過流過壓保護電路和信號源電路的製作方法
2023-04-25 20:15:16
專利名稱：過流過壓保護電路和信號源電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及過流過壓保護技術，更具體地說涉及一種過流過壓保護電路和信號源電路。
背景技術：
在電路設計中，為了避免人為的誤操作(將輸出端誤接為輸入端或者接入的信號超過系統本身的測量範圍)時對系統造成損害，採用在電路輸入端或信號源輸出端之間的連接線路上加入過流過壓保護器件的方法，如圖1所示，該電路包括輸入端、輸出端、內部電路和過流過壓保護器件，該過流過壓保護器件串聯在所述輸入端和輸出端之間的連接線路上，該過流過壓保護器件能夠保證電路在輸入端或輸出端接入較大電壓或電流時消除對電路內部電路中組件的損害。
由於上述電路中的過流過壓保護器件具有內阻，假設電路的輸入端和輸出端之間的電壓範圍為0～100mV，所述過流過壓保護器件的內阻為1歐姆，如果驅動1mA的負載，則過流過壓保護器件將會產生1mV電壓降，如果在精度要求較高的電路(如信號源電路)，電路的輸出誤差可以達到1％，很明顯，所述過流過壓保護器件的內阻對電路的精度產生很大的影響，由於電路中存在過流過壓保護器件，相當於增加了電路的內阻，從而使得電路負載能力下降，進而使得電路的輸出精度降低。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種過流過壓保護電路，以解決過流過壓保護器內阻降低電路輸出精度的問題。
本發明公開了一種過流過壓保護電路，包括過流過壓保護器，還包括第一電壓箝位單元、運算放大器、第一保護電阻及第二保護電阻；所述過流過壓保護器的B端通過所述第一保護電阻與所述運算放大器的輸出端相連；
所述第一電壓箝位單元的連接埠連接所述過流過壓保護器的B端和所述第一保護電阻之間的線路；所述運算放大器的正相輸入端懸空，所述運算放大器的反相輸入端通過所述第二保護電阻與所述過流過壓保護器的A端相連。
優選的，進一步包括第二電壓嵌位單元，所述第二電壓嵌位單元的連接埠連接所述第二保護電阻與所述運算放大器的反相輸入端之間的線路。
優選的，所述第一電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
優選的，所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
優選的，所述過流過壓保護器為熔斷器或功率電阻。
本發明同時還公開了一種信號源電路，包括信號源輸入端、信號源輸出端和內部電路，還包括由過流過壓保護器、第一電壓箝位單元、運算放大器、第一保護電阻及第二保護電阻構成的過流過壓保護電路；其中，所述過流過壓保護器的A端與信號源輸出端相連， B端通過所述第一保護電阻與所述運算放大器的輸出端相連；所述第一電壓箝位單元的連接埠連接所述過流過壓保護器的B端和所述第一保護電阻之間的線路；所述運算放大器的正相輸入端與內部電路的一端連接，所述內部電的另一端與信號源輸入端相連，所述第一運算放大器的反相輸入端通過所述第二保護電阻與信號源輸出端相連。
優選的，進一步包括第二電壓嵌位單元，所述第二電壓嵌位單元的連接埠連接所述第二保護電阻與所述運算放大器的反相輸入端之間的線路。
優選的，所述第一電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓位單元或第三電壓位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
優選的，所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓位單元或第三電壓位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
優選的，所述過流過壓保護器為熔斷器或功率電阻。
通過上述技術方案可知，本發明利用電壓箝位單元對電壓的鉗製作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理，使得在正常工作時消除過流過壓保護器內阻影響。
