公开的上述技术方案，利用温度检测电路检测负载的温度，并利用软控制模块2在负载的温度大于预设温度阈值时通过控制信号控制负载停止运行，以从软件方面实现对负载进行过温保护，且利用硬控制模块3在负载的温度大于预设温度阈值时切断为负载供电的电源线路，以使得负载无电源供应而停止运行，从而从硬件方面实现对负载进行过温保护，也就是说，本申请可以从软硬件两个方面实现对负载的过温保护，从而可以提高负载及相关器件运行的安全性。

参见图3，其示出了本申请实施例提供的数字输出控制及反馈电路的结构示意图。本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括用于对控制信号的状态进行反馈并通过控制信号对负载的启停进行控制的信号状态反馈及负载控制电路，信号状态反馈及负载控制电路可以包括第四电阻R4、第一光电耦合器S1、第一提示器、驱动器U0、第三开关管Q3、第五电阻R5，其中：

第四电阻R4的第一端接入控制信号，第四电阻R4的第二端与第一光电耦合器S1中的发光源的第一端相连，第一提示器的第一端与第一光电耦合器S1中的发光源的第二端相连，第一提示器的第二端接地，第一光电耦合器S1中的感光三极管的第一端与直流电源正端UO+相连，第一光电耦合器S1中的感光三极管的第二端与驱动器U0的输入端相连，驱动器U0的输出端与第三开关管Q3的控制端相连，驱动器U0的电源端与直流电源正端UO+相连，驱动器U0的接地端与直流电源负端UO-相连，第三开关管Q3的第一端与高电压信号相连、第三开关管Q3的第二端与负载的第一端相连，负载的第二端与直流电源负端UO-相连，第一光电耦合器S1中的感光三极管的第二端还与第五电阻R5的第一端相连，第五电阻R5的第二端与负载的第二端及直流电源负端UO-相连；

当驱动器U0的输入端输入高电平信号时，第三开关管Q3导通。

本申请所提供的安全保护电路可以包括数字输出控制及反馈电路，其中，该数字输出控制及反馈电路可以包括用于对软控制模块2输出的控制信号的状态进行反馈并通过控制信号对负载的启停进行控制的信号状态反馈及负载控制电路。

在信号状态反馈及负载控制电路中，当软控制模块2的DO信号端输出的控制信号为高电平时，第一提示器（图中以LED1为例进行说明，此时，LED将发光，当然，也可以其他指示灯或者蜂鸣器等作为提示器）将进行提示，表示有数字信号输出，此时，第一光电耦合器S1将启动，第一光电耦合器S1中的感光三极管将导通，直流电源正端UO+将接入到第十六电阻R16（第十六电阻R16起到限流作用）的第一端，该第十六电阻R16的第一端分别与第一光电耦合器S1中的感光三极管的第二端相连，该第十六电阻R16的第二端与驱动器U0的输入端相连，这时高电平信号将直接输入到驱动器U0的输入端，促使驱动器U0的输出端输出大电流高电平信号，经过起限流作用的第十七电阻R17限流之后，驱动第三开关管Q3导通，高电压信号HV_DO将通过第三开关管Q3的第一端和第二端形成开关，再经过高精密采样电阻RJ接入负载，使负载得电。当软控制模块2的DO信号端输出控制信号为低电平时，第一光电耦合器S1将截止，第一提示器停止工作，驱动器U0不工作，负载将不工作或停止运行。

由上述可知，不仅可以通过软控制模块2的DO信号端输出的控制信号实现对负载运行启停的控制，而且可以通过所设置的第一提示器实时反馈软控制模块2所输出的控制信号的状态，同时可以利用第一光电耦合器S1起到前端低压控制和后端高压负载电路的电气隔离，增强了系统电路的可靠性和安全性。

