CN112821347B - 一种带通电流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带通电流保护电路，包括主控回路、电流下限反馈模块和电流上限反馈模块，其中，主控回路，包括启动开关、第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和第二继电器串联，所述启动开关与第一继电器并联，其中，第一继电器处于常开状态，第二继电器处于常闭状态。需要供电的负载与主控回路串联并获取电能进行工作，当通过主控回路(即负载上)的电流低于上限电流阈值时，电流下限反馈模块控制第一继电器断开主控回路；当通过主控回路(即负载上)的电流高于下限电流阈值时，电流上限反馈模块控制第二继电器断开主控回路，能够保证连接在主控回路上的负载在带通电流(即工作电路保持在上限电流阈值和下限电流阈值之间)条件下工作。

Description

一种带通电流保护电路

技术领域

本发明涉及电流保护电路技术领域，特别涉及一种带通电流保护电路。

背景技术

鉴于电源电路存在一些不稳定因素，而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。为了保证供电系统能够安全可靠地运行，必须安装保护装置，以便监视供电系统的工作情况，及时发现故障并切断故障设备的电源，防止事故扩大。比如有过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等。

当前电网中有诸多电路需要将电流大小进行控制，而现有的过流保护电路一般只能够在电流过大时发现故障并切断故障设备的电源，无法满足电网中一些特定的电流保护要求，因此，亟需提供一种新型的电流保护电路，能够满足特定情况下的电流保护要求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种带通电流保护电路，能够保证负载运行在正常的电流范围内，并在负载上通过的电流超出设定电流范围(上限电流阈值以及下限电流阈值)时进行断电保护等干预处理，实现负载的带通电流保护。

本发明提供一种带通电流保护电路，所述保护电路包括：

主控回路，包括启动开关、第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和第二继电器串联，所述启动开关与第一继电器并联，其中，第一继电器处于常开状态，第二继电器处于常闭状态；

电流下限反馈模块，包括第一电流检测单元和第一继电器驱动单元，所述第一电流检测单元用于检测通过主控回路的第一电流值并根据第一电流值向第一继电器驱动单元输出第一高电平信号，第一继电器驱动单元用于响应所述第一高电平信号而控制第一继电器动作，以导通所述主控回路；

电流上限反馈模块，包括第二电流检测单元和第二继电器驱动单元，所述第二电流检测单元用于检测通过主控回路的第二电流值并根据第二电流值向第二继电器驱动单元输出第二高电平信号，第二继电器驱动单元用于响应所述第二高电平信号而控制第二继电器动作，以断开所述主控回路。

作为进一步改进，所述第一电流检测单元包括第一电流互感器、第一电流转电压电路以及第一电压比较器，所述第一电流传感器与主控回路耦合，用于检测通过主控回路的第一电流值并为第一电流转电压电路供电，所述第一电流转电压电路的输出端与第一电压比较器的其中一个输入端连接，第一电压比较器的输出端与第一继电器驱动单元的输入端连接，用于向第一继电器驱动单元输出第一高电平信号。

作为进一步改进，所述第一电流转电压电路包括第一整流单元、第一滤波电容和第一转换电阻，所述第一滤波电容和第一转换电阻并联在第一整流单元的输出端，所述第一整流单元的输入端与第一电流互感器的输出端连接，所述第一转换电阻的高电位端与第一电压比较器的其中一个输入端连接。

作为进一步改进，所述第一电流检测单元还包括第一电压调节电路和第一调节直流电源，所述第一电压调节电路包括第一可变电阻器，所述第一可变电阻器包括第一电阻体以及与所述第一电阻体滑动连接的第一活动触片，所述第一电阻体与第一调节直流电源并联，所述第一活动触片与第一单元比较器的另一个输入端连接。

作为进一步改进，所述第一继电器驱动单元包括第一直流电源、第一三极管和第一基极电阻，所述第一基极电阻的一端连接第一三极管的基极，另一端作为第一继电器驱动单元的输入端，所述第一三极管的发射极与第一直流电源的负极连接；

所述第一继电器包括第一电磁铁以及由第一电磁铁控制导通和断开的第一开关，其中，所述启动开关与第一开关并联，所述第一电磁铁的一端与第一直流电源的正极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。

