CN217692644U - 一种可调节的过流短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，提供一种可调节的过流短路保护电路，在传统的驱动电路、逆变器、负载和采样电路的输出回路中，增加阈值调节电路、过流保护电路和复位电路，利用过流保护电路对采样电路的采样结果进行分析、判断，从而有效进行电路短路保护；设置接入过流保护电路的第一调压电阻、第二调压电阻，在MCU的控制下使得第一调压电阻和/或第二调压电阻接入过流保护电路的基准电压端，调节其基准电压，进而调整电路的短路电压阈值，以调节最大可输出电流，从而实现与多种功率板的兼容适配；设计与MCU连接的复位电路，在排除短路故障后，进行电路复位，从而可实现设备的短路自恢复启动。

Description

一种可调节的过流短路保护电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种可调节的过流短路保护电路。

背景技术

在实际使用中，为节约开发时间、开发成本以及减少生产难度，同一系列的产品，仅在功率板不同的情况下，往往将设置成共控制板，这样就导致了每一个功率板在对应不同的短路保护的条件下，都需要修改对应的采样电阻，以达到共控制板的目的，这样就增加了开发难度和生产难度。例如：

在一些特殊的逆变器中，要求能够同时兼容输出120Vac/230Vac的情况，例如在相同的输出功率条件下，针对不同的输出电压，就会产生不同的输出电流。针对以上逆变器，现有的保护方案为短路保护点电流不变，但是此时保护方案成本过高，且抵御风险的能力较较弱；

在一些可调式直流电源或者充电器，在对应不同的输出电压时，同样也会产生不同的过流保护点，按照传统的做法就是全部按照最大过流点来做，这样再做功率器件选型时，必须选用更大的功率器件。而直接选用最大的过流点来选择功率器件也是使得产品成本激增。

另外，在现有技术中，当产品发生过流保护后，其内部电路将被断开、关断输出，系统将误判为输出欠压故障，故障问题的误判将导致售后维护成本增加；并且，在排除短路故障后，还需要人为干预重新关机下电，再次尝试上电开机，短路维护难度较高。

发明内容

本发明提供一种可调节的过流短路保护电路，解决了现有短路保护电路结构不合理，导致的成本过高、抗风险能力较弱且短路维护难度较高的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种可调节的过流短路保护电路，包括依次连接的驱动电路、逆变器和负载，以及和所述逆变器连接的采样电路，其特征在于：还包括依次连接的阈值调节电路、过流保护电路和复位电路；所述过流保护电路与所述采样电路、驱动电路连接；所述阈值调节电路包括MCU以及与所述MCU连接的调压模块，所述调压模块至少包括第一调压电阻、第二调压电阻，所述第一调压电阻、第二调压电阻并联；所述复位电路的输入端连接所述过流保护电路，输出端与所述MCU连接；

所述MCU向所述第一调压电阻和/或所述第二调压电阻输入高电平或低电平，使得所述第一调压电阻和/或所述第二调压电阻接入所述过流保护电路的基准电压端，调节所述过流保护电路的基准电压，即调整电路的短路电压阈值；

当所述过流保护电路从所述采样电路获取到的采样电压大于所述短路电压阈值时，输出一个低电平到控制所述复位电路；所述复位电路被触发输出短路报警信号通知所述MCU进行短路保护；随后，所述MCU在排除短路故障后，对所述复位电路进行复位。

本基础方案在传统的驱动电路、逆变器、负载和采样电路的输出回路中，增加阈值调节电路、过流保护电路和复位电路，利用过流保护电路对采样电路的采样结果进行分析、判断，从而有效进行电路短路保护；设置接入过流保护电路的第一调压电阻、第二调压电阻，在MCU的控制下使得第一调压电阻和/或第二调压电阻接入过流保护电路的基准电压端，调节其基准电压，进而调整电路的短路电压阈值，以调节最大可输出电流，从而实现与多种功率板的兼容适配；设计与MCU连接的复位电路，在排除短路故障后，进行电路复位，从而可实现设备的短路自恢复启动。

