CN219268475U - 一种限流式防短路模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种限流式防短路模块。该防短路模块包括设置在同一电路板上的单片机U2、负载短路检测电路、交流过零检测电路、驱动信号控制电路和电源通断控制电路；负载短路检测电路的输出端与单片机U2的第八端口电性连接，交流过零检测电路输出端与单片机U2的第九端口电性连接；驱动信号控制电路的第一输入端与单片机U2的第六端口电性连接，驱动信号控制电路的第二输入端与单片机U2的第十一端口电性连接，驱动信号控制电路的输出端与电源通断控制电路的输入端电性连接。本申请提供的限流式防短路模块，是将防短路保护电路中的核心部分模块化；该防短路模块能够封装成一个整体的元器件，便于没有防短路核心技术的技术人员开发。

Description

一种限流式防短路模块

技术领域

本申请涉及电路保护技术领域，具体涉及一种限流式防短路模块。

背景技术

随着科学的进步以及人们生活水平的提高，电气设备在生产和生活中充当着越来越重要的角色。在电气设备的使用过程中，电气设备发生短路造成设备损毁甚至引发火灾的事故时有发生，对财产和人身安全都造成极大的危害。因此，为了保证电气设备的安全运行，在电气设备中设置防短路保护电路是很有必要的。

然而，发明人认识到，现有的防短路保护电路往往不利于技术人员开发。

实用新型内容

为此，本申请提供一种限流式防短路模块，以解决现有防短路保护电路不利于技术人员开发的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种限流式防短路模块，包括设置在同一电路板上的单片机U2、负载短路检测电路、交流过零检测电路、驱动信号控制电路和电源通断控制电路；所述负载短路检测电路的输出端与所述单片机U2的第八端口电性连接，所述交流过零检测电路输出端与单片机U2的第九端口电性连接；所述驱动信号控制电路的第一输入端与单片机U2的第六端口电性连接，驱动信号控制电路的第二输入端与单片机U2的第十一端口电性连接，驱动信号控制电路的输出端与所述电源通断控制电路的输入端电性连接。

可选地，所述限流式防短路模块还包括零线输入接口J1和输入控制接口J2，所述零线输入接口J1的第五端口和第六端口均与零线电性连接，所述输入控制接口J2的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口均与火线输入端电性连接，输入控制接口J2的第十三端口和第十四端口均与火线输出端电性连接。

进一步可选地，所述负载短路检测电路包括三极管Q6、电阻R6、电阻R22以及电阻R23；所述三极管Q6的基极与所述电路板的第一引脚电性连接，三极管Q6的基极还通过电阻R6与公共地端电性连接，三极管Q6的集电极与所述单片机U2的第八端口电性连接，三极管Q6的发射极与公共地端电性连接；所述电路板的第一引脚通过电阻R22与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，电路板的第一引脚还通过电阻R23与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接。

进一步可选地，所述交流过零检测电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R3以及电阻R59；所述二极管D1的正极与所述输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接；所述二极管D2的正极与所述输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接；所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均通过电阻R59与所述电路板的第二引脚电性连接；所述电路板的第二引脚通过电阻R3与所述单片机U2的第九端口电性连接。

进一步可选地，所述驱动信号控制电路包括三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4、电阻R8、电阻R9以及电阻R11；所述三极管Q1的发射极与所述电路板的第七引脚电性连接，三极管Q1的基极通过电阻R11与所述三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极电性连接，三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极均与所述电路板的第四引脚电性连接；所述三极管Q3的基极通过电阻R8与所述单片机U2的第十一端口电性连接；所述三极管Q4的基极通过电阻R9与所述单片机U2的第六端口电性连接；所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均与公共地端电性连接。

进一步可选地，所述电源通断控制电路包括金氧半场效晶体管U4、金氧半场效晶体管U5、金氧半场效晶体管U6、金氧半场效晶体管U7、电容C12、电容C16以及电容C17；

所述金氧半场效晶体管U4的栅极、金氧半场效晶体管U5的栅极、金氧半场效晶体管U6的栅极和金氧半场效晶体管U7的栅极均与输入控制接口J2的第九端口或第十端口电性连接，所述输入控制接口J2的第九端口与第十端口均通过电阻R58与所述电路板的第四引脚电性连接；

