CN1372712A - 保护dc电源的装置 - Google Patents

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N·贝克曼
J·O·克拉松
K·罗勒贝里
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

对与负载(2)连接的DC电压源提供过电流保护的装置,包括第一开关(SW1)和限流电阻器(R1)相串联地和负载(2)串联连接,第二开关(SW2)并联地和第一开关(SW1)以及限流电阻器(R1)相连接。在不存在过电流下所述第一、第二开关(SW1,SW2)是接通的。一旦出现过电流,断开所述第二开关(SW2)。瞬态检测器(9)连接成检测瞬时电流。在出现瞬时过电流时,当该电流衰减到预定值(ION)时接通所述第二开关(SW2),以便通过第一开关(SW1)以及限流电阻器(R1)向负载(2)提供减小的电流并且通过第二开关(SW2)向负载(2)提供相应加大的电流,直到只通过第二开关(SW2)向负载(2)提供电流为止。

Description

保护DC电源的装置
发明领域
本发明涉及用于和负载连接的DC(直流)电压源的过电流保护器。
发明背景
过电流保护器本身是周知的。
一种已知的过电流保护器由一个第一晶体管和一个第二晶体管组成，其中第一晶体管在DC电压源的二个输出端之间和一个负载以及一个电流传感电阻器串联连接，第二晶体管与一个限流电阻器串联地和第一晶体管并联地连接。
检测出的负载电流和一基准电平比较。若负载电流超过该基准电平，断开第一晶体管。然后至负载的电流通过第二晶体管和限流电阻器。
在断开第一晶体管的同时，触发一个定时器。
当该定时器停止时，断开第二晶体管的同时保持第一晶体管断开。
从而，该负载和该DC电压源断开。
为了重新连接该负载和该DC电压源，设置用来接通这二个晶体管的装置。
迄今已知的过电流保护器的一个缺点是它们不能区分瞬时过电流和非瞬时过电流。
瞬时过电流指的是在上升时间期间上升到超过一允许的负载电流范围的某值之上、并接着在下降时间期间内衰减到该允许的负载电流范围内的某值上的电流。
通常瞬时过电流出现在把负载连接到DC电压源从而对负载中存在的输入电容充电之时作为起动电流。
非瞬时过电流指的是在上升时间期间上升到超过允许的负载电流范围的某值之上并且不衰减地保持在超出允许的负载电流范围之上的电流。
由例如因负载端子间的意外短路或者由负载中出现故障造成的过载条件引起典型的非瞬时过电流。
已知的过电流保护器不能区分瞬时过电流和非瞬时过电流的后果是，过电流保护器会在明显功耗下接通和断开，这会造成过流保护器升温。通常，应付该问题的办法是，设计该定时器的工作时间足够短以在最坏情况下得到可接受的裕量，从而使温度保持为低于制造商在该电路技术条件中规定的允许值。
发明概要
本发明的一个目的是产生一种能够区分瞬时过电流和非瞬时过电流的过电流保护器，以便与非瞬时过电流不同地处理瞬时过电流。
依据本发明这是通过响应瞬时过电流禁止断开负载达到的。
从而，当出现瞬时过电流时不必中断负载的运行。
若检测出非瞬时过电流，本过电流保护器会把过电流限制在一个预定值上，断开负载电流并且从而在预定时间间隔内将负载从DC电压源上断开，以保护该DC电压源。为了使该过电流保护器中的传导损耗最小，把该预定时间间隔选择成足够短以防止各晶体管以及限流电阻器过热。
附图的简要说明
下面参照附图更详细的说明本发明。附图中
图1示出一种依据本发明处理瞬时过电流的过电流保护器的一实施例；
图2示意如何通过图1的过电流保护器处理瞬时过电流。
发明的具体实施例
在图1中依据本发明的一个实施例，其中用于针对瞬时过电流保护DC电压源1的的过电流保护器与一负载2串联地连接到DC电压源1的二个输出端(+)和(-)。
为了针对非瞬时电流保护DC电压源1，以其本身为已知的方式，过电流保护器包括一个以场效应晶体管为形式的开关SW1，该开关SW1与限流电阻器R1以及负载电流传感部件3串联地连接在负载2的一端和DC电压源1的(-)端之间。
电流传感部件3生成一个和所检测的负载电流成正比的输出电压，并且其可以例如由电阻器、霍尔发生器等构成。
另外，按其本身已知的方式，一个场效应晶体管形式的开关SW2与场效应晶体管SW1及限流电阻器R1并联地相连接。
场效应晶体管SW1的栅极通过电阻器R2与电源电压+Vc相连接，还与晶体管TR1的集电极相连接。晶体管TR1的发射极与场效应晶体管SW1的源极相连接，并且晶体管TR1的基极通过电阻器R3和定时器4的输出端相连接。
依据本发明，场效应晶体管SW2的栅极与一个电压放大器5的输出以及晶体管TR2的集电极相连接。晶体管TR2的发射极和场效应晶体管SW2的源极相连接，而晶体管TR2的基极通过电阻器R4与定时器4的输出相连接。
电流传感部件3的输出和电压放大器5的(-)输入端以及一个比较器6的(+)输入端相连接。
比较器6的(-)输入端与基准电压源7相连接。基准电压源7提供和额定负载电流值INOM成正比的基准电压。大于INOM的负载电流为要检测的过电流。
比较器6的输出端和图中用“与门”电路示出的定时器禁止电路8的一个输入端相连接。“与门”电路8的输出和定时器4的输入端连接。
依据本发明，设置一个瞬态检测器9用以检测为瞬时过电流的过电流。
在图1的实施例中，瞬态检测器9的输入端和电流传感部件3的输出相连接，而它的输出端则和“与门”电路8的一个反相输入端相连接。
但是应理解，并不是必须使瞬态检测器9的输入端和电流传感部件3的输出端相连接。为了检测瞬时过电流，也可以等效地将瞬态检测器9的输入端例如连接到负载2和限流电阻器R1之间的交点以检测该电阻器二端的电压。
电压放大器5的(+)输入端与基准电压源10相连接。例如可以通过一个分压器实现的基准电压源10来提供能呈现二个不同的值IOFF和ION的基准信号。值IOFF代表依其要断开晶体管SW2的负载电流值，而值ION代表依其要重新接通晶体管SW2的负载电流值，如下文将参照图2更详细说明那样。
概括地，依据本发明的瞬时过电流保护器通过瞬态检测器9检测为瞬时过电流的过电流。
通常，当不存在过电流时，晶体管SW1和SW2完全导通，并且通过电流传感部件3的负载电流低于INOM。
瞬时过电流具有一个上升时间，该上升时间是定时器4期满并断开晶体管SW2以及晶体管SW1所需时间的几分之一。
参照图2，图中假定在时刻t1出现瞬时过电流。
当如图2中所示该电流上升超过IOFF时，来自电压放大器5的输出信号变为低电平。从而，晶体管SW2立即切断。
如图2中所示该电流峰值限制在值IMAX处。由于晶体管SW1仍旧完全导通，电流值IMAX是由限流电阻器R1的电阻值决定的。当在IMAX处达到峰值后，瞬时电流开始衰减，如图2中所示。
通过瞬时检测器9检测该衰减。
如果该衰减足够快，即使比较器6的输出信号为高电平(负载电流＞INOM)并且瞬时检测器9的输出信号也为高电平，定时器4也不触发。但是，由于后者输出信号在“与门”电路8的反相输入端反相，“与门”电路8的输出信号保持低电平。
当瞬时负载电流已衰减到值ION时，例如在时刻t2，通过电压放大器5、晶体管SW2、电流传感部件3以及基准电压源10(其取值ION)形成一个负反馈回路。电压放大器5的输出电压开始上升，并且晶体管SW2开始传导增大的电流ISW2，如图2中所示。
同时，通过晶体管SW1的电流开始对应地下降，如图2中用ISW1所示。
这样，晶体管SW2逐渐“接过”来自晶体管SW1和限流电阻R1的负载电流。换言之，晶体管SW2按和负载2两端的电压增加(例如由于对负载2输入电容的充电造成的)相同的变化率逐渐传导更多的电流。
当负载2的输入电容完全充电时，瞬时电流不再存在并且然后只由负载2限制该电流。在正常情况下，该电流则为一个低于额定值INOM的值。
在由瞬态检测器9检测的一个瞬态预定斜角时，瞬态检测器9的输出变为低电平。因为比较器6的输出仍为高电平，“与门”电路的输出变为高电平触发或启动定时器4。
定时器4以其不会在负载2的输入电容已完全充电之前就停止的方式加以设定。
晶体管SW2中电压和电流二者的受控状态使得有可能为使晶体管SW2中的功率损耗最小设计本过电流保护器。由于晶体管SW1完全导通，晶体管SW1中的功耗也总是低的。从而，晶体管SW1上的电压降非常低。

