CN216751180U - 安全栅电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种安全栅电路，所述安全栅电路包括：过压保护电路、过流保护电路以及缓启电路；过压保护电路通过输出端输出第一比较结果，过流保护电路通过输出端输出第二比较结果；缓启电路用于根据第一比较结果和/或第二比较结果控制电源电路与负载之间的通断。本公开提供的安全栅电路能够通过过流保护电路以及过压保护电路实现保护负载电路的目的。除此之外，由于上述过流保护电路以及过压保护电路是通过使用运算放大电路替换高昂的专用芯片，故本公开提供的安全栅电路还能够降低其生产成本。

Description

安全栅电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种安全栅电路。

背景技术

在煤矿的作业环境中，由于井下存在大量的瓦斯、粉尘等易爆物，故在井下环境中极易发生爆炸等事件。因此，对于该环境下的设备通常需要进行防爆密封处理，而对于未进行防爆密封处理的设备，也应严格控制其能量的输入与输出，进而使设备在故障或是误操作等情况下，产生的火花能量也不能够引发爆炸。

在现有技术中，为实现上述效果，通常在电源电路与负载之间接入一能够控制电源输出能量的安全栅电路，使输入负载的能量在一定的安全范围内，且由于安全栅具备快速响应的能力，导致安全栅的设计难度较大，故现有技术中的安全栅电路是通过进口的专用芯片进而实现的。但专用芯片的价格高昂，应用专用芯片实现安全栅电路会增加安全栅电路的成本。

因此，相关技术中亟需一种在保证能够控制电源输入负载的能量的情况下，能够降低安全栅电路成本的方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种安全栅电路。

根据本实用新型的一方面，提供了一种安全栅电路，电源电路通过所述安全栅电路与负载电性连接，所述安全栅电路包括：过压保护电路、过流保护电路以及缓启电路；所述过压保护电路的输入端电性连接所述电源电路，输出端电性连接所述缓启电路，所述过压保护电路通过第一比较电路比较输入端电压与第一预设基准电压的大小，并通过输出端输出第一比较结果；所述过流保护电路的输入端电性连接所述电源电路，输出端电性连接缓启电路，所述过流保护电路通过第二比较电路比较输入端电流的采样电压与第二预设基准电压的大小，并通过输出端输出第二比较结果；缓启电路用于根据所述第一比较结果和/或第二比较结果控制所述电源电路与所述负载之间的通断；其中，所述第一比较电路以及所述第二比较电路包括运算放大电路。

进一步的，所述安全栅电路还包括第一或门电路和第一开关，所述第一或门电路的两个输入端分别接收所述第一比较结果和所述第二比较结果，所述第一或门电路的输出端电性连接所述第一开关的控制端；所述第一开关连接在所述电源电路与所述负载之间的通路上，用于在所述过压保护电路的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在所述过流保护电路的输入端电流的采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述电源电路与所述负载的连接。

进一步的，所述过压保护电路包括：所述第一比较电路；第一基准电源，与所述第一比较电路电性连接，用于向所述第一比较电路输出所述第一预设基准电压；第二开关，与所述第一比较电路电性连接，用于根据所述第一比较电路输出的所述第一比较结果，控制所述负载与所述电源电路之间的通断。

进一步的，所述第一比较电路用于在输入端电压大于所述第一预设基准电压的情况下，断开所述第二开关；在输入端电压小于所述第一预设基准电压的情况下，导通所述第二开关。

进一步的，所述过流保护电路包括：第二比较电路；第二基准电源，与所述第二比较电路电性连接，用于向所述第二比较电路输出所述第二预设基准电压；第三开关，与所述第二比较电路的输出端电性连接，用于根据所述第二比较电路输出的比较结果，控制所述负载与所述电源电路之间的通断。

进一步的，所述第二比较电路包括：采样模块，与所述电源电路电性连接，用于根据所述过流保护电路的输入端电流获得待测电压；放大模块，与所述采样模块电性连接，用于放大所述待测电压得到所述采样电压；比较模块，与所述放大模块以及所述第二基准电源电性连接，用于比较所述采样电压与所述第二预设基准电压的大小，并输出第二比较结果。

进一步的，所述第二比较电路用于在所述采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述第三开关；在所述采样电压小于所述第二预设基准电压的情况下，导通所述第三开关。

