CN205429689U - 直流大功率电子设备上电软保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉公开了一种直流大功率电子设备上电软保护电路，它包括延时软启动功率控制电路、过流保护电路、过压吸收电路和辅助电源电路,所述辅助电源电路将负载的直流输入电源转换成+9V、+5V电源后为电路供电；所述延时软启动功率控制电路包括场效应管Q2及数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，用以控制场效应管Q2的导通，构成本电路的软启动；流经负载的电流通过过流保护电路保护负载不被损毁；过压吸收电路用以抑制的场效应管Q2突然关闭时所产生的浪涌电压，保护负载不被损毁。

Description

直流大功率电子设备上电软保护电路

技术领域

本实用新型涉及到电子设备上电时的过载保护技术领域，具体的说是一种直流大功率电子设备上电软保护电路。

背景技术

在调试大功率电子设备时，由于调试所使用的输入电源性能参差不齐，电源内部保护参数不一，所调试的电子设备内部电子元器件价格昂贵时，在不加保护的前提下有损坏电子设备的可能性，造成经济损失。而且对于大功率的电子设备，其上电瞬间吸取大量电流，有可能导致电磁辐射干扰电网的其余用电器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直流大功率电子设备上电软保护电路，以解决电子设备在调试过程中的安全性和可靠性的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：

一种直流大功率电子设备上电软保护电路，它包括延时软启动功率控制电路、过流保护电路、过压吸收电路和辅助电源电路,所述延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路相连接，所述辅助电源电路将负载的直流输入电源转换成+9V、+5V电源后为延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路供电；所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，用以更改场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，控制场效应管Q2的导通，构成本电路的软启动；流经负载的电流通过过流保护电路中的运算放大器U5高倍放大之后进入比较器U6，与设定的电流阈值进行比较判定是否过流，过流信号发生时将迅速关断场效应管Q2，保护负载不被损毁；过压吸收电路用以抑制的场效应管Q2突然关闭时所产生的浪涌电压，保护负载不被损毁。

作为本实用新型的进一步改进，所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，数字计数器芯片U1内部有14级二进制串行计数器，数字计数器芯片U1的第4脚输出端输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，+9V电源通过电阻R8和数字电位器U4分压，其分压值作为场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，用以控制场效应管Q2的导通；数字计数器芯片U1的第1脚输出端输出的脉冲经过电阻R7、电阻R6的分压后给晶闸管D2提供一个锁存信号，晶闸管D2将锁存信号传输给数字计数器芯片U1的第11脚，用以关闭数字计数器芯片U1；数字计数器芯片U1关闭后场效应管Q2进入饱和导通状态，本电路的软启动过程结束；所述数字计数器芯片U1的型号为74HC4060。

作为本实用新型的更进一步改进，所述过流保护电路包括运算放大器U5、高速比较器U6，负载的电流流经采样电阻R14生成电压信号，运算放大器U5和电阻R11、电阻R12、电阻R16、电阻R19构成差分放大器将电流信号高倍数放大，放大后的电流信号经与运算放大器U5的输出端相连接的电阻R13、电容C8低通滤波后，送至高速比较器U6的同相输入端，与电位器R18及电阻R15设置的过流保护电流阈值进行比较；当电流信号大于电流阈值发生过流时，高速比较器U6输出高电平驱动三极管Q1导通，拉低场效应管Q2的栅极电压，场效应管Q2关闭。

作为本实用新型的更进一步改进，所述过流保护电路还包括与电位器R18相并联的电容C9、电阻R10、电容C6，电容C9起到滤波作用，R10用于引入滞回功能，和电容C6一起提高了比较器的抗干扰性能。

作为本实用新型的更进一步改进，所述运算放大器U5为轨到轨输入输出、单电源供电、高共模抑制比、低输入失调电压的高精度运算放大器，其型号为OP184；所述高速比较器U6为延迟时间短、翻转迅速的比较器，其型号是LT1720。

