CN219801875U - 一种过流自锁安全保护电路及其储能电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种过流过流自锁安全保护电路及其储能电源，包括供电电源单元10、负载单元20、控制单元30、过流自锁单元40，所述供电电源单元10与所述负载单元20连接，所述负载单元20与所述控制单元30的输入端连接后接地，所述控制单元30的采样信号端、控制端分别与所述过流自锁单元40的输入端、输出端连接，所述过流自锁单元40包括比较器U5、参考电压点和自锁二极管D1，所述参考电压点与所述比较器U5的反相输入端连接，所述比较器U5的输出端与所述自锁二极管D1的正极端连接后接入所述比较器U5的同相输入端。本实用新型结构简单，成本低。

Description

一种过流自锁安全保护电路及其储能电源

技术领域

本实用新型涉及保护电路技术领域，尤其涉及一种过流自锁安全保护电路及其储能电源。

背景技术

随着社会的快速发展，各种电气设备和电子设备的使用存在于各行各业，这些设备要正常使用，需要通过直流电源进行供电，然而在供电使用过程中，容易因为负载短路、负载过载等原因产生过流，导致设备烧毁损坏，甚至产生火灾等重大安全事故。因此需要在负载设备端与供电端之间配置有过流自锁安全保护电路，现有的过流自锁安全保护电路设计主要包括：使用过流保护IC(Integrated Circuit，集成电路)实现过流保护，通过软件检测过流情况并控制关断来实现过流保护。其中，过流保护IC的参数固定，适用性差，且存在交期长、供货不稳定、价格高昂等问题；使用软件检测过流并控制关断的适用范围较小，这种方法反应慢，对软件的依赖性很高，在软件任务堵塞时如果发生负载过流，软件无法及时检测过流情况并进行控制关断的动作。

与本实用新型相关的现有技术中，如中国专利发明专利，专利名称：用于过电流保护的自锁电路、过电流保护电路、PFC电路和用电设备，专利号202011202170.X，其公开了一种用于过流保护的自锁电路、过流保护电路、PFC电路和用电设备，该电路设置比较电路、自锁电路、驱动电路、控制电路等，过流信号通过比较器与设定阈值比较后，作为自锁电路的输入信号，自锁电路在接收到过流信号时，能够快速响应，通过第二与非门的输出端输出自锁信号实现自锁电路本身电路保护状态的锁止，进而通过控制电路控制PFC电路中的IGBT关断并保持该关断状态。在该状态下，即使电流信号下降或者出现波动，保护功能依然可以持续保持，提高了保护电路的可靠性与准确性。但该电路中，虽然解决了电路过流检测和电路自锁的功能，但自锁电路部分引入了逻辑门芯片，成本较高。

实用新型内容

为此，需要提供一种过流自锁安全保护电路及其储能电源，解决现有过流自锁电路成本高、软件无法及时检测过流情况等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种过流自锁安全保护电路，包括供电电源单元、负载单元、控制单元、过流自锁单元，所述供电电源单元与所述负载单元连接，所述负载单元与所述控制单元的输入端连接后接地，所述控制单元的采样信号端与所述过流自锁单元的输入端连接，所述过流自锁单元的输出端与控制单元的控制端连接，所述过流自锁单元包括比较器U5、参考电压点和自锁二极管D1，所述参考电压点与所述比较器U5的反相输入端连接，所述比较器U5的输出端与所述自锁二极管D1的正极端连接后接入所述比较器U5的同相输入端，所述控制单元的采样信号端连接到所述比较器U5的同相输入端，所述比较器U5的输出端与所述控制单元的输入端连接。

进一步地，所述参考电压点由分压电阻R36和分压电阻R86分压得到。

进一步地，所述控制单元还包括开关模块和采样模块，所述开关模块的输入端与所述负载单元的输出端连接，所述比较器U5的输出端与所述开关模块的控制端连接，所述开关模块的输出端与所述采样模块的输入端连接后接地，所述比较器U5的同相输入端与所述采样模块的输入端连接。

