CN116960911B - 限流保护电路、供电电路和储能电源 - Google Patents

限流保护电路、供电电路和储能电源 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种限流保护电路、供电电路和储能电源,限流保护电路应用于供电电路,供电电路包括变压器和供电模块,变压器用于在供电模块的供电作用下工作;限流保护电路包括采集模块、驱动模块和调节模块。当变压器输出绕组短路时,变压器初级线圈的输入端的电流也会因此受影响变大,当输入电流大于设定的电流值时,采集模块两端的电压也会大于与设定的电流值对应的预设阈值,此时驱动模块输出驱动信号,使得调节模块将输入电流限制在预设范围,因此控制输入电流不再增大,从而使得变压器的输出绕组的电流也被稳定在一定范围内,使得供电电路处于安全状态。

Description

限流保护电路、供电电路和储能电源
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域,特别是涉及限流保护电路、供电电路和储能电源。
背景技术
储能系统在电子电路控制的设计中一般需要设置多路相互隔离的电源。常规的供电方案包括:一、采用反激电源供电;二、采用单片机控制的BUCK+(降压式变换电路)无输出电感正激电源供电。其中单片机控制的BUCK+(降压式变换电路)无输出电感正激电源供电的方式在直接采用反激电源供电的基础上使得多路隔离电源能够受控启动,减小功耗。且单片机控制的BUCK+(无输出电感正激电源供电无需使用EMI抑制元器件,减小了成本。
但是,采用单片机控制的BUCK+无输出电感正激电源供电电路无过流和短路保护能力,当正激变压器输出绕组短路时,会使BUCK+电路输出短路或过流,拉低供电电压,使整个储能系统进入异常工作模式,造成安全风险。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种限流保护电路、供电电路和储能电源。
第一方面,本申请提供一种限流保护电路,应用于供电电路,所述供电电路包括变压器和供电模块,所述变压器用于在所述供电模块的供电作用下工作;所述限流保护电路包括:
采集模块,用于连接所述供电模块,并在所述变压器工作时采集所述变压器初级线圈输入端的输入电流;
驱动模块,与所述采集模块连接,用于在所述采集模块两端的电压差大于预设阈值的情况下,输出驱动信号;
调节模块,与所述采集模块和所述驱动模块连接,用于连接所述变压器初级线圈的输入端,并在接收到所述驱动信号时,将所述输入电流限制在预设范围内。
在其中一个实施例中,所述调节模块在接收到所述驱动信号时,调节自身的阻值,以将所述输入电流限制在所述预设范围内。
在其中一个实施例中,所述调节模块在接收到所述驱动信号时,所述调节模块的阻值与所述输入电流的大小呈正相关。
在其中一个实施例中,所述调节模块包括:
MOS管,所述MOS管的栅极与所述驱动模块的第二端连接,所述MOS管的源极与所述驱动模块的第三端连接,所述MOS管的漏极与所述变压器初级线圈输入端连接;
所述MOS管用于接收到所述驱动信号时,工作在变阻区,以将所述输入电流限制在预设范围内。
在其中一个实施例中,所述调节模块包括输入端、输出端和使能端,所述调节模块的输出端用于连接所述变压器初级线圈的输入端,所述驱动模块包括:
开关单元,与所述采集模块的两端以及所述调节模块的输入端连接,用于在所述采集模块两端的电压大于预设阈值的情况下处于导通状态;
驱动单元,与所述开关单元和所述调节模块的使能端连接,以当所述开关单元处于导通状态时,输出驱动信号至所述调节模块。
在其中一个实施例中,所述开关单元包括:
三极管,所述三极管的基极和集电极与所述采集模块的两端连接,所述三极管的发射极与所述驱动单元连接。
在其中一个实施例中,还包括:
电压检测模块,与所述变压器初级线圈的输入端连接,用于检测所述变压器初级线圈的输入电压;
控制模块,与所述电压检测模块连接,用于当所述输入电压小于预设电压时停止输出用于驱动变压器工作的启动信号,以使所述变压器停止工作。
在其中一个实施例中,所述控制模块包括:
判断单元,与所述电压检测模块连接,用于当所述输入电压小于预设电压时,将模拟信号形式的所述输入电压转换为数字信号形式的截止信号;
主控单元,与所述判断单元连接,用于在所述判断单元输出所述截止信号时,停止输出所述启动信号。
第二方面,本申请还提供一种供电电路,包括:
如上述的限流保护电路;
供电模块,与所述限流保护电路连接,用于输出供电信号;
变压器,所述变压器初级线圈的输入端与所述限流保护电路连接,用于根据所述限流保护电路传输的供电信号进行工作。
