CN209516620U - 一种直流电源的输出保护电路 - Google Patents

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陈茂芳
吴贵俤
黄清晨
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Abstract

本实用新型涉及电气技术领域,公开了一种直流电源的输出保护电路,包括直流电源输入端、电压采样电路、电流采样电阻、放大电路、控制器、开关电路和电源保护输出端;所述直流电源输入端的正极和所述电源保护输出端的正极直连,所述直流电源输入端的负极通过电流采样电阻、开关电路和电源保护输出端的负极连接;电压采样电路并联于直流电源输入端的两端,用于输出电压采样信号;放大电路用于采集电流采样电阻两端的电压差信号,并输出电流采样信号;控制器通过电流采样和电压采样获取直流电源输出的即时电压值和即时电流值,当该电流值和/或电压值超出设定的阈值时,即通过开关电路进行关断保护,避免直流电源因长时间短路而损坏。

Description

一种直流电源的输出保护电路
技术领域
本实用新型涉及电气技术领域,尤其涉及一种直流电源的输出保护电路。
背景技术
电力专用的直流后备电源在现场实际中因负载复杂易短路及接错线而导致损坏的情况较多,另实际负载常为电机瞬间负载大,由此电源正确区别异常情况发出保护信号和允许瞬间大负载能正常是适用于电力系统现场的重要性能要求。本专利通过专用负载电流和电压监测及CPU采集计算快速把负载根据电流大小实现分段保护,能准确区分正常负载和异常短路情况。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种直流电源的输出保护电路,提高直流后备电源使用的安全性,避免直流后备电源因短路而导致损坏。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电源的保护电路,可通过硬件电路读取直流后备电源的电源电压和电流情况,并通过控制器区分正常负载或异常短路情况,并予以关断输出保护。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种直流电源的输出保护电路,包括直流电源输入端、电压采样电路、电流采样电阻、放大电路、控制器、开关电路和电源保护输出端;
所述直流电源输入端用于连接直流电源,所述电源保护输出端用于连接负载;所述直流电源输入端的正极和所述电源保护输出端的正极直连,所述直流电源输入端的负极通过电流采样电阻、开关电路和电源保护输出端的负极连接;
所述电压采样电路的输入端和直流电源输入端并联,用于输出电压采样信号;
所述放大电路用于采集电流采样电阻两端的电压差信号,并输出电流采样信号;
所述控制器用于读取所述电压采样信号和电流采样信号,并与控制器内部的阈值进行比较,进而输出开关控制信号;
所述开关控制信号通过所述开关电路控制所述直流电源输入端的负极和所述电源保护输出端的负极的连接和关断;
所述开关电路包括前置驱动电路和N通道MOS开关管,所述MOS开关管的源极和电流采样电阻连接,所述MOS开关管的漏级和电源保护输出端的负极连接,所述开关控制信号通过前置驱动电路和MOS开关管的控制极连接;
所述前置驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第十电阻、第一三极管和第二三极管,所述第一三极管和第二三极管为NPN三极管,所述开关控制信号通过第四电阻连接到第一三极管的基极,所述第一三极管的基极通过第九电阻和MOS开关管的源极连接,第一三极管的集电极通过第一电阻和电源输入端的正极连接,并通过第五电阻和第二三极管的基极连接,第二三极管的基极通过第七电阻和 MOS开关管的源极连接,第二二极管的集电极通过第二电阻和电源输入端的正极连接;并通过第六电阻和MOS开关管的控制极连接,所述MOS开关管的控制极通过第十电阻和MOS开关管的源极连接。
进一步的,所述电压采样电路为电阻分压电路,包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的一端和所述直流电源输入端的正极连接,所述第二电阻的一端和所述直流电源输入端的负极连接,所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端连接,并输出电压采样信号。
