CN112054663B - 一种低温漂过压保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温漂过压保护系统，包括：低温漂过压保护电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，将采集的实时电压转换成电流信号输出；控制电路，用于获取低温漂过压保护电路输出的电流信号，根据获取的电流信号输出脉宽调制信号；驱动电路，用于对控制电路输出的脉宽调制信号进行放大处理，输出放大处理后的脉宽调制信号；恒流源主电路，用于根据驱动电路输出的放大处理后的脉宽调制信号，调整恒流源主电路输出的空载时的电压值，使恒流源主电路输出的空载时的电压值满足设定电压阈值。本发明采用两种温度补偿手段将高低温下空载输出保护电压控制在要求范围内，解决了高低温下空载输出保护电压变化较大的问题。

Description

一种低温漂过压保护系统
技术领域
本发明属于保护电路技术领域，尤其涉及一种低温漂过压保护系统。
背景技术
恒流源在空载时理论上输出电压为无穷大，必须对输出电压进行过压保护。现有方案通常采用如下设计：采用电阻分压采样输出电压，然后通过二极管隔离和三极管放大后控制产生PWM信号的电平，使恒流源在空载时输出电压控制在一定的电压内。
上述现有方案存在的问题在于：由于隔离二极管压降及放大用三极管BE压降具有温漂效应，在高低温下空载输出保护电压变化较大，导致现有方案只能满足常温需要，无法应用在高低温环境。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种低温漂过压保护系统，采用两种温度补偿手段将高低温下空载输出保护电压控制在要求范围内。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种低温漂过压保护系统，包括：
低温漂过压保护电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，将采集的实时电压转换成电流信号输出；
控制电路，用于获取低温漂过压保护电路输出的电流信号，根据获取的电流信号输出脉宽调制信号；
驱动电路，用于对控制电路输出的脉宽调制信号进行放大处理，输出放大处理后的脉宽调制信号；
恒流源主电路，用于根据驱动电路输出的放大处理后的脉宽调制信号，调整恒流源主电路输出的空载时的电压值，使恒流源主电路输出的空载时的电压值满足设定电压阈值。
在上述低温漂过压保护系统中，低温漂过压保护电路，包括：第一输出采样电阻R1、第二输出采样电阻R2、隔离二极管D1、温度补偿二极管D2、稳压管Z1和三极管Q1；
第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2依次连接；其中，第一输出采样电阻R1与恒流源主电路的输出端连接；
三极管Q1的基极与隔离二极管D1连接，通过隔离二极管D1接入A点；其中，A点位于稳压管Z1与温度补偿二极管D2之间；
三极管Q1D的集电极与控制电路连接。
在上述低温漂过压保护系统中，
第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2依次连接构成的第一电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，输出A点电位信号；
三极管Q1与隔离二极管D1连接构成的第二电路，用于采集得到第一电路输出的A点电位信号，当A点电位信号高于隔离二极管D1正向压降和三极管Q1的基极与发射极压降之和时，三极管Q1进入放大状态，根据三极管Q1基极电流和放大倍数确定三极管Q1的集电极电流，将三极管Q1的集电极电流输出至控制电路。
在上述低温漂过压保护系统中，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，A点电位表示如下：
I1×R2′+Vf_D2
其中，I1表示流过第二输出采样电阻R2的电流，R2′表示第二输出采样电阻R2的阻值，Vf_D2表示温度补偿二极管D2的正向压降。
在上述低温漂过压保护系统中，控制电路，用于：
采集得到三极管Q1的集电极电流；
将采集得到的三极管Q1的集电极电流转换为控制电压信号；
将控制电压信号作为脉宽调制输出的占空比的控制信号，输出脉宽调制信号。
在上述低温漂过压保护系统中，三极管Q1的基极电压表示如下：
V_Q1_B＝Vf_D2+V_R2-Vf_D1
其中，V_Q1_B表示三极管Q1的基极电压，V_R2表示第二输出采样电阻R2两端的电压，Vf_D1表示隔离二极管D1的正向压降。
在上述低温漂过压保护系统中，忽略隔离二极管D1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2，只考虑第一输出采样电阻R1、稳压管Z1和三极管Q1时，三极管Q1的基极电流表示如下：
I_Q1_B＝(Vo-V_Z1-V_Q1_B)/R1′
其中，I_Q1_B表示三极管Q1的基极电流，Vo表示空载时的实时电压，V_Z1表示稳压管Z1的稳压值，R1′表示第一输出采样电阻R1的阻值。
在上述低温漂过压保护系统中，
隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的正向导通压降温漂一致。
在上述低温漂过压保护系统中，
稳压管Z1稳压值的温漂和三极管Q1的基极与发射极电压的温漂幅值相等，符号相反。
在上述低温漂过压保护系统中，