进一步的，所述缓启电路包括：第二或门电路、电容、电阻以及第四开关；所述第二或门电路的两个输入端分别接收所述第一比较结果和所述第二比较结果，所述第二或门电路的输出端电性连接所述电容的一端和所述电阻的一端，所述电容的另一端和所述电阻的另一端接地；所述第四开关的控制端电性连接所述电容和所述电阻的所述一端，所述另一端连接在所述电源电路与所述负载之间的通路上。

进一步的，所述第四开关在所述过压保护电路的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在所述过流保护电路的输入端电流的采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述电源电路与所述负载的连接。

进一步的，所述第四开关包括P沟道MOS管。

本公开提供的安全栅电路能够通过过流保护电路以及过压保护电路实现在输入安全栅电路的电压或电流超过基准值的情况下，及时断开电源电路与负载的连接，进而达到控制负载输入电流或输入电压，保护负载电路的目的。并且，本公开提供的安全栅保护电路还能够通过缓启电路达到缓慢启动负载电路的目的，防止带容性负载启动时，电路中的电流大于基准值，导致电路损坏情况的发生，从而提升安全栅电路的可靠性。除此之外，由于上述过流保护电路以及过压保护电路是通过使用运算放大电路替换高昂的专用芯片，故本公开提供的安全栅电路还能够降低其生产成本。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种安全栅电路的电路图。

图2为本公开提供的另一种安全栅电路的电路图。

图3为本公开提供的另一种安全栅电路的电路图。

图4为本公开提供的一种缓启电路的电路图。

图5为本公开提供的另一种安全栅电路的电路图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

本公开提供一种安全栅电路1，参阅图1-图3可知，电源电路2通过安全栅电路1与负载3电性连接，该安全栅电路1包括：过压保护电路11、过流保护电路12以及缓启电路13。

进一步的，过压保护电路11的输入端电性连接电源电路2，输出端电性连接缓启电路13，过压保护电路11通过第一比较电路111比较输入端电压与第一预设基准电压的大小，并通过输出端输出第一比较结果。可选的，在第一比较电路111输入端电压等于18V的情况下，出于电路安全的考量，可以将第一预设基准电压设置为18.5V。本领域技术人员可根据第一比较电路111输入端的电压，调整第一预设基准电压，本领域技术人员也可根据负载3的额定电压，调整第一预设基准电压，本公开对此不做限定。

进一步的，过流保护电路12的输入端电性连接电源电路2，输出端电性连接缓启电路13，过流保护电路12通过第二比较电路121比较输入端电流的采样电压与第二预设基准电压的大小，并通过输出端输出第二比较结果。可选的，本领域技术人员可以根据安全栅电路的实际应用场景调整第二预设基准电压，使安全栅保护电路能够在其输入端电流大于预设电流的情况下，断开电源电路2与负载3之间的连接。可选的，在安全栅电路1的输入端电压等于18V的情况下，预设电流等于1.02A。

可选的，第一比较电路111以及第二比较电路121包括运算放大电路。

示例性的，第一比较电路111中的运算放大电路的同相输入端的电压等于过压保护电路11的输入端电压，其反相输入端的电压等于第一预设基准电压。在输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111中的运算放大电路输出高电平(即第一比较结果)，在输入端电压小于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111中的运算放大电路输出低电平(即第一比较结果)。

示例性的，第二比较电路121中的运算放大电路的同相输入端的电压等于过流保护电路12的输入端电流的采样电压，其反相输入端的电压等于第二预设基准电压。在输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出高电平(即第二比较结果)，在输入端电流的采样电压小于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出低电平(即第二比较结果)。

进一步的，缓启电路13用于根据第一比较结果和/或第二比较结果控制电源电路2与负载3之间的通断。

示例性的，在第一比较结果为输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，和/或，在第二比较电路121为输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，缓启电路13断开电源电路2与负载3之间的连接。在第一比较结果为输入端电压小于第一预设基准电压的情况下，且在第二比较电路121为输入端电流的采样电压小于第二预设基准电压的情况下，缓启电路13导通电源电路2与负载3之间的连接。