在进一步的实施方案中，所述过流保护电路包括基准电压调节模块、比较判断模块和滤波模块；所述比较判断模块的基准电压端与所述基准电压调节模块连接，其信号输入端与所述采样电路连接，其信号输出端通过所述滤波模块与所述复位电路的输入端连接。

在进一步的实施方案中，所述比较判断模块包括第一比较器、第一电阻、第一电容、第二电容；所述第一比较器的正输入端与所述基准电压调节模块、所述调压模块连接，还通过第一电容接地，其负输入端作为信号输入端通过所述第一电阻与所述采样电路连接、还通过第二电容接地，其输出端作为信号输出端通过所述滤波模块与所述复位电路的输入端连接。

在进一步的实施方案中，所述基准电压调节模块包括第二电阻～第五电阻；所述第二电阻一端与电源连接，另一端与所述第一比较器的正输入端连接、还通过第五电阻接地；所述第三电阻一端与电源连接，另一端与所述第一比较器的输出端连接、还通过第四电阻与所述第一比较器的正输入端连接；

所述第一调压电阻、第二调压电阻的一端与所述MCU连接，另一端接入所述第二电阻与所述第一比较器的正输入端之间的节点。

在进一步的实施方案中，所述滤波模块包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第一比较器的输出端连接，另一端接地。

本方案以第一比较器为核心设计过流保护电路，通过将负输入端采集到的采样电压与正输入端的基准电压进行比较，即可快速判断出电路是否出现短路情况，从而进行相关保护。另外，通过基准电压调节模块设定第一比较器正输入端的起始基准电压；在此基础上，接入第一调压电阻、第二调压电阻，通过MCU向第一调压电阻、第二调压电阻输出高电平或低电平，改变第一调压电阻、第二调压电阻与基准电压调节模块中的电阻的连接关系(串联、并联)，从而调整正输入端的分压电阻的阻值，进而改变基准电压，与当前功率板进行适配。

在进一步的实施方案中，所述复位电路包括短路信号识别模块和复位模块，所述短路信号识别模块的信号输入端与所述过流保护电路连接，信号输出端与所述MCU连接；所述复位模块的输入端与所述MCU连接，输出端与所述短路信号识别模块的信号输入端连接。

在进一步的实施方案中，所述短路信号识别模块包括第二比较器、第六电阻～第十电阻、第四电容～第六电容；所述第六电阻的一端与电源连接，另一端与所述第二比较器的负输入端连接，还分别通过第七电阻、第四电容接地；所述第二比较器的正输入端通过第八电阻与所述过流保护电路连接、通过第五电容接地；第九电阻的两端分别与所述第二比较器的输出端、正输入端连接；所述第十电阻的一端与电源连接、通过第六电容接地，另一端与所述第二比较器的输出端连接；所述第二比较器的输出端还与所述MCU连接。

在进一步的实施方案中，所述复位模块包括复位电阻，所述复位电阻的一端作为输入端与所述MCU连接，另一端作为输出端与所述第二比较器的正输入端连接。

本方案在过流保护电路的输出端增设短路信号识别模块，利用第二比较器的比较特性，实现短路保护的报警信号的正确输出；同时，通过复位电阻将第二比较器的正输入端(信号输入端)接入MCU，MCU在排除短路故障后触发一次反逻辑电平更改第二比较器的正输入端的状态(由短路报警状态更改为正常状态)，以有效防止无输出带来的误报警情况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可调节的过流短路保护电路的结构框架图；

图2是本发明实施例提供的一种可调节的过流短路保护电路的部分硬件电路图；

其中：驱动电路1，逆变器2，负载3，采样电路4，阈值调节电路5，过流保护电路6，复位电路7；

第一电阻R1～第十电阻R10，复位电阻R11，第一调压电阻R12、第二调压电阻R13，第一电容C1～第六电容C6，第一比较器U1A、第二比较器U2A。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