作为本实用新型的更进一步改进，所述过压吸收电路包括二极管D3、稳压二极管D4、电阻R17、功率型场效应管Q3，功率型场效应管Q3的栅极与稳压二极管D4的正极、电阻R17的一端相连接，漏极与二极管D3的负极、稳压二极管D4的负极相连接，漏极与电阻R17的另一端相连接后接地，二极管D3的正极与负载相连接；当负载输入电源的电压突然升高产生浪涌电压达到设定的电压阈值时，齐纳稳压管D4被击穿，功率型场效应管Q3导通，浪涌电压通过二极管D3、功率型场效应管Q3进行释放，进而保护负载不被损毁，稳压二极管D4用于设定浪涌电压阈值。

作为本实用新型的更进一步改进，所述辅助电源电路包括+9V电源和+5电源，+9V电源由直流输入电压通过高压线性降压变换器芯片U2转换而获得，+9V电源为运算放大器U5、高速比较器U6和场效应管Q2栅极、源极偏压供电；+5V电源由+9V电源通过低压线性差稳压器芯片U3获得，+5V电源为数字计数器芯片U1和数字电位器芯片U4供电。

作为本实用新型的更进一步改进，所述高压线性降压变换器芯片U2的型号为LR12，所述低压差线性稳压器芯片U3的型号为MIC5205-5。

当大功率电子负载接入输入电源和本实用新型的电路后，数字计数器芯片U1开始工作，其计数的时钟脉冲通过与数字计数器芯片第9脚相连接的电容C3、第10脚相连接的电阻R3设定，它的脉冲频率计算公式为：

f(clk)＝1/(2.5*R3*C3)

数字计数器芯片U1的第4脚输出五级串行计数脉冲，该脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值控制信号，从而控制场效应管Q2的栅极、源极间的偏压；数字计数器芯片U1的第1脚输出十一级串行计数脉冲，该脉冲能够通过晶闸管D2关闭计数器；此时标志着计数器停止工作，场效应管Q2进入饱和导通状态。

本实用新型对负载过流保护电路的实现过程为：根据欧姆定律，回路电流流经采样电阻R14得到一个电压值，首先采用运算放大器U5放大该电压值，并设定电阻R12与电阻R16的阻值相等，电阻R11与电阻R19的阻值相等，运算放大器电压放大倍数的计算公式为：

Au＝R19/R16

高速比较器U6的反相端采用电阻分压设定过流点，通过调节电位器R18可以设定过流阈值。

本实用新型对负载浪涌电压保护功能的实现过程为：过压吸收电路用以吸收因场效应管Q2突然关闭可能引起的电压突升，产生浪涌电压的现象，当电压升高到预定的电压阈值时，稳压管二极管D4被击穿，场效应管Q3导通，快速吸收掉产生的浪涌，通过选定稳压二极管D4的稳压值可以设定电压阈值；场效应管Q3选用功率型场效应管，用以承受瞬时的电压吸收。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型采用了数字延时软启动功率控制电路、过流保护电路、过压吸收电路，可以避免大功率电子负载在接通电源的瞬间出现的浪涌电流、浪涌电压对设备造成损毁及瞬间接通产生的EMC干扰，有别于以往依靠电容充电效应的软启动方式，通过实时监测大功率电子设备上的电流、电压即可控制其用电功率，避免负载被损毁；

(2)本实用新型实用性能强，由于使用高共模抑制比的运算放大器U5，大大提高了测量结果的准确性与可靠性，而且使用了高速比较器U6，当电路过流时，对其抑制速度快；

(3)利用本实用新型安全性能高，通过对电子设备的电流和电压进行监控，当其超出安全范围时电路动作，避免电子设备的损毁。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。

