一種短路保護電路的製作方法
2024-03-08 02:24:15 3
本發明屬於電力電子技術領域，具體涉及一種短路保護電路。
背景技術：
在工業控制等領域，開關電源得到廣泛應用，其穩定性和可靠性尤其重要，同時要求故障率極低。在大功率的開關電源中就必須有幾種保護電路用於提高開關電源的穩定性和可靠性。特別是在通信、電力系統中的充電模塊等領域，例如電動汽車及充電樁，開關電源的輸出短路保護是保障電子產品安全可靠性的一項極其重要功能。如果開關電源在輸出短路時，對半導體功率器件將會產生巨大的電流，從而燒壞功率器件。
申請號為201520265260.1的專利申請文件，公開了一種高效輸出短路電路，分壓電路的輸出端連接比較器的同相輸入端，第二分壓電路的輸出端連接比較器的反相輸入端，比較器的輸出端連接PWM控制器，比較器的正極輸入端設置偏置電阻，偏置電阻與基準電壓電路連接，基準電壓電路與比較器的輸出端連接。VDD為保護電路的工作電壓，通過比較器的上拉電阻獲得，基準電壓為5.1V，通過設置偏置電阻使比較器的同相輸入端電壓大於比較器的反相輸入端電壓，比較器輸出高電平信號；當開關電源的輸出有短路時，開關電源的輸出電壓有一個下降電壓值，由於同比較器反相輸入端相連的接地電容的電容值遠大於同比較器同相輸入端相連的接地電容的電容值，故比較器的同相輸入端的電壓下降的大小低於比較器的反相輸入端的電壓下降的大小，比較器輸出低電平信號。
在上述方案中，在比較器的同相輸入端連接有基準電壓電路和工作電路的保護電壓，在開關電源的輸出有短路時，由於同比較器反相輸入端相連的接地電容的電容值遠大於同比較器同相輸入端相連的接地電容的電容值，比較器同相輸入端的壓降本應比比較器反相輸入端的大，但是由於受到基準電壓電路和工作電路的保護電壓的鉗制，使得比較器同相輸入端的電壓下降並不如預期的快，使得電路反應不夠靈敏；同時，同相輸入端的電壓不再只受與同相輸入端相連的接地電容的電容值大小的影響，增加了設計的複雜度。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種短路保護電路，以解決短路保護電路靈敏度不高的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種短路保護電路，包括四個電路方案：
電路方案一，包括檢測比較單元，所述檢測比較單元包括由電壓採樣點引出的兩條電阻分壓支路，第一電阻分壓支路的分壓點與比較器的同相輸入端相連，第二電阻分壓支路的分壓點與比較器的反相輸入端相連；第一電阻分壓支路的分壓點連接有第一接地電容，第二電阻分壓支路的分壓點連接有第二接地電容；第一接地電容的電容值大於第二接地電容的電容值；比較器的輸出端經上拉電阻與供電電源相連，所述比較器的同相輸入端不連接穩壓電路或電源電路。
電路方案二，在電路方案一的基礎上，所述比較器的輸出端還連接有RC濾波電路。
電路方案三，在電路方案一的基礎上，所述比較器的供電電源與供電電源地之間連接有濾波電容。
電路方案四，在電路方案一的基礎上，所述第一接地電容的電容值為第二接地電容的電容值的五倍。
本發明的有益效果是：本發明在比較器的同相輸入端不連接穩壓電路或電源電路，僅通過與比較器相連的電容，實現在電壓採樣點發生短路時，比較器的同相輸入端的壓降低於比較器的反相輸入端的壓降，使得比較器輸出低電平信號。該短路保護電路能夠實現精確檢測短路狀態，反應靈敏，縮短保護反應時間，且設計簡單可行，保證設備的安全可靠運行。
附圖說明
圖1是本發明的短路保護電路的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明進行進一步地詳細說明。
本發明提供一種短路保護電路，包括檢測比較單元，所述檢測比較單元包括由電壓採樣點引出的兩條電阻分壓支路，第一電阻分壓支路的分壓點與比較器的同相輸入端相連，第二電阻分壓支路的分壓點與比較器的反相輸入端相連；第一電阻分壓支路的分壓點連接有第一接地電容，第二電阻分壓支路的分壓點連接有第二接地電容；比較器的輸出端經上拉電阻與供電電源相連；所述比較器的同相輸入端不連接穩壓電路或電源電路。
