CN114465197A - 一种新型短路保护brct钳位吸收电路 - Google Patents

一种新型短路保护brct钳位吸收电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，涉及短路保护技术领域，包括负载模块、短路检测模块、短路保护模块、尖峰吸收模块、整流模块、钳位模块和主控模块，负载模块与电源和负载均连接，用于给负载提供回路；短路检测模块与负载模块连接，用于在负载短路时发出短路信号；短路保护模块与短路检测模块连接，短路保护模块与负载模块连接，用于在接收到短路检测模块的短路信号时切断负载模块的输出电流；尖峰吸收模块与负载模块连接，整流模块与尖峰吸收模块连接，钳位模块与整流模块连接，形成对尖峰电压的钳位吸收保护；主控模块与短路检测模块连接，用于根据短路信号控制负载调节器的通断。

Description

一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路
技术领域
本发明涉及短路保护技术领域，更具体的说，本发明涉及一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路。
背景技术
现有的调光器控制存在如下的技术问题：调光器的负载端线材的焊点一旦因绝缘下降而打火(T型线焊接点易出现绝缘性能下降而打火)，或者LED灯的驱动电源发生故障而短路时，通常会损坏功率开关管子场效应管(MOSFET)，故障表现为调光器不能调光，对调光器的使用场景影响较大，比如影响养殖户的正常饲养作业，且售后维护成本高，存在缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其改进之处在于：包括负载模块、短路检测模块、短路保护模块、尖峰吸收模块、整流模块、钳位模块和主控模块，负载模块与电源和负载均连接，用于给负载提供回路；短路检测模块与负载模块连接，用于在负载短路时发出短路信号；短路保护模块与短路检测模块连接，短路保护模块与负载模块连接，用于在接收到短路检测模块的短路信号时切断负载模块的输出电流；尖峰吸收模块与负载模块连接，整流模块与尖峰吸收模块连接，钳位模块与整流模块连接，形成对尖峰电压的钳位吸收保护；主控模块与短路检测模块连接，用于根据短路信号控制负载调节器的通断。
在上述电路中，还包括泄放模块，泄放模块与所述整流模块连接，用于给整流模块放电。
在上述电路中，所述负载模块包括保险丝F1、电流互感器CT1、场效应管Q1和场效应管Q2，保险丝F1的一端与电源的L线连接，另一端与电流互感器CT1的原边连接，电流互感器CT1的原边的另一端与场效应管Q1的漏极连接，场效应管Q1的源极接地，栅极与所述短路保护模块连接，场效应管Q2的漏极与负载的L线连接，栅极与所述短路保护模块连接，源极接地；
电流互感器CT1的副边线圈与所述短路检测模块连接，用于在负载短路时提供大电流信号给短路检测模块。
在上述电路中，所述短路检测模块包括电阻R50、电阻R51、整流器单元、电阻R36、比较器U7D、电阻R38、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、二极管D8和二极管D9，
所述电流互感器CT1的副边线圈在负载短路时将大电流信号施加给电阻R50和电阻R51，电阻R50和电阻R51的电压信号传送给整流器单元，整流器单元包括整流器U7A和整流器U7C，整流器U7A和整流器U7C将整流后的信号通过电阻R36输入给比较器U7D的正输入端口，比较器U7D用于将正输入端口的电压与负输入端口的电压做对比，当正输入端口的电压高于负输入端口的电压时，则控制输出端口输出高电平；
所述比较器U7D的输出端口与三极管Q7的基极连接，也与三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极接地，集电极与二极管D8的负极连接，二极管D8正极与所述短路保护模块连接；
三极管Q7的集电极与二极管D9的负极连接，二极管D9的正极与主控模块连接。
在上述电路中，所述短路保护模块包括三极管Q3、三极管Q4和驱动光耦M1，
三极管Q3的基极与所述二极管D8的正极连接，集电极与三极管Q4的基极连接，发射极接地，二极管D8拉低三极管Q3的基极时，三极管Q3的集电极和发射极截止，三极管Q4的集电极和发射极导通，使驱动光耦M1的输入端口短路，驱动光耦M1输出低电平给所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极，使场效应管Q1和场效应管Q2的漏极和源极截止。
