CN118645956B - 一种电力转换装置的短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源电路保护技术领域，公开了一种电力转换装置的短路保护电路，包括短路保护单元，所述短路保护单元包括第一运算放大器、第一三极管、第四场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第七电阻、第一连接器、第二连接器、第三连接器；所述第一电阻一端和第四场效应管源极、第一连接器端连接，第四场效应管漏极和第二连接器连接，第一三极管基极和第一电阻另一端、第二电阻一端连接，第一三极管集电极和第三电阻一端、第一运算放大器同相端连接，第三电阻另一端、第七电阻一端和电源连接，第一运算放大器反相端和第四电阻一端、第七电阻另一端连接，第一运算放大器输出端和第五电阻一端、第三连接器端连接。

Description

一种电力转换装置的短路保护电路

技术领域

本发明涉及电源电路保护技术领域，特别涉及一种电力转换装置的短路保护电路。

背景技术

短路保护电路可以在短路时对负载及保护电路进行保护防止负载受到短路电流的冲击，而现有的短路保护电路无法在供电端信号处于短路状态时切断供电信号防止负载受到短路电流的冲击的同时在供电端信号处于非短路状态下基于供电信号幅值自动对负载建立动态防护以防止供电端电压暂态变化时对负载造成损害。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种电力转换装置的短路保护电路，包括短路保护单元，所述短路保护单元包括第一运算放大器U1、第一三极管Q1、第四场效应管Q4、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、第七电阻R7、第一连接器P1、第二连接器P2、第三连接器P3；

所述第一电阻R1一端和第四场效应管Q4源极、第一连接器P1端连接，第四场效应管Q4漏极和第二连接器P2连接，第一三极管Q1基极和第一电阻R1另一端、第二电阻R2一端连接，第一三极管Q1集电极和第三电阻R3一端、第一运算放大器U1同相端连接，第三电阻R3另一端、第七电阻R7一端和电源连接，第一运算放大器U1反相端和第四电阻R4一端、第七电阻R7另一端连接，第一运算放大器U1输出端和第五电阻R5一端、第三连接器P3端连接，第二电阻R2另一端、第四电阻R4另一端、第五电阻R5另一端、第一三极管Q1发射极和接地端连接。

进一步的，还包括动态保护单元，所述动态保护单元包括第二运算放大器U2、第四运算放大器U4、第六运算放大器U6、第六电阻R6、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一电容C1；

所述第二运算放大器U2同相端和第十二电阻R12一端、第十七电阻R17一端、第一连接器P1端连接，第二运算放大器U2反相端和第十六电阻R16一端连接，第二运算放大器U2输出端和第十六电阻R16另一端、第十九电阻R19一端、第一电容C1一端连接，第四运算放大器U4同相端和第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13一端连接，第四运算放大器U4反相端和第六电阻R6一端、第十一电阻R11一端连接，第四运算放大器U4输出端和第六电阻R6另一端连接，第六运算放大器U6同相端和第十七电阻R17另一端、第十八电阻R18一端连接，第六运算放大器U6反相端和第十九电阻R19一端、第二十电阻R20一端连接，第六运算放大器U6输出端和第十九电阻R19另一端连接，第十五电阻R15一端和电源连接，第十五电阻R15另一端和第十三电阻R13另一端、第十四电阻R14一端、第二十电阻R20另一端连接，第十一电阻R11另一端、第十四电阻R14另一端、第十八电阻R18另一端、第一电容C1另一端和接地端连接。

进一步的，所述动态保护单元还包括第三运算放大器U3、第五运算放大器U5、第十电阻R10、第二十三电阻R23、第一二极管D1、第二二极管D2；

所述第三运算放大器U3同相端和第二运算放大器U2输出端连接，第三运算放大器U3反相端和第四运算放大器U4输出端连接，第三运算放大器U3输出端和第十电阻R10一端、第一二极管D1阳极连接，第一二极管D1阴极和第二二极管D2阴极连接，第五运算放大器U5同相端和第六运算放大器U6输出端连接，第五运算放大器U5反相端和第二运算放大器U2输出端连接，第五运算放大器U5输出端和第二十三电阻R23一端、第二二极管D2阳极连接，第十电阻R10另一端、第二十三电阻R23另一端和接地端连接。