进一步地，所述开关模块包括开关管Q18和开关管Q2，所述开关管Q18的输入端连接所述比较器U5的输出端，所述开关管Q18的输出端与所述开关管Q2的输入端连接，所述开关管Q2的输出端与采样模块连接。

进一步地，所述开关管Q18和开关管Q2为场效应管。

进一步地，还包括处理器MCU，所述过流自锁单元的输出端连接所述处理器MCU的信号检测输入端。

进一步地，所述处理器MCU的使能输出端连接控制单元的控制端。

进一步地，还包括电源芯片U3，所述电源芯片U3的输入端与供电电源单元连接，所述电源芯片的输出端与所述处理器MCU的电源端连接。

进一步地，还包括电源按键SW1和开关管Q24，所述电源按键SW1的一端接地，所述电源按键SW1的另一端与开关管Q24的控制端连接，所述开关管Q24的输入端用于与储能电池连接，所述开关管Q24的输出端与供电电源单元的输入端连接。

本实用新型提供一种储能电源，包括过流自锁安全保护电路和储能电池，所述过流自锁安全保护电路为本实用新型实施例任意一项所述的一种过流自锁安全保护电路，所述储能电池的电源端与所述电流自锁保护电路的电源端连接。

区别于现有技术，上述技术方案通过比较器U5、参考电压点、自锁二极管D1、开关管Q18和开关管Q2实现过流自锁保护，参考电压点提供用于比较的参考电压，比较器U5的反相输入端连接参考电压点，比较器U5的同相输入端连接控制单元的采样信号。当负载单元正常工作不过流时，采样得到的电压信号较低，参考电压信号大于采样信号，比较器U5输出低电平信号，自锁二极管截止，比较器U5输出低电平给控制单元，控制单元为开启状态，供电电源单元通过控制单元提供电能给负载单元，负载单元继续正常工作。当负载单元过流工作时，采样信号大于参考电压信号，比较器U5输出高电平信号，比较器U5输出高电平给控制单元，控制单元为关闭状态，供电电源单元无法通过控制单元提供电能给负载单元，负载单元断开电路；另外比较器U5输出的高电平信号使得自锁二极管D1导通后继续输入到比较器U5的同相输入端，与参考电压信号比较后，持续输出高电平信号，此时除非重新上电，否则比较器U5如此循环，实现自锁功能，持续断开控制单元，保护负载单元。本实用新型无需采用过流保护IC实现过流自锁功能，电路结构简单，成本低。而且本实用新型的自锁过程无需软件判断参与，反应速度快，提高了电路的保护效率。

附图说明

图1为本实用新型的一公开实施例的模块结构示意图；

图2为本实用新型的另一公开实施例的模块结构示意图；

图3为本实用新型的一公开实施例的过流自锁安全保护电路结构示意图；

图4为本实用新型的另一公开实施例的处理器MCU电路结构示意图；

图5为本实用新型的另一公开实施例的按键电路结构示意图；

图6为本实用新型的另一公开实施例的系统电源电路结构示意图；

图7为本实用新型的一公开实施例的储能电源模块示意图。

附图标记说明：

10、供电电源单元，

20、负载单元，

30、控制单元，

40、过流自锁单元，

50、开关模块，

60、采样模块，

1、储能电池，

2、过流自锁安全保护电路，3、负载用电设备。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一类“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图1到图6，本实用新型提供了一种过流自锁安全保护电路，包括供电电源单元10、负载单元20、控制单元30、过流自锁单元40，所述供电电源单元10与所述负载单元20连接，所述负载单元20与所述控制单元30的输入端连接后接地，所述控制单元30的采样信号端与所述过流自锁单元40的输入端连接，所述过流自锁单元40的输出端与控制单元30的控制端连接，所述过流自锁单元40包括比较器U5、参考电压点和自锁二极管D1，所述参考电压点与所述比较器U5的反相输入端连接，所述比较器U5的输出端与所述自锁二极管D1的正极端连接后接入所述比较器U5的同相输入端，所述控制单元30的采样信号端连接到所述比较器U5的同相输入端，所述比较器U5的输出端与所述控制单元30的输入端连接。