在上述电路中，所述尖峰吸收模块包括电阻R71和电容C34，电阻R71的一端与场效应管Q1的漏极连接，另一端与电容C34连接，电容C34的另一端与场效应管Q2的漏极连接，吸收场效应管Q1和场效应管Q2的源极和漏极的尖峰电压；
电阻R71和电容C34还与所述整流模块连接。
在上述电路中，所述整流模块包括整流桥堆BD2和有极性电容C37，整流桥堆BD2用于将尖峰电压整流后给有极性电容C37充电；
有极性电容C37的两端还与所述钳位模块连接。
在上述电路中，所述钳位模块包括稳压二极管D2、稳压二极管D4和稳压二极管D7，稳压二极管D2的正极与所述有极性电容C37的负极连接，负极与稳压二极管D4的正极连接，稳压二极管D4的负极与稳压二极管D7的正极连接，稳压二极管D7的负极与所述有极性电容C37的正极连接。
在上述电路中，所述主控模块包括主控芯片U200，主控芯片U200的第一引脚与所述二极管D9的正极连接，主控芯片U200的第四十八引脚与所述三极管Q9的基极连接，三极管Q9的的集电极与所述三极管Q7的基极连接，发射极接地；
主控芯片U200的第一引脚输出控制信号给负载调节器。
在上述电路中，所述泄放模块包括串联的电阻R74和电阻R78，电阻R74的一端与所述有极性电容C37的正极连接，电阻R78的另一端与所述有极性电容C37的负极连接。
本发明的有益效果是：实现了无论输出端出现任何短路状态，都能使调光器停机，完好地保护调光器，当短路故障解除后，软件控制自动重启恢复正常工作，通过多重电路保护，解决了由于灯线打火或LED灯的驱动电源端故障等短路状态导致的调光器的不良，确保了产品的可靠性，降低了售后维修服务成本。
附图说明
附图1为本发明的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路的结构框图。
附图2为调光器系统的线路框图。
附图3为本发明的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路的电路结构图。
附图4为图3中的负载模块、短路保护模块、尖峰吸收模块、整流模块、钳位模块和泄放模块的电路结构图。
附图5为图3中的短路检测模块的电路结构图。
附图6为图3中的主控模块的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明揭示了一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，包括负载模块10、短路检测模块20、短路保护模块30、尖峰吸收模块40、整流模块50、钳位模块60、泄放模块70和主控模块80，负载模块10与电源和负载均连接，给负载提供回路，短路检测模块20与负载模块10连接，在负载短路时发出短路信号，短路保护模块30与短路检测模块20连接，短路保护模块30与负载模块10连接，短路保护模块30在接收到短路检测模块20的短路信号时切断负载模块10的输出电流，避免负载模块10因为短路大电流而损坏，尖峰吸收模块40与负载模块10连接，整流模块50与尖峰吸收模块40连接，钳位模块60与整流模块50连接，形成对尖峰电压的钳位吸收保护，泄放模块70与所述整流模块50连接，给整流模块50放电；主控模块80与短路检测模块20连接，根据短路信号控制负载调节器(例如调光器)的通断，当发生短路时，停止输出信号给调光器，调光器停机，当短路解除时，恢复输出信号给调光器，调光器恢复正常工作。BRCT注释:B＝Bridge Rectifiers,R＝Resistor,C＝Capacitor,T＝Transient Voltage Suppressors。
为方便分析理解，参照图2所示，调光器系统线路框图(见图2-1、图2-2)，其中：A区表示交流电源；B区S1表示调光器的主功率开关管，即场效应管Q1和场效应管Q2；C区L1、R1表示灯线的寄生电感和等效电阻(用户现场，调光器到LED灯之间会一般会超过100米的线缆，线缆中的寄生电感量随线长而增加)；D区C2、R2表示负载LED灯的等效容抗和阻抗。如图2-1所示，在开关管S1导通时，电路中不会有异常发生。但是，当短路发生时，表示有大电流流过，保护电路迫使开关管S1断开(即场效应管Q1和场效应管Q2截止)瞬间，如图2-2所示,由于寄生电感L1的作用，在S1负载一端(场效应管Q2的漏极)会产生反电动势，形成很高的尖峰电压，如果没有额外电路来抑制或吸收这个电压尖峰，那么它将超过场效应管Q1和场效应管Q2的额定耐压值，将场效应管Q1和场效应管Q2击穿。
