CN219811967U - 一种带防反接的过欠压及过流保护电路及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带防反接的过欠压及过流保护电路，包括防反接电路和过流保护电路，电源输入Vi+、Vi‑经过防反接电路为负载RL供电并形成供电回路，它还包括过压保护电路和欠压保护电路，过流保护电路检测供电回路的电流，当供电回路过流时，过流保护电路动作使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路；过压保护电路和欠压保护电路检测负载RL两端电压是否处于过压或者欠压状态，当负载RL两端电压处于过压或者欠压状态时，压保护电路和欠压保护电路使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路。它集成了防反接和过压、欠压，过流保护功能于一体，巧妙利用RC充电，具备软启动功能；通过三极管监测采样电阻两端的电压，省去了高低压信号的隔离转换。

Description

一种带防反接的过欠压及过流保护电路及电机控制器

技术领域：

本实用新型涉及一种带防反接的过欠压及过流保护电路及电机控制器。

背景技术：

在直流供电应用中，由于终端用户只是简单的利用插头进行电源的连接，如果反接就会出现电路短路的情况，造成电流过大，最终可能导致用电或供电设备损坏，带来不必要的损失，因此，产品在进行设计时就会考虑反接保护这个问题。

现有应用中最简单的防反接措施就是在接口上使用防呆设计，这种方法会涉及到结构变更带来的开模成本。而通过电子设计，不改变现有结构来做防反接保护，是大众比较认可的做法。

图1所示的是一种低成本、简单的防反接电子设计，利用二极管单向导通的特性来保护下级电路，输入正负极反接时，电路不工作，缺点是二极管PN结在导通时，存在导通压降，特别是电流较大时，自身造成损耗不可忽略，易受器件通容电流限制，一旦因过热损坏，维修起来也比较麻烦。

在不断的应用中，工程人员又提出利用MOS管进行反接保护，上电瞬间利用其体二极导通使系统形成回路，待MOS的栅源极导通后，寄生二极管被短路，系统通过MOS管的栅源极接入形成回路，由于成本原因，目前应用比较多的是用NMOS管作反接保护，此处也重点分析这种保护电路。

图2是一种利用MOS做反接保护电路，增加了一个NMOS管，利用其体二极管做防接，待管子的Vgs电压建立后进入导通状态，该电路在输入正负极反接时，由于管子的Vgs电压无法建立处于关断状态，整个电路几乎无电流。缺点是，当出现系统供电电压异常、启动电流过大，或负载过重造成母线电流过大这些情况时，系统无法进行有效保护。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种带防反接的过欠压及过流保护电路及电机控制器，能解决现有技术中当出现系统供电电压异常、启动电流过大，或负载过重造成母线电流过大这些情况时，系统无法进行有效保护的技术问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种带防反接的过欠压及过流保护电路，包括防反接电路和过流保护电路，电源输入Vi+、Vi-经过防反接电路为负载RL供电并形成供电回路，其特征在于：它还包括过压保护电路和欠压保护电路，过流保护电路检测供电回路的电流，当供电回路过流时，过流保护电路动作使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路；过压保护电路和欠压保护电路检测负载RL两端电压是否处于过压或者欠压状态，当负载RL两端电压处于过压或者欠压状态时，压保护电路和欠压保护电路使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路。

上述的防反接电路包括电阻R2、三极管Q2、稳压二极管ZD1、电容C1、MOS管Q3和MOS管Q4；电源输入Vi+连接负载RL的一端，负载RL的另一端连接MOS管Q4的S极，MOS管Q4的D极电连接MOS管Q3的D极，MOS管Q3的S极电连接电源输入Vi-，MOS管Q4的G极电连接MOS管Q3的G极，MOS管Q3的D极与MOS管Q3的G极之间连接电容C1，电容C1两端并联稳压二极管ZD1，MOS管Q4的G极与三极管Q2的集电极电连接，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。

上述的过流保护电路包括采样电阻Rs、电阻R6、三极管Q5、电阻R7、电阻R8和三极管Q1；采样电阻Rs连接在电源输入Vi+与负载RL之间，三极管Q5的发射极连接在采样电阻Rs于电源输入Vi+之间，三极管Q5的基极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接在采样电阻Rs与负载RL之间；电阻R7与电阻R8串联后一端与三极管Q5的集电极连接，另一端连接在MOS管Q3的D极；电阻R7与电阻R8之间连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接MOS管Q3的D极，三极管Q1的集电极连接MOS管Q3的G极。

上述的欠压保护电路包括电阻R2、三极管Q2、电阻R5和稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极连接在MOS管Q3的D极，稳压二极管ZD3的正极通过电阻R5连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。

