CN213461130U - 一种多功能过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能过流保护装置，包括外壳、电源稳压模块、电流检测模块、控制电路模块、电流信号采集器、保护开关和报警模块，所述外壳上设有显示屏、信号输入接口和电源接口，所述电源接口与所述电源稳压模块相连，所述电源稳压模块为其他模块供电，所述电流信号采集器通过所述信号输入接口与所述电流检测模块相连，所述电流信号采集器与目标电路耦合，所述保护开关串联入目标线路中，所述电源稳压模块、电流检测模块、报警模块和保护开关均与所述控制电路模块相连。本实用新型在目标线路电流达到设定电流阈值时进行过流保护，保护开关切断目标线路，并发出声光报警。本实用新型的有点在于过能够通过按键根据实际不同的电路需求设定不同的过流保护电流阈值，并且能够通过复位键再次使用。

Description

一种多功能过流保护装置

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种多功能过流保护装置。

背景技术

随着人们对电子产品的安全意识渐长，在设计产品时，不仅要保证电路设计达到要求，更多地要关注产品的可靠性和安全问题，正是这种不断提升的安全意识推动并扩大过流过压保护产品的市场需要。随着行业标准更加规范化，电子技术行业对过流保护控制的要求也越来越高，过流保护仪器的作用显得犹为突出。

如中国专利CN206076913U，公开日2017年04月05日，一种可复位的过流保护装置和厨房电器，复位过流保护装置连接在供电电路上，且供电电路中的电流超过预设值时，可复位过流保护装置执行过流保护动作，供电电流断开，故障排除后，可复位过流保护装置恢复预保护状态，避免使用一次性保险丝导致的保险丝熔断后需更换的弊端。但由于该发明运用在具体厨房电器上，电流预设值固定，无法调整。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的过流保护装置大多只有一个固定的电流预设值，当需要不同的电流阈值时现有的过流保护装置无法满足需求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能过流保护装置，包括外壳、电源稳压模块、电流检测模块、控制电路模块、电流信号采集器、保护开关和报警模块，外壳上设有显示屏、电源开关、若干按键、信号输入接口和电源接口，电源接口通过电源开关与电源稳压模块相连，电源稳压模块为其他模块供电，电流信号采集器通过信号输入接口与电流检测模块相连，电流信号采集器与目标线路耦合，保护开关串联入目标线路中，电源稳压模块、电流检测模块、按键、报警模块和保护开关均与控制电路模块相连。

电源稳压模块将交流电转换为直流电，为其他模块供电。电流检测模块对采集的电流信号进行信号放大处理，并通过AD采样电路将信号传递给控制电路模块。控制电路模块为主控制器，当输入的目标线路电流达到设定电流时，控制电路模块控制保护开关切断目标线路，并且控制报警模块发出报警信号。

作为优选，按键与控制电路模块连接，按键包括确定键、加值键、减值键和复位键。

确定键用于确定目标线路所要求的过流保护设定电流值，加值键和减值键用于调节设定电流值，复位键用于切断电路后再次使用过流保护装置。按键与控制模块连接，用户通过按键向控制器设定电流阈值。

作为优选，电源稳压模块包括变压器、整流电路和稳压电路，整流电路包括若干二极管组成的桥式整流电路；稳压电路包括稳压芯片U1、稳压芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，稳压芯片U1的IN端与桥式整流电路相连，电容C1的一端、电容C3的一端均与稳压芯片U1的IN端相连，电容C2的一端、电容C4的一端均与稳压芯片U1的OUT端相连，稳压芯片U2的IN端与桥式整流电路相连，电容C5的一端、电容C7的一端均与稳压芯片U2的IN端相连，电容C6的一端、电容C8的一端均与稳压芯片U2的OUT端相连，电容C1另一端、电容C2另一端、电容C3另一端、电容C4另一端、电容C5另一端、电容C6另一端、电容C7另一端、电容C8另一端、稳压芯片U1的GND端和稳压芯片U2的GND端均接地。

电源稳压模块将220V交流电通过变压器和整流电路转换为低压直流电，并通过滤波电容和稳压芯片输出稳定电压。

作为优选，电流检测模块包括信号放大电路和AD采样电路，信号放大电路输入端与信号输入接口相连，信号放大电路输出端与AD采样电路输入端相连，AD采样电路输出端与控制电路模块相连。