其中，在上述电路中，直流电源正端UO+和直流电源负端UO-可以使驱动器U0处于工作状态。另外，本申请以第三开关管Q3为NMOS管且驱动器U0为同向高速MOSFET驱动器为例进行说明，且此处的NMOS管可以选用SPB11N60S5，同向高速MOSFET驱动器选用TPS2829，其开关频率高，效率好，当然，也可以选用PMOS管代替NMOS管，只需将同向高速MOSFET驱动器更换成反向高速MOSFET驱动器TPS2828即可。

本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括过流保护电路，过流保护电路可以包括第二比较器U2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1，其中：

第二比较器U2的正电源端与直流电源正端UO+相连，第二比较器U2的负电源端与直流电源负端UO-相连，第二比较器U2的正相输入端与第二预设电压阈值相连，第二比较器U2的反相输入端与第九电阻R9的第一端相连，第九电阻R9的第二端与第一电容C1的第一端相连，第一电容C1的第二端与直流电源负端UO-相连，第八电阻R8的第一端与负载的第一端及第三开关管Q3的第二端相连，第八电阻R8的第二端与第九电阻R9的第二端及第一电容C1的第一端相连，第二比较器U2的输出端与第六电阻R6的第一端及驱动器U0的输入端相连，第六电阻R6的第二端与第七电阻R7的第一端相连，第七电阻R7的第二端与驱动器U0的输入端及第一光电耦合器S1中的感光三极管的第二端相连。

在本申请中，数字输出控制及反馈电路还可以包括过流保护电路，在该过流保护电路中，直流电源正端UO+和直流电源负端UO-可以使第二比较器U2处于工作状态。当软控制模块2的DO信号端输出的控制信号为高电平且负载得电之后，流经负载的电流I将在高精度采样电阻RJ上产生电压V-，此时，V-=RJ×I，该电压V-经过第八电阻R8和第一电容C1组成的滤波电路后，经起限流作用的第九电阻R9输入第二比较器U2的反相输入端，电压V-作为第二比较器U2的输入电压，并可以将该电压V-与接入第二比较器U2的正相输入端的第二预设电压阈值V+进行比较。其中，第二预设电压阈值可以通过第二稳压二极管V2、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21及第二电容C2提供，具体地，第二稳压二极管V2的第一端与第十八电阻R18的第一端相连，第十八电阻R18的第二端与第一光电耦合器S1中的感光三极管的第一端及直流电源正端UO+相连，第二稳压二极管V2的第二端与直流电源负端UO-相连，第十九电阻R19的第一端与第十八电阻R18的第一端及第二稳压二极管V2的第一端相连，第十九电阻R19的第二端与第二十电阻R20的第一端相连，第二十电阻R20的第二端与直流电源负端UO-相连，第二十一电阻R21的第一端与第十九电阻R19的第二端及第二十电阻R20的第一端相连，第二十一电阻R21的第二端与第二电容C2的第一端及第二比较器U2的正相输入端相连，第二电容C2的第二端与直流电源负端UO-相连，当直流电源正端UO+和直流电源负端UO-使驱动器U0和第二比较器U2处于工作状态时，此时，第二稳压二极管V2的两端将获得电压VIN，该电压VIN经第十九电阻R19和第二十电阻R20的分压后接入直流电源负端UO-，此时，第二十电阻R20的第一端获取分压电压V+（即第二预设电压阈值），此时：

该分压电压V+经第二十一电阻R21和第二电容C2组成的滤波电路后输入第二比较器U2的正相输入端，作为第二比较器U2的参考电压或比较电压（即作为第二预设电压阈值）。

在电压V-与第二预设电压阈值V+进行比较时，若第二预设电压阈值V+大于电压V-，说明通过负载的电流未超过极限值，负载将正常工作；若第二预设电压阈值V+小于电压V-，说明通过负载的电流I已经超过极限值，此时，第二比较器U2的输出端将输出低电平，促使驱动器U0的输入端为低电平信号，这将导致驱动器U0的输出端输出低电平，以使得第三开关管Q3关闭，使负载断电停止运行，起到过流保护的作用。

