CN214255706U

CN214255706U - 具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路

Info

Publication number: CN214255706U
Application number: CN202022600067.2U
Authority: CN
Inventors: 任青松; 严文年; 党代表
Original assignee: Suzhou Yuntaili Automation Equipment Co ltd
Current assignee: Suzhou Yuntaili Automation Equipment Co ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2030-11-11

Abstract

本实用新型提供具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，包括若干供电电源、若干电压转换电路、若干过电压采样电路、若干欠电压采样电路、若干电子开关控制电路、若干逻辑门电路、若干状态指示及回馈电路、若干过流采样电路、第一扩展模块、第二扩展模块。本实用新型通过在电源支路中并联过电压采样电路、欠电压采样电路，以及串联过流采样电路,采用逐级保护及时回馈的措施来确保供电电压值的正确性和回路电流的合理性。设计系统化体积小、成本低、易于操作和实现、应用场合广泛。通过添加保护电路可以有效地降低测试时间成本、减少PCBA的损坏；计算机接收回馈信息能够准确的控制前端系统保持其正常的运作。

Description

具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路

技术领域

本实用新型涉及各类电子产品PCBA的供电保护领域，尤其涉及具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路。

背景技术

在供电系统中，最易发生的故障是欠压、过压、短路、过载、接地和雷击。为了保证供电系统能够安全可靠的运行，必须安装保护装置，以便于监视供电系统的工作情况及时的发现故障并切断故障的电路，防止事故的扩大。鉴于电源电路存在这些不稳定的因素而设计用来防止此类不稳定因素影响的回路称作保护电路,比如过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等。

目前，在PCBA的测试行业中,PCBA电源支路中多数只串联保险丝对其进行供电测试，不对电压值的正确性作判断，回路电流仅仅依靠保险丝作粗略的保护，无回馈信号,这样安全系数低、不智能。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，采用逐级保护及时回馈的措施来确保供电电压值的正确性和回路电流的合理性，有效地降低测试时间成本，减少PCBA损坏。

本实用新型提供具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，包括若干供电电源、若干电压转换电路、若干过电压采样电路、若干欠电压采样电路、若干电子开关控制电路、若干逻辑门电路、若干状态指示及回馈电路、若干过流采样电路、第一扩展模块、第二扩展模块，所述供电电源与所述电压转换电路连接，所述电压转换电路与所述电子开关控制电路连接，所述电子开关控制电路与所述过电压采样电路连接，所述过电压采样电路与所述状态指示及回馈电路连接，所述状态指示及回馈电路与所述第一扩展模块连接，所述第二扩展模块与所述电压转换电路连接，所述电压转换电路与所述过电压采样电路、所述欠电压采样电路连接，所述过电压采样电路、所述欠电压采样电路与所述逻辑门电路连接，所述逻辑门电路与所述电子开关控制电路。

进一步地，所述过电压采样电路由第一单路差分比较器、第一并联型电压基准、第一采样电阻、第二采样电阻组成，所述第一单路差分比较器的同相端与所述第一并联型电压基准连接，所述第一单路差分比较器的反相端通过所述第一采样电阻与所述电压转换电路连接，通过所述第二采样电阻与地连接。

进一步地，所述欠电压采样电路由第二单路差分比较器、第二并联型电压基准、第三采样电阻、第四采样电阻组成，所述第二单路差分比较器的反相端与所述第二并联型电压基准连接，所述第二单路差分比较器的同相端通过所述第三采样电阻与所述电压转换电路连接，通过所述第四采样电阻与地连接。

进一步地，所述逻辑门电路由单路双输入正与门组成，所述第一单路差分比较器的输出端和所述第二单路差分比较器的输出端分别与所述单路双输入正与门的输入端连接，所述单路双输入正与门的输出端与所述电子开关控制电路连接。