进一步的,所述放大电路包括放大器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻,所述放大器包括正输入端、负输入端和输出端,所述电流采样电阻的第一端和所述直流电源输入端的负极连接,并通过第十四电阻和所述放大器的负输入端连接;电流采样电阻的第二端通过第十二电阻和所述放大器的正输入端连接;所述放大器的输出端通过第十五电阻和所述放大的负输入端连接;所述放大器的输出端通过第十三电阻输出电流采样信号。
进一步的,所述放大器为LM2904。
本实用新型通过电流采样和电压采样获取直流电源输出的即时电压值和即时电流值,当该电流值和/或电压值超出设定的阈值时,即通过输出保护电路进行关断保护,避免直流电源因长时间短路而损坏。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的直流电源的输出保护电路的结构框图;
图2是本实用新型的一个较佳实施例的直流电源的输出保护电路的具体示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
如图1和图2所示,本实用新型公开了一种直流电源的输出保护电路,包括直流电源输入端1、电压采样电路2、电流采样电阻3、放大电路4、控制器5、开关电路6和保护输出接口7。VOUT+和VOUT-分别为直流电源输入端1的正极和负极,VO+,VO-分别为直流电源经输出保护电路后的保护输出端的正极和负极。VOUT+和VO+直连;VOUT-通过电流采样电阻2、开关电路6和VO-电连接。
电流采样电阻2的第一端和VOUT-连接,电流采样电阻2的第二端连接到开关电路6,电流采样电阻2的阻值一般为几毫欧姆到几十毫欧姆,根据所要通过的电流进行选择。
如图2所示,放大电路4包括放大器U1、电阻R12、R13、R14、R15,电流采样电阻2的第二端通过电阻R12连接到放大器U1的正输入端,放大器U1的负输入端通过电阻R14接地,放大器U1的输出端通过R15连接到放大器U1的负输入端。放大器U1的输出端通过电阻R13 输出电流采样信号MCU-AD-IOUT。在本实施例中,放大器U1为工业级双通道放大器LM3904,具体应用了其中的一个放大器单元U1A,放大电路4的放大倍数A主要由R15和R14决定,可以认为放大倍数A=1+R15/R14。具体放大电路根据电路的实际需要选取,以保证输出的电流采样信号MCU-AD-IOUT的电压在控制器5允许的输入范围之内。
控制器5检测电流采样信号的电压值,当检测到电压值对应的电流值大于设定值时,则发出过流保护指令,将信号MCU-IO1设为低电平。开关电路6包括开关管Q1、Q2和Q3,开关管Q1、Q2构成前置驱动电路,驱动开关管Q3关断。具体的,当信号MCU-IO1为低电平时,Q1截止,Q2导通,Q3截止,VOUT-和VO-之间的回路断开,保护输出端的VO+和VO-之间无输出电压,起到输出保护的作用。当信号MCU-IO1为高电平时,Q1导通、Q2截止,Q3导通, VOUT-和VO-之间的回路连通,VO+和VO-之间输出电压。开关管Q1、Q2提供前置驱动和电平转换作用,使得信号MCU-IO1为低电平时对开关管Q3进行关断控制。
在开关电路6中,开关管Q1和Q2组成前置驱动电路,根据电路极性要求,一般选用NPN 三极管即可,开关管Q3为保护开关,满足几A-十几A的工作电流通过能力和十几A-上百A 的短路电流的抗冲击能力,因此需要选择MOS开关管,其参数规格应具体应用而定。
同时为了区分过流保护和短路保护的差别,还通过电压采样电路2对直流电源输入端1 的电源电压进行采集,如图2所示的示例性的电压采样电路2为分压电路,包括电阻R3、R8,直流电源输入端1的VOUT+经分压后输出电压采样信号MCU-AD-VOUT,电压采样信号MCU-AD-VOUT连接到控制器5的模拟输入引脚,当MCU-AD-VOUT的电压值欠压,在瞬间跌落到一定值,控制器5即判定为短路保护,此时输出信号MCU-IO1,并使信号MCU-IO1为低电平,进而关断开关管Q3从而起到保护的作用。若缺少欠压过流保护电路,则在外部短路或过流的情况下,容易引起电源损坏。
在本具体实施例中,示例性的,开关管Q1、Q2为MMBT2222,开关管Q3为MOS管IRF2807,其参数为:
工作电压(Vmax):75V;
内阻(RDS(ON)):13mΩ;
电流(Imax):82A;
功耗(Pmax):200W。
其余电阻、电容等器件的参数如图2所示,在此不做进一步的说明。