作为进一步改进，所述第一电磁铁的两端并联有第一稳压二极管。

作为进一步改进，所述第二电流检测单元包括第二电流互感器、第二电流转电压电路以及第二电压比较器，所述第二电流传感器与主控回路耦合，用于检测通过主控回路的第二电流值并为第二电流转电压电路供电，所述第二电流转电压电路的输出端与第二电压比较器的其中一个输入端连接，第二电压比较器的输出端与第二继电器驱动单元的输入端连接，用于向第二继电器驱动单元输出第二高电平信号。

作为进一步改进，所述第二电流转电压电路包括第二整流单元、第二滤波电容和第二转换电阻，所述第二滤波电容和第二转换电阻并联在第二整流单元的输出端，所述第二整流单元的输入端与第二电流互感器的输出端连接，所述第二转换电阻的高电位端与第二电压比较器的其中一个输入端连接。

作为进一步改进，所述第二继电器驱动单元包括第二直流电源、第二三极管和第二基极电阻，所述第二基极电阻的一端连接第二三极管的基极，另一端作为第二继电器驱动单元的输入端，所述第二三极管的发射极与第二直流电源的负极连接；

所述第二继电器包括第二电磁铁以及由第二电磁铁控制导通和断开的第二开关，其中，所述第一开关与第二开关串联，所述第二电磁铁的一端与第二直流电源的正极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接。

作为进一步改进，所述第二电磁铁的两端并联有第二稳压二极管。

作为进一步改进，所述启动开关为自复开关。

相较于现有技术，本发明提供的一种带通电流保护电路至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种带通电流保护电路，包括主控回路、电流下限反馈模块和电流上限反馈模块，其中，主控回路，包括启动开关、第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和第二继电器串联，所述启动开关与第一继电器并联，其中，第一继电器处于常开状态，第二继电器处于常闭状态。需要供电的负载与主控回路串联并获取电能进行工作，当通过主控回路(即负载上)的电流低于上限电流阈值时，电流下限反馈模块控制第一继电器断开主控回路；当通过主控回路(即负载上)的电流高于下限电流阈值时，电流上限反馈模块控制第二继电器断开主控回路，能够保证连接在主控回路上的负载在带通电流(即工作电路保持在上限电流阈值和下限电流阈值之间)条件下工作。同时，当负载工作电流大于带通电流范围时，本发明提供的带通电流保护电路能够实现自动断电保护，提升工作电路的安全性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为一个实施例中带通电流保护电路的结构框图。

图2为一个实施例中第一电流检测单元的电路原理图。

图3为一个实施例中第一继电器驱动单元的电路原理图。

附图标记：

100、主控回路；K1、第一继电器；K2、第二继电器；S1、断开开关；S2、启动开关；R2、负载电阻；R1、第一可变电阻器；D、稳压二极管、Q、第一三极管；R、第一基极电阻；200、电流下限反馈模块；210、第一电流检测单元；220、第一继电器驱动单元；300、电流上限反馈模块；310、第二电流检测单元；320、第二继电器驱动单元。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的一个实施例中，提供了一种带通电流保护电路，该保护电路包括主控回路100、电流下限反馈模块200和电流上限反馈模块300。

参照图1，其中，主控回路100包括启动开关S2、第一继电器K1和第二继电器K2，所述第一继电器K1和第二继电器K2串联，所述启动开关S2与第一继电器K1并联，其中，第一继电器K1处于常开状态，第二继电器K2处于常闭状态，需要供电的负载与主控回路100串联并获取电能进行工作。电流下限反馈模块200包括第一电流检测单元210和第一继电器驱动单元220，所述第一电流检测单元210用于检测通过主控回路100的第一电流值并在第一电流值高于下限电流阈值时，向第一继电器驱动单元220输出第一高电平信号，第一继电器驱动单元220用于响应所述第一高电平信号而控制第一继电器K1动作，以导通所述主控回路100。电流上限反馈模块300包括第二电流检测单元310和第二继电器驱动单元320，所述第二电流检测单元310用于检测通过主控回路100的第二电流值并在第二电流值高于上限电流阈值时，向第二继电器驱动单元320输出第二高电平信号，第二继电器驱动单元320用于响应所述第二高电平信号而控制第二继电器K2动作，以断开所述主控回路100。

