首页 / 专利库 / 电子零件及设备 / 二极管 / 过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置

过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置

阅读:1032发布:2020-06-08

专利汇可以提供过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型属于核电站控制系统的技术领域,为了解决 现有技术 中缺少能够用简易 电路 对 电流 进行有效防护的技术问题,本实用新型提供一种过流保护电路、模拟量 数据采集 板卡、核电站仪控装置,过流保护电路包括:接收输入电流的功率管, 开关 元件;以及分别与功率管和开关元件并联的第一阻抗元件和第二阻抗元件;当输入电流处于Ia~Ib时,第一阻抗元件提供功率管导通的偏置 电压 ,当输入电流大于Ib时,第一阻抗元件的大阻抗阻碍回路电流的增加;第二阻抗元件设置成:当输入电流小于Ia时,第二阻抗元件的分压小,开关元件处于断开状态,当输入电流处于Ib时,第二阻抗元件达到开关元件的饱和导通状态,从而形成恒流。因此,能够进行过流保护、且实现成本低。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利,下面是过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置专利的具体信息内容。

1.一种过流保护电路,所述过流保护电路用于防护Ia~Ib之间的电流,所述过流保护电路串联在输入电流和采样电阻之间,其特征在于,包括:
接收所述输入电流的功率管,以及与所述功率管连接的开关元件;以及
分别与所述功率管和所述开关元件并联的第一阻抗元件和第二阻抗元件;所述第一阻抗元件设置成:当所述输入电流处于Ia~Ib时,所述第一阻抗元件提供所述功率管导通的偏置电压,当所述输入电流大于Ib时,所述第一阻抗元件的大阻抗阻碍回路电流的增加;所述第二阻抗元件设置成:当所述输入电流小于Ia时,所述第二阻抗元件的分压小,所述开关元件处于断开状态,当所述输入电流处于Ib时,所述第二阻抗元件达到所述开关元件的饱和导通状态,从而形成恒流。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路,其特征在于,所述功率管为第一三极管,所述开关元件为第二三极管;所述第一三极管的集电极与输入电流信号连接,所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接;所述第一阻抗元件两端分别与所述第一三极管的集电极和基极并联;所述第二阻抗元件的两端分别与所述第二三极管的基极和发射极并联。
3.根据权利要求1或2所述的过流保护电路,其特征在于,所述Ia为4mA,所述Ib为20mA;
所述第一阻抗元件的阻抗范围大小为1kΩ~100kΩ,所述第二阻抗元件的阻抗范围大小为≤23Ω。
4.根据权利要求3所述的过流保护电路,其特征在于,当所述输入电流小于Ia时,由于开关管尚未导通,通过所述第一阻抗元件的电流IR1小,所述过流保护电路中电流通过所述第二阻抗元件,所述第二阻抗元件的电流为IR2,当所述第二阻抗元件上的电流达到预定值时,所述开关元件饱和导通,使得流经与所述开关元件并联的第二阻抗元件的电流IR2接近恒流状态从而变小;此后增大的电流通过所述第一阻抗元件回路,由于所述第一阻抗元件的阻抗,所述第一阻抗元件的电流IR1变大时,所述第一阻抗元件两端需要的电压根据欧姆定律需要变高,由于前级电路的驱动电压有限,不能提供电流IR1增加所需的电压,从而限制所述较大的电流IR1输入至采样电阻。
5.一种模拟量数据采集板卡,其特征在于,包括:
输入电流接口,用于接收Ia~Ib之间的电流;
采样电阻,设置成基于所述采样电阻输出模拟电压信号;以及
设置在所述输入电流接口和所述采样电阻之间的过流防护电路,所述过流防护电路为如权利要求1-4中任意一种所述过流保护电路。
6.根据权利要求5所述的模拟量数据采集板卡,其特征在于,还包括设置在所述输入电流接口和所述采样电阻另一端之间的防反接电路,并且所述防反接电路包括二极管,所述二极管的阳极朝向所述采样电阻,所述二极管的阴极朝向所述输入电流接口。
7.根据权利要求5所述的模拟量数据采集板卡,其特征在于,还包括依次与所述采样电阻连接的滤波电路、调理电路、模数转换电路、数字隔离电路和处理器。
8.根据权利要求5所述的模拟量数据采集板卡,其特征在于,所述采样电阻为高精密电阻,且所述高精密电阻处于采样通道的最前端。
9.根据权利要求5所述的模拟量数据采集板卡,其特征在于,所述采样电阻的范围大小为25Ω~200Ω。
10.一种核电站仪控装置,其特征在于,包括:
如权利要求5-9中任意一种所述的模拟量数据采集板卡,以及安装所述模拟量数据采集板卡的机柜。