本公开提供的安全栅电路能够通过过流保护电路以及过压保护电路实现在输入安全栅电路的电压或电流超过基准值的情况下，及时断开电源电路与负载的连接，进而达到控制负载输入电流或输入电压，保护负载电路的目的。并且，本公开提供的安全栅保护电路还能够通过缓启电路达到缓慢启动负载电路的目的，防止带容性负载启动时，电路中的电流大于基准值，导致电路损坏情况的发生，从而提升安全栅电路的可靠性。除此之外，由于上述过流保护电路以及过压保护电路是通过使用运算放大电路替换高昂的专用芯片，故本公开提供的安全栅电路还能够降低其生产成本。

参阅图1-图2所示，在本公开的一些实施例中，上述安全栅电路1包括第一或门电路14和第一开关15。

进一步的，第一或门电路14的两个输入端分别接收第一比较结果和第二比较结果，第一或门电路14的输出端电性连接第一开关15的控制端。

示例性的，在第一比较结果和/或第二比较结果为高电平的情况下，第一或门电路14输出高电平。换言之，在第一比较结果为高电平，且第二比较结果仍为高电平的情况下，第一或门电路14输出高电平。在第一比较结果为高电平，且第二比较结果为低电平的情况下，第一或门电路14输出高电平。在第一比较结果为低电平，且第二比较结果为高电平的情况下，第一或门电路14输出高电平。在第一比较结果为低电平，且第二比较结果仍为低电平的情况下，第一或门电路14输出低电平。其中，在过压保护电路11的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111输出的第一比较结果为高电平，在过压保护电路11的输入端电压小于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111输出的第一比较结果为低电平。在过流保护电路12的输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出的第二比较结果高电平，在过流保护电路12的输入端电流的采样电压小于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出的第二比较结果低电平。

进一步的，第一开关15连接在电源电路2与负载3之间的通路上，用于在过压保护电路11的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在过流保护电路12的输入端电流的采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开电源电路2与负载3的连接。可选的，第一开关15包括P沟道MOS管。在第一比较结果和/或第二比较结果为高电平(也即第一或门电路14输出高电平)的情况下，第一开关15断开电源电路2与负载3的连接。在第一比较结果以及第二比较结果均为低电平的情况下，第一开关15导通电源电路2与负载3的连接。

本公开提供的安全栅电路中的过流保护电路与过压保护电路能够通过第一或门电路控制同一开关(即第一开关)的通断，能够进一步降低安全栅电路的生产成本以及电路的复杂程度。

参阅图1以及图3所示，在本公开的一些实施例中，过压保护电路11包括：第一比较电路111、第一基准电源112以及第二开关113。

进一步的，第一基准电源112与第一比较电路111电性连接，用于向第一比较电路111输出第一预设基准电压。示例性的，第一基准电源112可以是电压源，本公开对此不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况设置第一基准电源112的第一预设基准电压，使过压保护电路11在其输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，及时断开电源电路2与负载3之间的连接，防止负载3因输入电压过高而损坏。

进一步的，第二开关113与第一比较电路111电性连接，用于根据第一比较电路111输出的第一比较结果，控制负载3与电源电路2之间的通断。

示例性的，第二开关113包括P沟道MOS管。在输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111输出的第一比较结果，此时第一比较结果为高电平，第二开关113根据该高电平断开电源电路2与负载3的连接。在输入端电压小于第一预设基准电压的情况下，第一比较电路111输出第一比较结果，此时第一比较结果为低电平，第二开关113根据该低电平导通电源电路2与负载3的连接。换言之，第一比较电路111用于在输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，断开第二开关113，在输入端电压小于第一预设基准电压的情况下，导通第二开关113。

本公开提供的安全栅电路能够通过过压保护电路实现在输入安全栅电路的电压超过基准值的情况下，及时断开电源电路2与负载的连接，进而达到控制负载输入电压，保护负载电路的目的。并且由于本公开中的过压保护电路是通过运算放大电路实现其比较第一预设基准电压与输入端电压的目的，故相较于专业的芯片，本公开提供的安全栅电路所需的成本更低。

参阅图1以及图3所示，在本公开的一些实施例中，过流保护电路12包括：第二比较电路121、第二基准电源122以及第三开关123。

进一步的，第二基准电源122与第二比较电路121电性连接，用于向第二比较电路121输出第二预设基准电压。示例性的，第二基准电源122可以是电压源，本公开对此不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况设定第二预设基准电压，使过流保护电路12能够在其输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，及时断开电源电路2与负载3之间的连接。