圖1為現有技術的結構示意圖；圖2為本發明一種過流過壓保護電路實施例一的結構示意圖；圖3為本發明一種過流過壓保護電路的實施例二的結構示意圖；圖4為本發明一種過流過壓保護電路的實施例三的結構示意圖；圖5為本發明一種信號源電路的實施例一結構示意圖；圖6為本發明一種信號源電路的實施例二的結構示意圖；圖7為本發明一種信號源電路的實施例三的結構示意圖。
具體實施例方式
在電路設計中經常會使用到過流過壓保護器以保護電路內部組件在過壓過流的情況下不被損壞，一般情況下都是直接在電路中串聯一個過流過壓保護器，但是無論哪種過流過壓保護器件本身都存在著一定的內在電阻，由此降低電路的負載能力，進而影響電路的輸出精度，這成了高精度電路設計的一個關鍵制約因素。
本發明實施例的基本思想就是利用電壓箝位單元對電壓的鉗製作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理消除過流過壓保護器的內阻影響。
請參考圖2，為本發明一種過流過壓保護電路實施例一的結構示意圖；一種過流過壓保護電路，包括過流過壓保護器101，還包括第一電壓箝位單元102和第二電壓箝位單元103、運算放大器104、第一保護電阻105、第二保護電阻106；所述過流過壓保護器101包括A端和B端，其B端通過第一保護電阻105與運算放大器104的輸出端相連；所述第二保護電阻106的一端與所述過流過壓保護器101的A端相連，所述第二保護電阻106的另一端連接所述運算放大器104的反相輸入端；所述第一電壓箝位單元102的連接埠連接在所述過流過壓保護器101的B端和所述第一保護電阻105之間的線路上；所述第二電壓箝位單元103的連接埠連接在所述第二保護電阻106與所述運算放大器104的反相輸入端之間的連接線路上。
其中，所述第二保護電阻106為高阻抗的電阻。
本過流過壓保護電路的工作原理為在正常工作的時候，根據運算放大器的虛斷原理，第二保護電阻106上無電流流過，運算放大器104的反相輸入端電壓與過流過壓保護器件101A端的電壓相同；根據運算放大器的虛短原理，運算放大器104的正相輸入端和反相輸入端的電壓相等，所以過流過壓保護器件101A端的電壓與運算放大器104的正相輸入端電壓相同，從而抵消了過流過壓保護器件101上的電阻影響。
當電路出現故障，過大的電壓或電流流入該電路，此時，因為第二保護電阻106具有很高的電阻值，所以流過第二保護電阻106的電流較小，保證運算放大器104是安全的；此時絕大部分電流流過所述過流過壓保護器101與第一電壓箝位單元102，這些電流很快導致過流過壓保護器斷路，從而切斷電路迴路，從而保證了電路中的元器件的安全。
下面通過具體例子對本發明進行進一步的詳細描述。
所述第一電壓箝位單元102或第二電壓箝位單元103可以由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，請參考圖3，為本發明一種過流過壓保護電路的實施例二的結構框圖；如圖所示，二極體1023的N極連接所述正電源1021，其P極與所述二極體1024的N極相連，所述二極體1024的P極連接所述負電源1022，同樣的，所述二極體1033的N極連接所述正電源1031，其P極與所述二極體1034的N極相連，二極體1034的P極連接所述負電源1032。
假設圖3中的電路的過流過壓保護器101為一保險絲，其額定電流為50mA，所述第一保護電阻105為200Ω，所述第二保護電阻106為10kΩ，二極體1023、二極體1024、二極體1033、二極體1034為100V/1A、正電源1021和正電源1031為+5V、負電源1022和負電源1032為-5V。從結構上可以看出，該電路是一個電壓緩衝輸出電路，在電路正常工作的時候，根據運算放大器的虛斷、虛短原理，運算放大器104正相輸出端電壓與過流過壓保護器件101A端電壓相同，從而抵消了過流過壓保護器件101的內阻影響。