进一步地，所述电子开关控制电路由第一MOS管组成，所述单路双输入正与门的输出端与PNP型三极管的基极连接，所述第一MOS管的源极与所述PNP型三极管的发射极、所述电压转换电路的输出端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的漏极与所述过流采样电路连接。

进一步地，所述过流采样电路由可编程限流开关组成，所述第一MOS管的漏极与所述可编程限流开关的电压输入引脚、使能引脚连接,所述可编程限流开关的电流限位引脚与编程电阻连接。

进一步地，所述状态指示及回馈电路包括第一LED灯、第二LED灯、第二MOS管、第三MOS管，所述可编程限流开关的源引脚与所述第一LED灯连接，所述第二MOS管的栅极与输入电源连接，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极与所述电压转换电路、所述第一扩展模块、所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的漏极与所述第二LED灯连接。

进一步地，所述电压转换电路采用TPS5450DDAR芯片。

进一步地，所述第一扩展模块和所述第二扩展模块为IO扩展模块。

进一步地，所述供电电源采用TDK ZUP20-40，所述第一单路差分比较器、所述第二单路差分比较器采用TL331IDBVR，所述第一并联型电压基准、所述第二并联型电压基准采用LM4041AEM，所述单路双输入正与门采用SN74AHC1G09DBVR，所述可编程限流开关采用MP5036C。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过在电源支路中并联过电压采样电路、欠电压采样电路，以及串联过流采样电路,采用逐级保护及时回馈的措施来确保供电电压值的正确性和回路电流的合理性。设计系统化体积小、成本低、易于操作和实现、应用场合广泛。通过添加保护电路可以有效地降低测试时间成本、减少PCBA的损坏；计算机接收回馈信息能够准确的控制前端系统保持其正常的运作。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路结构框图；

图2为本实用新型的供电电源、电压转换电路、过电压采样电路、欠电压采样电路、电子开关控制电路、逻辑门电路示意图；

图3为本实用新型的过流采样电路和状态指示及回馈电路示意图；

图4为本实用新型的状态指示及回馈电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，如图1所示，包括若干供电电源、若干电压转换电路、若干过电压采样电路、若干欠电压采样电路、若干电子开关控制电路、若干逻辑门电路、若干状态指示及回馈电路、若干过流采样电路、第一扩展模块、第二扩展模块，供电电源与电压转换电路连接，电压转换电路与电子开关控制电路连接，电子开关控制电路与过电压采样电路连接，过电压采样电路与状态指示及回馈电路连接，状态指示及回馈电路与第一扩展模块连接，第二扩展模块与电压转换电路连接，电压转换电路与过电压采样电路、欠电压采样电路连接，过电压采样电路、欠电压采样电路与逻辑门电路连接，逻辑门电路与电子开关控制电路。图1中控制电路有四组，应当理解的是，可以根据实际需求设计控制电路的组数。

如图2所示，供应电源采用TDK ZUP20-40为电路系统提供工作电源，为四路保护电路提供电源输入，保护电路作为独立的电源单元为前端模块提供电源保障。电压转换电路采用TPS5450DDAR芯片，输入电压DC12.0V经过TPS5450DDAR转换成DC4.3V输出,作为后续电路的输入源。过电压采样电路由第一单路差分比较器U6、第一并联型电压基准U7、第一采样电阻R25、第二采样电阻R35组成，第一单路差分比较器U6的同相端与第一并联型电压基准U7连接，第一单路差分比较器U6的反相端通过第一采样电阻R25与电压转换电路连接，通过第二采样电阻R35与地连接。本实施例中，第一单路差分比较器采用TL331IDBVR，TL331IDBVR输出High/Low电平,第一并联型电压基准采用LM4041AEM。

欠电压采样电路由第二单路差分比较器U4、第二并联型电压基准U5、第三采样电阻R24、第四采样电阻R34组成，第二单路差分比较器U4的反相端与第二并联型电压基准U5连接，第二单路差分比较器U4的同相端通过第三采样电阻R24与电压转换电路连接，通过第四采样电阻R34与地连接。本实施例中，第二单路差分比较器采用TL331IDBVR，TL331IDBVR输出High/Low电平,第二并联型电压基准采用LM4041AEM。

