CN211456669U - 一种本安电路次级电压的短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种本安电路次级电压的短路保护电路,包括：本安电源、电压转换单元、至少一路次级电路、至少一路控制检测单元、至少一路开关单元、至少一路防护单元；本安电源和次级电路通过电压转换单元连接，次级电路输出对应的次级电压；控制检测单元连接在对应的次级电路上，开关单元的一端与对应的控制检测单元连接，另一端与对应的防护单元连接，每一路防护单元都与本安电源电连接；控制检测单元通过控制开关单元以控制防护单元。在该电路中，当检测到任意一路次级电路上的次级电压异常时，能够对任意一路次级电路，特别是任意的次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
Description
技术领域
本实用新型属于本安电路领域，特别涉及一种本安电路次级电压的短路保护电路。
背景技术
在煤炭或矿井等特殊行业，要求整个产品在任何情况下都不可以有因高温或火花从而产生点燃风险，通常以下三种情况最容易损坏芯片或其它器件从而产生高温甚至火花：芯片或其它元器件超过其最大耐压，电路中电压对地短路，以及电路中高低电压之间短路。当本安设备或关联设备中某些元件、组件发生故障后，将使本安电路失爆。
因此在现有技术中，会采取保护措施以使元器件、组件在使用过程中不会发生故障，根据本安规定，在防护达到一定等级的要求下，初级电压之后必须加双重或多重保护，以便初级电压过压后晶闸管电路迅速开启保护，如常用的晶闸管电路，如图1所示，
在该电路中，将稳压管ZD2的阳极通过电阻R11接地，晶闸管VT2的阳极连接到初级电压的正极，晶闸管VT2的阴极接地，晶闸管VT2的控制极通过电阻R12也连接到稳压管ZD2的正极，滤波电容C2连接到晶闸管VT2的控制极上，来减小外界对晶闸管VT2控制极的干扰。
在正常工作时，因稳压管ZD2的耐压选值会稍高于正常电压值，稳压管ZD2不工作，晶闸管VT2的控制极通过电阻R11和电阻R12接地，晶闸管VT2不导通。
当电压异常时，即电压超过稳压管ZD2耐压时，稳压管ZD2导通，初级电压通过稳压管ZD2和电阻R12驱动晶闸管VT2控制极，晶闸管VT2会打开，初级电压通过晶闸管VT2导通至地，前端电源控制器或本安电源检测到该路电压异常(电流变大超过预定的限流值)后关闭输出，从而实现保护。
但是，该电路存在以下缺馅：当电压低于稳压管额定电压或低于晶闸管的控制极启动电压时，该电路即失效，不能实现其保护功能；且对于多路输出次级电压的电路而言，当某一路或多路短路时，不能实现短路保护。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种本安电路次级电压的短路保护电路，在该电路中，当检测到任意一路次级电路上的次级电压异常时，能够对任意一路次级电路，特别是任意的次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
本实用新型的另一目的在于提供一种本安电路次级电压的短路保护电路，该电路在每一次级电路上都设有对应的短路保护，能够解决当本安电路中次级电压之间相互短路时晶闸管无法正常工作，导致前端本安电源或电源控制器无法及时采取保护措施的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
一种本安电路次级电压的短路保护电路,包括：
输出初级电压的本安电源、将初级电压转换为次级电压的电压转换单元、至少一路次级电路、至少一路控制检测单元、至少一路开关单元、至少一路防护单元；本安电源和次级电路通过电压转换单元连接，次级电路输出对应的次级电压；控制检测单元连接在对应的次级电路上，开关单元的一端与对应的控制检测单元连接，另一端与对应的防护单元连接，每一路防护单元都与本安电源电连接；控制检测单元通过控制开关单元以控制防护单元，在检测到任意一路次级电压异常时，控制检测单元控制该路开关单元导通，使该路防护单元工作，从而触发本安电源停止对该路供电。
在本实用新型中，当控制检测单元有检测到某一路或几路次级电压异常时，将会发出控制信号以使控制开关单元导通，使防护单元导通，防护单元上有电流通过，本安电源通过检测到防护单元的电流变化后，停止对发生次级电压异常现象的次级电路供电，从而对次级电路进行保护，能够对任意一路次级电路，特别是次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
其中，开关电路可以采用三极管，MOS管，光耦，继电器等方式实现。
具体地，控制检测单元包括运算放大器、第一电阻和第二电阻，运算放大器的同相输入端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与次级电路连接以获取次级电压，运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与参考电压连接；运算放大器的输出端与对应的开关单元连接。
第一电阻和第二电阻通常为高精密电阻，在实际中选取参考电压略大于其对应的次级电压，运算放大器由初级电压进行供电，正常工作时，由于参考电压大于其对应的次级电压，运算放大器输出的控制信号为低电平，后端的开关单元截止，当次级电路发生短路时，次级电压会大于参考电压，此时运算放大器输出高电平，开关单元导通。这种方式能够提高检测精度。
