CN201007991Y - 晶体管输出的短路、过载保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶体管输出的短路、过载保护装置，特点是，包括电源、输出控制电路，输出控制电路的输出端连接输出晶体管，在输出控制电路上还连接晶体管输出截止电路的输出端，晶体管输出截止电路的输入端与信号采样电路的输入端连接并与电源连接，在信号采样电路的输出端与输出晶体管之间连接二级过载保护电路，保护阈值产生电路的输入端连接到晶体管输出截止电路的另一路输出，保护动作延时电路的输入端连接到保护阈值产生电路的一路输出，保护阈值产生电路与保护动作延时电路的输出端共同连接到信号采样电路的输出端，本实用新型根据电路过载程度不同而产生不同保护动作，同时具有故障消除后的自启动功能，最大限度保证电路正常工作。

Description

晶体管输出的短路、过载保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种晶体管输出的短路、过载保护装置，属于自动化控制系统中的开关量输出点的保护电路装置、及作为直流电源输出的短路、过载保护电路装置。

背景技术

目前，自动化控制系统中的开关量源型输出点应用非常广泛，且使用晶体管输出型很普遍，但是绝大多数缺少有效的短路保护措施，容易造成控制器损坏、或控制对象的损坏。带有保护措施的多数为快速熔断器保护，往往在熔断器动作的同时控制器也有损坏，例如PLC的晶体管开关量输出模块的情况。直流电源的多路分线输出中，分路中没有快速的短路保护措施，如果短路容易造成总电源的损坏、或者使其他直路的输出同时中断。目前已有的短路保护装置(如电流互感器为中心的保护电路)，其采用的器件多、复杂度高、成本高，不能应用在上述的产品中。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种晶体管输出的短路、过载保护装置，具有电路元件少、成本低、动作可靠，且具有分级保护的自恢复功能。

本实用新型的技术方案是：一种晶体管输出的短路、过载保护装置，特点是，它包括电源V+、输出控制电路1，输出控制电路1的输出端连接输出晶体管Q1，在输出控制电路1上连接晶体管输出截止电路3的输出端和输出使能信号，晶体管输出截止电路3的输入端与信号采样电路6的输入端连接并与电源V+连接，在信号采样电路6的输出端与输出晶体管Q1之间连接二级过载保护电路2，可控输出信号(或电源)连接在输出晶体管Q1的输出端，保护阈值产生电路4的输入端连接到晶体管输出截止电路3的另一路输出，保护动作延时电路5的输入端连接到保护阈值产生电路4的一路输出，保护阈值产生电路4与保护动作延时电路5的输出端共同连接到信号采样电路6的输出端。

上述的输出控制电路1由电阻R6、R4、晶体管Q4、与晶体管Q4集电极连接的电阻R2、R3组成，R2与输出晶体管Q1的基极连接；输出晶体管Q1可以是三极管、场效应管、绝缘栅双极晶体管中的任一种；

晶体管输出截止电路3由晶体管Q2、电阻R7、R8、晶体管Q3组成，Q3的集电极与Q4基极连接，Q2的发射极与电源V+连接；

信号采样电路6由电流采样元件Rs组成，Rs的输入端与电源V+连接，输出端与二级过载保护电路2连接；

保护阈值产生电路4由二极管D4、D5组成，D4的一端与晶体管Q2的基极连接，另一端与二极管D5的阳极连接，D5的阴极连接至电流采样元件Rs的输出端；

保护动作延时电路5由电阻R1、R5、电容C1组成，电阻R5一端与电容C1的正极连接并与二极管D5的阳极连接，另一端与电流采样元件Rs的输出端连接；

二级过载保护电路2由保险元件F1组成，F1设在电流采样元件Rs与输出晶体管Q1之间，F1可以是自愈保险丝、快速熔断保险丝、普通保险丝中的任一种。

本实用新型结构简单，成本低，动作迅速、可靠，能够根据电路过载程度不同而产生不同的保护动作，同时具有故障消除后的自启动功能，最大限度保证电路的正常工作，避免器件的损坏，与已有技术相比具有突出的特点和显著地进步。