上述的过压保护电路包括稳压二极管ZD2、电阻R3、电容C2和三极管Q1，稳压二极管ZD2的负极连接在电源输入Vi+于负载RL之间，稳压二极管ZD2的正极通过电阻R3与电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接MOS管Q3的D极，电阻R3与电容C2之间连接三极管Q1的基极。

一种电机控制器，包括电源供电电路、微处理器MCU和逆变电路，所述的电源供电电路包括过流保护电路，其特征在于：所述的过流保护电路采用上述所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1、集成了防反接和过压、欠压，过流保护功能于一体，功能完善；

2、巧妙利用RC充电，使电路具备一定的软启动功能；

3、通过三极管监测采样电阻两端的电压做母线过流保护，省除去了高低压信号的隔离转换；

4、硬件保护响应快，设计可靠，成本低；元器件常见，相互替代性强，易采购。

5、本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1是现有技术的一种防反接电路的原理电路图；

图2是现有技术的另一种防反接电路的原理电路图；

图3是本实用新型的电路方框图；

图4是图3对应的电路图；

图5是本实用新型的实施例二的电路方框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图3和图4所示，本实施例提供的是一种带防反接的过欠压及过流保护电路，包括防反接电路和过流保护电路，电源输入Vi+、Vi-经过防反接电路为负载RL供电并形成供电回路，其特征在于：它还包括过压保护电路和欠压保护电路，过流保护电路检测供电回路的电流，当供电回路过流时，过流保护电路动作使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路；过压保护电路和欠压保护电路检测负载RL两端电压是否处于过压或者欠压状态，当负载RL两端电压处于过压或者欠压状态时，压保护电路和欠压保护电路使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路。

上述的防反接电路包括电阻R2、三极管Q2、稳压二极管ZD1、电容C1、MOS管Q3和MOS管Q4；电源输入Vi+连接负载RL的一端，负载RL的另一端连接MOS管Q4的S极，MOS管Q4的D极电连接MOS管Q3的D极，MOS管Q3的S极电连接电源输入Vi-，MOS管Q4的G极电连接MOS管Q3的G极，MOS管Q3的D极与MOS管Q3的G极之间连接电容C1，电容C1两端并联稳压二极管ZD1，MOS管Q4的G极与三极管Q2的集电极电连接，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。

上述的过流保护电路包括采样电阻Rs、电阻R6、三极管Q5、电阻R7、电阻R8和三极管Q1；采样电阻Rs连接在电源输入Vi+与负载RL之间，三极管Q5的发射极连接在采样电阻Rs于电源输入Vi+之间，三极管Q5的基极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接在采样电阻Rs与负载RL之间；电阻R7与电阻R8串联后一端与三极管Q5的集电极连接，另一端连接在MOS管Q3的D极；电阻R7与电阻R8之间连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接MOS管Q3的D极，三极管Q1的集电极连接MOS管Q3的G极。

上述的欠压保护电路包括电阻R2、三极管Q2、电阻R5和稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极连接在MOS管Q3的D极，稳压二极管ZD3的正极通过电阻R5连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。上述的过压保护电路包括稳压二极管ZD2、电阻R3、电容C2和三极管Q1，稳压二极管ZD2的负极连接在电源输入Vi+于负载RL之间，稳压二极管ZD2的正极通过电阻R3与电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接MOS管Q3的D极，电阻R3与电容C2之间连接三极管Q1的基极。

上述的过压保护电路包括稳压二极管ZD2、电阻R3、电容C2和三极管Q1，稳压二极管ZD2的负极连接在电源输入Vi+于负载RL之间，稳压二极管ZD2的正极通过电阻R3与电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接MOS管Q3的D极，电阻R3与电容C2之间连接三极管Q1的基极。

本实用新型的原理是：本方案提出一种带防反接的过欠压及过流保护电路，如图3、图4所示，MOS管Q3的作用是防反接，MOS管Q4的作用是系统供电异常或母线电流过大时起断开电路的作用。

具体工作原理：系统供电正常时，电源正负板正确接入，MOS管Q3、MOS管Q4是关断状态，系统通过MOS管Q3的体二极管形成回路。稳压二极管DZ3反向击穿导通，稳压二极管DZ2截止，电源通过电阻R2、三极管Q2对电容C1进行充电，待充到MOS的阈值电压时，MOS管Q3、MOS管Q4逐渐到导通，继续充电至15V，受稳压二极管DZ1钳位，电压不再上升，此时MOS管Q3、MOS管Q4完全导通，电路正常工作；由于母线电流采样电阻Rs存在，三极管Q5的BE极存在压降，当母线电流增大到Vbe压降超过0.6V时，三极管Q5导通，通过电阻R4和电阻R7的分压作用，进而使三极管Q1导通，此时MOS管Q3、MOS管Q4的Vgs电压都被拉致0.6V左右，该电压已低于MOS管的阈值电压，电路断开，至此完成过流保护的功能；通过调整电阻R2和电容C1的参数，可以控制电路启动的时间，达到软启动的功能；电路在输入正负极反接时，由于管子的Vgs电压无法建立处于关断状态，整个电路不工作。