本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括状态保持电路，状态保持电路可以包括第十电阻R10、第四开关管Q4，第四开关管Q4低电平导通，其中：

第十电阻R10的第一端与第二比较器U2的反相输入端及第九电阻R9的第一端相连，第十电阻R10的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，第四开关管Q4的控制端与第六电阻R6的第二端及第七电阻R7的第一端相连，第四开关管Q4的第二端与驱动器U0的输入端、第七电阻R7的第二端及第一光电耦合器S1中的感光三极管的第二端相连。

在本申请中，数字输出控制及反馈电路还可以包括状态保持电路，当软控制模块2的DO信号端输出的控制信号为高电平时，不仅直流电源正端UO+会接入到第十六电阻R16的第一端，而且第四开关管Q4（图中以PNP三极管为例进行说明）被截止，此时，高电平信号直接输入驱动器U0的输入端而使第三开关管Q3导通。在第二预设电压阈值V+小于电压V-时，不仅负载会断电停止运行，而且第四开关管Q4会导通，使第二比较器U2的反相输入端电平持续保持拉高，此时，第三开关管Q3将处于断开状态，在故障未解决之前，将不能再次导通第三开关管Q3，从而避免负载在运行和停止运行之间出现循环的现象，进而保证负载的安全性。

本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括负载状态反馈电路，负载状态反馈电路可以包括第一稳压二极管V1、第十一电阻R11、第二光电耦合器S2、第二提示器、第十二电阻R12，其中：

第一稳压二极管V1的第一端与第三开关管Q3的第一端及高压电信号相连，第一稳压二极管V1的第二端与第十一电阻R11的第一端相连，第十一电阻R11的第二端与第二光电耦合器S2中的发光源的第一端相连，第二光电耦合器S2中的发光源的第二端与直流电源正端UO+及第一光电耦合器S1中的感光三极管的第一端相连，第二光电耦合器S2中的感光三极管的第一端与电源相连，第二光电耦合器S2中的感光三极管的第二端与软控制模块2及第二提示器的第一端相连，第二提示器的第二端与第十二电阻R12的第一端相连，第十二电阻R12的第二端接地。

在本申请中，数字输出控制及反馈电路还可以包括负载状态反馈电路。当软控制模块2的DO信号端输出的控制信号为高电平且第二预设电压阈值V+大于电压V-，以使负载正常工作时，第二光电耦合器S2将启动，此时，第二光电耦合器S2中的感光三极管将导通，第二提示器将正常工作（其中，图中以LED2为例进行说明，此时，LED将发光，当然，也可以其他指示灯或者蜂鸣器等作为提示器），软控制模块2将接收到信号DO_FB为高电平，表示此时负载正常工作，无过流现象；在第二预设电压阈值V+小于电压V-且第四开关管Q4导通而使第三开关管Q3截止时，第二光电耦合器S2将截止，此时，第二提示器将无法正常工作，软控制模块2将接收到信号DO_FB为低电平，表明复杂不正常工作，有过流现象。当软控制模块2的DO信号端输出的控制信号为低电平时，不仅第一光电耦合器S1截止、第一提示器不工作，而且第二光电耦合器S2也截止，第二提示器将熄灭，软控制模块2接收到信号DO_FB也为低电平。

本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括压敏电阻RV，压敏电阻RV的第一端与高电压信号、第三开关管Q3的第一端及第一稳压二极管V1的第一端相连，压敏电阻RV的第二端与直流电源负端UO-相连。

在本申请中，数字输出控制及反馈电路还可以包括用于作为过压保护元件的压敏电阻RV，通过压敏电阻RV对负载的电压起到钳位的作用，具体将负载的电压钳位在压敏电阻RV的限定值内。

在第二预设电压阈值V+大于电压V-且接入负载的高电压信号HV_DO不超过压敏电阻RV的限定值时，负载将正常工作，此时，第二提示器将正常工作，软控制模块2将接收到信号DO_FB为高电平，表明此时负载正常工作，无过压过流现象。

