CN202633893U - 短路/过流保护控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为短路/过流保护控制器，本控制器的电流采集模块串联在被保护电路中，输出接入过流判断锁存模块。开关电路模块为继电器或接触器电路，串联在被保护电路中。过流判断锁存模块包括过流判断状态锁存电路和开关控制电路，其输出接入开关电路模块，控制继电器或接触器的接通或者断开。上电初始，过流判断锁存模块的电压比较器输出的高电平控制开关控制电路接通开关电路模块的继电器电路，接通被保护电路。出现短路或过流时，电压比较器输出的低电平关断开关电路模块的继电器电路，并保持锁存。本实用新型的保护控制器实时监测被保护电路，短路或过流时即切断电路，有效保护负载和电源且自动锁存保护状态，可随意设置保护电流值。

Description

短路/过流保护控制器

(一)技术领域

本实用新型涉及电路中过流保护技术领域，具体为一种短路/过流保护控制器。

(二)背景技术

电路发生故障时，可能会产生短路，瞬间工作电流趋于无穷大；或者可能电流值迅速增加超过设定的允许值，即产生过流。在短路或过流时为保护负载和电源，需要立即切断电路，所以设计了短路/过流保护器。目前普遍应用的短路/过流保护产品主要有熔断器、断路器和基于微处理器的过流保护模块。熔断器在通过的电流大于一定值时立即熔断，起到保护作用时熔丝被短路电流或过流烧毁，无法重复使用，需更换熔丝、电路才能重新接通。断路器为机械结构，因为是由运动部件实现断路，电路断开使电路得到保护的时间较长，保护电流也不能随意设置，且环境指标较低。电子式的过流保护产品大多数是以单片机或微处理器为控制核心，利用专门编制的微处理器软件的逻辑控制模块来控制后级开关电路的开/关，实现电路的短路/过流保护。基于微处理器的过流保护产品可以用软件实现任意设置过流保护电流，并且能重复使用，但由于其核心为微处理器，依靠编制的软件实现短路/过流保护，因此可靠性较低，且成本较高。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种短路/过流保护控制器，本控制器为纯硬件电路，包括电流采集模块、过流判断锁存模块和开关电路模块，本控制器串联在被保护电路中，实时监测被保护电路中的电流情况，当被保护电路发生短路/过流时及时切断被保护电路连接，有效保护被保护电路负载和电源的安全。

本实用新型设计的短路/过流保护控制器，包括电流采集模块、过流判断锁存模块和开关电路模块。

电流采集模块用于采集被保护电路工作回路中的电流值，并将该电流值线性转化为规定电压范围内的电压值。电流采集模块包括霍尔电流传感器和外围匹配电阻电容构成的RC回路，霍尔电流传感器的检测线圈接在被保护电路中，其输出经RC回路接入过流判断锁存模块。

开关电路模块用于具体执行接通或关断被保护电路，开关电路模块为标准的继电器或接触器电路，可根据负载的类型选择不同的继电器或接触器电路。开关电路模块串联在被保护电路的工作回路中，过流判断锁存模块的输出接入开关电路模块，控制其继电器或接触器的接通或者断开。

当开关电路模块的继电器为固体继电器，即开关电路模块为依次连接的驱动电路、变压器、整流滤波稳压电路和功率开关管，开关控制电路的输出接入驱动电路，功率开关管接在被保护电路中。

当开关电路模块的继电器或者接触器为电磁继电器或者电磁接触器，则根据负载特性直接选用相应的电磁继电器或电磁接触器，并配有电磁驱动电路与电磁继电器或电磁接触器连接，开关控制电路的输出接入电磁驱动电路，电磁继电器或电磁接触器的输出触点接在被保护电路中。

过流判断锁存模块的主要功能为判断电流采集模块所采集的负载输出电流的电压信号，将该电压信号值与预置的保护电流值换算得到的相应的保护电压值相比较，当超过预置的保护电流值对应的电压值时，该模块的输出信号控制开关电路模块关断，且在负载的输出电流恢复到正常值时，该模块仍锁存关断信号的输出状态，保持开关电路模块关断。