假設由於誤操作，該電路誤測量一個20V的電壓，假設所述過流過壓保護器10沒有熔斷，由於故障電壓(20V)已經超出了電源電壓範圍，所以將會引起二極體1023起作用，二極體1023的P極的電壓將被箝位到+5.7V左右，此時，所述過流過壓保護器101上將會存在20V-5.7V＝14.3V左右的電壓，由於所述過流過壓保護器101的電阻一般只有幾Ω，所以所述過流過壓保護器101將很快會被熔斷。所述過流過壓保護器101熔斷後，只有第二保護電阻106串聯在整個迴路中，由於所述第二保護電阻106的阻值很大(10kΩ)，且由於二極體1033的箝位作用，所述第二保護電阻106上流過的電流大約為1.4mA，從而達到過流保護的功能。
本領域技術人員應能理解，本發明上述實施例中包含有第二電壓嵌位單元103，而在本發明的其他實施例中，可以不包含所述第二電壓嵌位單元103，同樣能實現本發明的發明目的。如圖4所示，為本發明具體實施例三的結構示意圖，本實施例在上述實施例結構的基礎上，不包括第二電壓嵌位單元103。
本電路在正常工作時，根據運算放大器的虛斷原理，第二保護電阻106上無電流流過，運算放大器104的反相輸入端電壓與過流過壓保護器件101的A端的電壓相同；根據運算放大器的虛短原理，運算放大器104的正相輸入端和反相輸入端的電壓相等，所以過流過壓保護器件101的A端的電壓與運算放大器102的正相輸入端電壓相同，從而抵消了過流過壓保護器件101上的電阻影響。
當電路出現故障，過大的電壓或電流流入該電路，此時，因為第二保護電阻106具有很高的電阻值，所以流過第二保護電阻106的電流較小，保證運算放大器104是安全的；此時絕大部分電流流過所述過流過壓保護器101與第一電壓箝位單元102，這些電流很快導致過流過壓保護器斷路，從而切斷電路迴路，從而保證了電路中的元器件的安全。所述第二保護電阻106能夠限制所述運算放大器104的輸出電流在能夠承受的範圍之內。
本發明實施例利用電壓箝位單元對電壓的鉗製作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理，使得在正常工作時，消除過流過壓保護器內阻影響的目的。
本發明實施例同時還公開了一種信號源電路，其結構如圖5所示，所述信號源電路包括信號源輸入端、信號源輸出端及內部電路，所述內部電路與現有技術相同，在此不對其進行描述，所述信號源電路還包括過流過壓保護電路100，所述過流過壓保護電路100一端與所述信號源輸出端相連，一端與所述]內部電路相連，所述過流過壓保護電路100包括過流過壓保護器101，還包括第一電壓箝位單元102和第二電壓箝位單元103、運算放大器104、第一保護電阻105、第二保護電阻106；所述過流過壓保護器101包括A端和B端，所述過流過壓保護器101的A端與所述信號源輸出端相連，所述過流過壓保護器101的B端通過第一保護電阻105與運算放大器104的輸出端相連；所述第二保護電阻106的一端與所述過流過壓保護器101的A端相連，所述第二保護電阻106的另一端連接所述運算放大器104的反相輸入端；所述第一電壓箝位單元102的連接埠連接在所述過流過壓保護器101的B端和所述第一保護電阻105之間的線路上；所述第二電壓箝位單元103的連接埠連接在所述第二保護電阻106與所述運算放大器104的反相輸入端之間的連接線路上，所述運算放大器104的正相輸入端與所述內部電路的一端相連，所述內部電路的另一端與所述信號源輸入端相連。
其中，所述第二保護電阻106為高阻抗的電阻。
本信號源電路的工作過程為
在正常工作的時候，根據運算放大器的虛斷原理，第二保護電阻106上無電流流過，運算放大器104的反相輸入端電壓與過流過壓保護器件101A端的電壓相同；根據運算放大器的虛短原理，運算放大器104的正相輸入端和反相輸入端的電壓相等，所以過流過壓保護器件101A端的電壓與運算放大器104的正相輸入端電壓相同，從而抵消了過流過壓保護器件101上的電阻影響。