所述金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极均与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17和电容C12与输入控制接口J2的第五端口或第六端口电性连接；

所述金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极均与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接，金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极还均通过电容C16与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接；所述金氧半场效晶体管U4的源极、金氧半场效晶体管U5的源极、金氧半场效晶体管U6的源极和金氧半场效晶体管U7的源极均与公共地端电性连接。

进一步可选地，所述限流式防短路模块还包括电源模块，所述电源模块包括交流电降压电路和稳压电路，其中：

所述交流电降压电路包括桥式整流器D4、电源降压芯片U8、滤波电容C13、滤波电容C15、电容C14、二极管D5、二极管D7、电感L2、电阻R4、电阻R21以及电阻R25；所述桥式整流器D4的第一交流电输入端口通过电阻R4与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，桥式整流器D4的第二交流电输入端口通过电阻R21与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口与电源降压芯片U8的第四端口电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口还通过滤波电容C13与公共地端电性连接，桥式整流器D4的负极输出端口与公共地端电性连接；所述电源降压芯片U8的第三端口与电容C14的一端电性连接，所述电容C14的另一端与电源降压芯片U8的第二端口和第一端口均电性连接，所述电源降压芯片U8的第五端口与电阻R25的一端电性连接，所述电阻R25的另一端与电源降压芯片U8的第二端口和第一端口均电性连接，电阻R25的另一端还均与二极管D7的负极和电感L2的一端电性连接；所述二极管D7的正极与公共地端电性连接；电感L2的另一端通过滤波电容C15与公共地端电性连接，电感L2的另一端还与二极管D5的正极电性连接，所述二极管D5的负极与电源降压芯片U8的第三端口电性连接；所述桥式整流器D4用于将交流电转换为310V的直流电，所述电源降压芯片U8用于将310V的直流电转换为+24V的直流电；

所述稳压电路包括稳压二极管D6、二极管D3、三极管Q2、三极管Q7、变压器T1、光耦U3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17以及电容C2；所述稳压二极管D6的负极与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，所述稳压二极管D6的负极和变压器T1的初级绕组的第三端口还均与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接；所述三极管Q7的集电极与变压器T1的初级绕组的第四端口电性连接，三极管Q7的发射极通过电阻R16与公共地端电性连接，三极管Q7的基极通过电容C2和电阻R12与变压器T1的反馈绕组的第二端口电性连接，三极管Q7的基极还与三极管Q2的集电极电性连接；所述变压器T1的反馈绕组的第一端口与公共地端电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第五端口与二极管D3的正极电性连接，二极管D3的负极与三端稳压器U9的电压输入端口电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第六端口与公共地端电性连接；所述三极管Q2的发射极与公共地端电性连接，三极管Q2的集电极还通过电阻R13与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，三极管Q2的基极通过电阻R14与光耦U3的输出端发射极电性连接；所述光耦U3的输出端集电极与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接，光耦U3的输入端正极通过电阻R17与三端稳压器U9的电压输入端口电性连接，光耦U3的输入端负极与所述电路板的第十一引脚电性连接；所述三端稳压器U9的电压输出端口用于输出+5V电压。

进一步优选地，所述稳压电路还包括可控精密稳压源Q8、电阻R18以及电阻R41，所述可控精密稳压源Q8的阴极与所述电路板的第十一引脚电性连接，可控精密稳压源Q8的阳极与公共地端电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极通过电阻R18与所述二极管D3的负极电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极还通过电阻R41与公共地端电性连接。

进一步优选地，所述限流式防短路模块还包括温度保护电路，所述温度保护电路包括热敏电阻NTC1和电阻R28，所述热敏电阻NTC1的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，热敏电阻NTC1的另一端与公共地端电性连接；所述电阻R28的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，电阻R28的另一端与所述三端稳压器U9的电压输出端口电性连接；所述电路板的第九引脚与所述单片机U2的第十三端口电性连接。

优选地，所述单片机U2的型号为STC12C5608AD。

相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

1、本申请实施例所提供的限流式防短路模块，是将防短路保护电路中的核心部分模块化；该防短路模块能够封装成一个整体的元器件，封装后的效果如图7所示。封装后形成的独立元器件，便于没有防短路核心技术的技术人员开发；用户在该模块外围搭建常用的元器件就可以实现对负载电路防短路以及限流的功能，没有太多技术的一般的电路爱好者都可以做到。