在其中一个实施例中,还包括:
开关模块,与所述限流保护电路的控制模块、所述变压器的低压端以及等效地端连接,用于在所述控制模块停止输出启动信号时处于断开所述变压器的低压端与所述等效地端之间的连接,以使所述变压器停止工作。
第三方面,本申请还提供一种储能电源,包括:
储能负载;
如上述的供电电路,所述供电电路的变压器与所述储能负载连接,用于向所述储能负载供电。
上述限流保护电路、供电电路和储能电源,限流保护电路应用于供电电路,供电电路包括变压器和供电模块,变压器用于在供电模块的供电作用下工作;限流保护电路包括采集模块、驱动模块和调节模块,采集模块用于连接供电模块,并在变压器工作时采集变压器初级线圈输入端的输入电流;驱动模块与采集模块连接,用于在采集模块两端的电压差大于预设阈值的情况下,输出驱动信号;调节模块与采集模块和驱动模块连接,用于连接变压器初级线圈的输入端,并在接收到驱动信号时,将输入电流限制在预设范围内。当变压器输出绕组短路时,变压器初级线圈的输入端的电流也会因此受影响变大,当输入电流大于设定的电流值时,采集模块两端的电压也会大于与设定的电流值对应的预设阈值,此时驱动模块输出驱动信号,使得调节模块将输入电流限制在预设范围,因此控制输入电流不再增大,从而使得变压器的输出绕组的电流也被稳定在一定范围内,使得供电电路处于安全状态。
附图说明
图1为本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图之一;
图2为本申请一实施例中的变压器的结构示意图;
图3为本申请一实施例中的驱动模块的结构示意图;
图4为本申请一实施例中的调节模块的结构示意图之一;
图5为本申请一实施例中的调节模块的结构示意图之二;
图6为本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图之二;
图7为本申请一实施例中的控制模块的结构示意图;
图8为本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图之三;
图9为本申请一实施例中的比较模块的结构示意图之一;
图10为本申请一实施例中的比较模块的结构示意图之二;
图11为本申请一实施例中的RC单元的结构示意图;
图12为本申请一实施例中的泄放模块的结构示意图;
图13为本申请一实施例中的供电电路的结构示意图;
图14为本申请一实施例中的储能电源的结构示意图。
附图标号说明:
储能电源:1;供电电路:10;储能负载:20;限流保护电路:100;采集模块:110;驱动模块:120;开关单元:121;驱动单元:122;调节模块:130;电压检测模块:140;控制模块:150;判断单元:151;主控单元:152;储能模块:160;RC单元:161;比较模块:170;比较单元:171;开合单元:172;传输模块:180;泄放模块:190;供电模块:200;变压器:300;开关模块:400;单片机500。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请一实施例提供的保护应用于供电电路,供电电路包括变压器300和供电模块200,变压器300用于在供电模块200的供电作用下工作。进一步地,供电电路还包括开关模块400和单片机500;其中,开关模块400可以是PMOS管,单片机500与开关模块400(PMOS管的栅极)连接,开关模块400能够在单片机500输出的启动信号的作用下高速交替导通和关断,使得变压器300处于工作状态。例如该供电电路为正激电源供电电路。
参阅图1,图1示出了本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图之一,限流保护电路100包括采集模块110、驱动模块120和调节模块130。采集模块110用于连接供电模块200,并在变压器300工作时采集变压器300初级线圈输入端的输入电流;驱动模块120与采集模块110连接,用于在采集模块110两端的电压差大于预设阈值的情况下,输出驱动信号;调节模块130与采集模块110和驱动模块120连接,用于连接变压器300初级线圈的输入端,并在接收到驱动信号时,将输入电流限制在预设范围内。