目标线路上电流通过输入接口连接到电流检测模块，电流检测模块中的信号放大电路将电流信号放大，输出给AD采样电路，通过AD采样电路对电流信号进行数模转换，输出数字信号给控制电路模块。

作为优选，信号放大电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电容C20和运算放大器，三极管Q1的发射极与信号输入正极接口相连，三极管Q1的发射极和基极通过电阻R2连接，三极管Q1的基极还连接有电阻R4，电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极通过电阻R6与控制电路模块相连，三极管Q2的发射极通过电阻R8与信号输入接口负极接口相连，三极管Q2的发射极接地，信号输入接口负极接口还镰连接有电阻R9，电阻R9通过电容C20接地，电阻R9通过二极管D5接地，电阻R9通过二极管D4与电源相连，电阻R9与运算放大器负极连接，运算放大器正极通过电阻R10接地，运算放大器负极还连有电阻R5和电阻R7，电阻R7的另一端与运算放大器输出端相连，运算放大器的输出端还连有AD采样电路的输入端。

作为优选，AD采样电路包括电阻R3、二极管D3、电容C10、电容C11和采样芯片U3，电阻R3一端连接信号放大电路的输出端，电阻R3的另一端连接采样芯片U3的AIN0端口，采样芯片U3的AIN0端口通过二极管D3连接电源正极，采样芯片U3的AIN0端口还通过电容C11接地，采样芯片U3的ADDR端口和GND端口均接地，采样芯片U3的VDD端口连接电源正极，采样芯片U3的VDD端口还通过电容C10接地。

地线上采用了星型接法和一点共地，在电流采样的同时也为电流输出做了闭环监测。

作为优选，报警模块包括电阻R12、电阻R18、电阻R19、三极管Q3、发光二极管D6和蜂鸣器，电阻R18一端与控制电路相连，电阻R18的另一端连接电源正极，电阻R19的UI段与控制电路相连，电阻R19的另一端与三极管基极相连，三极管Q3发射极接地，三极管Q3的集电极通过蜂鸣器与电源正极相连，三极管Q3的集电极还与发光二极管D6的负极连接，发光二极管D6的正极通过电阻R12与电源正极相连。

报警模块能够起到过流保护作用提醒，过流时通过蜂鸣器和发光二极管提供声光报警。

本实用新型的有益效果是：（1）在目标线路电流达到设定电流值时进行过流保护，切断保护的目标线路，并发出声光报警；（2）通过按键能够根据实际不同的电路需求设定不同的过流保护电流阈值；（3）能够通过复位键重置装置数据，进行下次使用。

附图说明

图1是实施例一的连接示意图。

图2是实施例一的结构示意图。

图3是实施例一的电源稳压模块的电路原理图。

图4是实施例一的信号放大电路的电路原理图。

图5是实施例一的AD采样电路的电路原理图。

图6是实施例一的报警模块的电路原理图。

图中，1.外壳，2.显示屏，3.报警指示灯，4.信号输入接口，5.电源接口，6.电源开关，7.按键。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种多功能过流保护装置，如图1所示，包括外壳1，外壳1上设有显示屏2、电源开关6、按键7、报警指示灯3、信号输入接口4和电源接口5。按键分别为确定键、加值键、减值键和复位键。确定键用于确定目标线路所要求的过流保护设定电流值，加值键和减值键用于调节设定电流值，复位键用于切断电路后再次使用过流保护装置。设定电流通过显示屏2显示。

如图2所示，电源稳压模块10、电流检测模块20、显示模块30和报警模块50均与控制电路模块40相连。

电源稳压模块10将电源接口输入的交流220V电压转换为输出电压为直流5V且输出电流为1A。电源稳压模块的电路结构如图3所示，电源稳压模块包括变压器、整流电路和稳压电路。整流电路包括若干二极管组成的桥式整流电路。稳压电路包括稳压芯片U1、稳压芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，稳压芯片U1的IN端与所述桥式整流电路相连，电容C1的一端、电容C3的一端均与稳压芯片U1的IN端相连，电容C2的一端、电容C4的一端均与稳压芯片U1的OUT端相连，稳压芯片U2的IN端与所述桥式整流电路相连，电容C5的一端、电容C7的一端均与稳压芯片U2的IN端相连，电容C6的一端、电容C8的一端均与稳压芯片U2的OUT端相连，电容C1另一端、电容C2另一端、电容C3另一端、电容C4另一端、电容C5另一端、电容C6另一端、电容C7另一端、电容C8另一端、稳压芯片U1的GND端和稳压芯片U2的GND端均接地。其中，稳压芯片选用LM7805三端稳压器。LM7805三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，是目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。