如圖1所示為本發明的短路保護電路的電路原理圖，具體地：
VO為電壓採樣點，在電壓採樣點VO上引出兩條電阻分壓支路，R1和R3分別為兩條支路的分壓電阻；第一分壓支路的分壓點連接有第一接地電容C1，分壓電阻R2與第一接地電容C1並聯，且該分壓點與比較器U1A的反相輸入端的2腳相連；第二分壓支路的分壓點連接有第二接地電容C2，分壓電阻R4與第二接地電容C2並聯，且該分壓點與比較器U1A的同相輸入端的3腳相連；而且第一接地電容C1的電容值大於第二接地電容C2的電容值(設置第一接地電容C1的電容值為第二接地電容C2的電容值的5倍)，用於保證採樣點出現短路時，比較器U1A的輸出端1腳有一個電平信號的輸出；比較器U1A的輸出端1腳經上拉電阻R6與比較器U1A的供電電源VCC相連。比較器U1A的同相輸入端不連接任何穩壓電路或者電源電路，以縮短保護反應時間，保證反應靈敏度。
其中，兩條分壓支路的分壓不同，以使正常工作時，比較器同相輸入端的電壓大於比較器反相輸入端的電壓。若採樣點VO的電壓較高，則可在兩條分壓支路上再適當串聯電阻。
比較器U1A的供電電源VCC與供電電源地GND之間還串設有一個濾波電容C3，以獲得平穩的信號或電壓。比較器U1A的輸出端1腳還連接有濾波電阻R7，濾波電阻R7的另一端與濾波電容C4的一端相連，作為輸出狀態信號SHORT_SHUT，濾波電容C4的另一端接電源供電地GND；R7和C4構成的濾波電路能夠防止高電平的抖動及振鈴等幹擾信號，防止後面電路的工作裝置出現誤動作信號。
其中，輸出狀態信號SHORT_SHUT有三個去向，一個到電源裝置控制的保護腳，目的使整個電源裝置的驅動信號的輸出為低電平，保證電源裝置中功率器件的關斷，使整個電源裝置的輸出為零；另一個方向可以經過電平轉換到單片機控制器的I/O管腳，此電平小於等於單片機的供電電源，此狀態可以經過通訊發送到後臺；第三個方向可以通過隔離電平變化，輸出一個開關的硬接點信號，此隔離方式可以通過三極體驅動繼電器的形式來完成，來點亮指示燈，說明電源裝置有了短路故障。
本發明的短路保護電路的工作過程如下：
正常工作時，兩條分壓支路的分壓不同，比較器U1A的同相輸入端3腳的電壓大於比較器U1A的反相輸入端2腳電壓，比較器U1A的輸出端1腳輸出高電平信號，並通過濾波電阻R7和濾波電容C4構成的濾波電路得到SHORT_SHUT信號。
當採樣點VO有短路時，電源裝置的電壓採樣點VO就有一個下降電壓值，此時比較器U1A的同相輸入端3腳的電壓就有一個突變的下降電壓值，由於第一接地電容C1的電容值大於第二接地電容C2的電容值5倍以上，在電源裝置的電壓採樣點VO下降瞬間，第二接地電容C2上的電壓值下降的大小遠大於第一接地電容C1上的電壓，此時比較器U1A的正極輸入端3腳的電壓低於比較器U1A的負極輸入端2腳的電壓，比較器U1A的輸出端1腳輸出一個低電平信號，並通過濾波電阻R7和濾波電容C4構成的濾波電路得到SHORT_SHUT信號。此信號有三個去向，一個方向到電源裝置控制的保護腳，目的使整個電源裝置的驅動信號的輸出為低電平，保證電源裝置中功率器件的關斷，以致整個電源裝置的輸出為零；另一個方向可以經過電平轉換到單片機控制器的I/O管腳，此電平小於等於單片機的供電電源，此狀態可以經過通訊發送到後臺；第三個方向可以通過隔離電平變化，輸出一個開關的硬接點信號，來點亮指示燈，說明電源裝置有了短路故障。由此能夠實現精確檢測短路狀態，縮短保護反應時間，強抗幹擾能力，保證設備安全可靠運行。
以上給出了本發明涉及具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。在本發明給出的思路下，採用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改，並且起到的作用與本發明中的相應技術手段基本相同、實現的發明目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，這種技術方案仍落入本發明的保護範圍內。