2、由于该限流式防短路模块还包含有温度保护电路，通过本申请实施例所提供的限流式防短路模块，不仅能够在电路发生短路时自动断开电源输出，还能在温度过高时实现自动断开电源输出；并且由于该限流式防短路模块采用了独立的电源模块，通过该电源模块供电，能够提供较大功率的电压，使得该限流式防短路模块能够配合散热风扇一起使用，从而该限流式防短路模块在使用过程中能更好的保护电路，避免电路温度过高导致电路损坏。

3、该限流式防短路模块的单片机还有多个端口未被使用，可扩展更多的功能，比如声音报警、按键控制等，只需要修改单片机的IO端口及配置相关硬件即可，因此该限流式防短路模块适于开发。

附图说明

为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。

图1为本申请实施例提供的一种限流式防短路模块的内部整体结构示意图；

图2为本申请实施例中负载短路检测电路和交流过零检测电路的电路原理图；

图3为本申请实施例中驱动信号控制电路的电路原理图；

图4为本申请实施例中电源通断控制电路的电路原理图；

图5为本申请实施例中电源模块的电路原理图；

图6为本申请实施例中其他电路模块的电路原理图；

图7为本申请实施例一提供的一种限流式防短路模块的封装外形示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。

在本实施中，提供了一种限流式防短路模块，适用于220V的交流电电路，如图1所示，该限流式防短路模块包括设置在同一电路板上的单片机U2、负载短路检测电路、交流过零检测电路、驱动信号控制电路和电源通断控制电路；本实施例所使用的单片机2的型号为STC12C5608AD。

进一步地，所述限流式防短路模块还包括零线输入接口J1和输入控制接口J2，所述零线输入接口J1的第五端口和第六端口均与零线电性连接，所述输入控制接口J2的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口均与火线输入端电性连接，输入控制接口J2的第十三端口和第十四端口均与火线输出端电性连接；另外，火线输出端会连接负载电路。

具体来说，负载短路检测电路连接在交流系统的火线与单片机U2之间，如图2所示，所述负载短路检测电路包括三极管Q6、电阻R6、电容C4、电阻R22以及电阻R23；所述三极管Q6的基极与所述电路板(J3)的第一引脚电性连接，三极管Q6的基极还分别通过电阻R6和电容C4与公共地端电性连接，三极管Q6的集电极与所述单片机U2的第八端口(P3.4端口)电性连接，三极管Q6的发射极与公共地端电性连接；所述电路板的第一引脚通过电阻R22与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，电路板的第一引脚还通过电阻R23与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接。

进一步地，如图2所示，所述交流过零检测电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R3以及电阻R59；所述二极管D1的正极与所述输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接；所述二极管D2的正极与所述输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接；所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均通过电阻R59与所述电路板的第二引脚电性连接；所述电路板的第二引脚还通过电阻R3与所述单片机U2的第九端口(P3.5端口)电性连接。交流过零检测电路利用了二极管D1、D2的单向导电性，在电压为正的半个周期内，二极管正向偏置处于导通状态，由此可以得到半个周期的直流脉动电压；D1、D2两只二极管在交流电压的整个周期内轮流导通，通过二极管D1和二极管D2轮流导通的情况，能够检测到交流电路过零的时刻，然后交流过零检测电路在检测到交流电路过零时，单片机U2会控制单片机U2的第十一端口(P3.7端口)由低电平变为高电平。

另外，如图2所示，所述限流式防短路模块还包括负载输出检测电路，具体包括三极管Q5、电阻R1以及电容C5；所述三极管Q5的集电极与所述电路板的第三引脚电性连接，三极管Q5的基极通过电阻R1与所述输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接，三极管Q5的基极还通过电容C5与公共地端电性连接，三极管Q5的发射极与公共地端电性连接；所述电路板的第三引脚与所述单片机U2的第七端口(P3.3端口)电性连接。