需要说明的是，电流下限反馈模块200和电流上限反馈模块300的电路结构相同，二者的区别在于第一电流检测单元210和第二电流检测单元310分别在不同大小的电流阈值情况下输出对应的高电平信号，该区别通过调节第一电流检测单元210和第二电流检测单元310中连接在电压比较器输入到的电阻的阻值来实现。

由于电流下限反馈模块200和电流上限反馈模块300二者的电路结构相同，以下以电流下限反馈模块200为例并结合附图，对电流下限反馈模块200的详细电路结构进行说明。

参照图2，在一个实施例中，所述第一电流检测单元210包括第一电流互感器、第一电流转电压电路以及第一电压比较器，所述第一电流传感器与主控回路100耦合，用于检测通过主控回路100的第一电流值并为第一电流转电压电路供电，所述第一电流转电压电路的输出端与第一电压比较器的其中一个输入端连接，第一电压比较器的输出端与第一继电器驱动单元220的输入端连接，用于向第一继电器驱动单元220输出第一高电平信号。其中，启动开关S2为自复开关，按下开关接通电路，松手电路即断开。

需要说明的是，继电器的常开状态是指，在继电器的电磁铁未通电的时候，电磁铁控制的开关处于断开状态，当继电器的电磁铁通电时，电磁铁控制的开关才处于导通(闭合)状态。对应的，继电器的常闭状态是指，在继电器的电磁铁未通电的时候，电磁铁控制的开关处于闭合状态，当继电器的电磁铁通电时，电磁铁控制的开关才处于断开状态。

可以理解的是，在本实施例中，第一电流互感器无需电连接主控回路100即可感应到主控回路100第一电流值的大小，安全性能更高。本实施例中，第一电压比较器用于对输入的电压进行比较，第一电压比较器具有两个输入端，其中一个输入端输入的电压值可以提前设定好大小，作为对比的基准电压，例如该基准电压可以有一个定电阻提供。

如图1所示，在一些示例中，在主控回路100和电源侧之间设置有断开开关S1(按键断路器)通过按键实现电路的控制，实现整个电路的开断，可用于手动断开电路或紧急制动。

如图2所示，在一些示例中，所述第一电流转电压电路包括第一整流单元、第一滤波电容和第一转换电阻，所述第一滤波电容和第一转换电阻并联在第一整流单元的输出端，所述第一整流单元的输入端与第一电流互感器的输出端连接，所述第一转换电阻的高电位端与第一电压比较器的其中一个输入端连接。通过设置第一滤波电容，可以滤除杂波，减少拨动干扰，提升了电路工作的稳定性。

进一步的，在如图2所示的示例中，为了便于调节基准电压，所述第一电流检测单元210还包括第一电压调节电路和第一调节直流电源，所述第一电压调节电路包括第一可变电阻器R1，所述第一可变电阻器R1包括第一电阻体以及与所述第一电阻体滑动连接的第一活动触片，所述第一电阻体与第一调节直流电源并联，所述第一活动触片与第一单元比较器的另一个输入端连接。

在一些实施例中，如图3所示，所述第一继电器驱动单元220包括第一直流电源、第一三极管和第一基极电阻R，所述第一基极电阻R的一端连接第一三极管的基极，另一端作为第一继电器驱动单元220的输入端(即图3中所示的Vin)，所述第一三极管的发射极与第一直流电源的负极连接；所述第一继电器K1包括第一电磁铁以及由第一电磁铁控制导通和断开的第一开关，其中，所述启动开关S2与第一开关并联，所述第一电磁铁的一端与第一直流电源的正极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。

需要说明的是，当第一高电平信号输入到基极电阻的一端(即第一继电器驱动单元220的输入端Vin)时，第一三极管的集电极和发射极导通，进而串联在第一三极管集电极和第一直流电源正极之间的第一电磁铁的线圈通电，第一继电器K1的第一开关受到磁力吸引闭合，导通主控回路100。进一步的，为了保证第一电磁铁正常工作，所述第一电磁铁的两端并联有第一稳压二极管D。