當電路出現故障，過大的電壓或電流流入該電路，此時，因為第一保護電阻105具有很高的電阻值，所以流過第一保護電阻105的電流較小，保證運算放大器104是安全的；此時絕大部分電流流過所述過流過壓保護器101與第一電壓箝位單元102，這些電流很快導致過流過壓保護器斷路，從而切斷電路迴路，從而保證了電路中的元器件的安全。
下面通過具體例子對本發明實施例進行進一步的詳細描述。
所述第一電壓箝位單元102或第二電壓箝位單元103可以由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，請參考圖6，為本發明一種信號源電路的實施例二的結構框圖；如圖所示，二極體1023的N極連接所述正電源1021，其P極與所述二極體1024的N極相連，所述二極體1024的P極連接所述負電源1022，同樣的，所述二極體1033的N極連接所述正電源1031，其P極與所述二極體1034的N極相連，所述二極體1033的P極與所述二極體1034的N極之間的連接線路上的任意一點均可作為所述第一電壓箝位單元102或第二電壓箝位單元103的連接埠，所述二極體1034的P極連接所述負電源1032。
假設圖6中的電路的過流過壓保護器101為一保險絲，其額定電流為50mA，所述第一保護電阻105為200Ω，所述第二保護電阻106為10kΩ，二極體1023、二極體1024、二極體1033、二極體1034為100V/1A、正電源1021和正電源1031為+5V、負電源1022和負電源1032為-5V。在信號源電路正常工作的時候，從結構上可以看出，該過流過壓保護電路是一個電壓緩衝輸出電路，在電路正常工作的時候，根據運算放大器的虛斷、虛短原理，運算放大器104正相輸出端電壓與過流過壓保護器件101A端電壓相同，從而抵消了過流過壓保護器件101的內阻影響。假設由於誤操作，該信號源電路誤測量一個20V的電壓，假設所述過流過壓保護器101沒有熔斷，由於故障電壓(20V)已經超出了電源電壓範圍，所以將會引起二極體1023起作用，二極體1023的P極的電壓將被箝位到+5.7V左右，此時，所述過流過壓保護器101上將會存在20V-5.7V＝14.3V左右的電壓，由於所述過流過壓保護器101的電阻一般只有幾Ω，所以所述過流過壓保護器101將很快會被熔斷。所述過流過壓保護器101熔斷後，只有第二保護電阻106串聯在整個迴路中，由於所述第二保護電阻106的阻值很大(10kΩ)，且由於二極體1033的箝位作用，所述第二保護電阻104上流過的電流大約為1.4mA。從而達到過流保護的功能。
本領域技術人員應能理解，本發明上述實施例中包含有第二電壓嵌位單元103，而在本發明的其他實施例中，可以不包含所述第二電壓嵌位單元103，同樣能實現本發明的發明目的。如圖7所示，為本發明一種信號源電路的實施例三的結構示意圖，本實施例在上述實施例結構的基礎上，不包括第二電壓嵌位單元103。
本電路在正常工作時，根據運算放大器的虛斷原理，第二保護電阻106上無電流流過，運算放大器104的反相輸入端電壓與過流過壓保護器件101的A端的電壓相同；根據運算放大器的虛短原理，運算放大器104的正相輸入端和反相輸入端的電壓相等，所以過流過壓保護器件101的A端的電壓與運算放大器102的正相輸入端電壓相同，從而消除了過流過壓保護器件101上的電阻對本信號源電路的影響。
當電路出現故障，過大的電壓或電流流入該電路，此時，因為第二保護電阻106具有很高的電阻值，所以流過第二保護電阻106的電流較小，保證運算放大器104是安全的；此時絕大部分電流流過所述過流過壓保護器101與第一電壓箝位單元102，這些電流很快導致過流過壓保護器斷路，從而切斷電路迴路，從而保證了電路中的元器件的安全。所述第二保護電阻106能夠限制所述運算放大器104的輸出電流在能夠承受的範圍之內。
本實施例可以保證信號源避免由於人為的誤操作(將輸出誤接為測量或者接入的信號超過系統本身的測量範圍)時造成損害，同時消除過流過壓保護器的內阻影響。