参见图4，其示出了本申请实施例提供的电源电路的结构示意图。本申请实施例提供的一种安全保护电路，还可以包括电源电路，电源电路可以包括电源芯片U3、第一推挽式电路、第二推挽式电路、高频变压器T1、整流电路、第一滤波电容C6及第三稳压二极管V3，其中：

电源芯片U3的第一引脚输出正相脉冲信号，第一推挽式电路的第一端与电源芯片U3的第一引脚相连，第一推挽式电路的第二端与负载工作电路的单电源端相连，第一推挽式电路的第三端接地，第一推挽式电路的第四端与高频变压器T1的正输入端相连，电源芯片U3的第二引脚输出负相脉冲信号，第二推挽式电路的第一端与电源芯片U3的第二引脚相连，第二推挽式电路的第二端与负载工作电路的单电源端相连，第二推挽式电路的第三端接地，第二推挽式电路的第四端与高频变压器T1的负输入端相连，高频变压器T1的正输出端与整流电路的正输入端相连，高频变压器T1的负输出端与整流电路的负输入端相连，整流电路的正输出端和负输出端均和第一滤波电容C6及第三稳压二极管V3相连，第三稳压二极管V3的正极端作为直流电源负端UO-，第三稳压二极管V3的负极端作为直流电源正端UO+。

在本申请所提供的安全保护电路中，还可以包括电源电路，该电源电路的核心是电源芯片U3，其选用NXP产家的HEF4047BT，该芯片由集成了逻辑技术的栅极非稳态多谐振荡器组成，允许通过再触发和外部计数选择实现正沿或负沿触发的单稳态多谐振荡器动作。根据规格书可知，当该电源芯片U3的4、5、6、14引脚接供电电源正端，7、8、9、12引脚接供电电源负端时，该电源芯片U3工作在自由运行模式，引脚10（即对应提及的电源芯片U3的第一引脚）和引脚11（即对应提及的电源芯片U3的第二引脚）分别输出幅值相同、方向相反，周期T=4.4*R1*C1的脉冲信号，在本申请中，与电源芯片U3的2引脚相连的第二十二电阻R22选择10kΩ，第三电容C3选择100pF，则输出脉冲信号的频率为

。

在电源电路中，电源芯片U3的引脚10输出正相脉冲信号，经第二十三电阻R23和第四电容C4组成的滤波电路后，输入到由第五开关管Q5（第五开关管Q5高电平导通，图中以NPN型三极管为例进行说明）和第六开关管Q6（第六开关管Q6低电平导通，图中以PNP型三极管为例进行说明）组成的第一推挽式电路中，当脉冲信号为正电平时，第五开关管Q5导通、第六开关管Q6截止，电平DRIVE_P为高电平，电压幅值约等于负载工作电路的单电源端电压VCC；当脉冲信号为低电平时，第五开关管Q5截止、第六开关管Q6导通，电平DRIVE_N为低电平，电压幅值约等于零电压0V。

此时，高频变压器T1的左侧产生幅值约为VCC、频率约为225kHz的正相脉冲电压。其中，第一双向二极管D1主要作用是钳位，将脉冲电压信号钳位在VCC和0V之间。

在电源电路中，电源芯片U3的引脚11输出负相脉冲信号，经第二十四电阻R24和第五电容C5组成的滤波电路后，输入到由第七开关管Q7（第七开关管Q7高电平导通，图中以NPN型三极管为例进行说明）和第八开关管Q8（第八开关管Q8低电平导通，图中以PNP型三极管为例进行说明）组成的第二推挽式电路中，当脉冲信号为正电平时，第七开关管Q7导通、第八开关管Q8截止，电平DRIVE_P为高电平，电压幅值约等于负载工作电路的单电源端电压VCC；当脉冲信号为低电平时，第七开关管Q7截止、第八开关管Q8导通，电平DRIVE_N为低电平，电压幅值约等于零电压0V。