其中,如图2所示的变压器的结构示意图。变压器300的初级线圈包括输入端和两个地端,其中一个地端连接有二极管D1,二极管D1的阳极与接地端GND连接,二极管D1的阴极与变压器300的地端连接,变压器300的初级线圈的输入端与限流保护电路100的调节模块130连接。另一个地端通过开关模块400与接地端GND连接,且开关模块400与单片机500连接,在单片机500的控制下导通或者关断变压器300与接地端GND之间的连接。变压器300的次级线圈连接有二极管D2和电容C1,二极管D2的阳极与变压器300的次级线圈的一端连接,二极管D2的阴极与电容C1的一端连接,电容C1的另一端与接地端GND及变压器300的次级线圈的另一端连接。当变压器300的输出绕组出现短路故障时,VCC2处的电流会异常,进而导致VCC1处的电流也异常。
示例性地,供电模块200包括供电源和变压模块,供电源与变压模块连接,变压模块与采集模块110连接。示例性地,变压模块可以是BUCK电路或者BUCK-BOOST电路等降压或升降压电路,用于在控制模块(图中未示出)的控制下作为无输出电感正激电源进行供电。
示例性地,当调节模块130接收到驱动模块120输出的驱动信号时,调节模块130能够调节自身的阻值,以将输入电流限制在预设范围内,进一步地,在驱动信号的控制下,调节模块130的阻值与输入电流的大小呈正相关,因此,输入电流增大的同时,调节模块130的阻值也会增大,从而反过来控制输入电流的大小,使得输入电流被限制在预设范围内。
具体地,当供电电路不存在短路或者过流时,供电模块200输出的供电信号通过采集模块110和调节模块130向变压器300供电,此时采集模块110也会检测的供电模块200输出的供电信号的电流小于预设电流,基于欧姆定律,则在采集模块110上产生的压降也会小于与预设电流对应的预设电压,此时驱动模块120不输出驱动信号,驱动模块120对调节模块130不存在驱动作用,但是由于调节模块130还与采集模块110连接,此时调节模块130相当于导通的开关,因此供电模块200输出的供电信号会通过采集模块110输入至调节模块130,进而为变压器300供电,以使变压器300处于工作状态。反之,当变压器300的输出绕组发生短路或过流时,即变压器300次级线圈电路中的VCC2处的电流会过大,由于变压器300的电压/电流反射效应,VCC1处电流将增大,继而使得变压器300初级线圈的输入端的输入电流将增大,此时采集模块110能够检测到增大后的输入电流,当输入电流大于预设电流时,驱动模块120会输出驱动信号,从而控制调节模块130进入变阻状态,将输入电流限值在预设范围内,以保证变压器300的安全工作。
示例性地,参考如图3所示的驱动模块的结构示意图,上述的采集模块110可以是采样电阻R1。驱动模块120包括三极管Q1、电阻R2和电阻R3,其中,三极管Q1的集电极作为驱动模块120的第一端,三极管Q1的基极作为驱动模块120的第二端,三极管Q1的发射极作为驱动模块120的第三端;电阻R3分别与接地端GND和调节模块130连接。
示例性地,如图4所示的调节模块结构示意图之一,调节模块130包括MOS管Q2,MOS管Q2的栅极分别与电阻R2和电阻R3连接,MOS管Q2的源极与三极管Q1的基极连接,MOS管Q2的漏极与变压器300初级线圈的输入端连接。
当供电电路电流正常时,供电模块200输出的供电信号通过采样电阻R1和MOS管Q2向变压器300供电,此时流经采样电阻R1的电流较小,在采样电阻R1上产生的压降也较小,此时三极管Q1的集电极和基极之间的电压差较小,因此三极管Q1处于截止状态,电阻R2不参与传输供电信号,但是由于MOS管Q2的栅极与采样电阻R1连接,以及电阻R3的存在,MOS管Q2的栅极和源极之间的电压差能够达到MOS管Q2的导通门限,因此MOS管Q2能够持续导通,以传输供电信号至变压器300,以使变压器300正常工作。
相反地,当变压器300次级线圈出现短路或过流时,变压器300初级线圈的输入端的输入电流将增大,当输入电流增大至超过预设电流时,输入电流在流经采样电阻R1时,在采样电阻R1的两端产生较大压降,该压降超过三极管Q1的导通门限,也即预设电流的大小与三极管Q1的导通电压门限以及采样电阻R1的阻值有关。三极管Q1处于导通状态,输入电流经在电阻R2的两端产生压降,使得MOS管Q2的栅极和源极电压差的绝对值减小,此时MOS管Q2工作在变阻区,此时不论MOS管Q2的栅极和源极电压如何减小,MOS管Q2输出至变压器300的电流被限制在预设范围。