参照图3和图4所示，所述负载模块10包括保险丝F1、电流互感器CT1、场效应管Q1和场效应管Q2，结合图5所示，所述短路检测模块20包括电阻R50、电阻R51、整流器单元、电阻R36、比较器U7D、电阻R38、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、二极管D8和二极管D9，保险丝F1的一端与电源的L线连接，另一端与电流互感器CT1的原边连接，电流互感器CT1的原边的另一端与场效应管Q1的漏极连接，场效应管Q1的源极接地，栅极与所述短路保护模块30连接，场效应管Q2的漏极与负载的L线连接，栅极与所述短路保护模块30连接，源极接地；所述电流互感器CT1的副边线圈在负载短路时将大电流信号施加给电阻R50和电阻R51，电阻R50和电阻R51的电压信号传送给整流器单元，整流器单元包括整流器U7A和整流器U7C，整流器U7A和整流器U7C将整流后的信号通过电阻R36输入给比较器U7D的正输入端口，比较器U7D用于将正输入端口的电压与负输入端口的电压做对比，当正输入端口的电压高于负输入端口的电压时，则控制输出端口输出高电平；所述比较器U7D的输出端口与三极管Q7的基极连接，也与三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极接地，集电极与二极管D8的负极连接，二极管D8正极与所述短路保护模块30连接；三极管Q7的集电极与二极管D9的负极连接，二极管D9的正极与主控模块80连接。
所述短路保护模块30包括三极管Q3、三极管Q4和驱动光耦M1，驱动光耦M1的型号为FOD3180，三极管Q3的基极与所述二极管D8的正极连接，集电极与三极管Q4的基极连接，发射极接地，二极管D8拉低三极管Q3的基极时，三极管Q3的集电极和发射极截止，三极管Q4的集电极和发射极导通，使驱动光耦M1的输入端口短路，驱动光耦M1输出低电平给所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极，使场效应管Q1和场效应管Q2的漏极和源极截止。
所述尖峰吸收模块40包括电阻R71和电容C34，所述整流模块50包括整流桥堆BD2和有极性电容C37，所述钳位模块60包括稳压二极管D2、稳压二极管D4和稳压二极管D7，所述泄放模块70包括串联的电阻R74和电阻R78，有极性电容C37的两端还与所述钳位模块60连接，
电阻R71的一端与场效应管Q1的漏极连接，另一端与电容C34连接，电容C34的另一端与场效应管Q2的漏极连接，吸收场效应管Q1和场效应管Q2的源极和漏极的尖峰电压；电阻R71和电容C34还与所述整流桥堆BD2连接，整流桥堆BD2将尖峰电压整流后给有极性电容C37充电；稳压二极管D2的正极与所述有极性电容C37的负极连接，负极与稳压二极管D4的正极连接，稳压二极管D4的负极与稳压二极管D7的正极连接，稳压二极管D7的负极与所述有极性电容C37的正极连接；电阻R74的一端与所述有极性电容C37的正极连接，电阻R78的另一端与所述有极性电容C37的负极连接。
结合图6所示，所述主控模块80包括主控芯片U200，主控芯片U200的第一引脚与所述二极管D9的正极连接，主控芯片U200的第四十八引脚与所述三极管Q9的基极连接，三极管Q9的的集电极与所述三极管Q7的基极连接，发射极接地；主控芯片U200的第一引脚输出控制信号给调光器。
结合图3、图4、图5和图6所示，输出端L_LOAD和N线之间接负载，当发生过电流或短路情况时，大电流流经保险丝F1、电流互感器CT1原边、场效应管Q1、场效应管Q2、负载及线缆等，然后回到N线，形成整个回路。