进一步的，所述动态保护单元还包括第七运算放大器U7、第八运算放大器U8、第九运算放大器U9、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十四电阻R24、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二电容C2；

所述第七运算放大器U7同相端和第二十七电阻R27一端、第二电容C2一端连接，第七运算放大器U7反相端和第二十一电阻R21一端、第二十二电阻R22一端连接，第七运算放大器U7输出端和第二十二电阻R22另一端、第九运算放大器U9同相端连接，第八运算放大器U8同相端和第二十四电阻R24一端、第一二极管D1阴极连接，第八运算放大器U8反相端和第九运算放大器U9反相端、第十四电阻R14一端连接，第八运算放大器U8输出端和第二十六电阻R26一端、第二电容C2另一端连接，第九运算放大器U9输出端和第四场效应管Q4栅极连接，第二十一电阻R21另一端、第二十四电阻R24另一端、第二十六电阻R26另一端和接地端连接。

进一步的，所述短路保护单元还包括第三场效应管Q3、第四连接器P4；

所述第三场效应管Q3漏极和第三连接器P3端连接，第三场效应管Q3栅极和第四连接器P4端连接，第三场效应管Q3源极和接地端连接。

进一步的，所述短路保护单元还包括第八电阻R8；

所述第八电阻R8一端和第三场效应管Q3栅极连接，第八电阻R8另一端和接地端连接。

进一步的，所述短路保护单元还包括第二十八电阻R28；

所述第二十八电阻R28一端和第四场效应管Q4栅极连接，第二十八电阻R28另一端和接地端连接。

进一步的，所述第十四电阻R14是可调电阻。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明能够在供电端信号处于短路状态时切断供电信号防止保护电路及负载受到短路电流的冲击，在供电端信号处于非短路状态下基于供电信号幅值自动对负载建立动态防护以防止供电端电压暂态变化时对负载造成损害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明公开了一种电力转换装置的短路保护电路，包括短路保护单元，所述短路保护单元包括第一运算放大器U1、第一三极管Q1、第四场效应管Q4、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、第七电阻R7、第一连接器P1、第二连接器P2、第三连接器P3；

所述第一电阻R1一端和第四场效应管Q4源极、第一连接器P1端连接，第四场效应管Q4漏极和第二连接器P2连接，第一三极管Q1基极和第一电阻R1另一端、第二电阻R2一端连接，第一三极管Q1集电极和第三电阻R3一端、第一运算放大器U1同相端连接，第三电阻R3另一端、第七电阻R7一端和电源连接，第一运算放大器U1反相端和第四电阻R4一端、第七电阻R7另一端连接，第一运算放大器U1输出端和第五电阻R5一端、第三连接器P3端连接，第二电阻R2另一端、第四电阻R4另一端、第五电阻R5另一端、第一三极管Q1发射极和接地端连接。

具体地，还包括动态保护单元，所述动态保护单元包括第二运算放大器U2、第四运算放大器U4、第六运算放大器U6、第六电阻R6、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一电容C1；

所述第二运算放大器U2同相端和第十二电阻R12一端、第十七电阻R17一端、第一连接器P1端连接，第二运算放大器U2反相端和第十六电阻R16一端连接，第二运算放大器U2输出端和第十六电阻R16另一端、第十九电阻R19一端、第一电容C1一端连接，第四运算放大器U4同相端和第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13一端连接，第四运算放大器U4反相端和第六电阻R6一端、第十一电阻R11一端连接，第四运算放大器U4输出端和第六电阻R6另一端连接，第六运算放大器U6同相端和第十七电阻R17另一端、第十八电阻R18一端连接，第六运算放大器U6反相端和第十九电阻R19一端、第二十电阻R20一端连接，第六运算放大器U6输出端和第十九电阻R19另一端连接，第十五电阻R15一端和电源连接，第十五电阻R15另一端和第十三电阻R13另一端、第十四电阻R14一端、第二十电阻R20另一端连接，第十一电阻R11另一端、第十四电阻R14另一端、第十八电阻R18另一端、第一电容C1另一端和接地端连接。