以上公開的僅為本發明的優選實施方式，但本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的沒有創造性的變化，以及在不脫離本發明原理前提下所作的若干改進和潤飾，都應落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種過流過壓保護電路，包括過流過壓保護器，其特徵在於，還包括第一電壓箝位單元、運算放大器、第一保護電阻及第二保護電阻；所述過流過壓保護器的B端通過所述第一保護電阻與所述運算放大器的輸出端相連；所述第一電壓箝位單元的連接埠連接所述過流過壓保護器的B端和所述第一保護電阻之間的線路；所述運算放大器的正相輸入端懸空，所述運算放大器的反相輸入端通過所述第二保護電阻與所述過流過壓保護器的A端相連。
2.如權利要求1所述的過流過壓保護電路，其特徵在於，進一步包括第二電壓嵌位單元，所述第二電壓嵌位單元的連接埠連接所述第二保護電阻與所述運算放大器的反相輸入端之間的線路。
3.如權利要求1所述的過流過壓保護電路，其特徵在於，所述第一電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
4.如權利要求2所述的過流過壓保護電路，其特徵在於，所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的過流過壓保護電路，其特徵在於，所述過流過壓保護器為熔斷器或功率電阻。
6.一種信號源電路，包括信號源輸入端、信號源輸出端和內部電路，其特徵在於，還包括由過流過壓保護器、第一電壓箝位單元、運算放大器、第一保護電阻及第二保護電阻構成的過流過壓保護電路；其中，所述過流過壓保護器的A端與信號源輸出端相連， B端通過所述第一保護電阻與所述運算放大器的輸出端相連；所述第一電壓箝位單元的連接埠連接所述過流過壓保護器的B端和所述第一保護電阻之間的線路；所述運算放大器的正相輸入端與內部電路的一端連接，所述內部電的另一端與信號源輸入端相連，所述運算放大器的反相輸入端通過所述第二保護電阻與信號源輸出端相連。
7.如權利要求6所述的信號源電路，其特徵在於，進一步包括第二電壓嵌位單元，所述第二電壓嵌位單元的連接埠連接所述第二保護電阻與所述運算放大器的反相輸入端之間的線路。
8.如權利要求6所述的信號源電路，其特徵在於，所述第一電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓位單元或第三電壓位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
9.如權利要求7所述的信號源電路，其特徵在於，所述第一電壓箝位單元或第二電壓箝位單元由正電源、負電源、第一二極體及第二二極體組成，其中，所述第一二極體的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極體的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元或第二電壓位單元或第三電壓位單元的連接埠，所述第二二極體的P極連接所述負電源。
10.如權利要求6-9中任意一項所述的信號源電路，其特徵在於，所述過流過壓保護器為熔斷器或功率電阻。
全文摘要
本發明公開了一種過流過壓保護電路，包括過流過壓保護器、第一電壓箝位單元、運算放大器、第一保護電阻及第二保護電阻；所述過流過壓保護器的B端通過所述第一保護電阻與所述運算放大器的輸出端相連；所述第一電壓箝位單元的連接埠連接所述第一過流過壓保護器的B端和所述第一保護電阻之間的線路；所述運算放大器的正相輸入端懸空，所述運算放大器的反相輸入端通過所述第二保護電阻與所述過流過壓保護器的A端相連。本發明同時還公開了一種信號源電路。利用本發明可以消除過流過壓保護器內阻的影響。
文檔編號H02H3/20GK101017970SQ200710088220
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月15日 優先權日2007年3月15日
發明者李堂忠, 丁雲, 單明星 申請人:中控科技集團有限公司, 浙江大學