逻辑门电路由单路双输入正与门U3组成，第一单路差分比较器U6的输出端和第二单路差分比较器U4的输出端分别与单路双输入正与门的输入端A、B连接，电子开关控制电路由第一MOS管Q1组成，单路双输入正与门的输出端Y与PNP型三极管Q2的基极连接，第一MOS管的源极与PNP型三极管的发射极、电压转换电路的输出端BOOT连接，PNP型三极管的集电极与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的漏极与过流采样电路连接。本实施例中，采用P-Channel MOSFET SI2323DDS作为电子开关控制电路的电压通路，单路双输入正与门采用SN74AHC1G09DBVR，SN74AHC1G09DBVR接收TL331IDBVR输出的电平信号,SN74AHC1G09DBVR的输出类型为Open-Drain。

如图3所示，过流采样电路由可编程限流开关U8组成，第一MOS管的漏极与可编程限流开关的电压输入引脚VIN，通过电阻R36与使能引脚EN连接，可编程限流开关的电流限位引脚Limit与编程电阻R39连接,电阻R39设定保护电流的值，如通过编程电阻R39设定保护电流的值为3A。本实施例中，可编程限流开关采用MP5036C，当检测到电路电流大于设定值3A时,自动关断该回路切断电压输出并回馈High电平至第一扩展模块。

在一实施例中，第一扩展模块和第二扩展模块为IO扩展模块。第二IO扩展模块采用NI USB-6501，计算机控制NI USB-6501的IO口使能保护电路工作，第一IO扩展模块采用NI USB-6008，计算机控制NI USB-6008的IO口接收来自保护电路的回馈信号。如图3、图4所示，状态指示及回馈电路包括第一LED灯D3、第二LED灯D4、第二MOS管Q3、第三MOS管Q4，可编程限流开关U8的源引脚Source与第一LED灯D3连接，第二MOS管Q3的栅极与输入电源连接，第二MOS管Q3的源极接地，第二MOS管Q3的漏极与电压转换电路、第一扩展模块、第三MOS管Q4的栅极连接，第三MOS管Q4的源极接地，第三MOS管Q4的漏极与第二LED灯D4连接。当被监测的电路电流正常时,第一LED灯D3亮绿灯,回馈Low电平至NI USB-6008,当被检测的电路异常时,第二LED灯D4亮红灯,回馈High电平至NI USB-6008。

电路首先对转换输出的电压进行检测判断其电压值的合理性,当电压值在设定的范围内时,MOS管开通电压输出支路,否则关断该支路，然后监测回路电流确保电流值在设定的范围内,若过流采样电路检测到电流值正常，则开通该回路,否则立刻关断该回路,采取这种逐级检测措施,确保供给PCBA电压的正确性并监测PCBA工作电流的合理性。

当外部供电设备提供电源后,计算机通过虚拟串口控制NI USB-6501使能电压TPS5450DDAR使其工作。当它转换输出的电压大于设定的值4.6V时,MOS管关断、LED灯亮红色，并且回馈High电平给NI USB-6008；当它转换输出的电压小于设定的值4.0V时,MOS管关断、LED灯亮红色，并且回馈High电平给NI USB-6008；当它转换输出的电压值介于4.0V～4.6V时,MOS管导通、LED灯亮绿色并且回馈Low电平给NI USB-6008。电压通过顶针引至PCBA的电源输入口，当PCBA出现重载电流大于3.0A时,过流采样电路自动关断此回路阻止电压输出,LED灯亮红色并且回馈High电平给NI USB-6008,当PCBA工作电流小于3.0A时,过流采样电路自动接通该支路使电压输出,LED灯亮绿色并且回馈Low电平给NI USB-6008。