第一输出采样电阻R1和第二输出采样电阻R2的阻值根据设定电压阈值设置。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种低温漂过压保护系统，采用两种温度补偿手段将高低温下空载输出保护电压控制在要求范围内，解决了高低温下空载输出保护电压变化较大的问题，且具有电路简单、元器件获取性高、成本低等优点。
(2)在本发明中，当稳压管Z1导通时，电流通过第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、第二输出采样电阻R2和温度补偿二极管D2，A点电位升高，当A点的电位升高到使三极管Q1工作在放大状态时，将三极管Q1的集电极电位箝位在一定的电压上，达到控制输出电压稳定在要求的电压上的目的，可有效降低温度变化对电路的影响。
(3)在本发明中，隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的正向导通压降温漂一致；稳压管Z1稳压值的温漂和三极管Q1的基极与发射极电压的温漂幅值相等，符号相反；可降低甚至消除二极管正向压降及三极管基极与发射极电压温漂对电路影响。
附图说明
图1是本发明实施例中一种低温漂过压保护系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该低温漂过压保护系统，包括：
低温漂过压保护电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，将采集的实时电压转换成电流信号输出。
控制电路，用于获取低温漂过压保护电路输出的电流信号，根据获取的电流信号输出脉宽调制信号。
驱动电路，用于对控制电路输出的脉宽调制信号进行放大处理，输出放大处理后的脉宽调制信号。其中，放大处理后的脉宽调制信号具有驱动恒流源主电路主振管的能力。
恒流源主电路，用于根据驱动电路输出的放大处理后的脉宽调制信号，调整恒流源主电路输出的空载时的电压值，使恒流源主电路输出的空载时的电压值满足设定电压阈值。
在本实施例中，低温漂过压保护电路具体可以包括：第一输出采样电阻R1、第二输出采样电阻R2、隔离二极管D1、温度补偿二极管D2、稳压管Z1和三极管Q1。其中，第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2依次连接；第一输出采样电阻R1与恒流源主电路的输出端连接；三极管Q1的基极与隔离二极管D1连接，通过隔离二极管D1接入A点；三极管Q1D的集电极与控制电路连接；A点位于稳压管Z1与温度补偿二极管D2之间。
优选的，第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2依次连接构成的第一电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，输出A点电位信号。三极管Q1与隔离二极管D1连接构成的第二电路，用于采集得到第一电路输出的A点电位信号，当A点电位信号高于隔离二极管D1正向压降和三极管Q1的基极与发射极压降之和时，三极管Q1进入放大状态，根据三极管Q1基极电流和放大倍数确定三极管Q1的集电极电流，将三极管Q1的集电极电流输出至控制电路。
进一步优选的，控制电路，具体可以用于：采集得到三极管Q1的集电极电流；将采集得到的三极管Q1的集电极电流转换为控制电压信号；将控制电压信号作为脉宽调制输出的占空比的控制信号，输出脉宽调制信号。
在本实施例中，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，电路中有电流I1流过，则A点电位表示如下：
I1×R2′+Vf_D2···(1)
其中，I1表示流过第二输出采样电阻R2的电流，R2′表示第二输出采样电阻R2的阻值，Vf_D2表示温度补偿二极管D2的正向压降。
进一步的，三极管Q1的基极电压表示如下：
V_Q1_B＝Vf_D2+V_R2-Vf_D1···(2)
如果隔离二极管D1和温度补偿二极管D2正向压降的温漂相同，根据上述式(2)，隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的温漂互相抵消，隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的温漂对三极管Q1的基极电位无影响。
其中，V_Q1_B表示三极管Q1的基极电压，V_R2表示第二输出采样电阻R2两端的电压，Vf_D1表示隔离二极管D1的正向压降。
更进一步的，若忽略隔离二极管D1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2，只考虑第一输出采样电阻R1、稳压管Z1和三极管Q1，则三极管Q1的基极电流表示如下：
I_Q1_B＝(Vo-V_Z1-V_Q1_B)/R1′···(3)
如果选取稳压管Z1稳压值的温漂和三极管Q1的基极与发射极电压的温漂幅值相同，符号相反，则根据上述式(3)，这稳压管Z1和三极管Q1的温漂互相抵消，消除了器件温漂对电路的影响。
其中，I_Q1_B表示三极管Q1的基极电流，Vo表示空载时的实时电压，V_Z1表示稳压管Z1的稳压值，R1′表示第一输出采样电阻R1的阻值。
如前所述，隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的正向导通压降温漂一致；稳压管Z1稳压值的温漂和三极管Q1的基极与发射极电压的温漂幅值相等，符号相反；可降低甚至消除二极管正向压降及三极管基极与发射极电压温漂对电路影响。
