固态直流过流保护电路

申请号 CN201810044772.3 申请日 2018-01-17 公开(公告)号 CN107968379B 公开(公告)日 2024-05-17
申请人 攀枝花学院; 发明人 刘晨; 于娟; 白浪; 王磊;
摘要 本 发明 涉及固态直流过流保护 电路 ,直流电源连接续流 二极管 的负极和负载的一端,负载的另一端经 串联 的限流 电阻 和恢复 开关 与第二NPN 三极管 的基极相连,第二NPN三极管的集 电极 通过上拉电阻与直流电源连接,第二NPN三极管的发射极经取样电阻与晶体管类型的开关管的栅极连接,并由开关管的漏极连接至 续流二极管 的正极和所述负载的另一端,开关管的漏极还与第一NPN三极管的基极连接,第一NPN三极管的发射极连接直流电源的负极、集电极连接开关管的源极,在第一NPN三极管的基极和开关管的源极之间,设有并行的稳压二极管和下拉电阻。本发明结构简单,可适用的 电压 范围宽,动作时间短,而且可以灵活改变参数根据实际场合重新设计,同时还带有自 锁 功能。
权利要求

1.固态直流过流保护电路,其特征为:直流电源(U1)的正极连接续流二极管(D1)的负极和负载(R6)的一端,负载(R6)的另一端经串联的限流电阻(R5)和恢复开关(S1)与第二NPN三极管(Q2)的基极相连,第二NPN三极管(Q2)的集电极通过上拉电阻(R4)与直流电源(U1)的正极连接,第二NPN三极管(Q2)的发射极经取样电阻(R1)与晶体管类型的开关管(Q3)的栅极连接,并由开关管(Q3)的漏极连接至续流二极管(D1)的正极和所述负载(R6)的另一端,开关管(Q3)的漏极还与第一NPN三极管(Q1)的基极连接,第一NPN三极管(Q1)的发射极连接直流电源(U1)的负极、集电极连接开关管(Q3)的源极,在第一NPN三极管(Q1)的基极和开关管(Q3)的源极之间,设有并行的稳压二极管(D2)和下拉电阻(R3),在第一NPN三极管(Q1)的基极和开关管(Q3)的漏极之间串联有保护指示灯(LED1)和LED限流电阻(R2),电路初始接通电源(U1)时,开关管(Q3)的栅极电压为0,开关管(Q3)的栅极保持低电位,开关管(Q3)不会导通,同时保护指示灯(LED1)发光,需要电路为导通、无需保护状态时,按下恢复开关(S1)时第二NPN三极管(Q2)基极不再有电流,第二NPN三极管(Q2)被关断,开关管(Q3)两端的电压基本降为0,此时保护指示灯(LED1)熄灭,当电流大于保护的额定电流后,取样电阻(R1)两端的电压大于第一NPN三极管(Q1)的导通电压,第一NPN三极管(Q1)导通,开关管(Q3)关闭,第二NPN三极管(Q2)导通,保持开关管(Q3)栅极的低电位,保护指示灯(LED1)发光,取样电阻(R1)两端的电压降为0,第一NPN三极管(Q1)关闭,电路被定为关断状态,当故障解除或负载的功率小于额定值时,按下恢复开关(S1),将解除第二NPN三极管(Q2)的导通状态,开关管(Q3)导通,恢复电路正常的导通状态。
2.如权利要求1所述的固态直流过流保护电路,其特征为:所述的开关管(Q3)为MOSFET晶体管或IGBT晶体管。
3.如权利要求2所述的固态直流过流保护电路,其特征为:所述的开关管(Q3)为N沟道绝缘栅型的MOSFET晶体管或IGBT晶体管。
4.如权利要求1所述的固态直流过流保护电路,其特征为:负载(R6)为可调电阻。

说明书全文

固态直流过流保护电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电路结构,具体的讲是固态直流过流保护电路。