进一步地，如图3所示，所述驱动信号控制电路包括三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4、电容C3、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及电阻R11；所述三极管Q1的发射极与所述电路板的第七引脚电性连接，三极管Q1的基极通过电阻R11与所述三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极电性连接，三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极均与所述电路板的第四引脚电性连接，三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极还均通过电阻R7与公共地端电性连接；所述三极管Q3的基极通过并联的电阻R8和电容C3与所述单片机U2的第十一端口(P3.7端口)电性连接；所述三极管Q4的基极通过电阻R9与所述单片机U2的第六端口(P3.2端口)电性连接，三极管Q4的基极还通过电阻R5与公共地端电性连接；所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均与公共地端电性连接。其中，三极管Q1和三极管Q4用于在单片机U2的P3.2端口为高电平时，使驱动信号控制电路输出高电平，进而导通电源通断控制电路中的几个金氧半场效晶体管(MOS管)，使电源通断控制电路导通对负载电路的电源输出；三极管Q3用于在单片机U2的P3.7端口为高电平时，使驱动信号控制电路输出低电平，进而关断电源通断控制电路中的几个金氧半场效晶体管，使电源通断控制电路断开对负载电路的电源输出。

进一步地，如图4所示，所述电源通断控制电路包括金氧半场效晶体管(MOS管)U4、金氧半场效晶体管U5、金氧半场效晶体管U6、金氧半场效晶体管U7、电容C12、电容C16、电阻R19、电阻R69以及电容C17；

所述金氧半场效晶体管U4的栅极、金氧半场效晶体管U5的栅极、金氧半场效晶体管U6的栅极和金氧半场效晶体管U7的栅极均与输入控制接口J2的第九端口或第十端口电性连接，所述输入控制接口J2的第九端口与第十端口均通过并联的电阻R58和电阻R158与所述电路板的第四引脚电性连接；在电源通断控制电路中，四个MOS管的栅极是该电路模块的输入端；

所述金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极均与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17和电容C12与输入控制接口J2的第五端口或第六端口电性连接，电容C12的两端还分别并联有电阻R19和电阻R69；

所述金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极均与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接，金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极还均通过电容C16与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接；所述金氧半场效晶体管U4的源极、金氧半场效晶体管U5的源极、金氧半场效晶体管U6的源极和金氧半场效晶体管U7的源极均与公共地端电性连接。

在电源通断控制电路中，四个MOS管采用两组并联方式连接，负责控制对负载电路的电源输出的通断，可根据需要增加MOS管串联或并联的组数。

进一步地，如图5所示，所述限流式防短路模块还包括电源模块，所述电源模块包括交流电降压电路和稳压电路，其中：

所述交流电降压电路包括桥式整流器D4、电源降压芯片U8、滤波电容C13、滤波电容C15、电容C14、二极管D5、二极管D7、电感L2、电阻R4、电阻R21以及电阻R25；所述桥式整流器D4的第一交流电输入端口(第一AC输入端口)通过电阻R4与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，桥式整流器D4的第二交流电输入端口(第二AC输入端口)通过电阻R21与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口(V+端口)与电源降压芯片U8的第四端口(两个DRAIN端口)电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口还通过滤波电容C13与公共地端电性连接，桥式整流器D4的负极输出端口(V-端口)与公共地端电性连接；所述电源降压芯片U8的第三端口(VCC端口)与电容C14的一端电性连接，所述电容C14的另一端与电源降压芯片U8的第二端口(SEL端口)和第一端口(GND端口)均电性连接，所述电源降压芯片U8的第五端口(CS端口)与电阻R25的一端电性连接，所述电阻R25的另一端与电源降压芯片U8的第二端口和第一端口均电性连接，电阻R25的另一端还均与二极管D7的负极和电感L2的一端电性连接；所述二极管D7的正极与公共地端电性连接；电感L2的另一端通过滤波电容C15与公共地端电性连接，电感L2的另一端还与二极管D5的正极电性连接，所述二极管D5的负极与电源降压芯片U8的第三端口电性连接；所述桥式整流器D4用于将交流电转换为310V的直流电，所述电源降压芯片U8用于将310V的直流电转换为+24V的直流电；