进一步的，第三开关123与第二比较电路121的输出端电性连接，用于根据第二比较电路121输出的比较结果，控制负载3与电源电路2之间的通断。

示例性的，第三开关123包括P沟道MOS管。在输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出的第二比较结果，此时第二比较结果为高电平，第三开关123根据该高电平断开电源电路2与负载3的连接。在输入端电流的采样电压小于第二预设基准电压的情况下，第二比较电路121输出第二比较结果，此时第二比较结果为低电平，第三开关123根据该低电平导通电源电路2与负载3的连接。换言之，第二比较电路121用于在输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，断开第三开关123，在输入端电流的采样电压小于第二预设基准电压的情况下，导通第三开关123。

示例性的，第二比较电路121包括：采样模块1211、放大模块1212以及比较模块1213。

进一步的，采样模块1211与电源电路2电性连接，用于根据过流保护电路12的输入端电流获得待测电压。

进一步的，放大模块1212与采样模块1211电性连接，用于放大待测电压得到采样电压。

进一步的，比较模块1213与放大模块1212以及第二基准电源122电性连接，用于比较采样电压与第二预设基准电压的大小，并输出第二比较结果。

由于功率和损耗限制，采样模块1211中的采样电阻阻值一般比较小，对应输出的采样电压同样较小，因此放大模块1212可采用运算放大器将微小采样电压信号放大设定的倍数后，再输出用于与第二预设基准电压进行比较。

本公开提供的安全栅电路能够通过过流保护电路实现在输入安全栅电路的电流超过基准值的情况下，及时断开电源电路与负载的连接，进而达到控制负载输入电流，保护负载电路的目的。并且由于本公开中的过流保护电路是通过运算放大电路实现其比较第二预设基准电压与输入端电流的采样电压的目的，故相较于专业的芯片，本公开提供的安全栅电路所需的成本更低。

参阅图1、图3以及图4所示，在本公开的一些实施例中，缓启电路13包括：第二或门电路132、电容C1、电阻R3以及第四开关131。

进一步的，第二或门电路132的两个输入端分别接收第一比较结果和第二比较结果，第二或门电路132的输出端电性连接电容C1的一端和电阻R3的一端，电容C1的另一端和电阻R3的另一端接地。第四开关131的控制端电性连接电容C1和电阻R3的一端，另一端连接在电源电路2与所述负载3之间的通路上。

示例性的，第四开关131在过压保护电路11的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在过流保护电路12的输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压的情况下，断开电源电路2与所述负载3的连接。可选的，第四开关131包括P沟道MOS管，即在第一比较结果和/或第二比较结果为高电平的情况下，断开电源电路2与所述负载3的连接。

示例性的，在电路中发生故障的情况下，过压保护电路11的输入端电压大于第一预设基准电压，第一比较电路111输出高电平(输入电压过大)，和/或，在过流保护电路12的输入端电流的采样电压大于第二预设基准电压，第二比较电路121输出高电平(输入电流过大)，进而导致第二或门电路132输出高电平，为缓启电路13中的电容C1充电，并控制第四开关131断开。在电路中故障消除后，缓启电路13中的电容C1通过缓启电路13中的电阻R3放电，逐渐导通第四开关131。

本公开提供的安全栅电路能够通过缓启电路13有效的防止过压及浪涌现象对电路造成损坏，同时由于缓启电路13的结构设计较为简单，故其能降低安全栅电路制成成本，且易于操作，适用性广。

参阅图5所示，图5中的基准电压A用以实现上文中的第一基准电源112，比较器A用以实现上文中的第一比较电路111，K1用以实现上文中的第二开关113，其中，基准电压A、比较器A以及K1用以实现上文中的过压保护电路11。图5中的基准电压B用以实现上文中的第二基准电源122，比较器B用以实现上文中的比较模块1213，放大器用以实现上文中的放大模块1212，采样电阻用以实现上文中的采样模块1211，K2用以实现上文中的第三开关123，其中，采样电阻、放大器、基准电压B以及比较器B用以实现上述第二比较电路121，采样电阻、放大器、基准电压B、比较器B以及K2用以实现上述过流保护电路12。图5中的或门电路用以实现上文中的第二或门电路132，电容用以实现上文中的电容C1，电阻用以实现上文中的电阻R3，K3用以实现上文中的第四开关131，其中，或门电路、电容、电阻以及K3用以实现上文中的缓启电路13。

