CN113595025B - 一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路 - Google Patents

一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，包括信号输入端、信号输出端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、稳压管、电容、电源及熔断器，该电路具有自恢复功能。

Description

一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路
技术领域
本发明属于电源技术领域，涉及一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路。
背景技术
自恢复保险管，常用于电源电路的短路或过流保护。该保险管由特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布于其中的导电粒子(Carbon Black)组成。在保险管承载正常电流情况下，聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时保险管呈低阻态，线路正常导通。当线路发生短路或过载时，流经保险管的大电流所产生热量使聚合树脂融化，其体积迅速膨胀，阻断链状通路而形成高阻态，由此完成对电路的限制和保护。当保险管停止通流后，其内部聚合物由于冷却而体积收缩，导电粒子重新结晶并形成导电通路，电气特性重新恢复为低阻状态，在排除线路故障并重新上电后，保险管可恢复正常通流。
由于上述保护过程中，保险管由高阻态恢复到低阻态一般需要对线路的输入端断电并重新上电，以恢复正常供电，因此在一些特殊应用场合，比如应用于高压输、配电系统时，由于无法对输入端断电，致使高阻线路无法恢复正常使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，该电路具有自恢复功能。
为达到上述目的，本发明所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路包括信号输入端、信号输出端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、稳压管、电容、电源及熔断器；
信号输入端与第十电阻的一端、电源的输入端、第四电阻的一端及第一电阻的一端相连接，第十电阻的另一端与第三三极管的集电极及电源的使能端相连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的基极经稳压管及第九电阻与第四电阻的另一端及第二三极管的发射极相连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端及第一三极管的集电极相连接，第二电阻的另一端与第二三极管的基极及第三电阻的一端相连接，第二三极管的发射极与第五电阻的一端及第一三极管的发射极相连接，第八电阻的一端及第七电阻的一端与电容的一端相连接，第五电阻的另一端、第三电阻的另一端及电容的另一端均接地，第八电阻的另一端与第一三极管的基极相连接，第七电阻的另一端与第四三极管的集电极相连接，第四三极管的发射极与电源的输出端、第六电阻的一端、第十一电阻的一端及信号输出端相连接，第六电阻的另一端与第四三极管的基极相连接，第十一电阻的另一端接地。
第四电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第二三极管及第一三极管组成施密特触发器。
还包括熔断器，其中，熔断器的一端与第四三极管的发射极及电源的输出端相连接，熔断器的另一端与第六电阻、第十一电阻及信号输出端相连接。
电源的负载侧发生过载或短路，当电源的输出电流达到熔断器的动作阈值时，引起熔断器熔断，此时信号输出端的电压为0，第四三极管在第六电阻及第十一电阻作用下导通，电源的输出端通过第四三极管及第四电阻向电容充电，如图iC所示。
随着电容电压的上升，施密特触发器的输入端电压达到高压阈值VH而反转，施密特触发器的输出端输出高电平，所述高电平通过第九电阻及稳压管加载于第三三极管的基极上，使得第三三极管导通，随后电源的使能端EN置零并停止输出，熔断器的电流为0并完成复位，同时，电源的输出端停止向电容充电；
在晶体管施密特触发器输出高电平状态下，第一三极管导通，第二三极管截止，电容通过第八电阻及第一三极管的发射极以及第五电阻放电，当电容电压降至翻转低电平VL时，施密特触发器的输出端输出为低电平，第三三极管截止，电源的使能端重新置位为1，电源的输出端开始输出。
熔断器已完成复位后，负载侧的过载或短路故障已消除，电源恢复对外正常供电，否则，熔断器再次熔断。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路在具体操作时，在高压线路带电情况下，对高压取电电源的自恢复保险管进行可靠复位，确保高压取电电源的供电持续性和可靠性，通过调节触发器状态阈值VH、VL以及电容的充放电时间常数，改变自启动电路在保护模式下的状态检测频率，以满足对电源响应速度的不同要求。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的工作时序图；
图3为实施例一的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路包括信号输入端、信号输出端、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、稳压管D1、电容C1、电源及熔断器FUSE；