所述稳压电路包括稳压二极管D6、稳压二极管D10、二极管D3、三极管Q2、三极管Q7、变压器T1、光耦U3、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R24、电容C2、电容C9、电容C10以及滤波电容C11；所述稳压二极管D6的负极与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，所述稳压二极管D6的负极和变压器T1的初级绕组的第三端口还均与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接；所述稳压二极管D10的负极与稳压二极管D6的负极电性连接，稳压二极管D6的正极和稳压二极管D10的正极均与公共地端电性连接；所述三极管Q7的集电极与变压器T1的初级绕组的第四端口电性连接，三极管Q7的发射极通过并联的电阻R16和电阻R24与公共地端电性连接，三极管Q7的基极通过电容C2和电阻R12与变压器T1的反馈绕组的第二端口电性连接，三极管Q7的基极还与三极管Q2的集电极电性连接；所述变压器T1的反馈绕组的第一端口与公共地端电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第五端口与二极管D3的正极电性连接，二极管D3的负极与三端稳压器U9的电压输入端口(Vin端口)电性连接，二极管D3的负极还通过滤波电容C11与公共地端电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第六端口与公共地端电性连接；所述三极管Q2的发射极与公共地端电性连接，三极管Q2的集电极还通过电阻R13与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，三极管Q2的基极通过电阻R14与光耦U3的输出端发射极电性连接，三极管Q2的基极还通过电阻R10与公共地端电性连接；所述光耦U3的输出端集电极与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接，光耦U3的输入端正极通过电阻R17与三端稳压器U9的电压输入端口电性连接，光耦U3的输入端负极与所述电路板的第十一引脚电性连接；所述三端稳压器U9的电压输出端口(Vout端口)分别通过电容C9和电容C10与公共地端电性连接，三端稳压器U9的接地端口(GND端口)与公共地端电性连接。三端稳压器U9的电压输出端口还与电路板的第十二引脚电性连接，用于通过电路板的第十二引脚输出+5V电压，电路板的第十二引脚与单片机U2的第二十端口(VCC端口)电性连接，为单片机提供工作电压；二极管D3的负极还与电路板的第七引脚电性连接，用于通过电路板的第七引脚输出+6.6V电压。

进一步地，如图5所示，所述稳压电路还包括可控精密稳压源Q8、电阻R18、电阻R40以及电阻R41，所述可控精密稳压源Q8的阴极与所述电路板的第十一引脚电性连接，可控精密稳压源Q8的阳极与公共地端电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极通过电阻R18与所述二极管D3的负极电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极还通过并联的电阻R40和电阻R41与公共地端电性连接。可控精密稳压源Q8的输出电压由电阻R18、R41两个电阻而定，改变阻值可得到从5到20V范围的任何值。

进一步地，如图6所示，所述限流式防短路模块还包括电源通断状态显示电路，所述电源通断状态显示电路包括发光二极管LED1和电阻R27，所述发光二极管LED1的正极通过电阻R27与所述三端稳压器U9的电压输出端口电性连接，发光二极管LED1的负极与所述电路板的第十引脚电性连接；所述电路板的第十引脚与所述单片机U2的第十二端口(P1.0端口)电性连接。

另外，如图6所示，所述限流式防短路模块还包括温度保护电路，所述温度保护电路包括热敏电阻NTC1和电阻R28，所述热敏电阻NTC1的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，热敏电阻NTC1的另一端与公共地端电性连接；所述电阻R28的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，电阻R28的另一端与所述三端稳压器U9的电压输出端口电性连接；所述电路板的第九引脚与所述单片机U2的第十三端口(P1.1端口)电性连接。热敏电阻NTC1用于检测MOS管的温度，当MOS管发热温度达到预设阈值，热敏电阻NTC1随着温度变高阻值变小拉低单片机U2的第十三端口的电压，进而单片机U2会控制单片机U2的第十一端口(P3.7端口)由低电平变为高电平，从而控制电源通断控制电路断开对负载电路的电源输出。当MOS管温度回到正常温度后，单片机U2会控制电源通断控制电路恢复对负载电路的电源输出，由此可以防止MOS管及设备内线路温度过高而对电路造成破坏。