说明书全文

过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及核电站控制系统的技术领域,尤其涉及一种过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置。

背景技术

[0002] 常用的供电电路或信号传输电路,在工作过程中都会设置电流防护元件,从而保证电路工作的安全性,而对安全性要求很高的核电站控制系统,更是需要在多种电路中设置电流防护元件。
[0003] 现有的电流防护主要都是通过器件发热进而熔断来达到保护的目的,例如熔断保险丝和PTC热敏电阻就是常用的过流防护器件;但是从应用看,这类器件的最小启动电流要求比较高,最小也需要达到100mA左右。
[0004] 发明人在实现本实用新型的过程中发现:核电站控制系统中输入的电流信号的大小范围通常是在之间,因此现有技术中的通过器件发热进而熔断的实现方案,并不具备防护4~20mA电流的目的。另一种可能想到的解决方式是,可以通过比较器来搭建采集电路,但是这种实现方案又较为复杂。
[0005] 因此,本领域技术人员迫切希望,提供一种能够用不负责的电路,就能实现防护4~20mA的输入电流。
[0006] 需要说明的是,上述技术方案仅仅是为了让本领域技术人员更容易理解本实用新型的技术方案,而非上述技术方案都属于现有技术。实用新型内容
[0007] 为了解决现有技术中缺少能够用简易电路对电流进行有效防护的技术问题,本实用新型提供一种过流保护电路、模拟量数据采集板卡、核电站仪控装置,能够进行过流保护、且实现成本低。
[0008] 为了实现上述目的,本实用新型提供的技术方案包括:
[0009] 本实用新型一方面提供一种过流保护电路,所述过流保护电路用于防护 Ia~Ib之间的电流,所述过流保护电路串联在输入电流和采样电阻之间,其特征在于,包括:
[0010] 接收所述输入电流的功率管,以及与所述功率管连接的开关元件;以及[0011] 分别与所述功率管和所述开关元件并联的第一阻抗元件和第二阻抗元件;所述第一阻抗元件设置成:当所述输入电流处于Ia~Ib时,所述第一阻抗元件提供所述功率管导通的偏置电压,当所述输入电流大于Ib时,所述第一阻抗元件的大阻抗阻碍回路电流的增加;所述第二阻抗元件设置成:当所述输入电流小于Ia时,所述第二阻抗元件的分压小,所述开关元件处于断开状态,当所述输入电流处于Ib时,所述第二阻抗元件达到所述开关元件的饱和导通状态,从而形成恒流。
[0012] 本实用新型优选的实施方式中,所述功率管为第一三极管,所述开关元件为第二三极管;所述第一三极管的集电极与输入电流信号连接,所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接;所述第一阻抗元件两端分别与所述第一三极管的集电极和基极并联;所述第二阻抗元件的两端分别与所述第二三极管的基极和发射极并联。
[0013] 本实用新型优选的实施方式中,所述Ia为4mA,所述Ib为20mA;所述第一阻抗元件的阻抗范围大小为1kΩ~100kΩ,所述第二阻抗元件的阻抗范围大小为≤23Ω。