供电电源单元10用于提供电源，如可以是直流电源或者储能电池等。

负载单元20用于与负载用电设备连接，实现电能消耗，如可以是电压转换电路或者电子设备等。

控制单元30用于控制电路闭合与断开，并提供与负载电流相关的采样电压。

过流自锁单元40用于实现当电路过流情况发生时，检测电路过流情况并迅速自锁电路。

具体地，在图3中，供电电源单元10连接端为PACK+端，通过PACK+_端可以与储能电池连接。负载单元20为CIG+端和CIG-端，通过这两端可以与负载用电设备连接。控制单元30为开关管Q2和开关管Q18、采样电阻R119组成的电路部分。通过开关管Q2实现电路开关功能，通过采样电阻R119的采样信号端DC_CURRENT输出采样信号给过流自锁单元40的比较器U5，实现采样输出功能。

本电路的工作原理如下：上述技术方案通过比较器U5、参考电压点、自锁二极管D1、开关管Q18和开关管Q2实现过流自锁保护，参考电压点提供用于比较的参考电压，比较器U5的反相输入端连接参考电压点，比较器U5的同相输入端连接控制单元的采样信号。当负载单元正常工作不过流时，采样得到的电压信号较低，参考电压信号大于采样信号，比较器U5输出低电平信号，自锁二极管截止，比较器U5输出低电平给控制单元，控制单元为开启状态，供电电源单元通过控制单元提供电能给负载单元，负载单元继续正常工作。当负载单元过流工作时，采样信号大于参考电压信号，比较器U5输出高电平信号，比较器U5输出高电平给控制单元，控制单元为关闭状态，供电电源单元无法通过控制单元提供电能给负载单元，负载单元断开电路；另外比较器U5输出的高电平信号使得自锁二极管D1导通后继续输入到比较器U5的同相输入端，与参考电压信号比较后，持续输出高电平信号，此时除非重新上电，否则比较器U5如此循环，实现自锁功能，持续断开控制单元，保护负载单元。本实用新型无需采用过流保护IC实现过流自锁功能，电路结构简单，成本低。而且本实用新型的自锁过程无需软件判断参与，反应速度快，提高了电路的保护效率。

在本实用新型中，通过调整参考电压点的参考电压，可以实现对比较电压的改变，从而可以改变控制单元的采样电压触发的电压大小，实现对过流大小的调整。参考电压点的电压一般远小于比较器U5工作的电压，如本实用新型中为0.05V，这样可以实现当采样电压一旦略大于参考电压点的电压，比较器U5就可以输出较高的电压，快速导通自锁二极管并自锁，实现快速动作。参考电压点可以采用参考电压芯片的方式得到。在本实用新型中，为了得到比较器U5的参考电压点，所述参考电压点由分压电阻R36和分压电阻R86分压得到，所述分压电阻R36的一端连接电源，所述分压电阻R36的另一端与所述分压电阻R86的一端和比较器U5的反相输入端连接，所述分压电阻R86的另一端接地。因本实用新型中的参考电压点需要精确计算，因此对电源的稳定性要求比较高，为了防止电源输入被谐波干扰，在电源的输入端还并联一个电容C74接地。通过调整分压电阻的大小，可以实现对参考电压点的改变。