本发明实施例提供的一种可调节的过流短路保护电路，如图1、图2所示，在本实施例中，包括依次连接的驱动电路1、逆变器2和负载3，以及和逆变器2连接的采样电路4，其特征在于：还包括依次连接的阈值调节电路5、过流保护电路6和复位电路7；过流保护电路6与采样电路4、驱动电路1连接；阈值调节电路5包括MCU以及与MCU连接的调压模块，调压模块至少包括第一调压电阻R12、第二调压电阻R13，第一调压电阻R12、第二调压电阻R13并联；复位电路7的输入端连接过流保护电路6，输出端与MCU连接；

其中，MCU为主控制板上自带的控制芯片。

MCU向第一调压电阻R12和/或第二调压电阻R13输入高电平或低电平，使得第一调压电阻R12和/或第二调压电阻R13接入过流保护电路6的基准电压端，调节过流保护电路6的基准电压，即调整电路的短路电压阈值；

当过流保护电路6从采样电路4获取到的采样电压大于短路电压阈值时，输出一个低电平到控制复位电路7；复位电路7被触发输出短路报警信号通知MCU进行短路保护；随后，MCU在排除短路故障后，对复位电路7进行复位。

在本实施例中，过流保护电路6包括基准电压调节模块、比较判断模块和滤波模块；比较判断模块的基准电压端与基准电压调节模块连接，其信号输入端与采样电路4连接，其信号输出端通过滤波模块与复位电路7的输入端连接。

在本实施例中，比较判断模块包括第一比较器U1A、第一电阻R1、第一电容、第二电容C2；第一比较器U1A的正输入端与基准电压调节模块、调压模块连接，还通过第一电容接地，其负输入端作为信号输入端通过第一电阻R1与采样电路4连接(如图中的I-OUT端口)、还通过第二电容C2接地，其输出端作为信号输出端通过滤波模块与复位电路7的输入端连接。

在本实施例中，基准电压调节模块包括第二电阻R2～第五电阻R5；第二电阻R2一端与电源连接，另一端与第一比较器U1A的正输入端连接、还通过第五电阻R5接地；第三电阻R3一端与电源连接，另一端与第一比较器U1A的输出端连接、还通过第四电阻R4与第一比较器U1A的正输入端连接；

第一调压电阻R12、第二调压电阻R13的一端与MCU连接，另一端接入第二电阻R2与第一比较器U1A的正输入端之间的节点。

在本实施例中，滤波模块包括第三电容C3，第三电容C3的一端与第一比较器U1A的输出端连接，另一端接地。

本实施例以第一比较器U1A为核心设计过流保护电路6，通过将负输入端采集到的采样电压与正输入端的基准电压进行比较，即可快速判断出电路是否出现短路情况，从而进行相关保护。另外，通过基准电压调节模块设定第一比较器U1A正输入端的起始基准电压；在此基础上，接入第一调压电阻R12、第二调压电阻R13，通过MCU向第一调压电阻R12、第二调压电阻R13输出高电平或低电平，改变第一调压电阻R12、第二调压电阻R13与基准电压调节模块中的电阻的连接关系(串联、并联)，从而调整正输入端的分压电阻的阻值，进而改变基准电压，与当前功率板进行适配。

在本实施例中，复位电路7包括短路信号识别模块和复位模块，短路信号识别模块的信号输入端与过流保护电路6连接，信号输出端与MCU连接；复位模块的输入端与MCU连接，输出端与短路信号识别模块的信号输入端连接。

在本实施例中，短路信号识别模块包括第二比较器U2A、第六电阻R6～第十电阻R10、第四电容C4～第六电容C6；第六电阻R6的一端与电源连接，另一端与第二比较器U2A的负输入端连接，还分别通过第七电阻R7、第四电容C4接地；第二比较器U2A的正输入端通过第八电阻R8与过流保护电路6(第一比较器U1A的输出端)连接、通过第五电容C5接地；第九电阻R9的两端分别与第二比较器U2A的输出端、正输入端连接；第十电阻R10的一端与电源连接、通过第六电容C6接地，另一端与第二比较器U2A的输出端连接；第二比较器U2A的输出端(如图中的OCP-MCU端口)还与MCU连接。

