CN201466667U - 直流电源及负载的保护装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种直流电源及负载的保护装置,所述装置包括:过压检测电路,用于检测供电电源的电压是否超过预先设定的电压阈值,并将检测结果送到控制电路;过流检测电路,用于检测负载的电流是否超过预先设定的电流阈值,并将检测结果送到控制电路;控制电路,根据所述过压检测电路和过流检测电路的检测结果,控制输出驱动电路的输出;输出驱动电路,在控制电路的控制下向负载供电。本实用新型通过过压检测电路和过流检测电路,对供电电源的电压和负载的电流进行检测,当出现过压和/或过流时,控制电路控制输出驱动电路的输出,从而实现直流电源及负载的双向保护,当电源供电电压偏高而负载电流正常时也能起到保护作用。

Description

直流电源及负载的保护装置
技术领域
本实用新型涉及电源电路技术领域,特别是涉及一种直流电源及负载的保护装置。
背景技术
直流电源系统、部分直流电路与负载之间常因缺少合适的保护,当供电电压异常偏高或负载过流短路时导致电路不能正常工作,电源或负载损坏,甚至烧毁设备造成火灾。通常的过载保护电路只是在负载过流时才起作用,而未考虑到电源对负载的威胁,尤其交流供电的AC/DC设备,电网电压的异常升高如发生雷击时通常会引起输出电压的异常升高,而此时的负载不一定过流,瞬时的高压能将负载击毁。因此现有的保护电路在电源供电电压偏高而负载电流正常时并不起保护作用,此时的负载非常容易因过压而损坏,尤其价格昂贵的负载更是损失惨重。例如,通信电源中的直流风机供电电路,一般电压为+12V或+24V或+48V,为了降低成本此供电回路多无过压及过流短路保护部分,部分风机停转时其线圈绕组将使供电电压直接短路,其后果是+12V或+24V或+48V回路中的部分器件,如风机绕组、PCB铜膜、供电电源将被烧坏,设备因损坏停止工作,甚至引起火灾。
实用新型内容
本实用新型实施例要解决的问题是提供一种直流电源及负载的保护装置,以克服现有的保护电路在电源供电电压偏高而负载电流正常时并不起保护作用的缺陷。
为达到上述目的,本实用新型实施例的技术方案提供一种直流电源及负载的保护装置,所述装置包括:过压检测电路,用于检测供电电源的电压是否超过预先设定的电压阈值,并将检测结果送到控制电路;过流检测电路,用于检测负载的电流是否超过预先设定的电流阈值,并将检测结果送到控制电路;控制电路,根据所述过压检测电路和过流检测电路的检测结果,控制输出驱动电路的输出;输出驱动电路,在控制电路的控制下向负载供电。
优选地,所述过压检测电路包括:电阻网络,用于根据供电电源的电压生成电压检测信号;第一基准电压源,用于生成2.5伏基准电压;第一比较器,其正输入端输入电压检测信号,负输入端输入2.5伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。
优选地,所述过流检测电路包括:电流检测信号生成单元,用于根据负载的电流生成电流检测信号;第二基准电压源,用于生成50毫伏基准电压;第二比较器,其正输入端输入电流检测信号,负输入端输入50毫伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。
优选地,所述第二基准电压源包括与所述第一基准电压源并联的分压电阻网络。
优选地,所述过压检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第一比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接;所述过流检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第二比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接。
优选地,所述过压检测电路包括第一防反复跳变电阻,该电阻的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与第一比较器的输出端连接;所述过流检测电路包括第二防反复跳变电阻,该电阻的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与第二比较器的输出端连接.