其中，参考电压可以根据各路次级电压之间的差异来进行设置，如果次级电压之间相差较大且初级电压有确定值，可以使用精密电阻对初级电压进行分压，或者可以使用二极管和初级电压搭配；如果次级电压之间相差较小，可以采用基准源作为参考电压，采用基准源作为参考电压时对环境温度不敏感，可适用于环境温度变化较大的场合。
具体地，开关单元包括MOS管和第三电阻，第三电阻的一端与MOS管的栅极连接，另一端连接到初级电压的正极，MOS管的源极也连接到初级电压的正极，MOS管的栅极还与运算放大器的输出端相连接，MOS管的漏极与防护单元连接，MOS管可以为P-MOS管。
具体地，防护单元包括稳压管、晶闸管、第四电阻和第五电阻，MOS管的漏极与稳压管的阴极连接，稳压管的阳极与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端接地；第四电阻的一端也与稳压管的阳极连接，第四电阻的另一端与晶闸管的控制极连接，晶闸管的阴极接地，晶闸管的阳极连接到初级电压的正极。
当某一路次级电压大于参考电压时，MOS管接收到低电平的控制信号，MOS管导通，该路的晶闸管也导通，该路电流瞬间增大，前端本安电源或电源控制器检测到该路晶闸管上的电流异常变化，对该路电压进行断电保护，能够解决当本安电路中次级电压之间相互短路时晶闸管无法正常工作，导致前端本安电源或电源控制器无法及时采取保护措施的问题。
具体地，电压转换单元，包括至少1个DC-DC芯片，DC-DC芯片将初级电压转换为次级电压，本安电源和次级电路通过DC-DC芯片连接。
在本实用新型中，可以通过以下两种方式将初级电压转换为次级电压：
第一，单一本安电源供电，且各路次级电压直接由DC-DC芯片生成；
第二，单一本安电源供电，但各路电压中除一路或多路直接由DC-DC芯片生成外，还有一路或多路由已生成的初级电压后分路连接的另外的DC-DC芯片生成。
本实用新型的优势在于：
相比于现有技术，本实用新型的本安电路次级电压的短路保护电路，在该电路中，当检测到任意一路次级电路上的次级电压异常时，能够对任意一路次级电路，特别是任意的次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
该电路在每一次级电路上都设有对应的短路保护，能够解决当本安电路中次级电压之间相互短路时晶闸管无法正常工作，导致前端本安电源或电源控制器无法及时采取保护措施的问题。
附图说明
图1是现有常用的晶闸管电路的电路框图。
图2是本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路的电路结构框图。
图3是本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路中其中一路的电路原理图。
图4是本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路中将初级电压转换为次级电压的一实现框图。
图5是本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路中将初级电压转换为次级电压的另一实现框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的技术方案如下：
如图2-3，本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路，包括：
输出初级电压的本安电源、将初级电压转换为次级电压的电压转换单元、2路次级电路、2路控制检测单元、2路开关单元、2路防护单元；本安电源和次级电路通过电压转换单元连接，次级电路输出对应的次级电压；控制检测单元连接在对应的次级电路上，开关单元的一端与对应的控制检测单元连接，另一端与对应的防护单元连接，每一路防护单元都与本安电源电连接；控制检测单元通过控制开关单元以控制防护单元，在检测到其中1路或2路次级电压异常时，控制检测单元控制该路的开关单元导通，使该路的防护单元工作，从而触发本安电源停止对该路供电。
在本实用新型中，当控制检测单元有检测到某一路的次级电压异常时，将会发出控制信号以使对应的控制开关单元导通，使防护单元导通，防护单元上有电流通过，本安电源通过检测到防护单元的电流变化后，停止对发生次级电压异常现象的次级电路供电，从而对次级电路进行保护，能够对任意一路次级电路，特别是次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
其中，开关电路可以采用三极管，MOS管，光耦，继电器等方式实现。
在本实施例中的两路次级电路中，以其中一路为例：
控制检测单元包括运算放大器IC1、第一电阻R1和第二电阻R2，运算放大器IC1的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与次级电路连接以获取次级电压V_A，运算放大器IC1的反相输入端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与参考电压Vref连接；运算放大器IC1的输出端与对应的开关单元连接。
