CN203632211U - 一种可自恢复的短路保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：包括一可控开关和一短路控制单元，所述可控开关的一端作为所述短路保护装置的输入端并连接所述短路控制单元的输入端，所述短路控制单元的输出端连接所述可控开关的控制端，所述可控开关的另一端作为所述短路保护装置的输出端。该短路保护装置在负载短路时，首先通过第二封锁电路关断可控开关，实现第一重短路保护，再启动第一封锁电路，将第一重短路保护转变为第二重短路保护，并通过解锁电路解除第一重短路保护，当负载恢复正常时，自动解除第二重短路保护，导通可控开关，使电源恢复正常输出。本实用新型具有高效、可靠、成本低、不受负载抖动影响等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及短路保护装置，尤其是一种可自恢复的短路保护装置。
背景技术
目前，许多以蓄电池为主要电源或备用电源的电站、通讯基站及中小型风光互补供电系统，由于安装、操作不当等原因经常发生输出端导线老化、破损的现象，从而造成输出端短路，不仅会对设备造成损坏，甚至会危及操作人员人身安全。
现有对输出短路的保护大多采用在回路中串联空气开关、大容量的一次性熔断保险丝或者小容量的可恢复保险丝，这种方案存在如下缺陷：保险内阻消耗能量，浪费宝贵能源；成本较高；发生短路时保险丝会烧掉，需要手动更换保险丝，除了维护不方便，当负载恢复正常后，回路能否自动恢复正常工作状态也存在隐患，尤其在偏远地区，这种不足造成的影响更严重。
现有自恢复的短路保护电路，在短路保护后，易受负载抖动的影响，造成电路在短路保护与短路保护恢复之间频繁切换，可靠性不高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种可自恢复的短路保护装置。
本实用新型采用以下方案实现：一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：包括一可控开关和一短路控制单元，所述可控开关的一端作为所述短路保护装置的输入端并连接所述短路控制单元的输入端，所述短路控制单元的输出端连接所述可控开关的控制端，所述可控开关的另一端作为所述短路保护装置的输出端。
在本实用新型一实施例中，所述短路控制单元包括一比较电路，所述比较电路的第三输入端作为所述短路控制单元的输入端，所述比较电路的第一输入端连接一比较基准产生电路的输出端，所述比较电路的第二输入端连接一解锁电路的输出端，所述比较电路的输出端连接一第二缓冲电路的输入端和一第二封锁电路的输入端，所述第二缓冲电路的输出端连接一信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接所述解锁电路的输入端和一第一封锁电路的输入端，所述第一封锁电路的输出端连接一第一缓冲电路的输入端，所述第一缓冲电路的输出端作为所述短路控制单元的输出端并连接所述第二封锁电路的输出端。
在本实用新型一实施例中，所述第一缓冲电路包括一第一电阻、一第二电阻和一第一电容，所述第一电阻的一端连接一第一直流电压，所述第一电阻另一端作为所述第一缓冲电路的输入端并连接所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端作为所述第一缓冲电路的输出端。
在本实用新型一实施例中，所述第二封锁电路包括一第一开关管和一第三电阻，所述第一开关管的一端作为所述第二封锁电路的输出端，所述第一开关管的控制端连接所述第三电阻的一端，所述第一开关管的另一端接地，所述第三电阻的另一端作为所述第二封锁电路的输入端。
在本实用新型一实施例中，所述第一封锁电路包括一第三开关管和一第八电阻，所述第三开关管的一端作为所述第一封锁电路的输出端，所述第三开关管的控制端连接所述第八电阻的一端，所述第三开关管的另一端接地，所述第八电阻的另一端作为所述封锁电路的输入端。
在本实用新型一实施例中，所述比较电路包括一比较器、一二极管和一第四电阻，所述比较器的负输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的正输入端作为所述比较电路的第二输入端并连接所述二极管的阳极和所述第四电阻的一端，所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端，所述二极管的阴极连接一第一直流电压，所述第四电阻的另一端作为所述比较电路的第三输入端。
在本实用新型一实施例中，所述解锁电路包括一第二开关管、一第三电容和一第七电阻，所述第二开关管的一端作为所述解锁电路的输出端，所述第二开关管的另一端接地，所述第二开关管的控制端连接所述第三电容的一端和所述第七电阻的一端，所述第三电容的另一端接地，所述第七电阻的另一端作为所述解锁电路的输入端。
在本实用新型一实施例中，所述第二缓冲电路包括一第二电容、一第五电阻和一第六电阻，所述第六电阻的一端作为所述第二缓冲电路的输入端并连接所述第二电容的一端和所述第五电阻的一端，所述第六电阻的另一端作为所述第二缓冲电路的输出端，所述第二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端连接一第二直流电压。
在本实用新型一实施例中，所述信号处理模块为一CPU处理器或MCU处理器。
在本实用新型一实施例中，所述可控开关为场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
本实用新型的有益效果为：