在大电流流经电流互感器CT1原边时，其副边线圈会感应到等比例的电流信号(实际是1000:1)，施加到检测电阻R50和R51上，电流越大，检测电阻上的电压(ISEN信号)就等比例上升，ISEN信号经由整流器U7A和整流器U7C组成的电子整流器(类似整流二极管效果，电子整流的优点是没有PN结的偏值损失，波形不失真)，在整流器U7C的第8引脚输出直流成分的馒头波，再经过电阻R36，输入到比较器U7D的正输入端口(图中Pin12)，与负输入端口(图中Pin13)的参考电压进行比较，如果电压超过2.667V,那么输出端口(图中Pin14)就输出高电平，通过电阻R38使三极管Q7的基极正偏,三极管Q7的集电极和发射极导通，三极管Q8的基极变低电平，三极管Q8的集电极和发射极导通，高电平经由电阻R40加到三极管Q7的基极,迫使三极管Q7的集电极和发射极持续导通；三极管Q7的集电极一路通过二极管D8迅速拉低三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极和发射极截止，三极管Q4的集电极和发射极导通，驱动光耦M1的第2引脚和第3引脚被短路，驱动光耦M1的第6引脚和第7引脚输出低电平，场效应管Q1和场效应管Q2的门极电压为低电平，场效应管Q1的漏极和源极截止、场效应管Q2的漏极和源极截止，切断输出电流，及时保护场效应管Q1和场效应管Q2，避免了因大电流过热而损坏的危险。但是，实际线路中，由于负载端线缆的寄生电感和容抗的存在(LED驱动电源的有输入电容)，在大电流断开瞬间，寄生电感会产生反生电动势，形成电压尖峰，叠加到场效应管Q1的漏极和源极两端，以及场效应管Q2的漏极和源极两端，此时，整流桥堆BD2会将此电压尖峰整流后给电容C37充电。微观而言，电容两端等效于恒压源，利用大电容两端电压不能突变的原理，在充电过程迫使该尖峰电压上升斜率变缓慢，抑制尖峰电压过高而击穿主功率MOS管场效应管Q1和场效应管Q2，电阻R74、电阻R78给电容C37放电，同时在电容C37两端并联瞬态抑制二极管TVS管(稳压二极管D2、稳压二极管D4和稳压二极管D7串联)，防止负载功率和容抗过大，避免产生的反生电动势能量更大而导致电容C37上的电压更高，当超过TVS管(即稳压二极管D2、稳压二极管D4和稳压二极管D7)的雪崩电压，就会开通并吸收尖峰电流而进入钳位状态，钳位电压在场效应管Q1和场效应管Q2的耐压650V以下，实现了对主功率管(即场效应管Q1和场效应管Q2)的双重保护。三极管Q7的集电极的另一路通过二极管D9去拉低主控芯片U200的第3引脚,软件程序判定后迅速进入保护，强迫主控芯片U200的第1引脚停止输出PWM波形，也就停止了调光器输出，调光器停机。之后，程序延迟一分钟，自动重启工作，从主控芯片U200的第48引脚输出一个时长2ms的高电平，让三极管Q9的集电极和发射极导通，拉低三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极变高电平，三极管Q8的集电极和发射极截止，形成解锁，调光器可以正常调光；如果短路没有解除，那么短路保护BRCT钳位吸收电路将继续再次保护，如此周而复始，直到短路解除后，调光器自动恢复正常工作，可以调光。
本发明的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，实现了无论输出端出现任何短路状态，都能使调光器停机，完好地保护调光器，当短路故障解除后，软件控制自动重启恢复正常工作，通过多重电路保护，解决了由于灯线打火或LED灯的驱动电源端故障等短路状态导致的调光器的不良，确保了产品的可靠性，降低了售后维修服务成本。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：包括负载模块、短路检测模块、短路保护模块、尖峰吸收模块、整流模块、钳位模块和主控模块，
负载模块与电源和负载均连接，用于给负载提供回路；
短路检测模块与负载模块连接，用于在负载短路时发出短路信号；
短路保护模块与短路检测模块连接，短路保护模块与负载模块连接，用于在接收到短路检测模块的短路信号时切断负载模块的输出电流；
尖峰吸收模块与负载模块连接，整流模块与尖峰吸收模块连接，钳位模块与整流模块连接，形成对尖峰电压的钳位吸收保护；
主控模块与短路检测模块连接，用于根据短路信号控制负载调节器的通断。
2.如权利要求1所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：还包括泄放模块，泄放模块与所述整流模块连接，用于给整流模块放电。