[0014] 本实用新型进一步优选的实施方式中,当所述输入电流小于Ia时,由于开关管尚未导通,通过所述第一阻抗元件的电流IR1小,所述过流保护电路中电流通过所述第二阻抗元件,所述第二阻抗元件的电流为IR2,当所述第二阻抗元件上的电流达到预定值时,所述开关元件饱和导通,使得流经与所述开关元件并联的第二阻抗元件的电流IR2接近恒流状态从而变小;此后增大的电流通过所述第一阻抗元件回路,由于所述第一阻抗元件的阻抗,所述第一阻抗元件的电流IR1变大时,所述第一阻抗元件两端需要的电压根据欧姆定律需要变高,由于前级电路的驱动电压有限,不能提供电流IR1增加所需的电压,从而限制所述较大的电流IR1输入至采样电阻。
[0015] 本实用新型第二方面还提供一种模拟量数据采集板卡,其特征在于,包括:
[0016] 输入电流接口,用于接收Ia~Ib之间的电流;
[0017] 采样电阻,设置成基于所述采样电阻输出模拟电压信号;以及
[0018] 设置在所述输入电流接口和所述采样电阻之间的过流防护电路,所述过流防护电路为如第一方面提供的任意一种所述过流保护电路。
[0019] 本实用新型优选的实施方式中,所述模拟量数据采集板卡还包括设置在所述输入电流接口和所述采样电阻另一端之间的防反接电路,并且所述防反接电路包括二极管,所述二极管的阳极朝向所述采样电阻,所述二极管的阴极朝向所述输入电流接口。
[0020] 本实用新型优选的实施方式中,所述模拟量数据采集板卡还包括依次与所述采样电阻连接的滤波电路、调理电路、模数转换电路、数字隔离电路和处理器。
[0021] 本实用新型优选的实施方式中,所述采样电阻为高精密电阻,且所述高精密电阻处于采样通道的最前端。
[0022] 本实用新型优选的实施方式中,所述采样电阻的范围大小为25Ω~200Ω。
[0023] 本实用新型第三方面还提供一种核电站仪控装置,其特征在于,包括:
[0024] 如第二方面提供的任意一种所述的模拟量数据采集板卡,以及安装所述模拟量数据采集板卡的机柜。
[0025] 采用本申请提供的上述技术方案,可以至少获得以下有益效果中的一种:
[0026] 1、结合功率管(例如三极管)和开关元件(例如三极管),用功率管承受过流时的能量,通过变阻特性达到限制回路电流的目的;而且信号在有效范围时,等效阻抗较小,对前级驱动的影响较小,且对于有效信号不分流不造成精度损失。
[0027] 2、启动电流可设置,可对模拟4~20mA的采样电阻进行有效的防护;防护效果好,弥补普通过流器件在这一范围的防护空白;这样可以为核电站仪控系统中电路提供有效的过流防护解决方案。
[0028] 3、电路复杂度较小,不对电路精度造成影响,成本很低;而且电路实现的元器件也不需要特殊的定制,不会影响具体实现过程中的工程进度。
[0029] 实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书变得显而易见,或者通过实施本实用新型的技术方案而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