系统供电欠压时，电源正负板正确接入，稳压二极管DZ3因母线欠压处于截止状态，三极管Q2不能导通，电源不能通过电阻R2对电容C1进行充电，MOS管Q3、MOS管Q4将一直处于关断状态，电路断开，至此完成欠压保护的功能；

系统供电过压时，电源正负板正确接入，稳压二极管DZ3、稳压二极管DZ2反向击穿导通，电源通过R2对C1进行充电，但由于稳压二极管DZ2的击穿导通，配合到电阻R3和电阻R4的分压作用，会导致三极管Q1导通，此时MOS管Q3、MOS管Q4的Vgs电压都被拉致0.6V左右，该电压已低于MOS管的阈值电压，MOS管Q3、MOS管Q4将一直处于关断状态，电路断开，至此完成过压保护的功能。

MOS管Q3和MOS管Q4的各管脚定义：MOS管的G极是指MOS管的栅极；MOS管的S极是指MOS管源极；MOS管的D极是指MOS管的漏极。

三极管Q1和MOS管Q2的各管脚定义：发射极E，基极B，集电极C。

实施例二：

如图5所示，本实施例是一种电机控制器，包括电源供电电路、微处理器MCU和逆变电路，所述的电源供电电路包括过流保护电路，其特征在于：所述的过流保护电路采用实施例一所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路。

以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带防反接的过欠压及过流保护电路，包括防反接电路和过流保护电路，电源输入Vi+、Vi-经过防反接电路为负载RL供电并形成供电回路，其特征在于：它还包括过压保护电路和欠压保护电路，过流保护电路检测供电回路的电流，当供电回路过流时，过流保护电路动作使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路；过压保护电路和欠压保护电路检测负载RL两端电压是否处于过压或者欠压状态，当负载RL两端电压处于过压或者欠压状态时，压保护电路和欠压保护电路使防反接电路由导通状态转化为截止状态，断开供电回路。

2.根据权利要求1所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路，其特征在于：防反接电路包括电阻R2、三极管Q2、稳压二极管ZD1、电容C1、MOS管Q3和MOS管Q4；电源输入Vi+连接负载RL的一端，负载RL的另一端连接MOS管Q4的S极，MOS管Q4的D极电连接MOS管Q3的D极，MOS管Q3的S极电连接电源输入Vi-，MOS管Q4的G极电连接MOS管Q3的G极，MOS管Q3的D极与MOS管Q3的G极之间连接电容C1，电容C1两端并联稳压二极管ZD1，MOS管Q4的G极与三极管Q2的集电极电连接，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。

3.根据权利要求2所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路，其特征在于：过流保护电路包括采样电阻Rs、电阻R6、三极管Q5、电阻R7、电阻R8和三极管Q1；采样电阻Rs连接在电源输入Vi+与负载RL之间，三极管Q5的发射极连接在采样电阻Rs于电源输入Vi+之间，三极管Q5的基极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接在采样电阻Rs与负载RL之间；电阻R7与电阻R8串联后一端与三极管Q5的集电极连接，另一端连接在MOS管Q3的D极；电阻R7与电阻R8之间连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接MOS管Q3的D极，三极管Q1的集电极连接MOS管Q3的G极。

4.根据权利要求2或3所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路，其特征在于：欠压保护电路包括电阻R2、三极管Q2、电阻R5和稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极连接在MOS管Q3的D极，稳压二极管ZD3的正极通过电阻R5连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极电连接电源输入Vi+。

5.根据权利要求4所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路，其特征在于：过压保护电路包括稳压二极管ZD2、电阻R3、电容C2和三极管Q1，稳压二极管ZD2的负极连接在电源输入Vi+于负载RL之间，稳压二极管ZD2的正极通过电阻R3与电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接MOS管Q3的D极，电阻R3与电容C2之间连接三极管Q1的基极。

6.一种电机控制器，包括电源供电电路、微处理器MCU和逆变电路，所述的电源供电电路包括过流保护电路，其特征在于：所述的过流保护电路采用权利要求1至5任意一项所述的一种带防反接的过欠压及过流保护电路。