CN116488109A - 保护电路、生物样本制备装置及保护电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种保护电路，包括：控制模块；第一回路，第一回路包括恒流源；第二回路，第二回路包括供电电源和过流检测模块；控制模块根据第一回路的参数和过流检测模块的检测结果控制供电电源是否向第二回路的负载供电，其中，第一回路的参数根据接入的负载不同而变化。本发明实施例检测第一回路的参数，并结合第二回路的过流检测判断是否向第二回路供电，而对于激励为恒流源的第一回路，其短路不会引起大电流，从而实现了任意电回路之间的短路保护。

Description

保护电路、生物样本制备装置及保护电路的控制方法

技术领域

本发明涉及短路保护技术领域，尤其涉及一种保护电路及生物样本制备装置。

背景技术

电路发生短路后会产生大电流，极易损坏电路中的芯片等元器件或者降低其使用寿命，对电路的影响极大。更为严重地，可能会使得整个电路故障，导致设备功能丧失，并且给用户带来安全风险。因此，非常有必要对电路进行短路保护。

对于多个金属端子外露的设备，用户使用不当或者电路本身老化、故障等均有可能造成短路。现有技术中进行短路保护的方法有两种。一种是采用绝缘部件覆盖外露的金属端子，需使用设备时再取下；另一种是设计过流保护。第一种方法仍然无法对因电路本身老化、故障等原因造成的短路进行保护；第二种方法只能对金属端子对应的每一个电回路设计过流保护，任意金属端子之间、任意电回路之间的短路问题仍然无法解决。

发明内容

本发明实施例提供一种保护电路，旨在解决现有技术中金属端子外露的设备任意金属端子之间、任意电回路之间短路的问题。

第一方面，提供了一种保护电路，包括：

控制模块；

第一回路，第一回路包括恒流源；以及

第二回路，第二回路包括供电电源和过流检测模块；

控制模块根据第一回路的参数和过流检测模块的检测结果控制供电电源是否向第二回路的负载供电，其中，第一回路的参数根据接入的负载不同而变化。

第二方面，提供了一种生物样本制备装置，包括外壳、多个电机和多个如上描述的保护电路；

多个电机设置于外壳内；

每个第一回路的恒流源两端形成第一端子，外露于外壳；

每个第二回路的两个节点形成第二端子，外露于外壳；

多个电机的驱动轴可分别与多个实验容器连接以驱动其旋转；

加热设备夹持实验容器时，与第一端子接触形成闭合的第一回路，与第二端子接触形成闭合的第二回路，以对实验容器进行加热。

第三方面，提供了一种保护电路的控制方法，保护电路为上述描述的保护电路，控制方法包括：

检测第一回路的参数，其中，第一回路的参数根据接入的负载不同而变化；

过流检测模块检测第二回路是否过流；

根据第一回路的参数和过流检测模块的检测结果控制供电电源是否向第二回路的负载供电。

本发明实施例检测第一回路的参数，并结合第二回路的过流检测判断是否向第二回路供电，而对于激励为恒流源的第一回路，其短路不会引起大电流，从而实现了任意电回路之间的短路保护。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例一提供的保护电路的示意图；

图2是本发明实施例一提供的另一保护电路的示意图；

图3是本发明实施例一提供的过流检测模块的示意图；

图4是本发明实施例二提供的生物样本制备装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本发明实施例检测第一回路中恒流源两端的负载电阻值，若负载电阻值不在预设范围则不向第二回路供电，若负载电阻值在预设范围内时，再根据第二回路的过流检测判断是否向第二回路供电，而对于激励为恒流源的第一回路，其短路不会引起大电流，从而实现了任意电回路之间的短路保护。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的保护电路的示意图。如图1所示，该保护电路包括第一回路1、第二回路2和控制模块3。

在本发明实施例中，第一回路1包括恒流源11和电阻值检测模块12。恒流源11是第一回路1的激励源，为形成恒流源11电路供电的电压为不会对人体造成伤害的低压，如3.3V。连接在恒流源11两端的为第一负载电阻R1，第一负载电阻R1根据实际接入第一回路1的负载不同而变化。电阻值检测模块12检测恒流源11两端的负载电阻值，即检测第一负载电阻R1的电阻值，并发送至控制模块3。在一些实施例中，也可以检测第一回路1的其他参数，发送至控制模块3以进行后续的短路保护控制，在此不做限定。