例如,设供电信号的电压值为12V,变压器300初级线圈与次级线圈之间的匝数比为1:1,次级线圈的安全工作电流为0.1A,在占空比为50%的情况下,初级线圈导通器件的平均电流为0.1/50%=0.2A(忽略励磁电流),设三极管Q1为NPN型三极管,导通门限电压为0.6V,MOS管Q2为P型MOS管,其G-S导通门限为-4V,采样电阻R1的阻值为2Ω,电阻R2的阻值为100Ω,电阻R3的阻值为10kΩ,当变压器300次级线圈的电流正常时,初级线圈中的电流不大于0.2A,采样电阻R1上产生的压降为0.4V,三极管Q1处于截止状态,MOS管Q2的栅极和源极之间的压降VG-S小于-4V,基于PMOS管的特性,当VG-S小于一定的值就会导通,因此三极管Q1能够导通,正常为变压器300供电。当变压器300次级线圈出现短路或过流时,假设次级线圈产生的电路为0.15A,此时初级线圈输入端的输入电路接近0.3A,此时采样电阻R1两端的压降为0.6A,因此三极管Q1导通,进而电阻R3两端的压降增大,VG-S的绝对值减小,使得MOS管Q2工作在变阻区,将输入电流限制在0.3A,阻止输入电流进步一增大,避免供电电路过流或短路,从而起到保护作用。此次级线圈的电流也被限制在0.15A。
在本实施例中,当变压器300输出绕组短路时,变压器300初级线圈的输入端的电流也会因此受影响变大,当输入电流大于设定的电流值时,采集模块110两端的电压也会大于与设定的电流值对应的预设阈值,此时驱动模块120输出驱动信号,使得调节模块130将输入电流限制在预设范围,因此控制输入电流不再增大,从而使得变压器300的输出绕组的电流也被稳定在一定范围内,使得供电电路处于安全状态,进而提高供电电路的过流和短路保护能力,确保供电安全。与此同时,相对于其余限流电路其余可能的结构,本实施例中的限流保护电路100由各种电路模块组成,具有反应迅速,可靠性强的优点。
在一个实施例中,如图5所示的调节模块的结构示意图之二,调节模块130包括输入端、输出端和使能端,调节模块130的输出端用于连接变压器300初级线圈的输入端,驱动模块120包括开关单元121和驱动单元122。开关单元121与采集模块110的两端以及调节模块130的输入端连接,用于在采集模块110两端的电压大于预设阈值的情况下处于导通状态;驱动单元122与开关单元121和调节模块130的使能端连接,以当开关单元121处于导通状态时,输出驱动信号至调节模块130。
其中,开关单元121的导通状态由采集模块110两端的电压决定,基于这种连接关系能够减少另外用于判断电压的芯片或者模块,使得本申请的限流保护电路100结构简单,同时保证限流保护电路100的限流功能。示例性地,本申请的开关单元121可以是附图3或附图4中的三极管Q1,三极管Q1的基极和集电极与采集模块110的两端连接,三极管Q1的发射极与驱动单元130连接。
在本实施例中,通过开关单元121与采集模块110的两端连接,使得在采集模块110两端的电压差满足开关单元121的导通条件时导通,从而使得驱动单元122能够输出用于驱动调节模块130工作的驱动信号。本实施例中的驱动模块120能够利用巧妙的电路设计,在节省电路成本的基础上控制完成限流保护电路100的限流功能。
在一个实施例中,如图6所示的限流保护电路的结构示意图之二;限流保护电路100还包括电压检测模块140和控制模块150。电压检测模块140与变压器300初级线圈的输入端连接,用于检测变压器300初级线圈的输入电压;控制模块150与电压检测模块140连接,用于当输入电压小于预设电压时停止输出用于驱动变压器300工作的启动信号,以使变压器300停止工作。
其中,控制模块150可以是如单片机等微控制器。可以理解的是,在本实施例中,控制模块150主要用于输出PWM(Pulse width modulation wave,脉冲宽度调制)信号以调节正激电源的驱动占空比。其中的PWM信号即为启动信号。
具体地,控制模块150输出的启动信号控制开高速切换关模块400的导通和断开状态,从而使得变压器300高速导通或者断开与接地端GND之间的连接,从而变压器300处于工作状态。
具体地,当调节模块130将输入电流限值在预设范围内时,如果与次级线圈连接的电路中的电阻较小,将会导致次级线圈的电压较低,因此初级线圈输入端的输入电压也将下降,控制模块150通过ADC接口(Analog-to-digital converter,模数转换接口)对输入电压进行判断,当输入电压下降至小于第二预设电压时,停止输出PWM信号,即驱动信号。
在本实施例中,通过电压检测模块150获取变压器300初级线圈输入端的输入电压,当控制模块150判断输入电压小于第二预设电压时,停止输出PWM信号,使得变压器300停止工作,从而使得供电电路处于安全状态。
在一个实施例中,如图7所示的控制模块的结构示意图,控制模块150包括判断单元151和主控单元152,判断单元151与电压检测模块140连接,用于当输入电压小于预设电压时,将模拟信号形式的输入电压转换为数字信号形式的截止信号;主控单元152与判断单元151连接,用于在判断单元151输出截止信号时,停止输出启动信号。