第一电阻R1和第二电阻R2通常为高精密电阻，在实际中选取参考电压Vref略大于其对应的次级电压V_A，运算放大器IC1由初级电压U+进行供电，正常工作时，由于参考电压Vref大于其对应的次级电压V_A，运算放大器IC1输出的控制信号为低电平，后端的开关单元截止，当次级电路发生短路时，次级电压会V_A大于参考电压Vref，此时运算放大器IC1输出高电平，开关单元导通。这种方式能够提高检测精度。
在本实施例中，开关单元包括MOS管Q1和第三电阻R3，第三电阻R3的一端与MOS管Q1的栅极连接，另一端连接到初级电压U+的正极，MOS管Q1的源极也连接到初级电压U+的正极，MOS管Q1的栅极还与运算放大器IC1的输出端相连接，MOS管Q1的漏极与防护单元连接，MOS管Q1可以为P-MOS管。
在本实施例中，防护单元包括稳压管ZD1、晶闸管VT1、第四电阻R4和第五电阻R5，MOS管Q1的漏极与稳压管ZD1的阴极连接，稳压管ZD1的阳极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地；第四电阻R4的一端也与稳压管ZD1的阳极连接，第四电阻R4的另一端与晶闸管VT1的控制极连接，晶闸管VT1的阴极接地，晶闸管VT1的阳极连接到初级电压U+的正极。
当某一路次级电压V_A大于参考电压Vref时，MOS管Q1接收到低电平的控制信号，MOS管Q1导通，该路的晶闸管VT1也导通，该路电流瞬间增大，前端本安电源或电源控制器检测到该路晶闸管VT1上的电流异常变化，对该路电压进行断电保护，能够解决当本安电路中次级电压之间相互短路时晶闸管无法正常工作，导致前端本安电源或电源控制器无法及时采取保护措施的问题。
具体地，电压转换单元，包括至少1个DC-DC芯片，DC-DC芯片将初级电压转换为次级电压，本安电源和次级电路通过DC-DC芯片连接。
在本实用新型中，可以通过以下两种方式将初级电压转换为次级电压：
第一，单一本安电源供电，且各路次级电压直接由DC-DC芯片生成，如图4；
第二，单一本安电源供电，但各路电压中除一路或多路直接由DC-DC芯片生成外，还有一路或多路由已生成的初级电压后分路连接的另外的DC-DC芯片生成，如图5。
本实用新型的优势在于：
相比于现有技术，本实用新型所实施的本安电路次级电压的短路保护电路，在该电路中，当检测到任意一路次级电路上的次级电压异常时，能够对任意一路次级电路，特别是任意的次级电压之间相互短路时，进行短路保护。
该电路在每一次级电路上都设有对应的短路保护，能够解决当本安电路中次级电压之间相互短路时晶闸管无法正常工作，导致前端本安电源或电源控制器无法及时采取保护措施的问题。
以上列举了本实用新型的较佳实施例，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种本安电路次级电压的短路保护电路,其特征在于，包括：
输出初级电压的本安电源、将初级电压转换为次级电压的电压转换单元、至少一路次级电路、至少一路控制检测单元、至少一路开关单元、至少一路防护单元；所述本安电源和所述次级电路通过所述电压转换单元连接，次级电路输出对应的次级电压；
所述控制检测单元连接在对应的次级电路上，所述开关单元的一端与对应的控制检测单元连接，另一端与对应的防护单元连接，每一路防护单元都与本安电源电连接；所述控制检测单元通过控制开关单元以控制防护单元，在检测到任意一路次级电压异常时，控制检测单元控制该路开关单元导通，使该路防护单元工作，从而触发本安电源对该路停止供电。
2.如权利要求1所述的本安电路次级电压的短路保护电路,其特征在于，所述控制检测单元包括运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的同相输入端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与次级电路连接以获取次级电压，所述运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与参考电压连接；所述运算放大器的输出端与对应的开关单元连接。
3.如权利要求2所述的本安电路次级电压的短路保护电路,其特征在于，所述开关单元包括MOS管和第三电阻，所述第三电阻的一端与MOS管的栅极连接，另一端连接到初级电压的正极，所述MOS管的源极也连接到初级电压的正极，所述MOS管的栅极还与所述运算放大器的输出端相连接，所述MOS管的漏极与所述防护单元连接。
4.如权利要求3所述的本安电路次级电压的短路保护电路,其特征在于，所述防护单元包括稳压管、晶闸管、第四电阻和第五电阻，所述MOS管的漏极与所述稳压管的阴极连接，所述稳压管的阳极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地；所述第四电阻的一端也与所述稳压管的阳极连接，所述第四电阻的另一端与所述晶闸管的控制极连接，所述晶闸管的阴极接地，所述晶闸管的阳极连接到初级电压的正极。
5.如权利要求1所述的本安电路次级电压的短路保护电路,其特征在于，所述电压转换单元，包括至少1个DC-DC芯片，所述DC-DC芯片将初级电压转换为次级电压，所述本安电源和所述次级电路通过所述DC-DC芯片连接。
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