1、当负载短路时，首先通过硬件自锁实现第一重短路保护，快速切断输出，再利用信号处理模块进行控制，将第一重短路保护转变为第二重短路保护，并在负载恢复正常后，自动解除第二重短路保护，使电源恢复正常输出，双重保护，高效、可靠；
2、利用可控开关管自身的体电阻实现负载电流采样，无需额外的电流采样器件，成本低廉；
3、当进行短路自锁保护后，能够避免由于负载抖动而引起可控开关管的频繁反复开启和关断，进一步提高短路保护装置可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的系统原理框图。
图2是本实用新型一实施例的系统原理框图。
图3是本实用新型另一实施例的系统原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型提供一种可自恢复的短路保护装置，包括一可控开关K和一短路控制单元10，所述可控开关K的一端作为所述短路保护装置的输入端并连接所述短路控制单元10的输入端，所述短路控制单元10的输出端连接所述可控开关5的控制端，所述可控开关5的另一端作为所述短路保护装置的输出端。所述短路保护装置串联在负载和电源之间。
本实用新型提供的一种可自恢复的短路保护装置可以应用于交流回路和直流回路中，本实施例优选应用于直流回路中，具体如下：
如图2所示，所述短路控制单元10包括一比较电路4，所述比较电路4的第三输入端作为所述短路控制单元10的输入端，所述比较电路4的第一输入端连接一比较基准产生电路6的输出端，所述比较电路4的第二输入端连接一解锁电路5的输出端，所述比较电路4的输出端连接一第二缓冲电路7的输入端和一第二封锁电路2的输入端，所述第二缓冲电路7的输出端连接一信号处理模块8的输入端，所述信号处理模块8的输出端连接所述解锁电路5的输入端和一第一封锁电路3的输入端，所述第一封锁电路3的输出端连接一第一缓冲电路1的输入端，所述第一缓冲电路1的输出端作为所述短路控制单元10的输出端并连接所述第二封锁电路2的输出端。
如图3所示，所述第一缓冲电路1包括一第一电阻R1、一第二电阻R2和一第一电容C1，所述第一电阻R1的一端连接一第一直流电压（15V），所述第一电阻R1另一端作为所述第一缓冲电路1的输入端并连接所述第二电R2的一端和所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地（BAT-），所述第二电阻R2的另一端作为所述第一缓冲电路1的输出端。
所述第二封锁电路2包括一第一开关管Q1和一第三电阻R3，所述第一开关管Q1的一端（集电极）作为所述第二封锁电路2的输出端，所述第一开关管Q1的控制端（基极）连接所述第三电阻R3的一端，所述第一开关管Q1的另一端（发射极）接地，所述第三电阻R3的另一端作为所述第二封锁电路2的输入端。
所述第一封锁电路3包括一第三开关管Q3和一第八电阻R8，所述第三开关管Q3的一端（集电极）作为所述第一封锁电路3的输出端，所述第三开关管Q3的控制端（基极）连接所述第八电阻R8的一端，所述第三开关管Q3的另一端（发射极）接地，所述第八电阻R8的另一端作为所述封锁电路3的输入端。
所述比较电路4包括一比较器IC、一二极管D1和一第四电阻R4，所述比较器IC的负输入端作为所述比较电路4的第一输入端，所述比较器IC的正输入端作为所述比较电路4的第二输入端并连接所述二极管D1的阳极和所述第四电阻R4的一端，所述比较器IC的输出端作为所述比较电路3的输出端，所述二极管D1的阴极连接一第一直流电压（15V），所述第四电阻R4的另一端作为所述比较电路4的第三输入端。
所述解锁电路5包括一第二开关管Q2、一第三电容C3和一第七电阻R7，所述第二开关管Q2的一端（集电极）作为所述解锁电路5的输出端，所述第二开关管Q2的另一端（发射极）接地，所述第二开关管Q2的控制端（基极）连接所述第三电容C3的一端和所述第七电阻R7的一端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端作为所述解锁电路5的输入端。
所述第二缓冲电路7包括一第二电容C2、一第五电阻R5和一第六电阻R6，所述第六电阻R6的一端作为所述第二缓冲电路7的输入端并连接所述第二电容C2的一端和所述第五电阻R5的一端，所述第六电阻R6的另一端作为所述第二缓冲电路7的输出端，所述第二电容C2的另一端接地，所述第五电阻R5的另一端连接一第二直流电压（5V）。
优选的，所述信号处理模块8为一CPU处理器或MCU处理器，所述可控开关K为场效应管或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
本实用新型能够在负载发生短路时，通过硬件封锁电路关断可控开关，实现硬件短路保护，并通过信号处理模块驱动第一封锁电路及解锁电路，先启动第一封锁电路，再解除第二封锁电路，当负载恢复正常时，能够自动解除短路保护，导通可控开关K，使回路恢复正常工作状态。
为了让本领域一般技术人员更好的理解本实用新型，下面结合本实用新型的硬件结构说明本实用新型的工作原理，并不要求保护。
当负载状态正常时，CPU处理器发出低电平信号（L_ON），第二开关管Q2、第三开关管Q3均关断，15V直流电压经过第一电阻R1、第二电阻R2驱动场效应管K导通，此时由于第二开关管Q2处于关断状态，故比较器IC的正输入端电压完全由场效应管K的漏极A点电压决定，设场效应管K的体电阻为R，负载电流为I，则A点电压V=R*I，合理设置比较基准产生电路6，使得此电压小于比较基准产生电路6输出电压，故比较器IC输出低电平，第一开关管Q1关断，CPU处理器接收信号（L1_OVER）为低电平，并发出低电平信号（L_ON）。