具体地，所述动态保护单元还包括第三运算放大器U3、第五运算放大器U5、第十电阻R10、第二十三电阻R23、第一二极管D1、第二二极管D2；

所述第三运算放大器U3同相端和第二运算放大器U2输出端连接，第三运算放大器U3反相端和第四运算放大器U4输出端连接，第三运算放大器U3输出端和第十电阻R10一端、第一二极管D1阳极连接，第一二极管D1阴极和第二二极管D2阴极连接，第五运算放大器U5同相端和第六运算放大器U6输出端连接，第五运算放大器U5反相端和第二运算放大器U2输出端连接，第五运算放大器U5输出端和第二十三电阻R23一端、第二二极管D2阳极连接，第十电阻R10另一端、第二十三电阻R23另一端和接地端连接。

具体地，所述动态保护单元还包括第七运算放大器U7、第八运算放大器U8、第九运算放大器U9、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十四电阻R24、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二电容C2；

所述第七运算放大器U7同相端和第二十七电阻R27一端、第二电容C2一端连接，第七运算放大器U7反相端和第二十一电阻R21一端、第二十二电阻R22一端连接，第七运算放大器U7输出端和第二十二电阻R22另一端、第九运算放大器U9同相端连接，第八运算放大器U8同相端和第二十四电阻R24一端、第一二极管D1阴极连接，第八运算放大器U8反相端和第九运算放大器U9反相端、第十四电阻R14一端连接，第八运算放大器U8输出端和第二十六电阻R26一端、第二电容C2另一端连接，第九运算放大器U9输出端和第四场效应管Q4栅极连接，第二十一电阻R21另一端、第二十四电阻R24另一端、第二十六电阻R26另一端和接地端连接。

具体地，所述短路保护单元还包括第三场效应管Q3、第四连接器P4；

所述第三场效应管Q3漏极和第三连接器P3端连接，第三场效应管Q3栅极和第四连接器P4端连接，第三场效应管Q3源极和接地端连接。

具体地，所述短路保护单元还包括第八电阻R8；

所述第八电阻R8一端和第三场效应管Q3栅极连接，第八电阻R8另一端和接地端连接。

具体地，所述短路保护单元还包括第二十八电阻R28；

所述第二十八电阻R28一端和第四场效应管Q4栅极连接，第二十八电阻R28另一端和接地端连接。

具体地，所述第十四电阻R14是可调电阻。

本发明原理为：供电信号经第一连接器P1、第四场效应管Q4源极、第四场效应管Q4漏极、第二连接器P2到负载为负载供电，同时供电信号经第一电阻R1、第二电阻R2到接地端，第二电阻R2端信号经第一三极管Q1基极、第一三极管Q1发射极到接地端，第一三极管Q1基极和第一三极管Q1发射极正向偏置，第一三极管Q1导通，电源信号经第三电阻R3、第一三极管Q1集电极、第一三极管Q1发射极到接地端，电源信号经第七电阻R7、第四电阻R4到接地端，第一三极管Q1集电极端信号反馈到第一运算放大器U1同相端，第四电阻R4端信号反馈到第一运算放大器U1反相端，当供电端信号短路时，第一三极管Q1截止，第一三极管Q1集电极端电压上升，第一运算放大器U1输出，第一运算放大器U1输出端信号经第五电阻R5到接地端，第五电阻R5端信号为断电信号，第五电阻R5端信号经第三连接器P3反馈到供电单元，供电单元获得该信号后断开第一连接器P1端信号供给，以此在供电端信号处于短路状态时切断供电信号防止保护电路及负载受到短路电流的冲击，复位信号由操作人员提供，信号经第四连接器P4反馈到第三场效应管Q3栅极，第三场效应管Q3栅极和第三场效应管Q3源极间压差高于导通阈值，第三场效应管Q3导通，第三连接器P3端信号经第三场效应管Q3漏极、第三场效应管Q3源极到接地端，第一连接器P1端获得电源信号供给。