第二回路2包括供电电源21、过流检测模块22和开关模块23。供电电源是第二回路2的激励源，可为常用的恒压电源，如12V的直流电压源，在此不做限定。一般地，连接在供电电源21两端的为第二负载电阻R2，第二负载电阻R2根据实际接入第二回路2的负载不同而变化。在本发明实施例中，在供电电源21的供电一端和第二负载电阻R2之间接入开关模块23。优选地，开关模块23由场效应管组成。在第二负载电阻R2和地之间接入过流检测模块22，在仅有第二回路2短路时，实现对第二回路2的短路保护。

控制模块3根据接收到的第一负载电阻R1的电阻值调节开关模块23的闭合或者断开以控制供电电源21是否向第二负载电阻R2供电。若第一负载电阻R1的电阻值不在预设范围，控制模块3使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。若第一负载电阻R1的电阻值在预设范围并且过流检测模块22检测到过流，控制模块3使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。若第一负载电阻R1的电阻值在预设范围并且过流检测模块22未检测到过流，控制模块3使开关模块23闭合，控制供电电源21供电。优选地，控制模块3根据第一负载电阻R1向开关模块23输出PWM（Pulse width modulation，脉冲宽度调制）信号，开关模块23闭合，供电电源21供电；控制模块3根据第一负载电阻R1不向开关模块23输出PWM信号，开关模块23断开，供电电源21不供电。由控制模块3控制开关模块23闭合或者断开的方式也称为软件控制方式。

作为本发明的一个实施例，如图1所示，过流检测模块22与控制模块3连接。过流检测模块22输出预设电平时，表示过流检测模块22检测到第二回路2过流，控制模块3不向开关模块23输出PWM信号以使开关模块23断开。软件控制方式可以稳定地断开开关模块23，避免仅瞬间断开带来的安全风险和误报的情况。

作为本发明的另一个实施例，如图2所示，图2是本发明实施例一提供的另一保护电路的示意图。过流检测模块22直接与开关模块23连接。过流检测模块22检测到第二回路2过流后，输出预设电平以使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。过流检测模块22直接与开关模块23连接控制其闭合或者断开的方式也称为硬件控制方式。对于由场效应管组成的开关模块23，硬件控制方式可以快速地断开开关模块23，避免延时断开带来的安全风险。

结合软件控制方式和硬件控制方式的特点，如图2所示，本发明实施例同时采用软件控制方式和硬件控制方式，使得保护电路具有双重过流保护机制，更安全、稳定、可靠。

图3是本发明实施例一提供的过流检测模块的示意图。如图3所示，过流检测模块22包括比较器221和采样电阻222。在第二负载电阻R2和地之间接入采样电阻222。比较器221的一输入端连接采样电阻222，比较采样电阻222相对于地的电压，比较器221的输出端分别连接控制模块3和开关模块23。第二回路2过流时，比较器221检测到采样电阻222相对于地的电压过大，其输出端输出低电平（预设电平）至控制模块3和开关模块23。

在一些特定的场景下，第一负载电阻R1的两端和第二负载电阻R2的两端共四个节点作为端子外露，由用户根据实际需要接入不同的导体，保护电路自动判断是否启动短路保护。本发明实施例保护电路的运行原理如下。

在第一回路1中，当第一负载电阻R1对应的两个节点短路时，电阻值检测模块12检测到的第一负载电阻R1的电阻值为0，将0设置为不在预设范围，控制模块3使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。由此，第二回路2断开；第一回路1虽然仍为闭合，但由于其为恒流源激励，不会产生大电流，因此这种情况的短路不会对第一回路1造成损坏。

在第二回路2中，当第二负载电阻R2对应的两个节点短路时，电阻值检测模块12检测到第一负载电阻R1不在预设范围，则以上述情况进行判断；电阻值检测模块12检测到第一负载电阻R1在预设范围并且过流检测模块22未检测到过流，控制模块3使开关模块23闭合，控制供电电源21供电；电阻值检测模块12检测到第一负载电阻R1在预设范围并且过流检测模块22检测到过流，过流检测模块22迅速向开关模块23输出预设电平以使开关模块23断开，同时过流检测模块22也向控制模块3输出该预设电平，控制模块3接收后不向开关模块23发生PWM信号以使其断开，供电电源21不供电。由此，第二回路2断开。