Claims (1)

1.一种用于与负载(2)相连接的DC电压源(1)的过电流保护装置，包括：一个和一个限流电阻器(R1)相串联地与负载(2)串联连接的第一开关(SW1)，一个和所述第一开关(SW1)以及限流电阻器(R1)相并联连接的第二开关(SW2)，以及一个用来控制所述第一、第二开关(SW1，SW2)的控制电路；该控制电路包括用于在不存在过电流时保持所述第一、第二开关(SW1，SW2)接通的装置，用于检测一过电流的装置，用于响应检测到的过电流断开所述第二开关以便只经过第一开关(SW1)和限流电阻器(R1)向负载(2)提供电流的装置，以及一个用于在预定时间后断开所述第一开关(SW1)从而断开负载(2)的定时电路(B1)，该过电流保护装置特征在于该控制电路还包括：
一个用于检测瞬时过电流的瞬态检测器(9)，
用于响应检测到的瞬时过电流禁止切断第一开关(SW1)的装置(8)，以及
用于响应通过第一开关(SW1)以及限流电阻(R1)的瞬时电流已衰减到预定值(ION)而接通所述第二开关(SW2)的装置(3，5，10)，以便通过第一开关(SW1)和限流电阻器(R1)向负载(2)提供减小的电流并且通过第二开关(SW2)向负载(2)提供相应加大的电流，直到成为只经过第二开关(SW2)向负载(2)提供电流为止。
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