相应的，电流上限反馈模块300具有与电流下限反馈模块200相同的电路结构，其结构如下所述：

所述第二电流检测单元310包括第二电流互感器、第二电流转电压电路以及第二电压比较器，所述第二电流传感器与主控回路100耦合，用于检测通过主控回路100的第二电流值并为第二电流转电压电路供电，所述第二电流转电压电路的输出端与第二电压比较器的其中一个输入端连接，第二电压比较器的输出端与第二继电器驱动单元320的输入端连接，用于向第二继电器驱动单元320输出第二高电平信号。

在一些示例中，所述第二电流转电压电路包括第二整流单元、第二滤波电容和第二转换电阻，所述第二滤波电容和第二转换电阻并联在第二整流单元的输出端，所述第二整流单元的输入端与第二电流互感器的输出端连接，所述第二转换电阻的高电位端与第二电压比较器的其中一个输入端连接。

在一些示例中，所述第二继电器驱动单元320包括第二直流电源、第二三极管和第二基极电阻，所述第二基极电阻的一端连接第二三极管的基极，另一端作为第二继电器驱动单元320的输入端，所述第二三极管的发射极与第二直流电源的负极连接；所述第二继电器K2包括第二电磁铁以及由第二电磁铁控制导通和断开的第二开关，其中，所述第一开关与第二开关串联，所述第二电磁铁的一端与第二直流电源的正极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接。

在一些示例中，所述第二电磁铁的两端并联有第二稳压二极管D。

在一些示例中，所述第二电流检测单元310还包括第二电压调节电路和第二调节直流电源，所述第二电压调节电路包括第二可变电阻器，所述第二可变电阻器包括第二电阻体以及与所述第二电阻体滑动连接的第二活动触片，所述第二电阻体与第二调节直流电源并联，所述第二活动触片与第二单元比较器的另一个输入端连接。

可以理解的是，通过设置第二活动触片在第二电阻体上的位置与设置第一活动触片在第一电阻体上的位置不同，使得第一电压比较器在第一电流转电压电路输入较小电压值时输出第一高电平信号，而第二电压比较器在第二电流转电压电路输入较大电压值是才输出第一高电平信号，由于第一转换电阻和第二转换电阻阻值相同，而电阻的电压与流过自身的电流成正比，所以通过设置第二活动触片在第二电阻体上的位置与设置第一活动触片在第一电阻体上的位置不同，可以反映主控回路100的上限电流阈值和下限电流阈值。

以下结合附图对本发明实施例中提供的带通电流保护电路的工作过程做简要说明：

电源侧的电源通电，由于第一继电器K1的第一开关是常开，此时主控回路100和负载电阻R2均无电流通过。然后按下自复开关(即启动开关S2)，主控回路100形成回路，产生电流。第一电流互感器感应电流，经第一整流单元、第一滤波电容输出直流电，通过第一电压比较器(将感应电流值与第一转换电阻得到电压值与基准电压相比较)，输出对应的高电平或低电平，控制继电器是否动作。当第一电流互感器测到主控回路100的第一电流值足够大(第一电流值高于下限电流阈值)时，第一电压比较器输出第一高电平信号，第一继电器K1动作，第一开关由断开状态变为闭合状态，电流通过第一开关。当主控回路100的电流值未大到令第二继电器K2断开的上限电流阈值时，第二继电器K2不动作，此时主控电路为正常运行状态，负载电阻R2在设定电流范围(上限电流阈值以及下限电流阈值)内工作。自复开关(即启动开关S2)松手即断开，但由于第一继电器K1已经动作保持第一开关处于闭合状态，因此松手后主控回路100仍为通路状态。

假设随着电流逐渐增大，第二电流互感器感应到主控回路100流过足够大的电流，第二继电器K2动作，第二开关断开，主控回路100便瞬间失电，而第一电流互感器也因感应不到电流，导致第一继电器K1动作将第一开关断开，从而实现过流保护。同时由于失流作用，第二继电器K2恢复到初始状态，使第二开关变为闭合态。整个过程实现了带通电流作用。

此外，对整流单元、滤波电路(第一滤波电容、第二滤波电容)、电压比较器进行解释：电流互感器感应电流，经过整流单元、滤波电路变为直流电压信号，主控回路100上的电流大小I1与调整后的直流电压信号成正比关系，通过调节第一转换电阻或第二转换电阻即可调节电压比较器的基准电压，进而调节继电器的动作阀值。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (7)