下面结合附图及实施例对本实用新型做详细地描述。

附图说明

图1-本实用新型的电路原理框图；

图2-本实用新型的一种电路结构示意图；

图3-本实用新型的另一种电路结构示意图。

具体实施方式

实施例1，参考图1、图2，它包括电源V+、输出控制电路1、晶体管输出截止电路3、信号采样电路6、保护阈值产生电路4、保护动作延时电路5、二级过载保护电路2。其中，由电阻R6连接晶体管Q4的基极，Q4的发射极上连接电阻R4，Q4集电极上连接电阻R2、R3组成输出控制电路1，R2的另一端与输出晶体管Q1(Q1为三极管)的基极连接，将输入信号Control Signal的状态通过控制Q1转换为输出状态。由晶体管Q2的集电极依次连接电阻R7、R8、在R7、R8之间连接晶体管Q3组成晶体管输出截止电路3，Q3的集电极与Q4基极连接，Q2的发射极与电源V+连接，其作用是当电流进入到保护工作状态时，此电路截止输出。由电流采样元件Rs组成信号采样电路6，Rs的输入端与电源V+连接，输出端与输出晶体管Q1连接，使用Rs将电流信号转换成电压信号以供保护的电压输入比较。由Q2与二极管D4、D5串联组成保护阈值产生电路4，D4的一端与晶体管Q2的基极连接，另一端与二极管D5的阳极连接，D5的阴极与Rs的输出端连接，通过Q2的一个PN结、D4、D5设定参考动作电压值，与Rs产生的电压采样信号相比较。由Q2串联电阻R1、R5、并联电容C1组成保护动作延时电路5，R5的一端与电容C1的正极连接并与二极管D5的阳极连接，另一端与Rs的输出端连接，其作用是，当负载出现过载状态，进入一级保护模式后，输出晶体管Q1截止，产生间歇工作的保护状态，当故障消除后自动恢复输出。二级过载保护电路2由保险元件F1组成，F1设在电流采样元件Rs与输出晶体管Q1之间，其作用是当电流未达到一级保护模式所设定的阈值，但达到了二级过载保护的阈值时进入保护状态，电阻F1可以是自愈保险丝、快速熔断保险丝、或者普通保险丝中的任一种。

上述的一级保护模式是指由晶体管Q2、二极管D4、D5等组成的保护阈值产生电路产生的阈值电压，二级过载保护模式是指在电流未达到一级保护模式的阈值、但超出了电路的额定工作电流的部分由二级过载保护电路进行保护动作。工作时，可以设定一级过载保护的动作电流为I1，二级过载保护的动作电流为I2，一级过载保护时间为T1，二级过载保护时间为T2(一级过载保护速度(1/T1)远远大于二级过载保护速度(1/T2))，且I1＞I2，两种保护模式相互搭配，形成优良的保护方法。

下面简述一下本发明的工作原理：

当输出控制信号使能时，Q4晶体管工作在饱和区、此时Q4集电极电平为电阻R3、R4的分压值，通过R2加到输出晶体管Q1上，从而Q1导通输出电压到负载上。如果工作正常时，那么输出电流I＜I2，电流小于额定电流、保护电路不动作，电路正常输出。

当输出控制信号使能时，输出电流I为I1＞I＞I2，那么二级过载保护电路动作，经过器件的额定时间，F1保险丝保护熔断，截止了输出；如果采用自愈保险丝，即进入输出-截止-输出的保护过程中，实现了电路保护功能。