具体来说，在负载短路检测电路中，三极管Q6的集电极为该电路模块的输出端，能够反映负载电路是否存在短路。在驱动信号控制电路中，三极管Q4的基极为该电路模块的第一输入端，三极管Q3的基极为该电路模块的第二输入，三极管Q1和三极管Q3的集电极为输出端；当驱动信号控制电路的第一输入端输入高电平时，驱动信号控制电路的输出端会输出高电平；当驱动信号控制电路的第二输入端输入高电平时，驱动信号控制电路的输出端会输出低电平。

换一种说法，从整体结构上来看，所述负载短路检测电路的输出端与所述单片机U2的第八端口(P3.4端口)电性连接，所述交流过零检测电路输出端与单片机U2的第九端口(P3.5端口)电性连接；所述驱动信号控制电路的第一输入端与单片机U2的第六端口(P3.2端口)电性连接，驱动信号控制电路的第二输入端与单片机U2的第十一端口(P3.7端口)电性连接，驱动信号控制电路的输出端与所述电源通断控制电路的输入端电性连接。在电源通断控制电路中，电源通断控制电路中的四个MOS管的栅极为该电路模块的控制端，也就是输入端，通过控制四个MOS管的栅极的电平高低，能够控制四个MOS管的通断，从而控制对负载电路的电源的通断。

从功能上来看，所述负载短路检测电路用于实时检测负载电路是否存在短路，当检测到负载电路存在短路时，单片机U2的P3.4端口由高电平变为低电平，同时单片机U2控制单片机U2的P3.5端口由低电平变为高电平，从而使交流过零检测电路开始工作；当交流过零检测电路检测到交流电路过零时，单片机U2控制单片机U2的P3.7端口由低电平变为高电平，从而驱动信号控制电路输出低电平；当电源通断控制电路的输入端为低电平时，由于MOS自身的特性，电源通断控制电路的四个MOS管均处于关断状态，从而电源通断控制电路会断开对负载电路的电源输出，由此实现了在电路发生短路时，能及时关断电源输出。另外，当检测到负载电路存在短路时，单片机U2的P3.4端口由高电平变为低电平，并且单片机U2控制P1.0端口在高低电平之间快速切换，从而使发光二极管LED1快闪。

例如，当零火线或火地线之间发生短路故障时，该限流式防短路模块能在0.00013秒内实现快速限流保护断开负载，反应时间小于20ms(在一个电力周波内)；从而抑制因短路电流过大所引起的电气火灾事故。当短路电流约为0.5A-3A，如果串联的是10A以上的空气开关，短路时空开不会动作跳闸，这时本发明所提供的限流式防短路模块能在空开还没有反应过来时就切断电源输出，并且没有危险电弧火花，同时发光二极管LED1快闪。当故障排除后15秒或立即自动恢复(时间由出厂时默认设置好)，同时LED亮起并每5秒闪一下进行待机状态，如故障未排除发光二极管LED1一直处于快闪状态并无电源输出。

本申请实施例所提供的限流式防短路模块，是将防短路保护电路中的核心部分模块化；该防短路模块能够封装成一个整体的元器件，封装后的效果如图7所示。封装后形成的独立元器件，便于没有防短路核心技术的技术人员开发；用户在该模块外围搭建常用的元器件就可以实现对负载电路防短路以及限流的功能，没有太多技术的一般的电路爱好者都可以做到。

本发明所提供的限流式防短路模块，具有限制短路电流能力并能在发生短路时迅速切断故障电流，可应用于单相交流或直流电电气线路，能减少相线或零火线短路所造成的火灾隐患，解决空气开关存在的短路电流大、关断时间长以及产生电弧火花大的不足，从而可以保障财产及人身安全。该限流式防短路模块可广泛应用于宾馆商场、图书馆、机房、娱乐场所、学校、电动车充电站等任何用电场所。

由于该限流式防短路模块还包含有温度保护电路，通过本申请实施例所提供的限流式防短路模块，不仅能够在电路发生短路时自动断开电源输出，还能在温度过高时实现自动断开电源输出。并且由于该限流式防短路模块采用了独立的电源模块，通过该电源模块供电，能够提供较大功率的电压，使得该限流式防短路模块能够配合散热风扇一起使用，从而该限流式防短路模块在使用过程中能更好的保护电路，避免电路温度过高导致电路损坏。若配合散热风扇一起使用，可设置为电路系统温度超过50度时散热风扇即自动运转，风速随着温度而变化；电路系统温度超过100度后自动断开负载电源，温度小于100度后自动恢复负载供电。当该限流式防短路模块的内部元器件温度超过默认值时，该限流式防短路模块启动超温限流保护功能，防止因温度过高造成产品损坏，此时LED灯会慢闪同时断开负载电源，当机内温度低于默认值后自动恢复通电，同时发光二极管LED1会亮起并每5秒闪一下进行待机状态。

