CN203193493U - 低压直流输出保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低压直流输出保护电路，旨在使低压电源电路对负载设备更可靠地供电。该电路包括基准电压源、比较器A以及由比较器B、三极管N1和VMOS管M5构成的恒流控制电路；该输出安全控制电路的输入端接低压电源直流输出电压，输出端接负载，所述输入端和输出端所在的主回路上串联设置有VMOS管M5和限流电阻R24；其中，VMOS管M5的基极经三极管N1接至所述输出端的负端，三极管N1的基极接至所述基准电压源；所述输出端并联有一个滤波电容C15和一个反馈支路，该反馈支路上依次串联有分压电阻R14和RC电路。本实用新型能够保证低压电源输出在负载短路时自动调整，限流输出，同时仍保证低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种安全控制电路，可作为低压电源电路与负载之间的中间电路。
背景技术
直流电源可以是简单的独立电源，如蓄电池，也可以是由直直变换或者通过整流滤波方法变换交流电源获得需要的直流电源。现有技术中，为了防止短路、保护直流源，在以直流电源供电的电路中，以及蓄电池的充电电路中，在输入回路中串接保险丝，一旦发生短路，电路中电流过大，保险丝就会熔断，从而避免了过大电流烧坏直流源。
例如对于低压电源电路，在对负载设备进行低压供电时，更加需要保证电源的安全性，另外尽可能不增加额外的功耗。
短路保护电路是保护直流源的重要电路，其性能好坏直接影响到直流源与负载的安全和工作。现有采用串接保险丝方式的短路保护电路，当负载回路中的某个部件损坏造成短路，或者由于人为操作失误将直流源的正负极接短路时，很容易使串接保险丝熔断，保险丝熔断后需要拆机更换新的保险丝，如此则极大地影响负载连续稳定地工作。因此，需要有更可靠的短路保护电路，以维持负载设备连续高效地工作。
发明内容
本发明提供一种低压直流输出保护电路，从而使低压电源电路对负载设备更可靠地供电，连续高效地工作。
本发明提供以下基本方案：
低压直流输出保护电路，包括基准电压源、比较器A、比较器B和三极管N1；该输出安全控制电路的输入端接低压电源直流输出电压，输出端接负载，所述输入端和输出端所在的主回路上串联设置有VMOS管M5和限流电阻R24；所述比较器B、三极管N1和VMOS管M5构成恒流控制电路，其中，VMOS管M5的基极经三极管N1接至所述输出端的负端，三极管N1的基极接至所述基准 电压源；所述输出端并联有一个滤波电容C15和一个反馈支路，该反馈支路上依次串联有分压电阻R14和RC电路；
比较器A的正相输入端接入该反馈支路，经分压电阻R14接至所述输出端的正端，比较器A的负相输入端接基准电压，比较器A的输出端依次经串联的电阻R13、电阻R27、电阻R22接至所述输入端的负端；所述基准电压由与所述基准电压源串联的2.5V的稳压管Z5提供；
比较器B的正相输入端接入电阻R13、电阻R27和电阻R22所在的串联支路，其接入节点位于电阻R27与电阻R22之间；比较器B的负相输入端经电阻R6接至所述输出端的负端；比较器B的输出端接至三极管N1的基极；
三极管N1的基极还依次经电阻R16、电容C19接至比较器B的负相输入端。
基于上述基本方案，还可以进行如下优化限定和改进：
在VMOS管M5的基极与三极管N1的漏极之间引出一个支路至VMOS管M5的源极，该支路上设置有稳压管Z1。
可采用一个电容C20与所述稳压管Z5并联。
比较器B的正相输入端的接入节点还通过滤波电容C16接至所述输出端的负端。
比较器A和比较器B构成一个双封装比较器。
该双封装比较器优选LH2903、LM2903或其它同类器件。
本发明具有以下优点：
本发明提供的低压直流输出保护电路能够保证低压电源输出在负载短路时自动调整，限流输出，同时仍保证低功耗。
附图说明
图1为本发明的输出保护电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明的输出安全控制电路的输入端接直流输出，输出端接负载。即直流电源的输出经该输出安全控制电路向负载提供稳定电压。
如图1所示，该输出安全控制电路包括基准电压源、比较器A、比较器B （图中比较器A和比较器B是封装为一个双比较器）、三极管N1和稳压管Z5；所述输入端和输出端所在的主回路上串联设置有VMOS管M5和限流电阻R24，其中，VMOS管M5的基极经三极管N1接至所述输出端的负端，三极管N1的基极接至所述基准电压源；所述输出端并联有一个滤波电容和一个反馈支路，该反馈支路上依次串联有分压电阻R14和RC电路；
比较器A的正相输入端接入该反馈支路，经分压电阻R14接至所述输出端的正端，比较器A的负相输入端接基准电压，比较器A的输出端依次经串联的电阻R13、电阻R27、电阻R22接至所述输入端的负端；
比较器B的正相输入端接入电阻R13、电阻R27和电阻R22所在的串联支路，其接入节点位于电阻R27与电阻R22之间；比较器B的负相输入端经电阻R6接至所述输出端的负端；比较器B的输出端接至三极管N1的基极。
在VMOS管M5的基极与三极管N1的漏极之间引出一个支路至VMOS管M5的源极，该支路上设置有稳压管Z1。
所述基准电压由与所述基准电压源串联的2.5V稳压管提供。
比较器B的正相输入端的接入节点还通过滤波电容接至所述输出端的负端。
比较器A和比较器B构成的双封装比较器优选LH2903、LM2903或其它同类器件；当然也可以采用分立元件实现。
IC5为标准高速比较器电路（双比较器），比较器B、N1、M5组成恒流控制电路。B-端电压V3=0V,B+端电压为:
V2=R22×V1/(R22+R27)-Us
上式中，Us=Is×Rs=Is×R24