示例性地,判断单元151可以是上述实施例的ADC接口,也可以是其他能够进行电压值判断的单元。
在本实施例中,判断单元151对变压器300的输入电压进行判断,当输入电压小于预设电压时,输出截止信号至主控单元152,使得主控单元152停止输入启动信号,从而使得变压器300停止工作,保护供电电路安全。
在一个实施例中,如图8所示的限流保护电路的结构示意图之三,限流保护电路100还包括储能模块160、比较模块170和传输模块180,储能模块160用于与控制模块150连接,并根据控制模块150输出的驱动信号进行储能,且在驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时,储能模块160的电压大于或等于第一预设电压;比较模块170与储能模块160连接,用于连接供电电路的开关模块400的受控端,并获取储能模块160的电压,在储能模块160的电压大于或等于第一预设电压的情况下,控制开关模块400关断;传输模块180用于分别与开关模块400的受控端及控制模块150连接,以将控制模块150输出的驱动信号传输至开关模块400,以驱使开关模块400工作。
比较模块170可以是任意具有比较功能的比较电路,示例性地,比较电路设有两个输入端端和一个输出端,其中一个输入端与储能模块160连接,以接收待比较的电压(即储能模块160的电压),另一个输入端配置有参考电压(即第一预设电压)。当待比较的电压(即储能模块160的电压)大于参考电压(即第一预设电压)时,比较电路的输出端电压将变为正电压;当待比较的电压(即储能模块160的电压)小于参考电压(即第一预设电压)时,输出端电压将变为负电压。因此,比较电路可以将两个电压信号进行比较,并输出一个相应的电压信号,该电压信号可以进一步控制开关模块400导通或者关断。
上述的传输模块180可以包括电阻,以当控制模块150输出高电平的驱动信号时,一部分通过传输模块180直接输入至开关模块400,另一部分传输至储能模块160进行储能。其中,通过传输模块180传输的驱动信号能够开关模块400的初始状态为导通状态与关断状态高速切换的状态,也即,当控制模块150输出的PWM信号不存在占空比异常时,开关模块400总是处于导通状态和关断状态快速交替的状态,以使得变压器300处于正常工作状态,以保证供电电路的正常供电。
可以理解的是,由于传输模块180能够在控制模块150输出驱动信号时,同步将驱动信号输入至开关模块400以使开关模块400处于导通状态与关断状态高速切换的状态,因此开关模块400的初始状态为导通状态和关断状态快速交替,此时变压器300处于工作状态。同时,由于控制模块150不断输出一定占空比的PWM信号,可以理解的是,PWM信号包括高电平信号和低电平信号,当储能模块160接收控制模块150输出的高电平信号时,开始进行储能,储能模块的电压逐渐增大,在储能模块160的电压小于第一预设电压时,输出低电平的控制信号,此时开关模块400始终处于关断状态,直到储能模块160的电压大于或等于第一预设电压,此时意味着控制模块150输出的驱动信号的高电平持续时间达到预设时间,即驱动信号的占空比大于预设占空比,比较模块170输出高电平的控制信号控制开关模块400关断,从而控制变压器300处于停止工作状态,暂停供电电路的供电过程。
本实施例中,限流保护电路100能够通过储能模块160对控制模块150输出的高电平的驱动信号进行储能,从而获取驱动信号的占空比信息,当驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时,进一步通过比较模块170将储能模块160的电压与第一预设电压进行比较,从而当储能模块160的电压大于第一预设电压时,判断控制模块150输出的信号的占空比信息不满足预设条件,控制开关模块400关断,因此使得变压器300在控制模块150输出的信号的占空比信息不满足预设条件,处于停止工作状态,确保供电安全。与此同时,相对于能够直接进行PWM信号控制的集成芯片,本申请中的限流保护电路100由各种基础模块构成,结构简单,具体成本低的优点。
在一个实施例中,如图9所示的比较模块的结构示意图之一,比较模块170包括比较单元171和开合单元172。比较单元171与储能模块160连接,用于在储能模块160的电压大于或等于第一预设电压时,输出导通信号;开合单元172与比较单元171连接,用于连接开关模块400的受控端,并在比较单元171输出导通信号时,控制开关模块400关断。