优选地,所述过压检测电路包括第一消除噪声电容,该电容的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与地线连接;所述过流检测电路包括第二消除噪声电容,该电容的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与地线连接。
优选地,所述输出驱动电路包括:第一功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第二功率三极管的基极连接,发射极与供电电源的正极连接;第二功率三极管,该三极管为NPN型,其集电极通过电阻与供电电源的正极连接,发射极与地线连接;第三功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第四功率三极管的集电极连接,发射极与供电电源的正极连接;第四功率三极管,该三极管为NPN型,其基极与第二功率三极管的集电极连接,发射极与地线连接;所述输出驱动电路的输出端与第四功率三极管的集电极连接。
优选地,所述控制电路还包括故障指示单元,用于驱动发光二极管对故障进行指示。
优选地,所述装置还包括自动重启电路,用于在故障消失后,控制所述控制电路进行重启。
与现有技术相比,本实用新型的技术方案具有如下优点:
本实用新型通过过压检测电路和过流检测电路,对供电电源的电压和负载的电流进行检测,当出现过压和/或过流时,控制电路控制输出驱动电路的输出,从而实现直流电源及负载的双向保护,当电源供电电压偏高而负载电流正常时也能起到保护作用。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种直流电源及负载的保护装置的结构框图;
图2为本实用新型实施例的整机原理框图;
图3为本实用新型实施例的控制部分的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型实施例的一种直流电源及负载的保护装置的结构如图1所示,所述装置包括:过压检测电路,用于检测供电电源的电压是否超过预先设定的电压阈值,并将检测结果送到控制电路;过流检测电路,用于检测负载的电流是否超过预先设定的电流阈值,并将检测结果送到控制电路;控制电路,根据所述过压检测电路和过流检测电路的检测结果,控制输出驱动电路的输出,控制电路还包括故障指示单元,用于驱动发光二极管对故障进行指示;输出驱动电路,在控制电路的控制下向负载供电;自动重启电路,用于在故障消失后,控制所述控制电路进行重启。
过压检测电路包括:电阻网络,用于根据供电电源的电压生成电压检测信号;第一基准电压源,用于生成2.5伏基准电压;第一比较器,其正输入端输入电压检测信号,负输入端输入2.5伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。
过流检测电路包括:电流检测信号生成单元,用于根据负载的电流生成电流检测信号;第二基准电压源,用于生成50毫伏基准电压;第二比较器,其正输入端输入电流检测信号,负输入端输入50毫伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。其中,所述第二基准电压源包括与所述第一基准电压源并联的分压电阻网络。
过压检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第一比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接;过流检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第二比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接。
过压检测电路包括第一防反复跳变电阻,该电阻的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与第一比较器的输出端连接;过流检测电路包括第二防反复跳变电阻,该电阻的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与第二比较器的输出端连接。
过压检测电路包括第一消除噪声电容,该电容的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与地线连接;过流检测电路包括第二消除噪声电容,该电容的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与地线连接。
输出驱动电路包括:第一功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第二功率三极管的基极连接,发射极与供电电源的正极连接;第二功率三极管,该三极管为NPN型,其集电极通过电阻与供电电源的正极连接,发射极与地线连接;第三功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第四功率三极管的集电极连接,发射极与供电电源的正极连接;第四功率三极管,该三极管为NPN型,其基极与第二功率三极管的集电极连接,发射极与地线连接;所述输出驱动电路的输出端与第四功率三极管的集电极连接。
本实用新型实施例的整机原理框图如图2所示,直流电源输出电压经功率开关,电流传感器加至负载,当电源输出过压时或负载过流短路时自动切断功率开关,保护电源及负载。
本实用新型实施例的控制部分的电路原理图如图3所示,其中控制部分工作原理如下:
1:传感器及检测电路
1-1:电源输出电压检测
由电阻网络检测供电电源的输出电压,将过压检测信号检出并送至比较器,当其超过基准电压2.5V时,比较器输出高电压,Q5导通,LM555被触发,7脚输出内部晶体管开路,Q1\Q3关断,Q3关断时电源输出高电压消失;
Q1关断时Q2截止,Q4饱和导通,输出被拉至低电平,阻抗接近零,能够将导通的MOS管的GS电容瞬速放电,快速切断开关,保护设备。
1-2:负载电流检测
检测回路电流,过流时送出过流保护信号(大于基准信号50mV)使Q5导通,动作过程同上;
R4/R5设定回差防止比较器在某临界值附近反复跳变;
C3/C4用于消除干扰噪声。
2:基准电压电路
由精密基准电压源产生精确的2.5V级50mV分别供电压、电流检测电路作参靠基准电压.