过流判断锁存模块包括过流判断状态锁存电路和开关控制电路。过流判断状态锁存电路为电压比较器及外围的匹配电阻，开关控制电路为开关器件，所述开关器件为场效应管、或三极管开关、或光耦开关。电流采集模块的输出端接入电压比较器的负电压比较输入端，电压比较器输出端接入开关控制电路的开关器件，该开关器件接入开关电路模块的继电器或接触器电路，接通或者关断继电器或接触器；同时电压比较器输出端还经反馈电阻连接电压比较器的正电压比较输入端。

过流判断锁存模块中还有辅助供电电路，辅助供电电路与电源连接，将电源电压转换为本控制器内各器件的工作电压，分别接入电流采集模块、过流判断锁存模块和开关电路模块。

本控制器上电初始瞬间，由于电流采集模块存在RC充电回路，其输出到过流判断锁存模块电压比较器的负电压比较输入端的电压较低，该电压值低于正电压比较输入端电压，此时电压比较器输出为高电平控制开关控制电路的开关器件导通，接通开关电路模块的继电器或接触器电路，从而接通被保护电路。当被保护电路出现短路或过流时，电流采集模块采集到的电流变大，因此电流采集模块输出到电压比较器负电压比较输入端的电压变大，当该电压值大于电压比较器正电压比较输入端的预置电压值时，电压比较器输出为低电平控制开关器件关断开关电路模块的继电器或接触器电路，从而开关电路模块的继电器或接触器关断被保护电路，实现了短路/过流保护的目的。

通过调节电压比较器的匹配电阻可以改变电压比较器正电压比较输入端的预置电压值，从而改变过流比较门限，即预置不同的保护电流值。

实现过流保护切断了被保护电路后，电流采集模块采集到的电流值为0，电流采集模块输出到电压比较器负电压比较输入端的电压恢复到初始值，但此时电压比较器输出的低电平经反馈电阻正反馈到正电压比较输入端，在该反馈电压与匹配电阻的作用下正电压比较输入端电压仍低于负电压比较输入端电压，电压比较器的输出仍为低电平控制开关控制电路的开关器件保持开关电路模块的继电器或接触器电路关断，保持锁存状态，保持开关电路模块的继电器或接触器关断被保护电路的状态。

被保护电路的故障排除后重新接通电源，本保护控制器再次上电工作时，本保护控制器自动从初始状态开始重新接通被保护电路。

本实用新型短路/过流保护控制器的优点为：1、本控制器串联在被保护电路中工作，可实时监测被保护电路中的电流情况，当被保护电路发生短路时，回路电流将趋于无穷大，本控制器立即切断电路，当被保护电路电流大于电路正常工作的电流，即大于预置的保护电流时，本控制器也会切断被保护电路，从而有效保护被保护电路负载和电源的安全；2、本控制器为纯硬件电路，电路形式简单、元器件数量少，可靠性指标较高，可随意设置保护电流值，启动保护时间短，动作次数无限制；3、保护后可自动锁存保护状态，被保护电路再次上电正常工作时，本控制器自动重新接通电路；4、可根据用户需求采用多种外形结构，可在许多领域代替现有的短路/过流保护产品，如用裸芯片组装产品可以应用于宇航等高端应用场合。

(四)附图说明

图1为本短路/过流保护控制器实施例与被保护电路连接示意图；

图2为本短路/过流保护控制器实施例结构框图；

图3为本短路/过流保护控制器实施例电流采集模块电路图；

图4为本短路/过流保护控制器实施例过流判断锁存模块的过流判断状态锁存电路和开关控制电路的电路图；

图5为本短路/过流保护控制器实施例开关电路模块电路图；

图6为本短路/过流保护控制器实施例开关电路模块另一方案电路图。

(五)具体实施方式

短路/过流保护控制器实施例如图1所示，包括电流采集模块、过流判断锁存模块和开关电路模块。图1右侧Vin至Vout的粗实线表示本保护控制器被保护电路，其中IN+表示被保护电路在电流采集模块和开关电路模块之间的连接点。图1左侧为本保护器、电源及被保护电路的公共接地点。图2所示为本例短路/过流保护控制器各模块的结构框图。

