CN206850742U - 基于施密特触发器的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于施密特触发器的保护电路，包括负载电信号比较模块、施密特触发器和关断三极管；负载电信号比较模块的两个输入端分别连接参考电信号和负载电信号，输出端与施密特触发器的输入端相连，当负载电信号大于参考电信号时，输出端输出高电平触发施密特触发器；施密特触发器的输入端与负载电信号比较模块相连，输出端与关断三极管的基极相连，当施密特触发器被触发时，输出端状态反转为高电平，关断三极管导通；关断三极管的基极与施密特触发器的输出端相连，发射极接地，集电极与负载的驱动相连；当关断三极管导通时，负载的驱动电压被拉低，实现了对负载回路的保护。

Description

基于施密特触发器的保护电路

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，具体涉及一种负载过压或过流保护电路。

背景技术

现阶段电力电子领域中，大量的使用了大电流、高电压的功率器件，如IGBT，MOS管，IPM等，这些大电流、高电压开关管的使用，构成了逆变器、变频器、变流器、整流器、升压、降压等设备的主体部分，这些大电流、高电压开关管的使用和控制，成为了功率设备的核心部分。然而，在使用开关管方便地进行功率变换的同时，对负载回路的过流、过压或短路保护，却成为了困扰电子工程师的一大难题，电力电子领域急需一种快速高效的过流、过压或者短路保护电路，来保障电力电子设备的安全运行。

在现阶段，对负载回路的过流过压或者短路保护，都是采用软件或者软件和硬件相结合的保护方式，由于软件指令的运行时间长，对过流或者短路故障不能及时有效的进行保护，导致功率器件损坏的事故经常发生，造成很大的经济损失和社会影响。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种采用纯硬件的保护电路，在负载回路出现过流过压时快速关断负载的驱动，对负载回路进行保护，保障大功率开关器件的安全可靠运行。

技术方案：本实用新型采用如下技术方案：一种基于施密特触发器的保护电路，包括负载电信号比较模块、施密特触发器和关断三极管(Q1)。

其中负载电信号比较模块的两个输入端分别连接参考电信号和负载电信号，输出端与施密特触发器的输入端相连，当负载电信号大于参考电信号时，输出端输出高电平触发施密特触发器。

施密特触发器的输入端与负载电信号比较模块相连，输出端与关断三极管的基极相连，当施密特触发器被触发时，输出端状态反转为高电平，关断三极管导通。

关断三极管(Q1)的基极与施密特触发器的输出端相连，发射极接地，集电极与负载的驱动相连；当关断三极管导通时，负载的驱动电压被拉低。

参考电信号的值可以通过分压电阻R1和R2的分压比来设定。

为了对使用者起到提醒报警作用，上述电路还包括发光二极管(D1)；发光二极管的正极通过限流电阻(R7)与施密特触发器输出端相连，负极与关断三极管(Q1)的基极相连。当负载回路出现过流过压等故障时，发光二极管(D1)导通发光。

工作原理：在负载电信号小于设定的参考电信号值时，负载电信号比较模块输出低电平，施密特触发器不触发，输出端保持低电平，关断三极管Q1不导通，负载回路正常工作；当负载电流大于设定的参考电信号值时，负载电信号比较模块输出高电平，施密特触发器被触发，输出端的状态发生反转，输出由低电平转换为高电平，关断三极管Q1饱和导通，其集电极和发射极短路，负载回路的驱动电压被拉到低电平，负载停止工作，保护大电流、高电压开关管可靠关断，避免事故的发生。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型公开的基于施密特触发器的保护电路采用纯硬件实现，响应时间短，可以安全可靠地保护系统的过流和短路故障。此外保护时间可以由外接电阻值和电容值来设定，方便根据不同需求修改保护电路的保护时间。

附图说明

图1是本实用新型公开的保护电路工作流程示意图；

图2是实施例一的电路图；

图3是实施例二的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。

如图1所示，为本实用新型公开的保护电路工作流程示意图。负载电信号比较模块将负载电信号的采样值与参考电信号的值进行比较，当负载电信号大于参考电信号时，达到保护点，触发施密特触发器，关断三极管导通，产生关断信号，关断负载驱动。当到达保护时间后，对负载电信号的采样值再次进行比较，判断负载过流、过压或短路故障是否恢复，持续对负载回路进行保护。