电流检测模块20包括信号放大电路和AD采样电路。信号放大电路输入端与信号输入接口相连，信号放大电路输出端与AD采样电路输入端相连，AD采样电路输出端与控制电路模块相连。

如图4所示，信号放大电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电容C20和运算放大器，三极管Q1的发射极与信号输入正极接口相连，三极管Q1的发射极和基极通过电阻R2连接，三极管Q1的基极还连接有电阻R4，电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极通过电阻R6与控制电路模块相连，三极管Q2的发射极通过电阻R8与信号输入接口负极接口相连，三极管Q2的发射极接地，信号输入接口负极接口还连接有电阻R9，电阻R9通过电容C20接地，电阻R9通过二极管D5接地，电阻R9通过二极管D4与电源相连，电阻R9与运算放大器负极连接，运算放大器正极通过电阻R10接地，运算放大器负极还连有电阻R5和电阻R7，电阻R7的另一端与运算放大器输出端相连，运算放大器的输出端还连有AD采样电路的输入端。

如图5所示，AD采样电路包括电阻R3、二极管D3、电容C10、电容C11和采样芯片U3，电阻R3一端连接信号放大电路的输出端，电阻R3的另一端连接采样芯片U3的AIN0端口，采样芯片U3的AIN0端口通过二极管D3连接电源正极，采样芯片U3的AIN0端口还通过电容C11接地，采样芯片U3的ADDR端口和GND端口均接地，采样芯片U3的VDD端口连接电源正极，采样芯片U3的VDD端口还通过电容C10接地。其中，采样芯片选用ADS1115高精度模数转换器，为获得高精度的要求可控电流检测结果，使用TI的高精度A/D转换器ASD1115，电压为5V，配合PGA放大器，只要保证使用到量程的1/2以上，即可以获得30000以上的分辨率，并获得芯片标称的精度。

控制模块40以W78E58单片机为控制核心，W78E58B是具有带ISP功能的FlashEPROM的低功耗8位微控制器。采用高增益带宽运放对信号进行放大处理，使系统能对过流保护电流在0～2A范围内，输出电流达到设定电流时该控制电路应切断电源供电，并有过流故障显示。实现设定电流在0～2A范围内任意设定，并且可控制，完成了高精度，高效率的多功能可控过流保护功能。目标线路电流达到设定电流时该控制电路应切断保护开关，并有过流故障显示。单片机通过16位A/D转换器ADS1115实现了输入电压的高精度检测，同时实现了工作电流的高精度闭环监测。并且实现了30V超压关断以及3V以下低压关断和报警功能，最后将处理结果显示出来。

报警模块50受控制模块40控制，当目标线路电流达到设定电流时，报警模块50发出声光报警信号，蜂鸣器鸣叫，报警指示灯3亮起。如图6所示，报警模块包括电阻R12、电阻R18、电阻R19、三极管Q3、发光二极管D6和蜂鸣器B1，电阻R18一端与控制电路相连，电阻R18的另一端连接电源正极，电阻R19的一端与控制电路相连，电阻R19的另一端与三极管基极相连，三极管Q3发射极接地，三极管Q3的集电极通过蜂鸣器B1与电源正极相连，三极管Q3的集电极还与发光二极管D6的负极连接，发光二极管D6的正极通过电阻R12与电源正极相连。报警指示灯3为发光二极管D6。

本发明的保护内容不局限与以上事例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和有点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (6)