此时，高频变压器T1的左侧产生幅值约为VCC、频率约为225kHz的负相脉冲电压。其中，第二双向二极管D2主要作用是钳位，将脉冲电压信号钳位在VCC和0V之间。

上述正反相脉冲电压经高频变压器T1转换成幅值不同的交流电压信号，经由整流电路（具体由第一整流管D3和第二整流管D4）的整流、第一滤波电容C6的滤波、第三稳压二极管V3的稳压后，转换成上述数字输出控制及反馈电路所需的平稳电源电压分别为直流正端电压和直流负端电压。

在电源电路中，电源芯片U3的4、5、6、14引脚接供电电源正端，通过单电源端VCC接第三双向二极管D5和第一耦合电容C7，在本申请中，第三双向二极管D5选用BAT54S，第一耦合电容C7选用1uF，再经过第二滤波电容C8，以实现电源芯片U3的4、5、6、14引脚正电源供电。

在电源电路中，电源芯片U3的7、8、9、12引脚接供电电源负端，通过零电压0V接第四双向二极管D6和第二耦合电容C9，在本申请中，第四双向二极管D6选用BAT54S，第二耦合电容C9选用1uF，再经过第三滤波电容C10，以实现芯片的7、8、9、12引脚负电源供电。

上述电源电路采用单电源推挽式电路搭建而成，采用高频变压器T1，并通过整流、稳压、滤波等步骤，实现电源的稳定输出，前级的单电源不仅为软控制模块2提供必需的电压，而且通过变压器实现为后级数字输出控制及反馈电路提供电源，保证系统供电安全。

另外，本申请所提供的安全保护电路可制作成模块电路，具有移植性和复制性，并且可以搭接其他控制单元，在同一电源电路供电情形下可多重复制数字输出控制及反馈电路，用于工业生产中的多通道数字量控制多款大功率负载有序运行，提高了该系统电路的经济性和实用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种安全保护电路，其特征在于，包括：

温度检测电路，用于获取负载的温度；

与所述温度检测电路相连的软控制模块，用于当所述温度大于预设温度阈值时，通过改变用于控制所述负载启停的控制信号来控制所述负载停止运行；

与所述温度检测电路相连的硬控制模块，用于当所述温度大于所述预设温度阈值时，切断为所述负载供电的电源线路，以控制所述负载停止运行；

所述硬控制模块包括第一比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管、第二开关管，所述第一开关管高电平导通，所述第二开关管低电平导通，其中：

所述第一比较器的反相输入端与表征所述温度的电压值相连，所述第一比较器的正相输入端与表征所述预设温度阈值的第一预设电压阈值相连，所述第一比较器的输出端与所述第一电阻的第一端及所述第二电阻的第一端相连，所述第一比较器的负电源端接地，所述第一比较器的正电源端与电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一比较器的正电源端及所述电源相连，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端及所述第一开关管的控制端相连，所述第三电阻的第二端及所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的控制端相连，所述第二开关管的第一端接入所述电源，所述第二开关管的第二端与负载工作电路的单电源端相连。

2.根据权利要求1所述的安全保护电路，其特征在于，还包括用于对所述控制信号的状态进行反馈并通过所述控制信号对所述负载的启停进行控制的信号状态反馈及负载控制电路，所述信号状态反馈及负载控制电路包括第四电阻、第一光电耦合器、第一提示器、驱动器、第三开关管、第五电阻，其中：

所述第四电阻的第一端接入所述控制信号，所述第四电阻的第二端与所述第一光电耦合器中的发光源的第一端相连，所述第一提示器的第一端与所述第一光电耦合器中的发光源的第二端相连，所述第一提示器的第二端接地，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第一端与直流电源正端相连，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端与所述驱动器的输入端相连，所述驱动器的输出端与所述第三开关管的控制端相连，所述驱动器的电源端与所述直流电源正端相连，所述驱动器的接地端与直流电源负端相连，所述第三开关管的第一端与高电压信号相连、所述第三开关管的第二端与负载的第一端相连，所述负载的第二端与所述直流电源负端相连，所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端还与所述第五电阻的第一端相连，所述第五电阻的第二端与所述负载的第二端及所述直流电源负端相连；