在本实施例中，第一输出采样电阻R1和第二输出采样电阻R2的阻值可以根据设定电压阈值来具体设置，设置原理如下：通过调节第一输出采样电阻R1和第二输出采样电阻R2的阻值，可以控制A点电位、三极管Q1的集电极电位，进而得到目标脉宽调制占空比，实现空载电压为设定电压阈值的目的。
由上可知，本申请所述的低温漂过压保护系统的保护控制原理如下：
第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2串联后连接在恒流源主电路的输出电压(恒流源主电路输出的空载时的实时电压)两端，将输出电压采样信号通过隔离二极管D1后送到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接到控制电路，控制电路输出的脉宽调制信号经由驱动电路放大处理后，实现对恒流源主电路输出电压的控制。
正常情况下，恒流源主电路的输出电压低于稳压管Z1的稳压值，三极管Q1的基极电位为0，当恒流源主电路的负载变小直至空载时，输出电压升高，当输出电压升高使稳压管Z1导通时，三极管Q1的基极电位升高，三极管Q1工作在放大状态，并将Q1的集电极电位箝位在一定的电压(设定电压阈值)上，达到控制输出电压稳定在要求的电压上的目的，可有效降低温度变化对电路的影响。
进一步的，为解决温漂问题，利用与隔离二极管D1同规格的温度补偿二极管D2将隔离二极管D1的正向导通压降温漂补偿回来，利用温度补偿二极管D2将三极管Q1的BE极导通压降温漂补偿回来，使三极管Q1工作在放大状态与输出电压的关系在高低温下保持一致，达到空载输出电压温度变化小的目的。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种低温漂过压保护系统，其特征在于，包括：
低温漂过压保护电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，将采集的实时电压转换成电流信号输出；
控制电路，用于获取低温漂过压保护电路输出的电流信号，根据获取的电流信号输出脉宽调制信号；
驱动电路，用于对控制电路输出的脉宽调制信号进行放大处理，输出放大处理后的脉宽调制信号；
恒流源主电路，用于根据驱动电路输出的放大处理后的脉宽调制信号，调整恒流源主电路输出的空载时的电压值，使恒流源主电路输出的空载时的电压值满足设定电压阈值；
其中：
低温漂过压保护电路，包括：第一输出采样电阻R1、第二输出采样电阻R2、隔离二极管D1、温度补偿二极管D2、稳压管Z1和三极管Q1；隔离二极管D1和温度补偿二极管D2的正向导通压降温漂一致；稳压管Z1稳压值的温漂和三极管Q1的基极与发射极电压的温漂幅值相等，符号相反；
第一输出采样电阻R1、稳压管Z1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2依次连接构成第一电路，用于采集恒流源主电路输出的空载时的实时电压，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，输出A点电位信号；其中，第一输出采样电阻R1与恒流源主电路的输出端连接，A点位于稳压管Z1与温度补偿二极管D2之间；
三极管Q1的基极与隔离二极管D1连接，通过隔离二极管D1接入A点；三极管Q1的集电极与控制电路连接；其中，三极管Q1与隔离二极管D1连接构成的第二电路，用于采集得到第一电路输出的A点电位信号，当A点电位信号高于隔离二极管D1正向压降和三极管Q1的基极与发射极压降之和时，三极管Q1进入放大状态，根据三极管Q1基极电流和放大倍数确定三极管Q1的集电极电流，将三极管Q1的集电极电流输出至控制电路。
2.根据权利要求1所述的低温漂过压保护系统，其特征在于，当空载时的实时电压高于稳压管Z1的稳压值与温度补偿二极管D2正向导通压降时，A点电位表示如下：
I1×R2′+Vf_D2
其中，I1表示流过第二输出采样电阻R2的电流，R2′表示第二输出采样电阻R2的阻值，Vf_D2表示温度补偿二极管D2的正向压降。
3.根据权利要求1所述的低温漂过压保护系统，其特征在于，控制电路，用于：
采集得到三极管Q1的集电极电流；
将采集得到的三极管Q1的集电极电流转换为控制电压信号；
将控制电压信号作为脉宽调制输出的占空比的控制信号，输出脉宽调制信号。
4.根据权利要求2所述的低温漂过压保护系统，其特征在于，三极管Q1的基极电压表示如下：
V_Q1_B＝Vf_D2+V_R2-Vf_D1
其中，V_Q1_B表示三极管Q1的基极电压，V_R2表示第二输出采样电阻R2两端的电压，Vf_D1表示隔离二极管D1的正向压降。
5.根据权利要求4所述的低温漂过压保护系统，其特征在于，忽略隔离二极管D1、温度补偿二极管D2和第二输出采样电阻R2，只考虑第一输出采样电阻R1、稳压管Z1和三极管Q1时，三极管Q1的基极电流表示如下：
I_Q1_B＝(Vo-V_Z1-V_Q1_B)/R1′
其中，I_Q1_B表示三极管Q1的基极电流，Vo表示空载时的实时电压，V_Z1表示稳压管Z1的稳压值，R1′表示第一输出采样电阻R1的阻值。
6.根据权利要求1所述的低温漂过压保护系统，其特征在于，
第一输出采样电阻R1和第二输出采样电阻R2的阻值根据设定电压阈值设置。
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