本实用新型通过在电源支路中并联过电压采样电路、欠电压采样电路，以及串联过流采样电路,采用逐级保护及时回馈的措施来确保供电电压值的正确性和回路电流的合理性。设计系统化体积小、成本低、易于操作和实现、应用场合广泛。通过添加保护电路可以有效地降低测试时间成本、减少PCBA的损坏；计算机接收回馈信息能够准确的控制前端系统保持其正常的运作，对电源线路实施有效的保护，多PCBA测试自动切换,操作简单，功能模块化，方便维护。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims

1.具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：包括若干供电电源、若干电压转换电路、若干过电压采样电路、若干欠电压采样电路、若干电子开关控制电路、若干逻辑门电路、若干状态指示及回馈电路、若干过流采样电路、第一扩展模块、第二扩展模块，所述供电电源与所述电压转换电路连接，所述电压转换电路与所述电子开关控制电路连接，所述电子开关控制电路与所述过电压采样电路连接，所述过电压采样电路与所述状态指示及回馈电路连接，所述状态指示及回馈电路与所述第一扩展模块连接，所述第二扩展模块与所述电压转换电路连接，所述电压转换电路与所述过电压采样电路、所述欠电压采样电路连接，所述过电压采样电路、所述欠电压采样电路与所述逻辑门电路连接，所述逻辑门电路与所述电子开关控制电路。

2.如权利要求1所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述过电压采样电路由第一单路差分比较器、第一并联型电压基准、第一采样电阻、第二采样电阻组成，所述第一单路差分比较器的同相端与所述第一并联型电压基准连接，所述第一单路差分比较器的反相端通过所述第一采样电阻与所述电压转换电路连接，所述第一单路差分比较器的反相端通过所述第二采样电阻与地连接。

3.如权利要求2所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述欠电压采样电路由第二单路差分比较器、第二并联型电压基准、第三采样电阻、第四采样电阻组成，所述第二单路差分比较器的反相端与所述第二并联型电压基准连接，所述第二单路差分比较器的同相端通过所述第三采样电阻与所述电压转换电路连接，所述第二单路差分比较器的同相端通过所述第四采样电阻与地连接。

4.如权利要求3所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述逻辑门电路由单路双输入正与门组成，所述第一单路差分比较器的输出端和所述第二单路差分比较器的输出端分别与所述单路双输入正与门的输入端连接，所述单路双输入正与门的输出端与所述电子开关控制电路连接。

5.如权利要求4所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述电子开关控制电路由第一MOS管组成，所述单路双输入正与门的输出端与PNP型三极管的基极连接，所述第一MOS管的源极与所述PNP型三极管的发射极、所述电压转换电路的输出端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的漏极与所述过流采样电路连接。

6.如权利要求5所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述过流采样电路由可编程限流开关组成，所述第一MOS管的漏极与所述可编程限流开关的电压输入引脚、使能引脚连接，所述可编程限流开关的电流限位引脚与编程电阻连接。

7.如权利要求6所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述状态指示及回馈电路包括第一LED灯、第二LED灯、第二MOS管、第三MOS管，所述可编程限流开关的源引脚与所述第一LED灯连接，所述第二MOS管的栅极与输入电源连接，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极与所述电压转换电路、所述第一扩展模块、所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的漏极与所述第二LED灯连接。

8.如权利要求1所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述电压转换电路采用TPS5450DDAR芯片。

9.如权利要求1所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述第一扩展模块和所述第二扩展模块为IO扩展模块。

10.如权利要求7所述的具备过电压、欠电压、过电流保护功能的多组控制电路，其特征在于：所述供电电源采用TDK ZUP20-40，所述第一单路差分比较器、所述第二单路差分比较器采用TL331IDBVR，所述第一并联型电压基准、所述第二并联型电压基准采用LM4041AEM，所述单路双输入正与门采用SN74AHC1G09DBVR，所述可编程限流开关采用MP5036C。