进一步地，如图2所示，所述控制单元30还包括开关模块50和采样模块60，所述开关模块50的输入端与所述负载单元20的输出端连接，所述比较器U5的输出端与所述开关模块50的控制端连接，所述开关模块50的输出端与所述采样模块60的输入端连接后接地，所述比较器U5的同相输入端与所述采样模块60的输入端连接。在某些实施例中，可以通过过流采样芯片获取与负载电流相关的采样电压信号。在本实用新型中，采样信号通过采样电阻获得，开关管Q2的输出端连接采样电阻R119后接地，所述采样电阻R119要求阻值小，精度高，当电流流过所述采样电阻R119时，会在所述采样电阻R119的非接地端形成相应的采样电压，所述采样电压连接到所述比较器U5的同相输入端与参考电压进行比较。

进一步地，所述开关模块50包括开关管Q18和开关管Q2，所述开关管Q18的输入端连接所述比较器U5的输出端，所述开关管Q18的输出端与所述开关管Q2的输入端连接，所述开关管Q2的输出端与采样模块60连接。本电路的工作原理如下：当负载单元正常工作时，参考电压信号大于采样信号，比较器U5输出低电平信号，自锁二极管截止，开关管Q18的栅极为低电平，开关管Q18不导通，开关管Q2的栅极为高电平，使场效应管Q2导通，此时，开关闭合，负载单元继续正常工作。当负载单元过流工作时，采样信号大于参考电压信号，比较器U5输出高电平信号，使开关管Q18的栅极为高电平，开关管Q18导通，开关管Q18源极被拉为低电平，开关管Q2的栅极为低电平，使开关管Q2截止，开关断开，负载单元断开电路；另外比较器U5输出的高电平信号使得自锁二极管D1导通后继续输入比较器U5的同相输入端，与参考电压信号比较后，持续输出高电平信号，此时除非重新上电，否则比较器U5如此循环，实现自锁功能，持续断开开关保护负载设备。本实用新型无需采用过流保护IC实现过流自锁功能，电路结构简单，成本低。而且本实用新型的自锁过程无需软件判断参与，反应速度快，提高了电路的保护效率。

优选实施例中，所述开关管Q18和开关管Q2为场效应管。场效应管的开关速度快、耗电流低，有助于电路实现快速切换和降低电路耗能。

为了实现对电路过流情况的监控，如图4所示，还包括处理器MCU，所述过流自锁单元40的输出端连接所述处理器MCU的信号检测输入端DC_OCUR_CHK端，所述处理器MCU通过检测过流信号情况，当过流保护的时候，DC_OCUR_CHK端为高电平，则处理器MCU可以检测到已经过流保护了，从而可以进一步对过流情况做出声音告警提示、LED文字告警提示等。

本实用新型中，在负载单元正常工作状态下，为了方便处理器MCU对控制单元30的控制，所述处理器MCU的使能输出端DC_EN连接控制单元30的控制端。当需要输出时，使能输出端DC_EN输出控制电压给控制单元30的控制端，控制单元30受控开启，反过来则受控关闭。需要说明的是，当负载单元非正常工作，即过流情况发生时，控制单元30的控制端被比较器U5的输出端强制拉低，处理器MCU的使能输出端无法控制控制单元30的开启或者关闭。即在过流自锁保护的情况下，可以保持持续的锁定和控制单元的关闭而不受影响。只有整个电路断电重启后，消除了负载单元过流的情况，才能继续工作，保证了电路的安全。

本实用新型中，为了提供系统稳定的直流电源给处理器MCU，如图6所示，还包括电源芯片U3，所述电源芯片U3的输入端与供电电源单元连接，所述电源芯片U3的输出端与所述处理器MCU的电源端、所述过流自锁安全保护电路的电源端连接。通过电源芯片可以将供电电源单元的电压转换为处理器MCU需要的稳定的电源电压，保证处理器MCU和过流自锁安全保护电路的稳定供电。