[0030] 图1为本实用新型一实施例提供的一种过流保护电路的结构框图
[0031] 图2为本实用新型另一实施例提供的一种过流保护电路的电路图。
[0032] 图3为图2的过流保护电路中流经三极管Q1、三极管Q2的电流变化仿真效果图一。
[0033] 图4为图2的过流保护电路中流经三极管Q1、三极管Q2的电流变化仿真效果图二。
[0034] 图5为本实用新型实施例提供的一种模拟量数据采集板卡对应的电路图。

具体实施方式

[0035] 以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式,借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本实用新型,而非对本实用新型的限定性解释;并且只要不构成冲突,本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
[0036] 下面通过附图和具体实施例,对本实用新型的技术方案进行详细描述:
[0037] 实施例
[0038] 如图1所示,本实施例提供一种过流保护电路,过流保护电路用于防护Ia~Ib 之间的电流,该过流保护电路设置在输入电流和采样电阻之间,该过流保护电路包括:
[0039] 接收输入电流的功率管110(例如大功率三极管),以及与功率管连接的开关元件120(例如三极管);以及
[0040] 分别与功率管110和开关元件120并联的第一阻抗元件130和第二阻抗元件140;本实施例实施过程中,需要的功率管110、开关元件120、第一阻抗元件130和第二阻抗元件140,可以利用不同厂商的不同器件达到同样的目的,因此不对其具体结构进行限制。
[0041] 其中,第一阻抗元件130设置成:当输入电流处于Ia~Ib时,第一阻抗元件 130提供功率管110导通的偏置电压,功率管110导通,当输入电流大于Ib时,第一阻抗元件130的大阻抗阻碍回路电流的增加;第二阻抗元件140设置成:当输入电流小于Ia时,第二阻抗元件140的分压小,开关元件120处于断开状态,当输入电流处于Ib时,第二阻抗元件140达到开关元件的饱和导通状态,从而形成恒流。
[0042] 这样输入端和输出端之间对应的过流保护电路就只能允许输入电流处于 Ia~Ib,而对小于Ia的电流,不足以驱动开关元件120的导通,对于大于Ib的电流,可以通过第一阻抗元件分压让功率管110截至,使得电流也不能流出至输出端。因此,本实施例提供的上述技术方案可以实现:
[0043] 1、结合功率管(例如三极管)和开关元件(例如三极管),用功率管承受过流时的能量,通过变阻特性达到限制回路电流的目的;而且信号在有效范围时,等效阻抗较小,对前级驱动的影响较小,且对于有效信号不分流不造成精度损失。
[0044] 2、电路复杂度较小,不对电路精度造成影响,成本很低;而且电路实现的元器件也不需要特殊的定制,不会影响具体实现过程中的工程进度。
[0045] 3、防护电路是串联在电路中的,因此没有分支,不会造成电流损失,所以不损失精度。
[0046] 如图2所示,本实施例优选地实施方式中,功率管为第一三极管Q1,开关元件为第二三极管Q2;第一三极管Q1的集电极与输入电流信号I1连接,第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极连接;第一阻抗元件R1两端分别与第一三极管Q1的集电极和基极并联;第二阻抗元件R2的两端分别与第二三极管Q2的基极和发射极并联;当然本实施例中的第一阻抗元件R1、第二阻抗元件R2可以不限于一个电阻元件,可以是多个电阻并联或进行串联,也可以增加其他阻抗元件。
[0047] 本实施例进一步优选地实施方式中,Ia为4mA,Ib为20mA;第一阻抗元件的阻抗范围大小为1kΩ~100kΩ(该电阻主要是在过流时阻止电流的增长,值越大,阻止曲线越陡),第二阻抗元件的阻抗范围大小为≤23Ω(主要考虑管压降0.7V与20mA的关系,一般为保证容错性,保护电流一般设置在2倍的 20mA处)。
[0048] 本实施例更进一步优选地实施方式中,当输入电流小于Ia时,由于开关管尚未导通,通过第一阻抗元件的电流IR1小,过流保护电路中电流通过第二阻抗元件,第二阻抗元件的电流为IR2,当第二阻抗元件上的电流达到预定值时,开关元件饱和导通,使得流经与开关元件并联的第二阻抗元件的电流IR2接近恒流状态从而变小;此后增大的电流通过第一阻抗元件回路,由于第一阻抗元件的阻抗,第一阻抗元件的电流IR1变大时,第一阻抗元件两端需要的电压根据欧姆定律需要变高,由于前级电路的驱动电压有限,不能提供电流IR1增加所需的电压,从而限制较大的电流IR1输入至采样电阻。具体地:当输入电流很小时,第一阻抗元件的主要作用为Q1提供开启电压,通路电流基本上全部通过Q1和第二阻抗元件的通路。当第二阻抗元件上的电流达到一定值时,其电压被Q2的be端PN结钳位住,此后不再继续增加,因此该通路基本进入恒流状态;此后再想增加总电流只能通过第一阻抗元器件和Q2通路,但由于第一阻抗元件阻抗很高,稍微增加电流需要很高的电压和功率支持才能实现,实际驱动电路的功率和电压有限因此不能支持电流的持续增加,从而形成保护。此时大部分的功率都降在Q1上,因此Q1需要大功率管,否则容易烧毁。