另外，该限流式防短路模块还可用于负载过载限流保护，当被保护线路中的负载电流超过额定电流并过载持续时间超过设定时间(3－60秒)时，该限流式防短路模块也会进行限流保护动作，以免导致线路加快老化从而造成安全隐患。同时，该限流式防短路模块的单片机还有多个端口未被使用，可扩展更多的功能，比如声音报警、按键控制等，只需要修改单片机的IO端口及配置相关硬件即可，因此该限流式防短路模块适于开发。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种限流式防短路模块，其特征在于，包括设置在同一电路板上的单片机U2、负载短路检测电路、交流过零检测电路、驱动信号控制电路和电源通断控制电路；所述负载短路检测电路的输出端与所述单片机U2的第八端口电性连接，所述交流过零检测电路输出端与单片机U2的第九端口电性连接；所述驱动信号控制电路的第一输入端与单片机U2的第六端口电性连接，驱动信号控制电路的第二输入端与单片机U2的第十一端口电性连接，驱动信号控制电路的输出端与所述电源通断控制电路的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述限流式防短路模块还包括零线输入接口J1和输入控制接口J2，所述零线输入接口J1的第五端口和第六端口均与零线电性连接，所述输入控制接口J2的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口均与火线输入端电性连接，输入控制接口J2的第十三端口和第十四端口均与火线输出端电性连接。

3.根据权利要求2所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述负载短路检测电路包括三极管Q6、电阻R6、电阻R22以及电阻R23；所述三极管Q6的基极与所述电路板的第一引脚电性连接，三极管Q6的基极还通过电阻R6与公共地端电性连接，三极管Q6的集电极与所述单片机U2的第八端口电性连接，三极管Q6的发射极与公共地端电性连接；所述电路板的第一引脚通过电阻R22与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，电路板的第一引脚还通过电阻R23与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接。

4.根据权利要求2所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述交流过零检测电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R3以及电阻R59；所述二极管D1的正极与所述输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接；所述二极管D2的正极与所述输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接；所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均通过电阻R59与所述电路板的第二引脚电性连接；所述电路板的第二引脚通过电阻R3与所述单片机U2的第九端口电性连接。

5.根据权利要求2所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述驱动信号控制电路包括三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4、电阻R8、电阻R9以及电阻R11；所述三极管Q1的发射极与所述电路板的第七引脚电性连接，三极管Q1的基极通过电阻R11与所述三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q1的集电极与三极管Q3的集电极电性连接，三极管Q1的集电极和三极管Q3的集电极均与所述电路板的第四引脚电性连接；所述三极管Q3的基极通过电阻R8与所述单片机U2的第十一端口电性连接；所述三极管Q4的基极通过电阻R9与所述单片机U2的第六端口电性连接；所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均与公共地端电性连接。

6.根据权利要求5所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述电源通断控制电路包括金氧半场效晶体管U4、金氧半场效晶体管U5、金氧半场效晶体管U6、金氧半场效晶体管U7、电容C12、电容C16以及电容C17；

所述金氧半场效晶体管U4的栅极、金氧半场效晶体管U5的栅极、金氧半场效晶体管U6的栅极和金氧半场效晶体管U7的栅极均与输入控制接口J2的第九端口或第十端口电性连接，所述输入控制接口J2的第九端口与第十端口均通过电阻R58与所述电路板的第四引脚电性连接；

所述金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极均与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，金氧半场效晶体管U4的漏极和金氧半场效晶体管U6的漏极还均通过电容C17和电容C12与输入控制接口J2的第五端口或第六端口电性连接；

所述金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极均与输入控制接口J2的第十三端口或第十四端口电性连接，金氧半场效晶体管U5的漏极和金氧半场效晶体管U7的漏极还均通过电容C16与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接；所述金氧半场效晶体管U4的源极、金氧半场效晶体管U5的源极、金氧半场效晶体管U6的源极和金氧半场效晶体管U7的源极均与公共地端电性连接。