对于第一回路1和第二回路2，当第二负载电阻R2两端任一节点与第一负载电阻R1两端任一节点短路时，相当在在第一负载电阻R1两端额外并联了一个电阻，使得恒流源两端的负载电阻不只是第一负载电阻R1，将此时恒流源两端的实际负载电阻值设置为不在预设范围，控制模块3使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。由此，第二回路2断开；而且供电电源21也不会与第一回路1中的元器件形成新的回路而导致其损坏。

对于第一回路1和第二回路2，当第一负载电阻R1的两端和第二负载电阻R2的两端共四个节点均短路时，相当于第一负载电阻R1对应的两个节点短路的情况，同样可进行短路保护。

进一步地，第一负载电阻R1的两端未接入导体时，电阻值检测模块12检测到的第一负载电阻R1的电阻值为无穷大，将无穷大设置为不在预设范围，控制模块3使开关模块23断开，控制供电电源21不供电。由此，第一回路1和第二回路2均断开。对于外露的四个节点，由于第一回路1为对人体不会造成伤害的低压，第二回路2中开关模块23断开即将供电电源21与第二负载电阻R2断开连接，因此用户触碰到该四个节点，也不会存在安全风险。

在一些实施例中，第一回路1还包括电阻式温度传感器13，电阻式温度传感器13作为第一负载电阻R1，并联于恒流源11两端，接入第一回路1中。电阻式温度传感器13本身表现出的电阻值随着其感应到的温度的不同而不同。第二回路2还包括加热膜，加热膜作为第二负载电阻R2接入第二回路2中。根据该场景，合理设置上述预设范围，即能够通过电阻值检测模块2判断电阻式温度传感器13和加热膜是否处于正常工作状态，所在的第一回路1和第二回路2是否发生短路。判断恒流源11两端的负载电阻值是否在预设范围，也可转换为判断电阻式温度传感器3感应到的温度是否在预设范围，进而判断电阻式温度传感器13和加热膜是否处于正常工作状态。

本发明实施例检测第一回路中恒流源两端的负载电阻值，若负载电阻值不在预设范围则不向第二回路供电，若负载电阻值在预设范围内时，再根据第二回路的过流检测判断是否向第二回路供电，而对于激励为恒流源的第一回路，其短路不会引起大电流，从而实现了任意电回路之间的短路保护。

实施例二

在生物学的许多实验中，通常需要模拟生物体的体温或者在制备生物样本的过程中维持特定温度，以利于生物实验的进行。而且要求在对单个实验容器进行加热的同时不会影响生物实验的其他操作。

如在制备单细胞悬液时，切割、碾磨组织等操作在实验容器中进行，同时通过加热设备将每个实验容器中的生物样本维持在不同的特定温度。在此过程中，维持的温度不能发生过大波动，否则可能会使生物样本产生变性等，而影响生物实验的结果。因此，加热设备除了可进行加热外，还需要实时感应实验容器的温度并反馈至设备中的控制器，以调整加热功率，实现稳定加热。单细胞悬液制备完成后，需要将加热设备和实验容器卸下，倒出实验容器中的单细胞悬液。开始下一次单细胞悬液制备时，加热设备和实验容器重新装载到设备上。因此，加热设备需适应这样反复插拔的使用场景。

图4是本发明实施例二提供的生物样本制备装置的示意图。如图4所示，生物样本制备装置包括外壳、多个电机、多个实验容器、多个加热设备和多个实施例一描述的保护电路（图中未示出）。在本发明实施例中，保护电路的结构与实施例一相同，包括在实施例一中描述的全部特征，在此不再赘述。