为了实现对供电电源单元供电的开启和关闭，还包括电源按键SW1和开关管Q24，所述电源按键SW1的一端接地，所述电源按键SW1的另一端与开关管Q24的控制端连接，所述开关管Q24的输入端用于与储能电池连接，所述开关管Q24的输出端与所述供电电源单元10的输入端连接。当按下电源按键SW1后，开关管Q24的控制端电压被分压电阻R125与分压电阻R126拉低，开关管Q24导通，供电电源单元外部连接的储能电池通过开关管Q24供电给供电电源单元，从而实现过流自锁保护电路的开始工作。

基于上述的过流自锁安全保护电路，本实用新型提供一种储能电源，如图7所示，包括过流自锁安全保护电路2和储能电池1，所述过流自锁电路为本实用新型实施例任意一项所述的一种过流自锁安全保护电路，所述储能电池的电源端与所述电流自锁保护电路的电源端连接，所述电流自锁保护电路可以接负载用电设备3，所述负载用电设备3可以是电压转换电路或者电子设备等。采用本电流自锁保护电路和储能电池的储能电源，通过实时采集采样信号，能在负载设备过流时迅速断开电路实现自锁安全保护直至重新上电，电路才可继续正常使用，防止在电路不稳的情况下，开关反复闭合和断开，导致负载设备损毁。本实用新型无需采用过流保护IC实现过流自锁功能，电路结构简单，成本低。而且本实用新型的自锁过程无需软件判断参与，反应速度快，提高了电路的保护效率。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：包括供电电源单元(10)、负载单元(20)、控制单元(30)、过流自锁单元(40)，所述供电电源单元(10)与所述负载单元(20)连接，所述负载单元(20)与所述控制单元(30)的输入端连接后接地，所述控制单元(30)的采样信号端与所述过流自锁单元(40)的输入端连接，所述过流自锁单元(40)的输出端与控制单元(30)的控制端连接，所述过流自锁单元(40)包括比较器U5、参考电压点和自锁二极管D1，所述参考电压点与所述比较器U5的反相输入端连接，所述比较器U5的输出端与所述自锁二极管D1的正极端连接后接入所述比较器U5的同相输入端，所述控制单元(30)的采样信号端连接到所述比较器U5的同相输入端，所述比较器U5的输出端与所述控制单元(30)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：所述参考电压点由分压电阻R36和分压电阻R86分压得到。

3.根据权利要求1所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：所述控制单元(30)还包括开关模块(50)和采样模块(60)，所述开关模块(50)的输入端与所述负载单元(20)的输出端连接，所述比较器U5的输出端与所述开关模块(50)的控制端连接，所述开关模块(50)的输出端与所述采样模块(60)的输入端连接后接地，所述比较器U5的同相输入端与所述采样模块(60)的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：所述开关模块(50)包括开关管Q18和开关管Q2，所述开关管Q18的输入端连接所述比较器U5的输出端，所述开关管Q18的输出端与所述开关管Q2的输入端连接，所述开关管Q2的输出端与采样模块(60)连接。

5.根据权利要求4所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：所述开关管Q18和开关管Q2为场效应管。

6.根据权利要求1所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：还包括处理器MCU，所述过流自锁单元(40)的输出端连接所述处理器MCU的信号检测输入端。

7.根据权利要求6所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：所述处理器MCU的使能输出端连接控制单元(30)的控制端。

8.根据权利要求6或7所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：还包括电源芯片U3，所述电源芯片U3的输入端与供电电源单元连接，所述电源芯片的输出端与所述处理器MCU的电源端连接。

9.根据权利要求8所述的一种过流自锁安全保护电路，其特征在于：还包括电源按键SW1和开关管Q24，所述电源按键SW1的一端接地，所述电源按键SW1的另一端与开关管Q24的控制端连接，所述开关管Q24的输入端用于与储能电池连接，所述开关管Q24的输出端与供电电源单元的输入端连接。

10.一种储能电源，其特征在于：包括过流自锁安全保护电路和储能电池，所述过流自锁安全保护电路为权利要求1到9任意一项所述的过流自锁安全保护电路，所述储能电池的电源端与所述过流自锁安全保护电路的电源端连接。