在本具体实施例中,对控制器5的具体要求仅限于一般具有多个模拟输入,及快速处理能力的单片机即可满足应用要求,如常用的Kinetis KE02系列单片机。在控制器5内部对信号MCU-AD-VOUT和信号MCU-AD-IOUT和控制器5设定的阈值进行简单阈值比较,并进行简单逻辑与/或即可输出信号MCU-IO1对开关管Q3进行关断保护。控制器5同时可以提供后端处理,后端处理包括而不限于进行状态指示、进行声光报警或进行远程报警等,这些后端处理方式是常规的监测指示类装置的常规处理方式,在此不再详细展开说明。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种直流电源的输出保护电路,其特征在于:包括直流电源输入端、电压采样电路、电流采样电阻、放大电路、控制器、开关电路和电源保护输出端;
所述直流电源输入端用于连接直流电源,所述电源保护输出端用于连接负载;所述直流电源输入端的正极和所述电源保护输出端的正极直连,所述直流电源输入端的负极通过电流采样电阻、开关电路和电源保护输出端的负极连接;
所述电压采样电路并联于直流电源输入端的两端,用于输出电压采样信号;
所述放大电路用于采集电流采样电阻两端的电压差信号,并输出电流采样信号;
所述控制器用于读取所述电压采样信号和电流采样信号,并与控制器内部的阈值进行比较,进而输出开关控制信号;
所述开关控制信号通过所述开关电路控制所述直流电源输入端的负极和所述电源保护输出端的负极的连接和关断;
所述开关电路包括前置驱动电路和N通道MOS开关管,所述MOS开关管的源极和电流采样电阻连接,所述MOS开关管的漏级和电源保护输出端的负极连接,所述开关控制信号通过前置驱动电路和MOS开关管的控制极连接;
所述前置驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第十电阻、第一三极管和第二三极管,所述第一三极管和第二三极管为NPN三极管,所述开关控制信号通过第四电阻连接到第一三极管的基极,所述第一三极管的基极通过第九电阻和MOS开关管的源极连接,第一三极管的集电极通过第一电阻和电源输入端的正极连接,并通过第五电阻和第二三极管的基极连接,第二三极管的基极通过第七电阻和MOS开关管的源极连接,第二二极管的集电极通过第二电阻和电源输入端的正极连接;并通过第六电阻和MOS开关管的控制极连接,所述MOS开关管的控制极通过第十电阻和MOS开关管的源极连接。
2.如权利要求1所述的直流电源的输出保护电路,其特征在于:所述电压采样电路为电阻分压电路,包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的一端和所述直流电源输入端的正极连接,所述第二电阻的一端和所述直流电源输入端的负极连接,所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端连接,并输出电压采样信号。
3.如权利要求1所述的直流电源的输出保护电路,其特征在于:所述放大电路包括放大器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻,所述放大器包括正输入端、负输入端和输出端,所述电流采样电阻的第一端和所述直流电源输入端的负极连接,并通过第十四电阻和所述放大器的负输入端连接;电流采样电阻的第二端通过第十二电阻和所述放大器的正输入端连接;所述放大器的输出端通过第十五电阻和所述放大的负输入端连接;所述放大器的输出端通过第十三电阻输出电流采样信号。
4.如权利要求3所述的直流电源的输出保护电路,其特征在于:所述放大器为LM2904。
5.如权利要求1所述的直流电源的输出保护电路,其特征在于:所述控制器为KinetisKE02系列单片机。
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of utility model: An output protection circuit of DC power supply

Effective date of registration: 20210531

Granted publication date: 20191018

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xiamen branch

Pledgor: XIAMEN GREATER ELECTRIC AUTOMATION Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980004190