在本发明实施例中，多个电机设置于外壳内，其驱动轴分别与多个制备单细胞悬液的实验容器连接，驱动实验容器旋转。多个保护电路设置于外壳内，每个保护电路对应一个实验容器和一个加热设备。保护电路中，第一回路1的恒流源两端外露于外壳，供加热设备中的电阻式温度传感器与之连接；第二回路2的第二负载电阻R2两端作为两个节点外露于外壳，供加热设备中的加热膜与之连接。为了使加热设备的结构小巧紧凑，第一回路1的恒流源两端形成第一端子外露于外壳，第二回路2的第二负载电阻R2两端作为两个节点形成第二端子外露于外壳。第一端子和第二端子均为二节插针端子。加热设备只需预留两个接口与第一端子和第二端子连接。每个加热设备夹持实验容器进行加热时，电阻式温度传感器与第一端子接触形成闭合的第一回路1，加热膜与第二端子接触形成闭合的第二回路2。

在本发明实施例中，生物样本制备装置还包括微控制器。微控制器根据多个电阻式温度传感器测得的温度分别控制多个加热膜，可将多个实验容器中的生物样本稳定维持在相同或者不同的特定温度。保护电路中的控制模块3复用生物样本制备装置的微控制器，实现短路保护。

本发明实施例检测第一回路中恒流源两端的负载电阻值，若负载电阻值不在预设范围则不向第二回路供电，若负载电阻值在预设范围内时，再根据第二回路的过流检测判断是否向第二回路供电，而对于激励为恒流源的第一回路，其短路不会引起大电流，从而实现了任意电回路之间的短路保护。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：

控制模块；

第一回路，所述第一回路包括恒流源；以及

第二回路，所述第二回路包括供电电源和过流检测模块；

所述控制模块根据所述第一回路的参数和所述过流检测模块的检测结果控制所述供电电源是否向所述第二回路的负载供电，其中，所述第一回路的参数根据接入的负载不同而变化。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一回路还包括电阻值检测模块，所述电阻值检测模块检测所述恒流源两端的负载电阻值并发送至所述控制模块；若所述负载电阻值不在预设范围，所述控制模块控制所述供电电源不供电；若所述负载电阻值在预设范围并且所述过流检测模块检测到过流，所述供电电源不供电。

3.根据权利要求1或者2所述的保护电路，其特征在于，所述第二回路还包括开关模块；所述开关模块与所述供电电源连接，所述控制模块通过所述开关模块的闭合或者断开以控制所述供电电源。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述过流检测模块与所述开关模块连接；所述过流检测模块输出预设电平时，所述开关模块断开。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述过流检测模块与所述控制模块连接；所述过流检测模块输出预设电平时，所述控制模块不向所述开关模块输出信号以使所述开关模块断开。

6.一种生物样本制备装置，其特征在于，包括外壳、多个电机和多个如权利要求1-5任一项所述的保护电路；

所述多个电机设置于所述外壳内；

每个所述第一回路的所述恒流源两端形成第一端子，外露于所述外壳；

每个所述第二回路的两个节点形成第二端子，外露于所述外壳；

所述多个电机的驱动轴可分别与多个实验容器连接以驱动其旋转；

加热设备夹持所述实验容器时，与所述第一端子接触形成闭合的所述第一回路，与所述第二端子接触形成闭合的所述第二回路，以对所述实验容器进行加热。

7.根据权利要求6所述的生物样本制备装置，其特征在于，所述第二回路连接负载的两端作为两个节点形成所述第二端子，外露于所述外壳。

8.一种保护电路的控制方法，其特征在于，所述保护电路为如权利要求1所述的保护电路，所述控制方法包括：

检测所述第一回路的参数，其中，所述第一回路的参数根据接入的负载不同而变化；

所述过流检测模块检测所述第二回路是否过流；

根据所述第一回路的参数和所述过流检测模块的检测结果控制所述供电电源是否向所述第二回路的负载供电。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述检测所述第一回路的参数具体为：

检测所述恒流源两端的负载电阻值；

所述根据所述第一回路的参数和所述过流检测模块的检测结果控制所述供电电源是否向所述第二回路的负载供电具体为：

若所述负载电阻值不在预设范围，所述控制模块控制所述供电电源不供电；若所述负载电阻值在预设范围并且所述过流检测模块检测到过流，所述供电电源不供电。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第二回路还包括开关模块，所述开关模块与所述供电电源连接；

所述过流检测模块与所述开关模块连接，所述过流检测模块的检测结果控制所述开关模块；和/或

所述过流检测模块与所述控制模块连接，所述控制模块根据所述过流检测模块的检测结果控制所述开关模块。