7.根据权利要求2所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述限流式防短路模块还包括电源模块，所述电源模块包括交流电降压电路和稳压电路，其中：

所述交流电降压电路包括桥式整流器D4、电源降压芯片U8、滤波电容C13、滤波电容C15、电容C14、二极管D5、二极管D7、电感L2、电阻R4、电阻R21以及电阻R25；所述桥式整流器D4的第一交流电输入端口通过电阻R4与输入控制接口J2的第一端口或第二端口或第三端口或第四端口电性连接，桥式整流器D4的第二交流电输入端口通过电阻R21与零线输入接口J1的第五端口或第六端口电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口与电源降压芯片U8的第四端口电性连接，桥式整流器D4的正极输出端口还通过滤波电容C13与公共地端电性连接，桥式整流器D4的负极输出端口与公共地端电性连接；所述电源降压芯片U8的第三端口与电容C14的一端电性连接，所述电容C14的另一端与电源降压芯片U8的第二端口和第一端口均电性连接，所述电源降压芯片U8的第五端口与电阻R25的一端电性连接，所述电阻R25的另一端与电源降压芯片U8的第二端口和第一端口均电性连接，电阻R25的另一端还均与二极管D7的负极和电感L2的一端电性连接；所述二极管D7的正极与公共地端电性连接；电感L2的另一端通过滤波电容C15与公共地端电性连接，电感L2的另一端还与二极管D5的正极电性连接，所述二极管D5的负极与电源降压芯片U8的第三端口电性连接；所述桥式整流器D4用于将交流电转换为310V的直流电，所述电源降压芯片U8用于将310V的直流电转换为+24V的直流电；

所述稳压电路包括稳压二极管D6、二极管D3、三极管Q2、三极管Q7、变压器T1、光耦U3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17以及电容C2；所述稳压二极管D6的负极与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，所述稳压二极管D6的负极和变压器T1的初级绕组的第三端口还均与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接；所述三极管Q7的集电极与变压器T1的初级绕组的第四端口电性连接，三极管Q7的发射极通过电阻R16与公共地端电性连接，三极管Q7的基极通过电容C2和电阻R12与变压器T1的反馈绕组的第二端口电性连接，三极管Q7的基极还与三极管Q2的集电极电性连接；所述变压器T1的反馈绕组的第一端口与公共地端电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第五端口与二极管D3的正极电性连接，二极管D3的负极与三端稳压器U9的电压输入端口电性连接；所述变压器T1的次级绕组的第六端口与公共地端电性连接；所述三极管Q2的发射极与公共地端电性连接，三极管Q2的集电极还通过电阻R13与变压器T1的初级绕组的第三端口电性连接，三极管Q2的基极通过电阻R14与光耦U3的输出端发射极电性连接；所述光耦U3的输出端集电极与所述交流电降压电路的二极管D5的正极电性连接，光耦U3的输入端正极通过电阻R17与三端稳压器U9的电压输入端口电性连接，光耦U3的输入端负极与所述电路板的第十一引脚电性连接；所述三端稳压器U9的电压输出端口用于输出+5V电压。

8.根据权利要求7所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述稳压电路还包括可控精密稳压源Q8、电阻R18以及电阻R41，所述可控精密稳压源Q8的阴极与所述电路板的第十一引脚电性连接，可控精密稳压源Q8的阳极与公共地端电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极通过电阻R18与所述二极管D3的负极电性连接，可控精密稳压源Q8的参考极还通过电阻R41与公共地端电性连接。

9.根据权利要求7所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述限流式防短路模块还包括温度保护电路，所述温度保护电路包括热敏电阻NTC1和电阻R28，所述热敏电阻NTC1的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，热敏电阻NTC1的另一端与公共地端电性连接；所述电阻R28的一端与所述电路板的第九引脚电性连接，电阻R28的另一端与所述三端稳压器U9的电压输出端口电性连接；所述电路板的第九引脚与所述单片机U2的第十三端口电性连接。

10.根据权利要求1至9任一所述的限流式防短路模块，其特征在于，所述单片机U2的型号为STC12C5608AD。

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