CN112491005B - 一种“28v/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路。采用信号调理电路将电流检测信号转换到比较器电路可采集的范围，通过比较器电路将电流采样信号与预设的短路保护阈值比较，当发生短路故障时，比较器输出控制快保护驱动电路，在30us内关断28V输出，同时状态锁存电路实现状态锁存。故障排除后，仅需由上位机发出解锁信号，解除锁存，电路即可恢复。具有保护速度快，可靠性高，电路可恢复的特点。

Description

一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路

技术领域

本发明涉及但不限于机载机电系统输出接口保护技术，具体涉及一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路。

背景技术

航空机电产品中，常用“28V/开”输出接口电路驱动外部设备。当外部设备发生短路或严重过载时，“28V/开”输出接口电路中流过几十甚至几百倍于额定电流的电流，对机电产品造成严重的损坏。因此有必要设计一种快速保护电路在尽可能短的时间内关断功率开关器件，保护“28V/开”输出接口电路的安全运行。

在传统的电路设计中，常用保险丝对“28V/开”输出接口电路进行过流保护，该保护方式在出现一次短路烧断保险丝后，必须更换保险丝后才能继续使用，对于航空产品而言，维修成本高且周期较长。

本发明实施例提供的可恢复快速保护电路，基于单片机C8051F502，设计了快速保护方式，在发生短路故障时，基于纯硬件电路进行快速保护，快速关断，切除负载，并在关断后进行状态锁存，待故障排除后由上位机控制复位，使得电路恢复正常状态。本发明实施例提供的可恢复快速保护电路，在硬件电路方面便于实现，故障后可恢复，维护成本较低。

发明内容

针对传统的28V/开输出接口电路保护设计存在的一次故障后需更换器件的问题，本发明实施例提出一种28V/开输出接口的可恢复快速保护电路。

本发明的目的：本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，以实现短路时保护、故障排除后电路恢复正常功能，具有保护可靠、电路可恢复等优点。

本发明的技术方案：本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路；

其中，所述信号调理电路的输出端连接到比较器电路的输入端，比较器电路的输出端分别连接到快保护驱动电路的第一输入端和状态锁存电路的输入端，状态锁存电路的输出端连接到快保护驱动电路的第二输入端，快保护驱动电路的输出端耦接到驱动电路上；

所述可恢复快速保护电路，用于通过信号调理电路将采样信号调理为比较器电路可采集到的信号，通过比较器电路对采样信号的比较处理，在短路时实现输出信号的翻转，从而控制快保护驱动电路拉低驱动的驱动信号，并且控制状态锁存电路实现状态锁存。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，所述的信号调理电路采用采样电阻和运放实现；

所述采样电阻，用于将电流采样信号转换为电压采样信号；

所述运放，用于通过其比例放大将电压采样信号的幅值调理到比较器电路可采集的幅值范围。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，所述比较器电路使用单片机C8051F502内置的比较器；

将电压采样信号的幅值调理到比较器电路可采集的幅值范围，具体为：将电压采样信号的幅值调理到单片机C8051F502内置的比较器的接口范围。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，

所述比较器电路，用于将电压采样信号与预设的比较阈值进行比较，当电压采样信号的采样值超过比较阈值时，比较器电路的输出电平由低至高翻转。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，

所述比较器电路中预设的比较阈值为根据“28V/开”输出接口电路的极限值及电路的承受能力确定的。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，

所述快保护驱动电路，用于在比较器电路的输出电平翻转时，拉低驱动电路输出的“28V/开”输出接口电路的驱动信号，快速关断28V输出。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，

所述比较器电路，还用于在输出电平翻转时，产生中断信号并传输给状态锁存电路；

所述状态锁存电路，用于根据中断信号输出状态锁存信号，以控制快保护驱动电路维持驱动信号为低电平，实现状态的锁存。

可选地，如上所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路中，还包括：驱动电路；

上位机发出的驱动信号连接到驱动电路输入端，驱动电路的输出端连接到“28V/开”输出接口电路；

所述驱动电路，用于在驱动信号控制下，输出驱动电平以驱动“28V/开”输出接口电路。

本发明的有益效果：本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路；该可恢复快速保护电路，可以通过信号调理电路将采样信号调理为比较器电路可采集到的信号，通过比较器电路对采样信号的比较处理，在短路时实现输出信号的翻转，从而控制快保护驱动电路拉低驱动的驱动信号，并且控制状态锁存电路实现状态锁。本发明实施例提供的可恢复快速保护电路的关断过程完全由硬件电路完成，这样保证了故障时关断的快速性，经试验证明，短路故障发生后，该电路能在30us内完成短路保护。采用本发明提供的可恢复快速保护电路，具备过流快速保护、状态锁存、故障解除后恢复等功能，有效地保证了在直升机机电产品28V/开输出接口电路的安全性、可靠性，降低系统维护成本。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的组成框图；

图3为本发明实施例中一种快保护驱动电路的结构示意图。

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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