3:驱动控制电路
当LM555的2脚被拉低时,3脚输出高电平故障信号,可直接驱动LED等发光管,作故障告警指示。
4:直流放大及输出驱动电路
Q1-Q4组成直流电流放大器;正常工作时,LM555的7脚输出为低电平,Q3导通输出高电压,Q1\Q2导通,Q4截止;故障状态时LM555的7脚内部晶体管开路,Q1\Q3关断,Q3关断时电源输出高电压消失,Q1关断时Q2截止,Q4饱和导通,输出被拉至低电平,阻抗接近零,能够将导通的MOS管的GS电容瞬速放电,快速切断开关,保护设备;Q3饱和导通时阻抗接近于零,R11防止Q3\Q4同时导通。
起限流作用,R12作MOS开关管的GS放电电阻,防止电路误动作。
5:延时启动电路
故障发生后保护电路动作,关闭开关管,如果是偶然或人为故障并且已消除电路应重新进入工作状态,LM555处于单稳态触发方式,单稳结束时电路进入重启状态,LM555的7脚再次输出低电平,驱动输出为高电平,接通开关管,继续工作。如故障乃未排除将重新进入保护状态直至故障消除。
本实用新型通过过压检测电路和过流检测电路,对供电电源的电压和负载的电流进行检测,当出现过压和/或过流时,控制电路控制输出驱动电路的输出,从而实现直流电源及负载的双向保护,当电源供电电压偏高而负载电流正常时也能起到保护作用。因此本实用新型将电源及负载同时作被保护对象,做到真正意义上的保护,无论哪个发生故障都能进行保护。另外,本实用新型有自动重启功能,对一些偶然性的可短时消失偶然性故障,能自动排除,不需人工维护;而且本实用新型的直流放大驱动器具有较强的电压及电流驱动能力,可直接驱动常用功率器件。
本实用新型具有器件通用、易购,电路简洁可靠,设计合理,控制电路部分可小型化等特点,适用于多种直流供等场合如工控设备、仪器仪表、机载及舰载设备、航空航天等领域,能够非常明显减少设备维护成本,提高设备的运行可靠性。在精密仪器中的直流供电电路,可以加入本电路作安全保护,价格昂贵的负载也可以加入本电路作安全保护。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述装置包括:
过压检测电路,用于检测供电电源的电压是否超过预先设定的电压阈值,并将检测结果送到控制电路;
过流检测电路,用于检测负载的电流是否超过预先设定的电流阈值,并将检测结果送到控制电路;
控制电路,根据所述过压检测电路和过流检测电路的检测结果,控制输出驱动电路的输出;
输出驱动电路,在控制电路的控制下向负载供电。
2.如权利要求1所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述过压检测电路包括:
电阻网络,用于根据供电电源的电压生成电压检测信号;
第一基准电压源,用于生成2.5伏基准电压;
第一比较器,其正输入端输入电压检测信号,负输入端输入2.5伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。
3.如权利要求2所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述过流检测电路包括:
电流检测信号生成单元,用于根据负载的电流生成电流检测信号;
第二基准电压源,用于生成50毫伏基准电压;
第二比较器,其正输入端输入电流检测信号,负输入端输入50毫伏基准电压,输出端将检测结果送到控制电路。
4.如权利要求3所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述第二基准电压源包括与所述第一基准电压源并联的分压电阻网络。
5.如权利要求3所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述过压检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第一比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接;
所述过流检测电路包括反向器,该反向器的正向输入端与第二比较器的输出端连接,反向输出端与控制电路连接。
6.如权利要求3所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述过压检测电路包括第一防反复跳变电阻,该电阻的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与第一比较器的输出端连接;
所述过流检测电路包括第二防反复跳变电阻,该电阻的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与第二比较器的输出端连接。
7.如权利要求3所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述过压检测电路包括第一消除噪声电容,该电容的一端与第一比较器的正输入端连接,另一端与地线连接;
所述过流检测电路包括第二消除噪声电容,该电容的一端与第二比较器的正输入端连接,另一端与地线连接。
8.如权利要求1所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述输出驱动电路包括:
第一功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第二功率三极管的基极连接,发射极与供电电源的正极连接;
第二功率三极管,该三极管为NPN型,其集电极通过电阻与供电电源的正极连接,发射极与地线连接;
第三功率三极管,该三极管为PNP型,其基极接受控制电路的控制信号,集电极通过电阻与第四功率三极管的集电极连接,发射极与供电电源的正极连接;
第四功率三极管,该三极管为NPN型,其基极与第二功率三极管的集电极连接,发射极与地线连接;
所述输出驱动电路的输出端与第四功率三极管的集电极连接。
9.如权利要求1至8任一项所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述控制电路还包括故障指示单元,用于驱动发光二极管对故障进行指示。
10.如权利要求1至8任一项所述的直流电源及负载的保护装置,其特征在于,所述装置还包括自动重启电路,用于在故障消失后,控制所述控制电路进行重启。
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