3.如权利要求2所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述负载模块包括保险丝F1、电流互感器CT1、场效应管Q1和场效应管Q2，保险丝F1的一端与电源的L线连接，另一端与电流互感器CT1的原边连接，电流互感器CT1的原边的另一端与场效应管Q1的漏极连接，场效应管Q1的源极接地，栅极与所述短路保护模块连接，场效应管Q2的漏极与负载的L线连接，栅极与所述短路保护模块连接，源极接地；
电流互感器CT1的副边线圈与所述短路检测模块连接，用于在负载短路时提供大电流信号给短路检测模块。
4.如权利要求3所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述短路检测模块包括电阻R50、电阻R51、整流器单元、电阻R36、比较器U7D、电阻R38、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、二极管D8和二极管D9，
所述电流互感器CT1的副边线圈在负载短路时将大电流信号施加给电阻R50和电阻R51，电阻R50和电阻R51的电压信号传送给整流器单元，整流器单元包括整流器U7A和整流器U7C，整流器U7A和整流器U7C将整流后的信号通过电阻R36输入给比较器U7D的正输入端口，比较器U7D用于将正输入端口的电压与负输入端口的电压做对比，当正输入端口的电压高于负输入端口的电压时，则控制输出端口输出高电平；
所述比较器U7D的输出端口与三极管Q7的基极连接，也与三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的基极连接，三极管Q7的发射极接地，集电极与二极管D8的负极连接，二极管D8正极与所述短路保护模块连接；
三极管Q7的集电极与二极管D9的负极连接，二极管D9的正极与主控模块连接。
5.如权利要求4所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述短路保护模块包括三极管Q3、三极管Q4和驱动光耦M1，
三极管Q3的基极与所述二极管D8的正极连接，集电极与三极管Q4的基极连接，发射极接地，二极管D8拉低三极管Q3的基极时，三极管Q3的集电极和发射极截止，三极管Q4的集电极和发射极导通，使驱动光耦M1的输入端口短路，驱动光耦M1输出低电平给所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极，使场效应管Q1和场效应管Q2的漏极和源极截止。
6.如权利要求5所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述尖峰吸收模块包括电阻R71和电容C34，电阻R71的一端与场效应管Q1的漏极连接，另一端与电容C34连接，电容C34的另一端与场效应管Q2的漏极连接，吸收场效应管Q1和场效应管Q2的源极和漏极的尖峰电压；
电阻R71和电容C34还与所述整流模块连接。
7.如权利要求6所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述整流模块包括整流桥堆BD2和有极性电容C37，整流桥堆BD2用于将尖峰电压整流后给有极性电容C37充电；
有极性电容C37的两端还与所述钳位模块连接。
8.如权利要求7所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述钳位模块包括稳压二极管D2、稳压二极管D4和稳压二极管D7，稳压二极管D2的正极与所述有极性电容C37的负极连接，负极与稳压二极管D4的正极连接，稳压二极管D4的负极与稳压二极管D7的正极连接，稳压二极管D7的负极与所述有极性电容C37的正极连接。
9.如权利要求8所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述主控模块包括主控芯片U200，主控芯片U200的第一引脚与所述二极管D9的正极连接，主控芯片U200的第四十八引脚与所述三极管Q9的基极连接，三极管Q9的的集电极与所述三极管Q7的基极连接，发射极接地；
主控芯片U200的第一引脚输出控制信号给负载调节器。
10.如权利要求7所述的一种新型短路保护BRCT钳位吸收电路，其特征在于：所述泄放模块包括串联的电阻R74和电阻R78，电阻R74的一端与所述有极性电容C37的正极连接，电阻R78的另一端与所述有极性电容C37的负极连接。
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