考虑到当供电端信号处于非短路状态下供电信号暂态变化时会对负载造成损害，第一连接器P1端信号反馈到第二运算放大器U2同相端，第二运算放大器U2输出端通过第十六电阻R16和第二运算放大器U2反相端负反馈连接，第二运算放大器U2跟随输出第一连接器P1端信号幅值的同时防止下级电路信号干扰，同时第二运算放大器U2输出端信号反馈到第一电容C1，第一连接器P1端信号暂态变化时第一电容C1滞后第二运算放大器U2输出端跟随的信号幅值，电源信号经第十五电阻R15、第十四电阻R14到接地端，第十四电阻R14端信号为防护幅值，第一连接器P1端信号经第十七电阻R17、第十八电阻R18到接地端，第十八电阻R18端信号反馈到第六运算放大器U6同相端，第十四电阻R14端信号经第二十电阻R20反馈到第六运算放大器U6反相端，第六运算放大器U6输出端通过第十九电阻R19和第六运算放大器U6反相端形成负反馈连接使第六运算放大器U6输出端信号低于第一连接器P1端信号，以在非短路状态下基于供电信号幅值对负载建立动态防护范围的下阈值，第十四电阻R14端信号经第十三电阻R13反馈到第四运算放大器U4同相端，第一连接器P1端信号经第十二电阻R12反馈到第四运算放大器U4同相端，第四运算放大器U4输出端信号经第六电阻R6、第十一电阻R11到接地端，第十一电阻R11端信号反馈到第四运算放大器U4反相端使用第四运算放大器U4输出端信号高于第一连接器P1端信号，以在非短路状态下基于供电信号幅值对负载建立动态防护范围的上阈值，以此通过第四运算放大器U4输出端、第六运算放大器U6输出端输出的防护信号建立动态防护，防护范围越大防护灵敏度越低，通过调整第十四电阻R14阻值改变防护灵敏度，按需设置第十四电阻R14阻值调整防护灵敏度。

第六运算放大器U6输出端信号反馈到第五运算放大器U5同相端，第二运算放大器U2输出端信号反馈到第五运算放大器U5反相端、第三运算放大器U3同相端，第四运算放大器U4输出端信号反馈到第三运算放大器U3反相端，当供电信号暂态变化至其信号幅值上升时，第一电容C1滞后第二运算放大器U2输出端信号使第三运算放大器U3输出，当供电信号暂态变化至其信号幅值下降时，第一电容C1滞后第二运算放大器U2输出端信号使第五运算放大器U5输出，第三运算放大器U3输出端信号经第二十三电阻R23到接地端、第五运算放大器U5输出端信号经第十电阻R10到接地端，第三运算放大器U3输出端、第五运算放大器U5输出端信号为负载的供电断开信号，当第三运算放大器U3、第五运算放大器U5输出时断开对负载的电源供给，以此在供电端信号处于非短路状态下基于供电信号幅值自动对负载建立动态防护以防止供电端电压暂态变化时对负载造成损害。

考虑到供电信号暂态变化时，该信号上升/下降会使第一电容C1滞后的第二运算放大器U2输出端信号会与建立动态防护范围的上/下阈值出现信号重叠导致出现防护空挡，第二十三电阻R23端信号经第二二极管D2反馈到第八运算放大器U8同相端，第十电阻R10端信号经第一二极管D1反馈到第八运算放大器U8同相端，第十四电阻R14端信号同步反馈到第八运算放大器U8反相端，第二十四电阻R24为第八运算放大器U8同相端下拉电阻，第三运算放大器U3或第五运算放大器U5输出时，第八运算放大器U8输出，第八运算放大器U8输出端信号经第二十六电阻R26到接地端，第二十六电阻R26端信号反馈到第二电容C2上，当第八运算放大器U8输出或截止时使第二电容C2两极板间电荷移动，同时第二十七电阻R27端信号反馈到第七运算放大器U7同相端，第七运算放大器U7输出端信号经第二十二电阻R22、第二十一电阻R21到接地端，第二十一电阻R21端信号反馈到第七运算放大器U7反相端，当第二电容C2两极板电荷移动时，第七运算放大器U7输出，第十四电阻R14端信号反馈到第九运算放大器U9反相端，第七运算放大器U7输出端信号反馈到第九运算放大器U9同相端，当第七运算放大器U7输出时，第九运算放大器U9输出，第九运算放大器U9输出端信号反馈到第四场效应管Q4栅极，第四场效应管Q4栅极和第四场效应管Q4源极间压差高于导通阈值，第四场效应管Q4截止，第二连接器P2端失去信号供给，第二十八电阻R28用于泄放第四场效应管Q4栅极的寄生电容，以此在供电信号暂态变化时无论其处于上升/下降时使第九运算放大器U9输出对负载的供电信号进行切断以及去除动态防护期间供电电压暂态上升/下降时第二运算放大器U2输出端信号与第六运算放大器U6输出端/第四运算放大器U4输出端的信号出现重叠导致的防护空挡。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，包括短路保护单元，所述短路保护单元包括第一运算放大器、第一三极管、第四场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第七电阻、第一连接器、第二连接器、第三连接器；