信号输入端与第十电阻R10的一端、电源的输入端、第四电阻R4的一端及第一电阻R1的一端相连接，第十电阻R10的另一端与第三三极管Q3的集电极及电源的使能端相连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极经稳压管D1及第九电阻R9与第四电阻R4的另一端及第二三极管Q2的发射极相连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端及第一三极管Q1的集电极相连接，第二电阻R2的另一端与第二三极管Q2的基极及第三电阻R3的一端相连接，第二三极管Q2的发射极与第五电阻R5的一端及第一三极管Q1的发射极相连接，第八电阻R8的一端及第七电阻R7的一端与电容C1的一端相连接，第五电阻R5的另一端、第三电阻R3的另一端及电容C1的另一端均接地，第八电阻R8的另一端与第一三极管Q1的基极相连接，第七电阻R7的另一端与第四三极管Q4的集电极相连接，第四三极管Q4的发射极与电源的输出端、第六电阻R6的一端、第十一电阻R11的一端及信号输出端相连接，第六电阻R6的另一端与第四三极管Q4的基极相连接，第十一电阻R11的另一端接地。
其中，第四电阻R4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第二三极管Q2及第一三极管Q1组成施密特触发器。
还包括熔断器FUSE，其中，熔断器FUSE的一端与第四三极管Q4的发射极及电源的输出端相连接，熔断器FUSE的另一端与第六电阻R6、第十一电阻R11及信号输出端相连接。
本发明的工作过程为：
电源的负载侧发生过载或短路，当电源的输出电流达到熔断器FUSE的动作阈值时，引起熔断器FUSE熔断，此时信号输出端的电压为0，第四三极管Q4在第六电阻R6及第十一电阻R11作用下导通，电源的输出端通过第四三极管Q4及第四电阻R4向电容C1充电，如图iC所示。
随着电容C1电压的上升，施密特触发器的输入端达到高压阈值VH而反转，施密特触发器的输出端输出高电平，所述高电平通过第九电阻R9及稳压管D1加载于第三三极管Q3的基极上，使得第三三极管导通，随后电源的使能端EN置零并停止输出，熔断器FUSE的电流为0并完成复位，同时，电源的输出端VO停止向电容C1充电。
上述在晶体管施密特触发器输出高电平状态下，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，电容C1通过第八电阻R8及第一三极管Q1的发射极以及第五电阻R5放电，当电容C1电压降至翻转低电平VL时，施密特触发器的输出端输出为低电平，第三三极管Q3截止，电源的使能端EN重新置位为1，电源的输出端VO开始输出。
由于熔断器FUSE已完成复位，因此，如负载侧的过载或短路故障已消除，电源可恢复对外正常供电，否则，熔断器FUSE再次熔断，自启动电路再次进行上述工作过程，直到故障消除，保护时序如图2所示。
施密特触发器由两极共射极晶体管放大器构成，两级电阻耦合，第一三极管Q1及第二三极管Q2共用一个第五电阻R5形成正反馈。第二电阻R2及第三电阻R3为第二三极管Q2的基极偏置电阻，第一电阻R1及第四电阻R4分别为第一三极管Q1及第二三极管Q2的集电极负载电阻。
施密特触发器的工作过程为：
没有输入信号时，第一三极管Q1因无基极偏置电流而截至，Vin经第一电阻R1及第二电阻R2为第二三极管Q2提供基极偏置电流，第二三极管Q2导通，第二三极管Q2的发射极电流在第五电阻R5上产生压降，该压降使得第一三极管Q1的发射极处于反向偏置，保证电路处于第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通状态。
输入信号C1电压通过第八电阻R8加至施密特触发器的输入端，电容C1电压大于反转电压VH，电路翻转为高电平输出状态，此时第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止。
当输入信号C1电压下降时，电路并不立刻翻转，只有当继续下降至电压VL时，电路生反转为低电平输出状态，此时第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通。
实施例一
本实施例以自恢复保险管自启动电路在10kV高压线路的应用为例进行说明，如图3所示。
其中，CH为高压取电电容，B为高压整流桥，G1为10kV侧接地点，C0为高压储能电容，S1为前级直流转换电源，前级直流转换电源的输出电压VS1作用于后级的稳压保护电源S2的输入端VIN；
电源负载侧发生过载或短路，当其输出电流达到熔断器FUSEFUSE的动作阈值时，引起熔断器FUSE熔断，此时信号输出端的电压为0，第四三极管Q4在第六电阻R6及第十一电阻R11作用下导通，电源的输出端通过第四三极管Q4及第七电阻R7向电容C1充电，如图iC所示。
随着电容C1电压的上升，施密特触发器的输入端达到高压阈值VH而反转，输出端输出高电平，该高电平通过第九电阻R9、稳压管D1加载于第三三极管Q3的基极，引起第三三极管Q3导通，随后电源的使能端EN置零并停止输出，熔断器FUSE的电流为0并完成复位，同时，电源的输出端VO也停止向电容C1充电。
上述在晶体管施密特触发器输出高电平状态下，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，电容C1通过第八电阻R8、第一三极管Q1的发射极以及第五电阻R5放电，当电容C1电压降至翻转低电平VL时，施密特触发器的输出端输出为低电平，第三三极管Q3截止，电源的使能端EN重新置位为1，电源的输出端VO开始输出。
由于可恢复熔断器FUSE已完成复位，因此，如负载侧的过载或短路故障已消除，电源可恢复对外正常供电，否则，熔断器FUSE再次熔断，自启动电路再次进行上述工作过程，直到故障消除。