示例性地,如图10所示的比较模块的结构示意图之二,比较单元171为作为比较器使用的运算放大器U1,此时运算放大器U1的同相输入端与储能模块160连接,运算放大器U1的反相输入端配置有第一预设电压Vref,运算放大器U1的输出端与开合单元172连接,因此当储能模块160的电压大于或等于第一预设电压Vref时,比较单元171能够输出高电平的导通信号,当储能模块160的电压小于第一预设电压Vref时,比较单元171能够输出低电平信号。
示例性地,再次参考如图10所示的比较模块的结构示意图之二,上述的开合单元172可以包括一个限流电阻R4和三极管Q3,限流电阻R4分别与运算放大器U1的输出端和三极管Q3的基极连接,三极管Q3的发射极与接地端GND连接,三极管Q3的集电极与开关模块400连接。当三极管Q3导通时,开关模块400的受控端导通至接地端GND,从而使得开关模块400由保持关断。因此开合单元172能够在比较单元171输出导通信号时,控制开关模块400关断。
在本实施例中,比较模块170通过比较单元171对储能模块160的储能模块160的电压和第一预设电压Vref进行比较,当储能模块160的电压大于或等于第一预设电压Vref时,输出高电平的导通信号,从而控制开合单元172处于导通状态,使得开关模块400关断,也即实现在驱动信号的占空比大于预设占空比时,及时控制开关模块400关断,进一步使得变压器300处于停止工作状态,确保供电电路的供电安全。
在一个实施例中,如图11所示的RC单元的结构示意图,储能模块包括RC单元161,RC单元161与控制模块150和比较模块170连接,用于根据控制模块150输出的高电平的驱动信号进行储能,且在驱动信号的第一电平持续时间达到预设时间时,RC单元输出的电压大于或等于第一预设电压;其中,RC单元161的参数值与第一预设电压存在映射关系。
其中,可以将上述的RC单元161理解为RC电路(Resistor-Capacitance circuit,电阻-电容电路)。
示例性地,RC单元161的具体结构可以如图11所示,RC单元161包括电阻R5和电容C2,其中,电阻R5的两端分别与控制模块150和电容C2的一端连接,电容C2的另一端与接地端GND连接。该RC单元161形成慢充充电电路,此时电阻R5的阻值和电容C2的容值即为RC单元161的参数值。
示例性地,当比较模块170中的比较单元为作为比较器的运算放大器时,电阻R5的两端分别连接控制模块150和运算放大器的同相输入端,电容C2的两端分别连接比较模块170中的运算放大器的同相输入端和接地端GND。假设限制控制模块150输出的PWM信号占空比不得超过50%,则当占空比为50%时,设单个信号脉冲中高电平的驱动信号持续时间为T,控制模块150输出的电压为V0,则根据第一预设电压Vref与RC单元161的参数值,以及高电平的驱动信号持续时间T的关系:
;也即/>。设V0为5V,Vref为2.5V,控制模块150输出的PWM信号频率为50KHZ,则周期为1/50KHZ=20us,当占空比不超过50%,T不超过10us时,R5*C2=14.4u,也即,可以设置电容C2的容值为1nF,R5的阻值为14.4kΩ。当控制模块150出现故障导致输出的PWM信号的占空比超过50%,即高电平的驱动信号的输出时间超过10us时,在10us时,储能模块的电压会大于2.5V,从而运算放大器输出高电平的导通信号,以控制开关模块400断开,如此即可以将开关模块400所接受到的占空比限制在预设值内。
在本实施例中,储能模块包括RC单元161,通过RC单元161的参数值与所述第一预设电压存在映射关系,即可对RC单元161的参数值进行调节,当占空比大于预设占空比时,储能模块160的电压大于或等于第一预设电压,从而使得比较模块170能够对控制模块150输出的PWM信号的占空比进行判断,当储能模块160的电压大于或等于第一预设电压时,控制开关模块400关断。
在一个实施例中,限流保护电路100还包括泄放模块190,如图12所示的泄放模块的结构示意图,泄放模块190与储能模块160连接,用于在控制模块150输出低电平的驱动信号时,将储能模块160中存储的电能进行泄放。
具体地,泄放模块190与储能模块160的第三端连接,其中储能模块160的第一端与控制模块150连接,储能模块160的第二端与比较模块170连接。
可以理解的是,低电平的驱动信号与高电平的驱动信号组成控制模块150输出的PWM信号。