1.一种多功能过流保护装置，其特征在于，

包括外壳、电源稳压模块、电流检测模块、控制电路模块、电流信号采集器、保护开关和报警模块，所述外壳上设有显示屏、信号输入接口和电源接口，所述电源接口与所述电源稳压模块相连，所述电源稳压模块为其他模块供电，所述电流信号采集器通过所述信号输入接口与所述电流检测模块相连，所述电流信号采集器与目标线路耦合，所述保护开关串联入目标线路中，所述电源稳压模块、电流检测模块、报警模块和保护开关均与所述控制电路模块相连，还包括电源开关和若干按键，所述电源开关及若干按键均安装在外壳上，所述电源接口通过所述电源开关与所述电源稳压模块相连，所述按键包括确定键、加值键、减值键和复位键，所述确定键、加值键、减值键和复位键均与控制电路模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能过流保护装置，其特征在于，所述电源稳压模块包括变压器、整流电路和稳压电路，所述整流电路包括若干二极管组成的桥式整流电路；所述稳压电路包括稳压芯片U1、稳压芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，所述稳压芯片U1的IN端与所述桥式整流电路相连，所述电容C1的一端、电容C3的一端均与所述稳压芯片U1的IN端相连，所述电容C2的一端、电容C4的一端均与所述稳压芯片U1的OUT端相连，所述稳压芯片U2的IN端与所述桥式整流电路相连，所述电容C5的一端、电容C7的一端均与所述稳压芯片U2的IN端相连，所述电容C6的一端、电容C8的一端均与所述稳压芯片U2的OUT端相连，所述电容C1另一端、电容C2另一端、电容C3另一端、电容C4另一端、电容C5另一端、电容C6另一端、电容C7另一端、电容C8另一端、稳压芯片U1的GND端和稳压芯片U2的GND端均接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种多功能过流保护装置，其特征在于，所述电流检测模块包括信号放大电路和AD采样电路，所述信号放大电路输入端与信号输入接口相连，所述信号放大电路输出端与AD采样电路输入端相连，所述AD采样电路输出端与控制电路模块相连。

4.根据权利要求3所述的一种多功能过流保护装置，其特征在于，所述信号放大电路包括电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2、二极管D4、二极管D5、电容C20和运算放大器，所述三极管Q1的发射极与信号输入正极接口相连，所述三极管Q1的发射极和基极通过电阻R2连接，所述三极管Q1的基极还连接有电阻R4，所述电阻R4的另一端与三极管Q2的集电极相连，所述三极管Q2的基极通过电阻R6与控制电路模块相连，所述三极管Q2的发射极通过电阻R8与信号输入接口负极接口相连，所述三极管Q2的发射极接地，信号输入接口负极接口还镰连接有电阻R9，所述电阻R9通过电容C20接地，所述电阻R9通过二极管D5接地，所述电阻R9通过二极管D4与电源相连，所述电阻R9与运算放大器负极连接，所述运算放大器正极通过电阻R10接地，运算放大器负极还连有电阻R5和电阻R7，所述电阻R7的另一端与运算放大器输出端相连，运算放大器的输出端还连有AD采样电路的输入端。

5.根据权利要求4所述的一种多功能过流保护装置，其特征在于，所述AD采样电路包括电阻R3、二极管D3、电容C10、电容C11和采样芯片U3，所述电阻R3一端连接信号放大电路的输出端，所述电阻R3的另一端连接采样芯片U3的AIN0端口，所述采样芯片U3的AIN0端口通过二极管D3连接电源正极，所述采样芯片U3的AIN0端口还通过电容C11接地，所述采样芯片U3的ADDR端口和GND端口均接地，所述采样芯片U3的VDD端口连接电源正极，所述采样芯片U3的VDD端口还通过电容C10接地。

6.根据权利要求1或2所述的一种多功能过流保护装置，其特征在于，所述报警模块包括电阻R12、电阻R18、电阻R19、三极管Q3、发光二极管D6和蜂鸣器B1，所述电阻R18一端与控制电路相连，所述电阻R18的另一端连接电源正极，所述电阻R19的一端与控制电路相连，所述电阻R19的另一端与三极管基极相连，所述三极管Q3发射极接地，所述三极管Q3的集电极通过蜂鸣器B1与电源正极相连，所述三极管Q3的集电极还与发光二极管D6的负极连接，所述发光二极管D6的正极通过电阻R12与电源正极相连。

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