当输出控制信号使能时，输出电流I＞I1，那么进入一级短路保护模式。采样元件Rs上的电压超出了由Q2的PN结、D4、D5组成的保护阈值产生电路产生的保护阈值，那么电源V+通过Q2发射极、R1、D4、D5形成回路，Q2导通；V+通过R7、R8组成的分压网络使高电平连接在Q3的基极上，Q3导通；那么输出控制信号通过R6连接在Q4基极上的高电平被拉至地电位，从而造成Q4截止，晶体管Q1的基极电位为高电平，输出截止。在保护过程中由于电容C1带有加速放电二极管，因此以很快的速度达到较低的电平。当Q1截止后，Rs两端的电位达到一致，但是电容C1端电位不能突变，C1的电位仍然维持在较低的水平，通过Q2、R1、D4和R5组成的网络对C1进行充电。当电充满后，Q2的PN结没有电流通过，那么Q2截止，Q3的基极电位为低电平、Q3截止，输出控制信号通过R6连接至Q4的基极，Q4导通，从而Q1导通，恢复了输出。在这个过程中、Q2的PN结、R1、D4、D5、R5、C1等组成的充放电网络，构成了保护后重新启动的延时时间。如果电流的深度加大，那么C1的初始电平更加降低，从而充放电的时间相应的延长了，因而保护后的延时时间增加，有效地保护了输出晶体管。

实施例2，参考图1、图3，本例与上例基本相同，区别是，例1中D4采用稳压管，Q1采用三极管，本例D4采用二极管，Q1采用MOS管，优点是：可以更加灵活的调整保护的阈值电压，并且Q1可以采用更大功率的输出管，输入信号的频率可以更高。工作原理同上。

Claims (9)

1.一种晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，它包括电源V+、输出控制电路(1)，输出控制电路(1)的输出端连接输出晶体管(Q1)，在输出控制电路(1)上连接晶体管输出截止电路(3)的输出端和输出使能信号，晶体管输出截止电路(3)的输入端与信号采样电路(6)的输入端连接并与电源V+连接，在信号采样电路(6)的输出端与输出晶体管(Q1)之间连接二级过载保护电路(2)，保护阈值产生电路(4)的输入端连接到晶体管输出截止电路(3)的另一路输出，保护动作延时电路(5)的输入端连接到保护阈值产生电路(4)的一路输出，保护阈值产生电路(4)与保护动作延时电路(5)的输出端共同连接到信号采样电路(6)的输出端。

2.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，输出控制电路(1)由电阻(R6)、(R4)、晶体管(Q4)、与晶体管(Q4)集电极连接的电阻(R2)、(R3)组成，电阻(R2)与输出晶体管(Q1)的基极连接。

3.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，晶体管输出截止电路(3)由晶体管(Q2)、电阻(R7)、(R8)、晶体管(Q3)组成，晶体管(Q3)的集电极与输出控制电路(1)的晶体管(Q4)基极连接，晶体管(Q2)的发射极与电源V+连接。

4.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，信号采样电路(6)由电流采样元件(Rs)组成，电流采样元件(Rs)的输入端与电源V+连接，输出端与二级过载保护电路(2)连接。

5.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，保护阈值产生电路(4)由二极管(D4)、(D5)组成，(D4)的一端与晶体管(Q2)的基极连接，另一端与二极管(D5)的阳极连接，二极管(D5)的阴极连接至电流采样元件(Rs)的输出端。

6.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，保护动作延时电路(5)由电阻(R1)、电阻(R5)、电容(C1)组成，电阻(R5)一端与电容(C1)的正极连接并与二极管(D5)的阳极连接，另一端与电流采样元件(Rs)的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，二级过载保护电路(2)由保险元件(F1)组成，保险元件(F1)设在电流采样元件(Rs)与输出晶体管(Q1)之间。

8.根据权利要求7所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，所述保险元件(F1)是自愈保险丝、快速熔断保险丝、普通保险丝中的任一种。

9.根据权利要求1所述的晶体管输出的短路、过载保护装置，其特征是，所述输出晶体管(Q1)是三极管、场效应管、绝缘栅双极晶体管中的任一种。

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