示例性地,泄放模块190的具体结构可以如图12所示,泄放模块190包括电阻R6和二极管D3,电阻R6的两端分别与储能模块160的第三端和二极管D3的阳极连接,二极管D3的阴极与控制模块150连接。当控制模块150输出的PWM信号为高电平的驱动信号时,储能模块160根据高电平的驱动信号进行储能。当控制模块150输出的PWM信号为低电平的驱动信号时,通过泄放模块190将储能模块160中存储的电能进行快速泄放至控制模块150,以为下一个周期再次进行充电做好准备。
需注意的是,当控制模块150输出的PWM信号为低电平的驱动信号时,控制模块150中输出PWM信号的接口相当于接地端,储能模块160的电能能够通过二极管D3流入到控制模块中输出PWM信号的接口,此时电阻R6与传输模块180处于并联关系,并联后的阻值比传输模块180中的电阻或R6的阻值更小,储能模块的存储的电能能够通过传输模块180中的电阻及电阻R6,快速流入到地中,以实现快速泄放过程。尤其是在控制模块150输出的PMW信号的占空比信号大于50%时,此时PWM在一个周期内高电平持续时间大于低电平持续时间;如果仅依靠传输模块180中的电阻所在回路进行放电,则储能模块充电速度与放电速度相等,在所输出的PWM信号多个周期后,储能模块的电压持续大于第一预设电压,比较模块持续控制开关模块关断;而增加泄放模块后,提升储能模块放电效率,以为下一个周期再次进行充电做好准备。
在一个实施例中,电阻R6的阻值小于传输模块180中的电阻的阻值。
可以理解的是,上述不存在泄放模块190的实施例的限流保护电路100中,当控制模块输出的PWM信号占空比大于50%时,在一个周期的脉冲信号内,高电平的驱动信号的输出时间大于低电平的驱动信号的输出时间,由于储能模块160中存储的电量不能泄放,储能模块160中还留有多余的电能,在下个周期来临后,储能模块160中的储能模块160的电压能够更快地到达第一预设电压。
在本实施例中,限流保护电路100通过泄放模块190使得在控制模块150输出低电平的驱动信号时,将储能模块160中存储的电能输出至控制模块150,实现快速泄放。
参阅图13,图13示出了本申请一实施例中的供电电路的结构示意图,供电电路10包括上述任一实施例中的限流保护电路100、供电模块200和变压器300,供电模块200与限流保护电路100连接,用于输出供电信号;变压器300初级线圈的输入端与限流保护电路100连接,用于根据限流保护电路100传输的供电信号进行工作。
本实施例中,供电电路10包括限流保护电路100、供电模块200和变压器300,限流保护电路100应用于供电电路10,变压器300用于在供电模块200的供电作用下工作;限流保护电路100包括采集模块110、驱动模块120和调节模块130,采集模块110用于连接供电模块200,并在变压器300工作时采集变压器300初级线圈输入端的输入电流;驱动模块120与采集模块110连接,用于在采集模块110两端的电压差大于预设阈值的情况下,输出驱动信号;调节模块130与采集模块110和驱动模块120连接,用于连接变压器300初级线圈的输入端,并在接收到驱动信号时,将输入电流限制在预设范围内。当变压器300输出绕组短路时,变压器300初级线圈的输入端的电流也会因此受影响变大,当输入电流大于设定的电流值时,采集模块110两端的电压也会大于与设定的电流值对应的预设阈值,此时驱动模块120输出驱动信号,使得调节模块130将输入电流限制在预设范围,因此控制输入电流不再增大,从而使得变压器300的输出绕组的电流也被稳定在一定范围内,使得供电电路10处于安全状态。
在一个实施例中,继续参考如图13所示的本申请一实施例中的供电电路的结构示意图,供电电路10还包括开关模块400,开关模块400与限流保护电路100的控制模块150、变压器300以及等效地端GND连接,用于在控制模块150停止输出启动信号时处于断开变压器300与等效地端GND之间的连接,以使变压器300停止工作。
进一步地,供电电路10还包括电压检测模块140,电压检测模块140分别与变压器300初级线圈的输入端和控制模块150连接,用于检测变压器300初级线圈的输入端的输入电压,以使控制模块150将该输入电压与预设电压进行比较,当输入电压小于预设电压时,控制模块150停止输出用于驱动变压器300工作的启动信号,以使所述变压器300停止工作。
参阅图14,图14示出了本申请一实施例中的储能电源的结构示意图,储能电源1包括储能负载20和上述实施例中的供电电路10,供电电路10的变压器300与储能负载20连接,用于向储能负载20供电。
其中,储能负载20可以是任意储能产品。