当负载短路时，负载电流I大幅增加，A点电压V大于比较基准电路6输出电压，比较器IC输出高电平信号，第一开关管Q1导通，场效应管K栅极为低电平，故关断，比较器IC正输入端电压通过第四电阻R4和负载被拉到高电平（接近BAT+的电压），比较器IC的输出也一定为高电平，从而可靠地通过第二封锁电路2关断场效应管K的驱动。比较器IC输出的高电平信号通过第六电阻R6送入CPU处理器，CPU处理器检测到该信号后立即发出高电平信号（L_ON），导通第二开关管Q2、第三开关管Q3，第三开关管Q3的导通是为了在第二电阻R2之前便关断场效应管K的驱动，第二开关管Q2的导通将比较器IC正输入端电压拉低为低电平，则比较器IC输出为低电平，第一开关管Q1关断，第三电容C3的存在保证了第二开关管Q2在第三开关管Q3导通之后再导通。CPU处理器发出高电平信号时，自身开始计时，经过一定时间后发出低电平信号，15V直流电压经过第一电阻R1、第二电阻R2驱动场效应管K导通，若短路现象依然存在，电路将又重复上述过程，若短路现象解除，则场效应管K保持导通，负载正常接入，实现短路保护的自恢复。为了避免负载出现较大冲击电流时的误动作，可以利用第二缓冲电路7的时间常数τ=R6*C2的设置来实现延时。
上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：包括一可控开关和一短路控制单元，所述可控开关的一端作为所述短路保护装置的输入端并连接所述短路控制单元的输入端，所述短路控制单元的输出端连接所述可控开关的控制端，所述可控开关的另一端作为所述短路保护装置的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述短路控制单元包括一比较电路，所述比较电路的第三输入端作为所述短路控制单元的输入端，所述比较电路的第一输入端连接一比较基准产生电路的输出端，所述比较电路的第二输入端连接一解锁电路的输出端，所述比较电路的输出端连接一第二缓冲电路的输入端和一第二封锁电路的输入端，所述第二缓冲电路的输出端连接一信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接所述解锁电路的输入端和一第一封锁电路的输入端，所述第一封锁电路的输出端连接一第一缓冲电路的输入端，所述第一缓冲电路的输出端作为所述短路控制单元的输出端并连接所述第二封锁电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述第一缓冲电路包括一第一电阻、一第二电阻和一第一电容，所述第一电阻的一端连接一第一直流电压，所述第一电阻另一端作为所述第一缓冲电路的输入端并连接所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端作为所述第一缓冲电路的输出端。
4.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述第二封锁电路包括一第一开关管和一第三电阻，所述第一开关管的一端作为所述第二封锁电路的输出端，所述第一开关管的控制端连接所述第三电阻的一端，所述第一开关管的另一端接地，所述第三电阻的另一端作为所述第二封锁电路的输入端。
5.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述第一封锁电路包括一第三开关管和一第八电阻，所述第三开关管的一端作为所述第一封锁电路的输出端，所述第三开关管的控制端连接所述第八电阻的一端，所述第三开关管的另一端接地，所述第八电阻的另一端作为所述封锁电路的输入端。
6.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述比较电路包括一比较器、一二极管和一第四电阻，所述比较器的负输入端作为所述比较电路的第一输入端，所述比较器的正输入端作为所述比较电路的第二输入端并连接所述二极管的阳极和所述第四电阻的一端，所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端，所述二极管的阴极连接一第一直流电压，所述第四电阻的另一端作为所述比较电路的第三输入端。
7.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述解锁电路包括一第二开关管、一第三电容和一第七电阻，所述第二开关管的一端作为所述解锁电路的输出端，所述第二开关管的另一端接地，所述第二开关管的控制端连接所述第三电容的一端和所述第七电阻的一端，所述第三电容的另一端接地，所述第七电阻的另一端作为所述解锁电路的输入端。
8.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述第二缓冲电路包括一第二电容、一第五电阻和一第六电阻，所述第六电阻的一端作为所述第二缓冲电路的输入端并连接所述第二电容的一端和所述第五电阻的一端，所述第六电阻的另一端作为所述第二缓冲电路的输出端，所述第二电容的另一端接地，所述第五电阻的另一端连接一第二直流电压。
9.根据权利要求2所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述信号处理模块为一CPU处理器或MCU处理器。
10.根据权利要求1所述的一种可自恢复的短路保护装置，其特征在于：所述可控开关为场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
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