Claims (5)

1.一种应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，其特征在于，包括信号输入端、信号输出端、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、稳压管(D1)、电容(C1)、电源及熔断器(FUSE)；
信号输入端与第十电阻(R10)的一端、电源的输入端、第四电阻(R4)的一端及第一电阻(R1)的一端相连接，第十电阻(R10)的另一端与第三三极管(Q3)的集电极及电源的使能端相连接，第三三极管(Q3)的发射极接地，第三三极管(Q3)的基极经稳压管(D1)及第九电阻(R9)与第四电阻(R4)的另一端及第二三极管(Q2)的发射极相连接，第一电阻(R1)的另一端与第二电阻(R2)的一端及第一三极管(Q1)的集电极相连接，第二电阻(R2)的另一端与第二三极管(Q2)的基极及第三电阻(R3)的一端相连接，第二三极管(Q2)的发射极与第五电阻(R5)的一端及第一三极管(Q1)的发射极相连接，第八电阻(R8)的一端及第七电阻(R7)的一端与电容(C1)的一端相连接，第五电阻(R5)的另一端、第三电阻(R3)的另一端及电容(C1)的另一端均接地，第八电阻(R8)的另一端与第一三极管(Q1)的基极相连接，第七电阻(R7)的另一端与第四三极管(Q4)的集电极相连接，第四三极管(Q4)的发射极与电源的输出端、第六电阻(R6)的一端、第十一电阻(R11)的一端及信号输出端相连接，第六电阻(R6)的另一端与第四三极管(Q4)的基极相连接，第十一电阻(R11)的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，其特征在于，第四电阻(R4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、第二三极管(Q2)及第一三极管(Q1)组成施密特触发器。
3.根据权利要求1所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，其特征在于，还包括熔断器(FUSE)，其中，熔断器(FUSE)的一端与第四三极管(Q4)的发射极及电源的输出端相连接，熔断器(FUSE)的另一端与第六电阻(R6)、第十一电阻(R11)及信号输出端相连接。
4.根据权利要求3所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，其特征在于，
电源的负载侧发生过载或短路，当电源的输出电流达到熔断器(FUSE)的动作阈值时，引起熔断器(FUSE)熔断，此时信号输出端的电压为0，第四三极管(Q4)在第六电阻(R6)及第十一电阻(R11)作用下导通，电源的输出端通过第四三极管(Q4)及第四电阻(R4)向电容(C1)充电；
随着电容(C1)电压的上升，施密特触发器的输入端电压达到高压阈值(VH)而反转，施密特触发器的输出端输出高电平，所述高电平通过第九电阻(R9)及稳压管(D1)加载于第三三极管(Q3)的基极上，使得第三三极管导通，随后电源的使能端(EN)置零并停止输出，熔断器(FUSE)的电流为0并完成复位，同时，电源的输出端(VO)停止向电容(C1)充电；
在晶体管施密特触发器输出高电平状态下，第一三极管(Q1)导通，第二三极管(Q2截止，电容(C1)通过第八电阻(R8)及第一三极管(Q1)的发射极以及第五电阻(R5)放电，当电容(C1)电压降至翻转低电平VL时，施密特触发器的输出端输出为低电平，第三三极管(Q3)截止，电源的使能端(EN)重新置位为1，电源的输出端(VO)开始输出。
5.根据权利要求3所述的应用于高压取电电源的自恢复保险管自启动电路，其特征在于，熔断器(FUSE)已完成复位后，负载侧的过载或短路故障已消除，电源恢复对外正常供电，否则，熔断器(FUSE)再次熔断。
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