实施例1：如图2所示，本实施例中的保护电路包括负载电信号比较模块、施密特触发器和关断三极管Q1。

其中负载电压的输入点为J1的引脚2，经过电阻R3后输入到比较器LM339的引脚3，即其反相输入端；参考电压值由电源经分压电阻R1和R2设定，调节R1和R2的阻值可以方便地调节参考电压值；参考电压连接至比较器LM339的引脚2，即其正相输入端。正常工作的情况下，负载电压小于参考电压值，比较器LM339的输出端引脚7为低电平，即施密特触发器74LS221的输入端B为低电平，触发器不触发，其输出端Q为低电平，关断三极管Q1不导通，发光二极管不发光，负载回路驱动正常工作。

当负载电压大于参考电压值时，比较器LM339的输出引脚7输出高电平，施密特触发器74LS221被触发，其输出端Q的状态发生反转，由低电平转换为高电平，关断三极管Q1饱和导通；之后Q1的集电极和发射极短路，负载的驱动电压被拉到低电平，负载停止工作，由此保护大电流、高电压开关管可靠关断，避免事故的发生；同时发光二极管发光提醒操作人员有故障发生。

施密特触发器74LS221的Q端输出高电平的时间，即保护电路关断负载回路驱动的时间T，是由74LS221的RCext引脚的上拉电阻值R6与RCext引脚与Cext引脚之间的外接电容电容值C1来确定的，计算式为T＝0.7*R6*C1。在这段高电平时间内，由于硬件电路已经拉低了负载回路的驱动电压，使大功率开关已经处于安全关断的状态，操作人员就有充足的时间来处理故障。

过压或短路故障发生后，有两种可能，一种是故障快速恢复正常，另一种是故障长时间存在；本实用新型公开的保护电路可以判断故障是否恢复正常，且在故障长时间存在时可以保障系统的安全。

在故障发生后，施密特触发器74LS221的Q端输出高电平会保护系统的安全，这个高电平持续一段时间T，达到这个时间后，Q端由高电平翻转为低电平，这个过程称为释放，释放后，再次判断负载电压信号采样值判断是否大于参考电压值，保护电路继续监测故障是否恢复或者保持；如果故障已解除，74LS221的Q端为低电平，三极管Q1关断，负载驱动正常输入到负载回路；如果故障还存在，74LS221的Q端又翻转为高电平，重复高电平和低电平的轮流转换，即在保护和释放之间翻转，以保护系统的安全运行。

LM339的响应时间是1.3微秒，可以快速地对故障做出响应，从而保护系统的安全。

实施例2：如图3所示，本实施例是对PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制信号)驱动的负载回路进行保护。为了达到对高频PWM驱动回路的保护，本实施例中比较器选用TI公司的超高速响应芯片TL3016，它的响应时间小于7nS，施密特触发器74LS221的响应时间为5nS，三极管采用高频三极管，它的导通时间为1nS，因此，此保护电路的响应时间约为13nS，如此快速的故障保护响应时间，可以安全可靠地保护系统的过压和短路故障。

Claims (7)

1.一种基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，包括负载电信号比较模块、施密特触发器和关断三极管(Q1)；

所述负载电信号比较模块的两个输入端分别连接参考电信号和负载电信号；所述负载电信号比较模块的输出端与施密特触发器的输入端相连，当负载电信号大于参考电信号时，输出端输出高电平触发施密特触发器；

所述施密特触发器的输入端与负载电信号比较模块相连，输出端与关断三极管的基极相连，当施密特触发器被触发时，输出端状态反转为高电平，关断三极管导通；

关断三极管(Q1)的基极与施密特触发器的输出端相连，发射极接地，集电极与负载的驱动相连；当关断三极管导通时，负载的驱动电压被拉低。

2.根据权利要求1所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，所述负载电信号比较模块为电压比较器或电流比较器。

3.根据权利要求1所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，所述参考电信号通过分压电阻R1和R2的分压比来设定。

4.根据权利要求1所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，所述施密特触发器的型号为74LS221。

5.根据权利要求1所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，所述负载电信号比较模块的型号为LM339或TL3016。

6.根据权利要求4所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，所述施密特触发器输出端状态为高电平的维持时间为0.7*R6*C1；其中R6为74LS221芯片RCext引脚的上拉电阻值，C1为74LS221芯片RCext引脚与Cext引脚之间的外接电容(C1)电容值。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于施密特触发器的保护电路，其特征在于，还包括发光二极管(D1)；所述发光二极管的正极通过限流电阻(R7)与施密特触发器输出端相连，负极与关断三极管(Q1)的基极相连。