电流采集模块如图3所示，包括霍尔电流传感器V1和外围匹配电阻电容，霍尔电流传感器V1的检测线圈接在被保护电路中，霍尔电流传感器V1的一个输出端经电阻R1引出为本电流采集模块的输出端Va，该输出端Va还分别经C1和R2接地，电阻R1、R2和电容C1构成RC充电回路。霍尔电流传感器V1的另一个输出端经电容C3接地，霍尔电流传感器V1的接电端连接辅助供电电路输出的+5V电压，该接电端还经电容C2接地，本电流采集模块的输出端Va接入过流判断锁存模块。

过流判断锁存模块如图2所示，包括辅助供电电路、过流判断状态锁存电路和开关控制电路。

辅助供电电路连接经电流采集模块的电源电压，将该电压整流滤波转换为本控制器内各模块和电路的+5V工作电压，辅助供电电路的+5V电压输出端分别接入霍尔电流传感器V1、过流判断锁存模块和开关电路模块。

过流判断状态锁存电路和开关控制电路如图4所示，过流判断状态锁存电路为电压比较器V2及外围的匹配电阻，开关控制电路为场效应管V3。电流采集模块的输出端Va经电阻R7接入电压比较器V2的负电压比较输入端in-，输入的+5V电压一路接入电压比较器V2供电、另一路经电阻R8接入场效应管V3的栅极、再一路则分别经电阻R3、R5，及经电容C4接入的正电压比较输入端in+，电压比较器V2的输出端接入开关控制电路的场效应管V3的栅极，电阻R3和R5的连接端经电阻R4接地，电压比较器V2的输出端经反馈电阻R6接入电压比较器V2的正电压比较输入端in+。调节电阻R3、R4、R5、R6即可改变电压比较器V2的正电压比较输入端in+的预置电压值。该场效应管V3的漏极输出Vb接入开关电路模块的驱动电路，接通或者关断开关电路模块。

本例开关电路模块如图5所示，采用固体继电器，开关电路模块为依次连接的驱动电路、变压器T1、整流滤波稳压电路和功率开关管V4。功率开关管V4接在被保护电路中。过流判断锁存模块的场效应管V3的输出Vb接入驱动电路。

开关电路模块的另一方案为直接采用电磁继电器，如图6所示，开关电路模块包括电磁驱动电路和电磁继电器，过流判断锁存模块的场效应管V3的输出Vb接入电磁驱动电路，电磁继电器的输出触点接在被保护电路中。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.短路/过流保护控制器，其特征在于：

包括电流采集模块、过流判断锁存模块和开关电路模块；

所述电流采集模块包括霍尔电流传感器和外围匹配电阻电容构成的RC回路，霍尔电流传感器的检测线圈接在被保护电路中，其输出经RC回路接入过流判断锁存模块；

开关电路模块为标准的继电器或接触器电路，串联在被保护电路的工作回路中，过流判断锁存模块的输出接入开关电路模块；

过流判断锁存模块包括过流判断状态锁存电路和开关控制电路；过流判断状态锁存电路为电压比较器及外围的匹配电阻，电流采集模块的输出端接入电压比较器的负电压比较输入端，电压比较器输出端接入开关控制电路的开关器件，该开关器件接入开关电路模块的继电器电路，电压比较器输出端还经反馈电阻连接电压比较器的正电压比较输入端。

2.根据权利要求1所述的短路/过流保护控制器，其特征在于：

所述开关器件为场效应管、或三极管开关、或光耦开关。

3.根据权利要求1所述的短路/过流保护控制器，其特征在于：

所述开关电路模块的继电器为固体继电器，为依次连接的驱动电路、变压器、整流滤波稳压电路和功率开关管，开关控制电路的输出接入驱动电路，功率开关管接在被保护电路中。

4.根据权利要求1所述的短路/过流保护控制器，其特征在于：

所述开关电路模块继电器或者接触器为电磁继电器或者电磁接触器，配有电磁驱动电路与电磁继电器或电磁接触器连接，开关控制电路的输出接入电磁驱动电路，电磁继电器或电磁接触器输出触点接在被保护电路中。

5.根据权利要求1所述的短路/过流保护控制器，其特征在于： 

所述过流判断锁存模块中还有辅助供电电路，辅助供电电路与电源连接，将电源电压转换为本控制器内各器件的工作电压，分别接入电流采集模块、过流判断锁存电路和开关电路模块。 

Images