1.一种带通电流保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

主控回路，包括启动开关、第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和第二继电器串联，所述启动开关与第一继电器并联，其中，第一继电器处于常开状态，第二继电器处于常闭状态；

电流下限反馈模块，包括第一电流检测单元和第一继电器驱动单元，所述第一电流检测单元用于检测通过主控回路的第一电流值并根据第一电流值向第一继电器驱动单元输出第一高电平信号，第一继电器驱动单元用于响应所述第一高电平信号而控制第一继电器动作，以导通所述主控回路；

电流上限反馈模块，包括第二电流检测单元和第二继电器驱动单元，所述第二电流检测单元用于检测通过主控回路的第二电流值并根据第二电流值向第二继电器驱动单元输出第二高电平信号，第二继电器驱动单元用于响应所述第二高电平信号而控制第二继电器动作，以断开所述主控回路。

2.如权利要求1所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第一电流检测单元包括第一电流互感器、第一电流转电压电路以及第一电压比较器，所述第一电流互感器与主控回路耦合，用于检测通过主控回路的第一电流值并为第一电流转电压电路供电，所述第一电流转电压电路的输出端与第一电压比较器的其中一个输入端连接，第一电压比较器的输出端与第一继电器驱动单元的输入端连接，用于向第一继电器驱动单元输出第一高电平信号；

所述第一电流转电压电路包括第一整流单元、第一滤波电容和第一转换电阻，所述第一滤波电容和第一转换电阻并联在第一整流单元的输出端，所述第一整流单元的输入端与第一电流互感器的输出端连接，所述第一转换电阻的高电位端与第一电压比较器的其中一个输入端连接；

所述第一电流检测单元还包括第一电压调节电路和第一调节直流电源，所述第一电压调节电路包括第一可变电阻器，所述第一可变电阻器包括第一电阻体以及与所述第一电阻体滑动连接的第一活动触片，所述第一电阻体与第一调节直流电源并联，所述第一活动触片与第一电压比较器的另一个输入端连接。

3.如权利要求1所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第一继电器驱动单元包括第一直流电源、第一三极管和第一基极电阻，所述第一基极电阻的一端连接第一三极管的基极、另一端作为第一继电器驱动单元的输入端，所述第一三极管的发射极与第一直流电源的负极连接；

所述第一继电器包括第一电磁铁以及由第一电磁铁控制导通和断开的第一开关，其中，所述启动开关与第一开关并联，所述第一电磁铁的一端与第一直流电源的正极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。

4.如权利要求3所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第一电磁铁的两端并联有第一稳压二极管。

5.如权利要求1所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第二电流检测单元包括第二电流互感器、第二电流转电压电路以及第二电压比较器，所述第二电流互感器与主控回路耦合，用于检测通过主控回路的第二电流值并为第二电流转电压电路供电，所述第二电流转电压电路的输出端与第二电压比较器的其中一个输入端连接，第二电压比较器的输出端与第二继电器驱动单元的输入端连接，用于向第二继电器驱动单元输出第二高电平信号；

所述第二电流转电压电路包括第二整流单元、第二滤波电容和第二转换电阻，所述第二滤波电容和第二转换电阻并联在第二整流单元的输出端，所述第二整流单元的输入端与第二电流互感器的输出端连接，所述第二转换电阻的高电位端与第二电压比较器的其中一个输入端连接。

6.如权利要求3所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第二继电器驱动单元包括第二直流电源、第二三极管和第二基极电阻，所述第二基极电阻的一端连接第二三极管的基极、另一端作为第二继电器驱动单元的输入端，所述第二三极管的发射极与第二直流电源的负极连接；

所述第二继电器包括第二电磁铁以及由第二电磁铁控制导通和断开的第二开关，其中，所述第一开关与第二开关串联，所述第二电磁铁的一端与第二直流电源的正极连接、另一端与所述第二三极管的集电极连接。

7.如权利要求6所述的一种带通电流保护电路，其特征在于，所述第二电磁铁的两端并联有第二稳压二极管。

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