这样，通过上述的安全栅电路，根据本实用新型上述实施例中的安全栅电路能够通过过流保护电路以及过压保护电路实现在输入安全栅电路的电压或电流超过基准值的情况下，及时断开电源电路与负载的连接，进而达到控制负载输入电流或输入电压，保护负载电路的目的。并且，本公开提供的安全栅保护电路还能够通过缓启电路达到缓慢启动负载电路的目的，防止带容性负载启动时，电路中的电流大于基准值，导致电路损坏情况的发生，从而提升安全栅电路的可靠性。除此之外，由于上述过流保护电路以及过压保护电路是通过使用运算放大电路替换高昂的专用芯片，故本公开提供的安全栅电路还能够降低其生产成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种安全栅电路，其特征在于，电源电路通过所述安全栅电路与负载电性连接，所述安全栅电路包括：过压保护电路、过流保护电路以及缓启电路；

所述过压保护电路的输入端电性连接所述电源电路，输出端电性连接所述缓启电路，所述过压保护电路通过第一比较电路比较输入端电压与第一预设基准电压的大小，并通过输出端输出第一比较结果；

所述过流保护电路的输入端电性连接所述电源电路，输出端电性连接所述缓启电路，所述过流保护电路通过第二比较电路比较输入端电流的采样电压与第二预设基准电压的大小，并通过输出端输出第二比较结果；

所述缓启电路用于根据所述第一比较结果和/或第二比较结果控制所述电源电路与所述负载之间的通断；

其中，所述第一比较电路以及所述第二比较电路包括运算放大电路。

2.根据权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述安全栅电路还包括第一或门电路和第一开关，所述第一或门电路的两个输入端分别接收所述第一比较结果和所述第二比较结果，所述第一或门电路的输出端电性连接所述第一开关的控制端；

所述第一开关连接在所述电源电路与所述负载之间的通路上，用于在所述过压保护电路的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在所述过流保护电路的输入端电流的采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述电源电路与所述负载的连接。

3.根据权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述过压保护电路包括：

所述第一比较电路；

第一基准电源，与所述第一比较电路电性连接，用于向所述第一比较电路输出所述第一预设基准电压；

第二开关，与所述第一比较电路电性连接，用于根据所述第一比较电路输出的所述第一比较结果，控制所述负载与所述电源电路之间的通断。

4.根据权利要求3所述的安全栅电路，其特征在于，所述第一比较电路用于在输入端电压大于所述第一预设基准电压的情况下，断开所述第二开关；

在输入端电压小于所述第一预设基准电压的情况下，导通所述第二开关。

5.根据权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述过流保护电路包括：

第二比较电路；

第二基准电源，与所述第二比较电路电性连接，用于向所述第二比较电路输出所述第二预设基准电压；

第三开关，与所述第二比较电路的输出端电性连接，用于根据所述第二比较电路输出的比较结果，控制所述负载与所述电源电路之间的通断。

6.根据权利要求5所述的安全栅电路，其特征在于，所述第二比较电路包括：

采样模块，与所述电源电路电性连接，用于根据所述过流保护电路的输入端电流获得待测电压；

放大模块，与所述采样模块电性连接，用于放大所述待测电压得到所述采样电压；

比较模块，与所述放大模块以及所述第二基准电源电性连接，用于比较所述采样电压与所述第二预设基准电压的大小，并输出第二比较结果。

7.根据权利要求5所述的安全栅电路，其特征在于，所述第二比较电路用于在所述采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述第三开关；

在所述采样电压小于所述第二预设基准电压的情况下，导通所述第三开关。

8.根据权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述缓启电路包括：第二或门电路、电容、电阻以及第四开关；

所述第二或门电路的两个输入端分别接收所述第一比较结果和所述第二比较结果，所述第二或门电路的输出端电性连接所述电容的一端和所述电阻的一端，所述电容的另一端和所述电阻的另一端接地；

所述第四开关的控制端电性连接所述电容和所述电阻的所述一端，所述另一端连接在所述电源电路与所述负载之间的通路上。

9.根据权利要求8所述的安全栅电路，其特征在于，所述第四开关在所述过压保护电路的输入端电压大于第一预设基准电压的情况下，或在所述过流保护电路的输入端电流的采样电压大于所述第二预设基准电压的情况下，断开所述电源电路与所述负载的连接。

10.根据权利要求8所述的安全栅电路，其特征在于，所述第四开关包括P沟道MOS管。

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