背景技术

[0002] 目前有很多电源产品都具有过流保护功能,这体现了过流保护在供电安全中的重要地位,现有的过流保护手段主要有:1.使用空气开关。2.使用带过流保护的开关电源芯片进行电源设计。3.串联保险丝。4串联自恢复保险管。
[0003] 以上的方案存在的缺陷有:1.空气开关:因为是机械结构,所以在跳闸的时候可能产生电弧,因此频繁的保护动作将大大减少空开的寿命。2.使用带过流保护的开关电源芯片进行电源设计:结构复杂,每次设计都需要进行大量的计算。3.串联保险丝:保险丝是一次性使用元件,每次保护动作都会报废,不经济。4自恢复保险管:是传统保险丝很好的代替方案,但是耐压不高,在高电压大功率场合很受限制。
[0004] 总体来说,以上的方案都存在灵活性不高的问题,每改变一次参数都要进行重新设计,甚至更换不同型号的元件,给使用者带来了极大的不便。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种固态直流过流保护电路,结构简单,可适用的电压范围宽,并可灵活改变参数以及带有自功能。
[0006] 本发明的固态直流过流保护电路,直流电源的正极连接续流二极管的负极和负载的一端,负载的另一端经串联的限流电阻和恢复开关与第二NPN三极管的基极相连,第二NPN三极管的集电极通过上拉电阻与直流电源的正极连接,第二NPN三极管的发射极经取样电阻与晶体管类型的开关管的栅极连接,并由开关管的漏极连接至续流二极管的正极和所述负载的另一端,开关管的漏极还与第一NPN三极管的基极连接,第一NPN三极管的发射极连接直流电源的负极、集电极连接开关管的源极,在第一NPN三极管的基极和开关管的源极之间,设有并行的稳压二极管和下拉电阻。
[0007] 本发明由于没有使用储能元件(电感和电容),因此能够很方便制造成集成电路,其优点包括:1.结构简单,可靠性高。2.重新设计时,计算参数容易,主要考虑电路的功耗,改变保护电流额定值只需要改变取样电阻的阻值。3.每次设计都可以应用于较宽的电压范围。4.因为功率元件使用的是晶体管,响应速度快,不会出现机械结构的打火情况,使用寿命长。5.不需要单独的控制电路的电源。
[0008] 进一步的,在第一NPN三极管的基极和开关管的漏极之间串联有保护指示灯和LED限流电阻,在过压保护时能够通过保护指示灯的点亮进行提示。
[0009] 优选的,所述的开关管为MOSFET晶体管(金半场效晶体管)或IGBT晶体管(绝缘栅双极型晶体管)。
[0010] 进一步的,所述的开关管为N沟道绝缘栅型的MOSFET晶体管或IGBT晶体管。
[0011] 进一步的,负载为可调电阻,也可以是任何形式的负载。
[0012] 本发明的固态直流过流保护电路,结构简单,可适用的电压范围宽,动作时间短,而且可以灵活改变参数根据实际场合重新设计,同时还带有自锁功能。
[0013] 以下结合实施例的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包括在本发明的范围内。
附图说明
[0014] 图1为本发明固态直流过流保护电路的电路示意图。

具体实施方式

[0015] 如图1所示本发明的固态直流过流保护电路,直流电源U1的正极连接续流二极管D1的负极和负载R6的一端。负载R6可以为可调电阻,负载R6的另一端经串联的限流电阻R5和恢复开关S1与第二NPN三极管Q2的基极相连,第二NPN三极管Q2的集电极通过上拉电阻R4与直流电源U1的正极连接。恢复开关S1选用常闭无自锁开关,作用为按下时恢复保护电路的导通。第二NPN三极管Q2的发射极经取样电阻R1与MOSFET晶体管或IGBT晶体管类型的开关管Q3的栅极连接,并由开关管Q3的漏极连接至续流二极管D1的正极和所述负载R6的另一端。上拉电阻R4作为开关管Q3的上拉电阻,为开关管Q3提供栅极驱动电压。开关管Q3的漏极通过串联的保护指示灯LED1和LED限流电阻R2与第一NPN三极管Q1的基极连接。取样电阻R1的大小根据保护电流而定,也可以使用可调电阻。第一NPN三极管Q1的发射极连接直流电源U1的负极、集电极连接开关管Q3的源极,在第一NPN三极管Q1的基极和开关管Q3的源极之间,设有并行的稳压二极管D2和下拉电阻R3。下拉电阻R3作为Q3的下拉电阻,使电路刚通电时开关管Q3的栅极电压为0,开关管Q3为关闭(高阻)状态。第一NPN三极管Q1和第二NPN三极管Q2可以选择的型号有S8050、SS8050、2N222等。续流二极管D1的作用是防止开关管Q3被击穿,可选用耐压大于额定电压的快恢复二极管或肖特基二极管
[0016] 电路初始接通电源U1时,因为下拉电阻R3的作用,开关管Q3的栅极电压为0,此时开关管Q3为关闭(高阻)状态,电源电压大部分施加在开关管Q3的两端,此时限流电阻R5两端的电压与开关管Q3两端的电压相差不大,所以第二NPN三极管Q2的基极有电流通过,因为三极管的放大作用,流过上拉电阻R4的电流通过第二NPN三极管Q2被释放掉,开关管Q3的栅极保持低电位,开关管Q3不会导通,同时保护指示灯LED1发光。
[0017] 需要电路为导通、无需保护状态时,按下恢复开关S1时第二NPN三极管Q2基极不再有电流,第二NPN三极管Q2被关断,因为按下恢复开关S1的动作时间是毫秒级的,有足够的时间让电源U1通过上拉电阻R4给开关管Q3的栅极寄生电容充电,使开关管Q3导通。开关管Q3导通后,开关管Q3两端的电压基本降为0,此时保护指示灯LED1熄灭,按下恢复开关S1后限流电阻R5的两端也无电压,所以第二NPN三极管Q2将维持关闭状态,于是电路被锁定为导通状态。
[0018] 当电流大于保护的额定电流后,取样电阻R1两端的电压大于第一NPN三极管Q1的导通电压,第一NPN三极管Q1迅速导通,将开关管Q3栅极的电压拉低,开关管Q3关闭,开关管Q3两端的电压近似电源电压,限流电阻R5再次有电流通过,第二NPN三极管Q2导通,保持开关管Q3栅极的低电位,保护指示灯LED1发光,取样电阻R1两端的电压降为0,第一NPN三极管Q1关闭,但电路仍然处于关断状体,说明电路被锁定为关断状态。
[0019] 当故障解除或负载的功率小于额定值时,按下恢复开关S1,将解除第二NPN三极管Q2的导通状态,开关管Q3再次导通,恢复电路正常的导通状态。
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