以上所述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。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种限流保护电路,其特征在于,应用于供电电路,所述供电电路包括变压器和供电模块,所述变压器用于在所述供电模块的供电作用下工作;所述保护电路包括:
采集模块,用于连接所述供电模块,并在所述变压器工作时采集所述变压器初级线圈输入端的输入电流;
驱动模块,与所述采集模块连接,用于在所述采集模块两端的电压差大于预设阈值的情况下,输出驱动信号;
调节模块,与所述采集模块和所述驱动模块连接,用于连接所述变压器初级线圈的输入端,并在接收到所述驱动信号时,将所述输入电流限制在预设范围内;
控制模块;
储能模块,所述储能模块的第一端与所述控制模块连接,并根据所述控制模块输出的驱动信号进行储能,且在驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时,所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压;
比较模块,与所述储能模块的第二端连接,用于连接所述供电电路的开关模块的受控端,并获取所述储能模块的电压,在所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压的情况下,控制所述开关模块关断;
传输模块,分别与所述开关模块的受控端及所述控制模块连接,以将所述控制模块输出的驱动信号传输至开关模块,以驱使开关模块工作;
泄放模块,与所述储能模块的第三端连接,用于在控制模块输出低电平的驱动信号时,将储能模块中存储的电能进行泄放;所述泄放模块包括:
电阻R6,所述电阻R6的一端与所述储能模块的第三端连接;
二极管D3,所述二极管D3的阳极与电阻R6的另一端连接,所述二极管D3的阴极与所述控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的限流保护电路,其特征在于,所述调节模块在接收到所述驱动信号时,调节自身的阻值,以将所述输入电流限制在所述预设范围内。
3.根据权利要求2所述的限流保护电路,其特征在于,所述驱动模块输出所述驱动信号时,所述调节模块的阻值与所述输入电流的大小呈正相关。
4.根据权利要求1所述的限流保护电路,其特征在于,所述调节模块包括:
MOS管,所述MOS管的栅极与所述驱动模块的第二端连接,所述MOS管的源极与所述驱动模块的第三端连接,所述MOS管的漏极与所述变压器初级线圈输入端连接;
所述驱动模块在输出所述驱动信号时,控制所述MOS管工作在变阻区,以将所述输入电流限制在预设范围内。
5.根据权利要求1所述的限流保护电路,其特征在于,所述调节模块包括输入端、输出端和使能端,所述调节模块的输出端用于连接所述变压器初级线圈的输入端,所述驱动模块包括:
开关单元,与所述采集模块的两端以及所述调节模块的输入端连接,用于在所述采集模块两端的电压大于所述预设阈值的情况下处于导通状态;
驱动单元,与所述开关单元和所述调节模块的使能端连接,以当所述开关单元处于导通状态时,输出驱动信号至所述调节模块。
6.根据权利要求5所述的限流保护电路,其特征在于,所述开关单元包括:
三极管,所述三极管的基极和集电极与所述采集模块的两端连接,所述三极管的发射极与所述驱动单元连接。
7.根据权利要求1所述的限流保护电路,其特征在于,还包括:
电压检测模块,与所述变压器初级线圈的输入端连接,用于检测所述变压器初级线圈的输入电压;
控制模块,与所述电压检测模块连接,用于当所述输入电压小于预设电压时停止输出用于驱动变压器工作的启动信号,以使所述变压器停止工作。
8.根据权利要求7所述的限流保护电路,其特征在于,所述控制模块包括:
判断单元,与所述电压检测模块连接,用于当所述输入电压小于预设电压时,将模拟信号形式的所述输入电压转换为数字信号形式的截止信号;
主控单元,与所述判断单元连接,用于在所述判断单元输出所述截止信号时,停止输出所述启动信号。
9.一种供电电路,其特征在于,包括:
如权利要求1至8任一项所述的限流保护电路;
供电模块,与所述限流保护电路连接,用于输出供电信号;
变压器,所述变压器初级线圈的输入端与所述限流保护电路连接,用于根据所述限流保护电路传输的供电信号进行工作。
10.一种储能电源,其特征在于,包括:
储能负载;
如权利要求9所述的供电电路,所述供电电路的变压器与所述储能负载连接,用于向所述储能负载供电。
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