如图1所示的一种直流大功率电子设备上电软保护电路，它包括延时软启动功率控制电路、过流保护电路、过压吸收电路和辅助电源电路,所述延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路相连接，所述辅助电源电路将负载的直流输入电源转换成+9V、+5V电源后为延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路供电；所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，用以更改场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，控制场效应管Q2的导通，构成本电路的软启动；流经负载的电流通过过流保护电路中的运算放大器U5高倍放大之后进入比较器U6，与设定的电流阈值进行比较判定是否过流，过流信号发生时将迅速关断场效应管Q2，保护负载不被损毁；过压吸收电路用以抑制的场效应管Q2突然关闭时所产生的浪涌电压，保护负载不被损毁。

所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，数字计数器芯片U1内部有14级二进制串行计数器，数字计数器芯片U1的第4脚输出端输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，+9V电源通过电阻R8和数字电位器U4分压，其分压值作为场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，用以控制场效应管Q2的导通；数字计数器芯片U1的第1脚输出端输出的脉冲经过电阻R7、电阻R6的分压后给晶闸管D2提供一个锁存信号，晶闸管D2将锁存信号传输给数字计数器芯片U1的第11脚，用以关闭数字计数器芯片U1；数字计数器芯片U1关闭后场效应管Q2进入饱和导通状态，本电路的软启动过程结束；所述数字计数器芯片U1的型号为74HC4060。

所述过流保护电路包括运算放大器U5、高速比较器U6，负载的电流流经采样电阻R14生成电压信号，运算放大器U5和电阻R11、电阻R12、电阻R16、电阻R19构成差分放大器将电流信号高倍数放大，放大后的电流信号经与运算放大器U5的输出端相连接的电阻R13、电容C8低通滤波后，送至高速比较器U6的同相输入端，与电位器R18及电阻R15设置的过流保护电流阈值进行比较；当电流信号大于电流阈值发生过流时，高速比较器U6输出高电平驱动三极管Q1导通，拉低场效应管Q2的栅极电压，场效应管Q2关闭；

所述过流保护电路还包括与电位器R18相并联的电容C9、电阻R10、电容C6，电容C9起到滤波作用，R10用于引入滞回功能，和电容C6一起提高了比较器的抗干扰性能。

所述运算放大器U5为轨到轨输入输出、单电源供电、高共模抑制比、低输入失调电压的高精度运算放大器，其型号为OP184；所述高速比较器U6为延迟时间短、翻转迅速的比较器，其型号是LT1720。

所述过压吸收电路包括二极管D3、稳压二极管D4、电阻R17、功率型场效应管Q3，功率型场效应管Q3的栅极与稳压二极管D4的正极、电阻R17的一端相连接，漏极与二极管D3的负极、稳压二极管D4的负极相连接，漏极与电阻R17的另一端相连接后接地，二极管D3的正极与负载相连接；当负载输入电源的电压突然升高产生浪涌电压达到设定的电压阈值时，齐纳稳压管D4被击穿，功率型场效应管Q3导通，浪涌电压通过二极管D3、功率型场效应管Q3进行释放，进而保护负载不被损毁，稳压二极管D4用于设定浪涌电压阈值。

所述辅助电源电路包括+9V电源和+5电源，+9V电源由直流输入电压通过高压线性降压变换器芯片U2转换而获得，+9V电源为运算放大器U5、高速比较器U6和场效应管Q2栅极、源极偏压供电；+5V电源由+9V电源通过低压线性差稳压器芯片U3获得，+5V电源为数字计数器芯片U1和数字电位器芯片U4供电。

所述高压线性降压变换器芯片U2的型号为LR12，所述低压差线性稳压器芯片U3的型号为MIC5205-5。

在图1中较粗的线代表功率线，表示其上流过大电流。

应当理解，在理解本实用新型的基础上，可以根据实际在电路参数上做细微调整，然而应该说明的是，在未脱离本实用新型构思前提下,对本实用新型所做的任何微小变化与修饰均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：它包括延时软启动功率控制电路、过流保护电路、过压吸收电路和辅助电源电路,所述延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路相连接，所述辅助电源电路将负载的直流输入电源转换成+9V、+5V电源后为延时软启动功率控制电路与过流保护电路、过压吸收电路供电；所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，用以更改场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，控制场效应管Q2的导通，构成本电路的软启动；流经负载的电流通过过流保护电路中的运算放大器U5高倍放大之后进入比较器U6，与设定的电流阈值进行比较判定是否过流，过流信号发生时将迅速关断场效应管Q2，保护负载不被损毁；过压吸收电路用以抑制的场效应管Q2突然关闭时所产生的浪涌电压，保护负载不被损毁。