所述第一电阻一端和第四场效应管源极、第一连接器端连接，第四场效应管漏极和第二连接器连接，第一三极管基极和第一电阻另一端、第二电阻一端连接，第一三极管集电极和第三电阻一端、第一运算放大器同相端连接，第三电阻另一端、第七电阻一端和电源连接，第一运算放大器反相端和第四电阻一端、第七电阻另一端连接，第一运算放大器输出端和第五电阻一端、第三连接器端连接，第二电阻另一端、第四电阻另一端、第五电阻另一端、第一三极管发射极和接地端连接；

还包括动态保护单元，所述动态保护单元包括第二运算放大器、第四运算放大器、第六运算放大器、第六电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第一电容；

所述第二运算放大器同相端和第十二电阻一端、第十七电阻一端、第一连接器端连接，第二运算放大器反相端和第十六电阻一端连接，第二运算放大器输出端和第十六电阻另一端、第一电容一端连接，第四运算放大器同相端和第十二电阻另一端、第十三电阻一端连接，第四运算放大器反相端和第六电阻一端、第十一电阻一端连接，第四运算放大器输出端和第六电阻另一端连接，第六运算放大器同相端和第十七电阻另一端、第十八电阻一端连接，第六运算放大器反相端和第十九电阻一端、第二十电阻一端连接，第六运算放大器输出端和第十九电阻另一端连接，第十五电阻一端和电源连接，第十五电阻另一端和第十三电阻另一端、第十四电阻一端、第二十电阻另一端连接，第十一电阻另一端、第十四电阻另一端、第十八电阻另一端、第一电容另一端和接地端连接；

所述动态保护单元还包括第三运算放大器、第五运算放大器、第十电阻、第二十三电阻、第一二极管、第二二极管；

所述第三运算放大器同相端和第二运算放大器输出端连接，第三运算放大器反相端和第四运算放大器输出端连接，第三运算放大器输出端和第十电阻一端、第一二极管阳极连接，第一二极管阴极和第二二极管阴极连接，第五运算放大器同相端和第六运算放大器输出端连接，第五运算放大器反相端和第二运算放大器输出端连接，第五运算放大器输出端和第二十三电阻一端、第二二极管阳极连接，第十电阻另一端、第二十三电阻另一端和接地端连接。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，所述动态保护单元还包括第七运算放大器、第八运算放大器、第九运算放大器、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十四电阻、第二十六电阻、第二十七电阻、第二电容。

3.根据权利要求2所述的电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，所述第七运算放大器同相端和第二十七电阻一端、第二电容一端连接，第七运算放大器反相端和第二十一电阻一端、第二十二电阻一端连接，第七运算放大器输出端和第二十二电阻另一端、第九运算放大器同相端连接，第八运算放大器同相端和第二十四电阻一端、第一二极管阴极连接，第八运算放大器反相端和第九运算放大器反相端、第十四电阻一端连接，第八运算放大器输出端和第二十六电阻一端、第二电容另一端连接，第九运算放大器输出端和第四场效应管栅极连接，第二十一电阻另一端、第二十四电阻另一端、第二十六电阻另一端和接地端连接。

4.根据权利要求1所述的电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护单元还包括第三场效应管、第四连接器；

所述第三场效应管漏极和第三连接器端连接，第三场效应管栅极和第四连接器端连接，第三场效应管源极和接地端连接。

5.根据权利要求4所述的电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护单元还包括第八电阻；

所述第八电阻一端和第三场效应管栅极连接，第八电阻另一端和接地端连接。

6.根据权利要求1所述的电力转换装置的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护单元还包括第二十八电阻；

所述第二十八电阻一端和第四场效应管栅极连接，第二十八电阻另一端和接地端连接；所述第十四电阻是可调电阻。