针对背景技术中，采用保险丝对“28V/开”输出接口电路进行过流保护，会出现一次短路烧断保险丝后，必须更换保险丝后才能继续使用问题。本发明实施例提供一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，基于单片机C8051F502，设计了快速保护方式，在发生短路故障时，基于纯硬件电路进行快速保护，快速关断，切除负载，并在关断后进行状态锁存，待故障排除后由上位机控制复位，使得电路恢复正常状态。本发明实施例提供的可恢复快速保护电路，在硬件电路方面便于实现，故障后可恢复，维护成本较低。

图1为本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的结构示意图，图2为本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的组成框图。

参照图1和图2所示，本发明实施例提出一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路。

其中，采用信号调理电路，用于将采样信号的幅值转换为比较器电路可采集的幅值范围，该比较器电路可以为内置于单片机C8051F502内中的电路。

本发明实施例中的比较器电路，用于将采样信号与预设的短路保护阈值比较，当发生短路故障时，采样信号超过保护阈值，比较器电路的输出电平由低至高翻转，一方面，控制快保护驱动电路拉低“28V/开”输出接口电路的驱动信号，关断28V输出，另一方面，控制状态锁存电路实现状态锁存。故障排除后，由上位机发出解锁信号，解除状态锁存电路的锁存状态，电路恢复。

上述“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的关断过程完全由硬件电路完成，这样保证了故障时关断的快速性，经试验证明，短路故障发生后，该电路能在30us内完成短路保护。

本发明实施例中的信号调理电路，采用采样电阻和运放实现，通过采样电阻实现电流采样信号至电压采样信号的转换，通过运放比例放大将电压采样信号的幅值调理到比较器电路可采集的幅值范围。

实际应用中，比较器电路使用单片机C8051F502的内置比较器，即将电压采样信号的幅值调理到单片机C8051F502内置的比较器电路的接口范围内。

由于比较器电路使用单片机C8051F502的内置比较器，实现电压采样信号与比较阈值的比较方式为：当电压采样信号的采样值超过比较阈值时，比较器电路的输出电平由低至高翻转，控制快保护驱动电路拉低驱动信号。

需要说明的是，比较器电路中预先设定的比较阈值为根据“28V/开”输出接口电路的极限值及电路的承受能力确定的。本发明实施例中，例如将额定电流的七倍点作为快速关断点。

本发明实施例中的快保护驱动电路，用于在比较器电路的输出电平翻转时，拉低“28V/开”输出接口电路的驱动信号，快速关断28V输出。

本发明实施例中的状态锁存电路基于单片机C8051F502比较器中断程序实现，比较器电路翻转时产生中断信号，状态锁存电路根据中断信号输出状态锁存信号，用于控制快保护驱动电路维持驱动信号为低电平，实现状态的锁存。通过状态锁存电路的锁存功能，可以保证故障排除以前“28V/开”输出接口电路的驱动信号始终为低，不随电流检测信号的变化而改变。

本发明实施例中的快保护驱动电路的输入信号为比较器电路的输出及状态锁存电路的输出，可在以上两种信号的控制下驱动晶闸管，拉低驱动信号，实现28V/开输出接口的快速切断。

进一步地，本发明实施例提供的可恢复快速保护电路，还可以包括：驱动电路；

上位机发出的驱动信号连接到驱动电路输入端，驱动电路的输出端连接到“28V/开”输出接口电路；

该述驱动电路，用于在驱动信号控制下，输出驱动电平以驱动“28V/开”输出接口电路。本发明实施例中驱动电路可以配置有有软启动及缓关断模块，在保证“28V/开”输出接口开通速度满足要求的同时，还能保证不产生过大的浪涌电流，防止对电路元件和保护装置造成损害。

本发明实施例提出的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路；该可恢复快速保护电路，可以通过信号调理电路将采样信号调理为比较器电路可采集到的信号，通过比较器电路对采样信号的比较处理，在短路时实现输出信号的翻转，从而控制快保护驱动电路拉低驱动的驱动信号，并且控制状态锁存电路实现状态锁。本发明实施例提供的可恢复快速保护电路的关断过程完全由硬件电路完成，这样保证了故障时关断的快速性，经试验证明，短路故障发生后，该电路能在30us内完成短路保护。采用本发明提供的可恢复快速保护电路，具备过流快速保护、状态锁存、故障解除后恢复等功能，有效地保证了在直升机机电产品28V/开输出接口电路的安全性、可靠性，降低系统维护成本。

以下通过一个具体实施例对本发明提供的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路的实现方式进行详细说明。该可恢复快速保护电路具体包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路；以下分别对可恢复快速保护电路中每个电路的结构和实现功能进行详细说明。

(1)信号调理电路

信号调理电路采用电阻采样和运放放大实现的，通过采样电阻将电流采集转换为电压采集。运放起到电压比例放大的作用，根据运放所接电阻的比例关系决定电压的放大系数，将采集电压调理至单片机C8051F502的接口范围之内。由于运放具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，还能够起到隔离和缓冲的作用。