在本实施例中，复位模块包括复位电阻R11，复位电阻R11的一端(如图中的Rest-MCU端口)作为输入端与MCU连接，另一端作为输出端与第二比较器U2A的正输入端连接。其中，MCU的输出到复位电阻R11的信号固定为高电平或者低电平。

本实施例在过流保护电路6的输出端增设短路信号识别模块，利用第二比较器U2A的比较特性，实现短路保护的报警信号的正确输出；同时，通过复位电阻R11将第二比较器U2A的正输入端(信号输入端)接入MCU，MCU在排除短路故障后触发一次反逻辑电平更改第二比较器U2A的正输入端的状态(由短路报警状态更改为正常状态)，以有效防止无输出带来的误报警情况。

在本实施中，以在调压模块中设置并联的第一调压电阻R12、第二调压电阻R13为例(此时，MCU通过mcu control-1与第一调压电阻R12、通过mcu control-2与第二调压电阻R13连接)，具体的过流保护的阈值设置原理如下：

(1)当负载3(即当前功率板)短路，且其采集电压低于第一比较器U1A的起始基准电压时，此时MCU向第一调压电阻R12、第二调压电阻R13输出低电平，第一比较器U1A的基准电压为第一阈值，第一阈值的计算公式如下：

U₃₁＝U_3-1+U_3-2

其中，U₃₁为第一阈值，Vref为接入的电源的电压(如图5V电压)。

(2)当负载3(即当前功率板)短路，且其采集电压大于第一比较器U1A的起始基准电压时，此时MCU向第一调压电阻R12输出低电平、向第二调压电阻R13输出高电平，则第一比较器U1A的基准电压为第二阈值，第二阈值的计算公式如下：

U₃₂＝U₃₁+U_3-3

其中，U₃₂为第二阈值，Vref为接入的电源的电压(如图5V电压)。

(3)或者，当负载3(即当前功率板)短路，且其采集电压大于第一比较器U1A的起始基准电压时，此时MCU向第一调压电阻R12输出高电平、向第二调压电阻R13输出低电平，则第一比较器U1A的基准电压为第三阈值，第三阈值的计算公式如下：

U₃₃＝U₃₁+U_3-4

其中，U₃₃为第三阈值，Vref为接入的电源的电压(如图5V电压)。

(4)或者，当负载3(即当前功率板)短路，且其采集电压大于第一比较器U1A的起始基准电压时，此时MCU向第一调压电阻R12输出高电平、向第二调压电阻R13输出高电平，则第一比较器U1A的基准电压为第三阈值，第三阈值的计算公式如下：