当所述驱动器的输入端输入高电平信号时，所述第三开关管导通。

3.根据权利要求2所述的安全保护电路，其特征在于，还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括第二比较器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容，其中：

所述第二比较器的正电源端与所述直流电源正端相连，所述第二比较器的负电源端与所述直流电源负端相连，所述第二比较器的正相输入端与第二预设电压阈值相连，所述第二比较器的反相输入端与所述第九电阻的第一端相连，所述第九电阻的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述直流电源负端相连，所述第八电阻的第一端与所述负载的第一端及所述第三开关管的第二端相连，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第二端及所述第一电容的第一端相连，所述第二比较器的输出端与所述第六电阻的第一端及所述驱动器的输入端相连，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端相连，所述第七电阻的第二端与所述驱动器的输入端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端相连。

4.根据权利要求3所述的安全保护电路，其特征在于，还包括状态保持电路，所述状态保持电路包括第十电阻、第四开关管，所述第四开关管低电平导通，其中：

所述第十电阻的第一端与所述第二比较器的反相输入端及所述第九电阻的第一端相连，所述第十电阻的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的控制端与所述第六电阻的第二端及所述第七电阻的第一端相连，所述第四开关管的第二端与所述驱动器的输入端、所述第七电阻的第二端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第二端相连。

5.根据权利要求4所述的安全保护电路，其特征在于，还包括负载状态反馈电路，所述负载状态反馈电路包括第一稳压二极管、第十一电阻、第二光电耦合器、第二提示器、第十二电阻，其中：

所述第一稳压二极管的第一端与所述第三开关管的第一端及所述高压电信号相连，所述第一稳压二极管的第二端与所述第十一电阻的第一端相连，所述第十一电阻的第二端与所述第二光电耦合器中的发光源的第一端相连，所述第二光电耦合器中的发光源的第二端与所述直流电源正端及所述第一光电耦合器中的感光三极管的第一端相连，所述第二光电耦合器中的感光三极管的第一端与所述电源相连，所述第二光电耦合器中的感光三极管的第二端与所述软控制模块及所述第二提示器的第一端相连，所述第二提示器的第二端与所述第十二电阻的第一端相连，所述第十二电阻的第二端接地。

6.根据权利要求5所述的安全保护电路，其特征在于，还包括压敏电阻，所述压敏电阻的第一端与所述高电压信号、所述第三开关管的第一端及所述第一稳压二极管的第一端相连，所述压敏电阻的第二端与所述直流电源负端相连。

7.根据权利要求6所述的安全保护电路，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路包括电源芯片、第一推挽式电路、第二推挽式电路、高频变压器、整流电路、第一滤波电容及第三稳压二极管，其中：

所述电源芯片的第一引脚输出正相脉冲信号，所述第一推挽式电路的第一端与所述电源芯片的第一引脚相连，所述第一推挽式电路的第二端与所述负载工作电路的单电源端相连，所述第一推挽式电路的第三端接地，所述第一推挽式电路的第四端与所述高频变压器的正输入端相连，所述电源芯片的第二引脚输出负相脉冲信号，所述第二推挽式电路的第一端与所述电源芯片的所述第二引脚相连，所述第二推挽式电路的第二端与所述负载工作电路的单电源端相连，所述第二推挽式电路的第三端接地，所述第二推挽式电路的第四端与所述高频变压器的负输入端相连，所述高频变压器的正输出端与所述整流电路的正输入端相连，所述高频变压器的负输出端与所述整流电路的负输入端相连，所述整流电路的正输出端和负输出端均和所述第一滤波电容及所述第三稳压二极管相连，所述第三稳压二极管的正极端作为所述直流电源负端，所述第三稳压二极管的负极端作为所述直流电源正端。

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