(2)比较器电路

比较器电路使用单片机C8051F502的内置比较器，实现采样值与比较阈值的比较。比较器阈值的设定根据功率开关器件极限值及电路的承受能力决定，针对本设计，根据实际选用开关器件的特性，选择将额定电流的七倍点作为快速关断点，当采样值超过阈值时，比较器翻转，输出高电平，控制快保护驱动电路拉低开关器件的驱动信号。

(3)快保护驱动电路

如图3所示，为本发明实施例中一种快保护驱动电路的结构示意图，该快保护驱动电路由二极管、晶闸管组成，晶闸管阳极接驱动信号，阴极接地，门极接单片机C8051F502的内置比较器的输出端。同时单片机C8051F502锁存信号输出也经二极管后接入晶闸管门极端。

正常工作时，晶闸管门极电压为低电平，晶闸管不导通，28V/开输出接口电路的功率开关由驱动信号控制；当发生短路时，单片机内置比较器翻转输出高信号，控制晶闸管导通将功率开关驱动信号拉低至地，关断功率开关，切断28V输出。在功率开关关断后，此时电流检测信号低，比较器输出恢复低电平，但由于单片机输出锁存信号为高，晶闸管将继续导通，驱动信号持续为低，保证功率开关为关断状态。直至故障排除，单片机复位，锁存信号释放，晶闸管关断，功率开关重新由驱动信号驱动。

(4)状态锁存电路

状态锁存电路基于单片机C8051F502的比较器中断程序实现，比较器电路的输出电平翻转时产生中断信号，控制单片机的I/O口输出状态锁存信号，驱动快保护驱动电路，在切断28V输出后，维持驱动信号为低，实现状态的锁存。故障解除后，单片机复位，单片机的I/O输出恢复为正常态，28V/开输出接口电路恢复。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，包括：信号调理电路、比较器电路、快保护驱动电路、状态锁存电路；

其中，所述信号调理电路的输出端连接到比较器电路的输入端，比较器电路的输出端分别连接到快保护驱动电路的第一输入端和状态锁存电路的输入端，状态锁存电路的输出端连接到快保护驱动电路的第二输入端，快保护驱动电路的输出端耦接到驱动电路上；

所述可恢复快速保护电路，用于通过信号调理电路将采样信号调理为比较器电路可采集到的信号，通过比较器电路对采样信号的比较处理，在发生短路时实现输出信号的翻转，一方面，通过输出信号的翻转控制快保护驱动电路拉低驱动的驱动信号，关断28V输出；另一方面，比较器电路翻转时产生中断信号，使得状态锁存电路根据中断信号输出状态锁存信号，从而控制快保护驱动电路维持驱动信号为低电平，实现状态的锁存，通过状态锁存电路的锁存功能，以保证故障排除以前“28V/开”输出接口电路的驱动信号始终为低，不随电流检测信号的变化而改变；其中，快保护驱动电路的输入信号为比较器电路的输出及状态锁存电路的输出信号，在上述两种输出信号的控制下驱动晶闸管，拉低驱动信号，实现28V/开输出接口的快速切断；

所述可恢复快速保护电路，还用于在故障排除后，由上位机发出解锁信号，解除状态锁存电路的锁存状态，电路恢复；

其中，所述快保护驱动电路由二极管、晶闸管组成，晶闸管阳极接驱动信号，阴极接地，门极接比较器电路的输出端，所述比较器电路的锁存信号输出也经二极管后接入晶闸管门极端。

2.根据权利要求1所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，所述的信号调理电路采用采样电阻和运放实现；

所述采样电阻，用于将电流采样信号转换为电压采样信号；

所述运放，用于通过其比例放大将电压采样信号的幅值调理到比较器电路可采集的幅值范围。

3.根据权利要求2所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，所述比较器电路使用单片机C8051F502内置的比较器；

将电压采样信号的幅值调理到比较器电路可采集的幅值范围，具体为：将电压采样信号的幅值调理到单片机C8051F502内置的比较器的接口范围。

4.根据权利要求3所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，

所述比较器电路，用于将电压采样信号与预设的比较阈值进行比较，当电压采样信号的采样值超过比较阈值时，比较器电路的输出电平由低至高翻转。

5.根据权利要求4所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，

所述比较器电路中预设的比较阈值为根据“28V/开”输出接口电路的极限值及电路的承受能力确定的。

6.根据权利要求4所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，

所述快保护驱动电路，用于在比较器电路的输出电平翻转时，拉低驱动电路输出的“28V/开”输出接口电路的驱动信号，快速关断28V输出。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的“28V/开”输出接口电路的可恢复快速保护电路，其特征在于，还包括：驱动电路；

上位机发出的驱动信号连接到驱动电路输入端，驱动电路的输出端连接到“28V/开”输出接口电路；

所述驱动电路，用于在驱动信号控制下，输出驱动电平以驱动“28V/开”输出接口电路。