[0049] 由于启动电流可设置可对模拟4~20mA的采样电阻进行有效的防护;防护效果好,弥补普通过流器件在这一范围的防护空白;因此可以为核电站仪控系统中电路提供有效的过流防护解决方案。
[0050] 如图3、图4所示,通过输入模拟仿真,得到过流保护电路中流经三极管 Q1、三极管Q2的电流变化示意图;其中:
[0051] Ie(Q1)、Ie(Q2)分别代表保护电路中流经三极管Q1和Q2两个支路的电流IR1和IR2,而I表示主回路(IR1+IR2)的电流;U是保护电路两端的压降,其使用左侧的电压坐标。
[0052] 从图3、4的仿真结果可以看出:
[0053] 1)、主要电流源的驱动能足够,回路的总电流呈现线性变化,并且等于保护电路的两个回路的电流和,因此保护电路不损失精度。
[0054] 2)、保护电路的两个回路在40mA以上时才开始变化,而此时保护电路两端的电压开始增加。表明保护电路两端的电压必须达到仿真所需的电压值才能保持稳定的电流输出。
[0055] 由于仿真采用的是理想电流源,真实应用中驱动设备的功率是有限的,因此正是利用这一原理来达到限制电流的目的。另外,在该电路中Q1是较为重要的器件,所有的过流所产生的能量都集中在该器件上,因此该器件需要选用功率管;Q2的主要作用是开关作用;在电流很小时,IR1较小,大部分电流通过IR2,当R2上的电流达到一定值时,Q2导通,此后,IR2变化变小,IR1变化较大,但由于R1电阻值较大,因此电流增加所需的电压和功率需要急剧增大,而通用设备基本不具备这样的驱动的能力,从而达到限流的目的。
[0056] 如图5所示,本实施例还提供一种模拟量数据采集板卡,该模拟量数据采集板卡包括:
[0057] 输入电流接口,用于接收Ia~Ib之间的电流;
[0058] 采样电阻200,设置成基于采样电阻输出模拟电压信号;以及
[0059] 设置在输入电流接口和采样电阻之间的过流防护电路100,过流防护电路为如上述提供的任意一种过流保护电路。
[0060] 模拟量数据采集板卡中过流保护电路具体的实施方式和图1-图4及上述文字解释相同,也能取得同样的技术效果;在此不再赘述。
[0061] 如图5所示,本实施例优选地实施方式中,模拟量数据采集板卡还包括设置在输入电流接口和采样电阻另一端之间的防反接电路300,并且防反接电路包括二极管,二极管的阳极朝向采样电阻300,二极管的阴极朝向输入电流接口。该防护电路不但可以抑制过流,还可以抑制60V DC电压信号的长时间的误接。反向电压信号会被防反接电路抑制,正向误接会被过流防护电路将压降分担走,从而保证采样电阻不会被损坏。
[0062] 如图5所示,本实施例优选地实施方式中,模拟量数据采集板卡还包括依次与采样电阻连接的滤波电路400、调理电路500、模数转换电路600、数字隔离电路700和处理器800。其中,滤波电路、调理电路、模数转换电路、数字隔离电路和处理器的具体结构可以采用现有模拟量数据采集板卡中相同的电路结构,例如型号为Speedy Hold 2000平台中电流采集板卡提及的滤波电路、调理电路、模数转换电路、数字隔离电路和处理器。
[0063] 本实施例优选地实施方式中,采样电阻为高精密电阻,且高精密电阻处于采样通道的最前端。
[0064] 本实用新型实施例优选地实施方式中,采样电阻的范围大小为25Ω~200 Ω。由于通道接口由于误接信号会导致该电阻损伤,从而导致整个模拟通道失效,因此其防护是必须的,因为本实施例提供的高精密的采样电阻功率一般不超过1W,因此必须增加防护电路。
[0065] 本实施例还提供一种核电站仪控装置,该核电站仪控装置包括:
[0066] 如上述提供的任意一种的模拟量数据采集板卡,以及安装模拟量数据采集板卡的机柜。
[0067] 因此,采用本实施例提供的上述技术方案,可以至少获得以下有益效果中的一种:
[0068] 1、结合功率管(例如三极管)和开关元件(例如三极管),用功率管承受过流时的能量,通过变阻特性达到限制回路电流的目的;而且信号在有效范围时,等效阻抗较小,对前级驱动的影响较小,且对于有效信号不分流不造成精度损失。
[0069] 2、启动电流可设置,可对模拟4~20mA的采样电阻进行有效的防护;防护效果好,弥补普通过流器件在这一范围的防护空白;这样可以为核电站仪控系统中电路提供有效的过流防护解决方案。
[0070] 3、电路复杂度较小,不对电路精度造成影响,成本很低;而且电路实现的元器件也不需要特殊的定制,不会影响具体实现过程中的工程进度。
[0071] 最后需要说明的是,上述说明仅是本实用新型的最佳实施例而已,并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围内,都可利用上述揭示的做法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等,这些都属于本实用新型技术方案保护的范围。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