2.根据权利要求1所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述延时软启动功率控制电路包括功率型N沟道场效应管Q2及延时软启动驱动电路，延时软启动驱动电路包括数字计数器芯片U1、数字电位器芯片U4，数字计数器芯片U1通过外接电阻R3、电容C3构成振荡器作为时钟，数字计数器芯片U1输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，数字计数器芯片U1内部有14级二进制串行计数器，数字计数器芯片U1的第4脚输出端输出计数脉冲作为数字电位器芯片U4的阻值增减控制信号，+9V电源通过电阻R8和数字电位器U4分压，其分压值作为场效应管Q2的栅极、源极偏置电压，用以控制场效应管Q2的导通；数字计数器芯片U1的第1脚输出端输出的脉冲经过电阻R7、电阻R6的分压后给晶闸管D2提供一个锁存信号，晶闸管D2将锁存信号传输给数字计数器芯片U1的第11脚，用以关闭数字计数器芯片U1；数字计数器芯片U1关闭后场效应管Q2进入饱和导通状态，本电路的软启动过程结束；所述数字计数器芯片U1的型号为74HC4060。

3.根据权利要求1所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述过流保护电路包括运算放大器U5、高速比较器U6，负载的电流流经采样电阻R14生成电压信号，运算放大器U5和电阻R11、电阻R12、电阻R16、电阻R19构成差分放大器将电流信号高倍数放大，放大后的电流信号经与运算放大器U5的输出端相连接的电阻R13、电容C8低通滤波后，送至高速比较器U6的同相输入端，与电位器R18及电阻R15设置的过流保护电流阈值进行比较；当电流信号大于电流阈值发生过流时，高速比较器U6输出高电平驱动三极管Q1导通，拉低场效应管Q2的栅极电压，场效应管Q2关闭。

4.根据权利要求3所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述过流保护电路还包括与电位器R18相并联的电容C9、电阻R10、电容C6，电容C9起到滤波作用，R10用于引入滞回功能，和电容C6一起提高了比较器的抗干扰性能。

5.根据权利要求3或4所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述运算放大器U5为轨到轨输入输出、单电源供电、高共模抑制比、低输入失调电压的高精度运算放大器，其型号为OP184；所述高速比较器U6为延迟时间短、翻转迅速的比较器，其型号是LT1720。

6.根据权利要求1所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述过压吸收电路包括二极管D3、稳压二极管D4、电阻R17、功率型场效应管Q3，功率型场效应管Q3的栅极与稳压二极管D4的正极、电阻R17的一端相连接，漏极与二极管D3的负极、稳压二极管D4的负极相连接，漏极与电阻R17的另一端相连接后接地，二极管D3的正极与负载相连接；当负载输入电源的电压突然升高产生浪涌电压达到设定的电压阈值时，齐纳稳压管D4被击穿，功率型场效应管Q3导通，浪涌电压通过二极管D3、功率型场效应管Q3进行释放，进而保护负载不被损毁。

7.根据权利要求1所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述辅助电源电路包括+9V电源和+5电源，+9V电源由直流输入电压通过高压线性降压变换器芯片U2转换而获得，+9V电源为运算放大器U5、高速比较器U6和场效应管Q2栅极、源极偏压供电；+5V电源由+9V电源通过低压线性差稳压器芯片U3获得，+5V电源为数字计数器芯片U1和数字电位器芯片U4供电。

8.根据权利要求7所述的直流大功率电子设备上电软保护电路，其特征在于：所述高压线性降压变换器芯片U2的型号为LR12，所述低压差线性稳压器芯片U3的型号为MIC5205-5。