U₃₄＝U₃₁+U_3-3+U_3-4

其中，U₃₄为第三阈值，Vref为接入的电源的电压(如图5V电压)。

依次类推，可根据需要在调压模块中设置并联的第一调压电阻R12、第二调压电阻R13、第三调压电阻……

在本实施例中，短路反馈、复位的工作原理如下：

当第一比较器U1A的负输入端从I-out采集到的采集电压信号大于其正输入端的基准电压时，第一比较器U1A输出一个低电平信号到第二比较器U2A的正输入端。

此时第二比较器U2A正输入端的电压小于其负输入端电压，因此输出一个低电平信号(即短路报警信号)到MCU。

此时，MCU触发一次反逻辑电平(以高电平为例)到复位电阻R11，拉高第二比较器U2A正输入端的电位，实现信号复位。

本发明实施例在传统的驱动电路1、逆变器2、负载3和采样电路4的输出回路中，增加阈值调节电路5、过流保护电路6和复位电路7，利用过流保护电路6对采样电路4的采样结果进行分析、判断，从而有效进行电路短路保护；设置接入过流保护电路6的第一调压电阻R12、第二调压电阻R13，在MCU的控制下使得第一调压电阻R12和/或第二调压电阻R13接入过流保护电路6的基准电压端，调节其基准电压，进而调整电路的短路电压阈值，以调节最大可输出电流，从而实现与多种功率板的兼容适配；设计与MCU连接的复位电路7，在排除短路故障后，进行电路复位，从而可实现设备的短路自恢复启动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调节的过流短路保护电路，包括依次连接的驱动电路、逆变器和负载，以及和所述逆变器连接的采样电路，其特征在于：还包括依次连接的阈值调节电路、过流保护电路和复位电路；所述过流保护电路与所述采样电路、驱动电路连接；所述阈值调节电路包括MCU以及与所述MCU连接的调压模块，所述调压模块至少包括第一调压电阻、第二调压电阻，所述第一调压电阻、第二调压电阻并联；所述复位电路的输入端连接所述过流保护电路，输出端与所述MCU连接；

所述MCU向所述第一调压电阻和/或所述第二调压电阻输入高电平或低电平，使得所述第一调压电阻和/或所述第二调压电阻接入所述过流保护电路的基准电压端，调节所述过流保护电路的基准电压，即调整电路的短路电压阈值；

当所述过流保护电路从所述采样电路获取到的采样电压大于所述短路电压阈值时，输出一个低电平到控制所述复位电路；所述复位电路被触发输出短路报警信号通知所述MCU进行短路保护；随后，所述MCU在排除短路故障后，对所述复位电路进行复位。

2.如权利要求1所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述过流保护电路包括基准电压调节模块、比较判断模块和滤波模块；所述比较判断模块的基准电压端与所述基准电压调节模块连接，其信号输入端与所述采样电路连接，其信号输出端通过所述滤波模块与所述复位电路的输入端连接。

3.如权利要求2所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述比较判断模块包括第一比较器、第一电阻、第一电容、第二电容；所述第一比较器的正输入端与所述基准电压调节模块、所述调压模块连接，还通过第一电容接地，其负输入端作为信号输入端通过所述第一电阻与所述采样电路连接、还通过第二电容接地，其输出端作为信号输出端通过所述滤波模块与所述复位电路的输入端连接。

4.如权利要求3所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述基准电压调节模块包括第二电阻～第五电阻；所述第二电阻一端与电源连接，另一端与所述第一比较器的正输入端连接、还通过第五电阻接地；所述第三电阻一端与电源连接，另一端与所述第一比较器的输出端连接、还通过第四电阻与所述第一比较器的正输入端连接；

所述第一调压电阻、第二调压电阻的一端与所述MCU连接，另一端接入所述第二电阻与所述第一比较器的正输入端之间的节点。

5.如权利要求3所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述滤波模块包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第一比较器的输出端连接，另一端接地。

6.如权利要求1所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述复位电路包括短路信号识别模块和复位模块，所述短路信号识别模块的信号输入端与所述过流保护电路连接，信号输出端与所述MCU连接；所述复位模块的输入端与所述MCU连接，输出端与所述短路信号识别模块的信号输入端连接。

7.如权利要求6所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述短路信号识别模块包括第二比较器、第六电阻～第十电阻、第四电容～第六电容；所述第六电阻的一端与电源连接，另一端与所述第二比较器的负输入端连接，还分别通过第七电阻、第四电容接地；所述第二比较器的正输入端通过第八电阻与所述过流保护电路连接、通过第五电容接地；第九电阻的两端分别与所述第二比较器的输出端、正输入端连接；所述第十电阻的一端与电源连接、通过第六电容接地，另一端与所述第二比较器的输出端连接；所述第二比较器的输出端还与所述MCU连接。

8.如权利要求7所述的一种可调节的过流短路保护电路，其特征在于：所述复位模块包括复位电阻，所述复位电阻的一端作为输入端与所述MCU连接，另一端作为输出端与所述第二比较器的正输入端连接。

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