V1电压受比较器A控制，A-端电压VR=2.5V,A+端电压为:
VL=UL×R7/(R7+R14)=RL×Is。
1、限流启动
电路启动（上电）时，VL﹤2.5V，比较器A输出低，则R13接入分压。
其中：R13﹤﹤R25、R13﹤﹤R27、VR=2.5V；
V1≈VR×R13/(R13+R25)=2.5×R13/(R13+R25)
V2=R22×V1/(R22+R27)-Us=R22×(2.5×R13/(R13+R25))/(R22+R27)-Us
=2.5×R22×R13/((R13+R25)(R22+R27))-Is×Rs
设：c1=2.5×R22×R13/((R13+R25)(R22+R27))
即：V2=c1-Rs×Is
当V2=c1-Rs×Is≦0时，比较器B、N1、M5限流输出，限流值为：Is=c1/Rs。
即能够保证低压电源输出以限流(Is=c1/Rs)启动。
VL=UL×R7/(R7+R14)=RL×Is=c1×RL/Rs
因此，只需要配置相应的阻值，使得低压电源负载阻抗较小（短路）时，VL﹤2.5V，工作在安全限流状态下。比如，根据Is=c1/Rs，设置Is在常规值1/4-1/10之间。
2、运行中的常规限流
当低压电源负载阻抗无故障VL≧2.5V时比较器A输出高（开路），则R13脱离分压，V2=2.5×R22/(R22+R27+R25)-Us；
设：c2=2.5×R22/(R22+R27+R25)
即：V2=c2-Rs×IL
当V2=c2-Rs×IL≦0时，比较器B、N1、M5限流输出，限流值为：IL=c2/Rs,
即能够保证低压电源输出以限流(IL=c2/Rs)工作。
因此，只需要配置相应的电阻阻值，使IL大于正常工作电流，且使VMOS限制在电流、功率的安全范围内。通常，IL设置为常规值的1.1倍至1.5倍之间。
3、正常工作的低功耗
低压电源输出正常工作时，输出电流小于IL,比较器（A、B）输出高（开路），P沟道VMOS(M5)工作在超低导通电阻（RDS=0.005Ω）状态下。
例如：输出功率200W输出电压50V，则输出电流为：Io=200/50=4A,
VMOS(M5)上压降为：4×0.005=0.02,
VMOS(M5)控制功耗为：Pe=0.02×4=0.08W，可以看出，正常运行时的控制功耗很低。
4、短路保护
若低压电源电路工作过程中若发生输出短路等故障，导致VL﹤2.5V，则比
较器A输出低，使比较器B、N1、M5限流输出（参见前述第1种情况）， 电路重新进入安全启动（Is）状态，当故障消除后，低压电源自动恢复正常输出。
Claims (6)
1.低压直流输出保护电路，其特征在于：包括基准电压源、比较器A、比较器B和三极管N1；该输出安全控制电路的输入端接低压电源直流输出电压，输出端接负载，所述输入端和输出端所在的主回路上串联设置有VMOS管M5和限流电阻R24；所述比较器B、三极管N1和VMOS管M5构成恒流控制电路，其中，VMOS管M5的基极经三极管N1接至所述输出端的负端，三极管N1的基极接至所述基准电压源；所述输出端并联有一个滤波电容C15和一个反馈支路，该反馈支路上依次串联有分压电阻R14和RC电路；
比较器A的正相输入端接入该反馈支路，经分压电阻R14接至所述输出端的正端，比较器A的负相输入端接基准电压，比较器A的输出端依次经串联的电阻R13、电阻R27、电阻R22接至所述输入端的负端；所述基准电压由与所述基准电压源串联的2.5V的稳压管Z5提供；
比较器B的正相输入端接入电阻R13、电阻R27和电阻R22所在的串联支路，其接入节点位于电阻R27与电阻R22之间；比较器B的负相输入端经电阻R6接至所述输出端的负端；比较器B的输出端接至三极管N1的基极；
三极管N1的基极还依次经电阻R16、电容C19接至比较器B的负相输入端。
2.根据权利要求1所述的低压直流输出保护电路，其特征在于：在VMOS管M5的基极与三极管N1的漏极之间引出一个支路至VMOS管M5的源极，该支路上设置有稳压管Z1。
3.根据权利要求1所述的低压直流输出保护电路，其特征在于：采用一个电容C20与所述稳压管Z5并联。
4.根据权利要求1所述的低压直流输出保护电路，其特征在于：比较器B的正相输入端的接入节点还通过滤波电容C16接至所述输出端的负端。
5.根据权利要求1所述的低压直流输出保护电路，其特征在于：比较器A和比较器B构成一个双封装比较器。
6.根据权利要求5所述的低压直流输出保护电路，其特征在于：所述双封装比较器采用LH2903或LM2903。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103036414A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-04-10 | 胡家培 | 低压直流输出保护电路 |
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2012
- 2012-11-30 CN CN 201220667147 patent/CN203193493U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN103036414A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-04-10 | 胡家培 | 低压直流输出保护电路 |
| CN103036414B (zh) * | 2012-11-30 | 2016-04-13 | 胡家培 | 低压直流输出保护电路 |
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