一种自动识别意外断电的保护电路及激光器的制作方法

本实用新型涉及电学领域中一种自动识别意外断电的保护电路，尤其涉及包含自动识别意外断电的保护电路模块的激光器，特别涉及包含自动识别意外断电保护电路模块的超快激光器。

背景技术：

在各类电子设备中,为保护设备物理安全，会设置过电流保护和过电压保护元件。电子设备中使用的过电流保护元件主要有普通熔断器、热熔断器、自恢复熔断器及熔断电阻器(保护电阻)等几种，它们一般是串接在电路中，在电路中出现过电流或过热等异常现象时，会立即切断电路而起到保护的作用，以防止故障进一步扩大。过电压保护器件主要有压敏电阻、过电压保护二极管等几种，它们一般并联在电路中的。当低压供电线路中发生过载或短路等故障时，低压供电线路中起保护作用的电器元件(如低压断路器、熔断器及热继电器等)就会动作，使电路切断以保护供电线路、电源设备及用电设备不因过载或短路等故障而烧毁。

激光器是能够发射激光的装置，广泛应用于激光切割、光纤通信、光纤传感、激光材料处理等方面。激光器尤其是超快激光器作为一种光机电混合设计的电子产品同样存在物理安全和运行安全的保护问题。激光器的上下电工作过程为：上电时需要逐级的增加电流，增加电流之后，通过对传感数据的监测，验证无误后，再增加电流，如此循环直至完成预定设置，以减小启机过程中的事故概率；下电时依然要逐级下电，逐级监测，后级要先于前一级先关断，以提高产品的稳定性，延长器件的使用寿命，同时，下电时还要对系统使用状态进行记录。

此工作过程存在的问题是：在激光器正常运行时，逐级增减电流是自动完成的；但是当遇到突然掉电的情况，下电的自动过程会由于没有电源的持续供给而无法执行，其结果有可能导致激光器的损坏，甚至火灾等事故。随着人们安全意识的日益增强，原有的设计已经无法满足产品运行安全甚至是节约成本的需要，急需一种保护方案来解决该问题。

技术实现要素：

第一方面，针对上述技术问题，本实用新型提供一种自动识别意外断电的保护电路，解决电子产品意外断电引起的系统下电流程不能执行的问题。

包括外部供电电源、缓冲电路、产蓄能电路、滤波电路、切换触发电路和内部电源转换模块；所述外部供电电源通过电源的接口分别和所述缓冲电路、所述产蓄能电路、所述滤波电路、所述切换触发电路、所述内部电源转换模块连接；所述缓冲电路和所述产蓄能电路连接；所述外部供电电源和所述内部电源转换模块之间设有所述切换触发电路；所述缓冲电路配置用于：稳定所述产蓄能电路的上电电压和放电电压；所述产蓄能电路配置用于:在所述外部供电电源给功能电路供电时蓄电，在所述外部供电电源断电时，给功能电路供电；所述切换触发电路和所述内部电源转换模块配置用于：检测到所述外部供电电源断电时，通知单片机U18启动断电处理流程。

优选的，所述缓冲电路包括电源接口J8、电感L1、电容C64和 C68、电解电容C65和C66、电阻R78、发光二极管D9，所述电源接口J8的管脚1连接5V电源并同时连接到电所述感L1的一端，所述管脚1还分别并联所述电容C64和电容C65到地，所述电感L1的另一端分别并联所述电容C66和电容C68到地，所述电感L1的另一端引入5V电源并依次串联电阻R78、发光二极管D9到地，电阻R78 靠近电感L1的一端还引入系统电源Vsys；电源接口J8的管脚2接地。

优选的，所述产蓄能电路引入5V电源后串联两个电解电容到地。

优选的，所述滤波电路包括降压转换器芯片U24，电容C111、 C112、C113、C114，电阻R130、电阻R131、电阻R132、二极管D12，电感L7，5V供电电源VCC连接所述电容C112后接地，5V供电电源VCC同时连接所述降压转换器芯片U24的管脚5，所述管脚5连接所述电阻R130的一端，所述电阻R130的另一端和所述降压转换器芯片U24的管脚4连接，所述管脚4还连接3.3V电源，所述降压转换器芯片U24的管脚2连接到地，所述降压转换器芯片U24的管脚1 连接电容C111的一端，所述电容C111另一端和所述电感L7的一端连接，所述电感L7的另一端接电源输出端V3.3p，所述电感L7的另一端同时依次串联电阻R131、电阻R132到地，所述降压转换器芯片 U24的管脚6连接二极管D12到地，所述管脚6还和所述电容C111、所述电感L7的连接处连接，所述降压转换器芯片U24的管脚3和所述电阻R131、所述电阻R132的连接处连接后串联电容C113后接电源输出端V3.3p，电源输出端V3.3p同时串联电容C114到地。

优选的，所述切换触发电路和内部电源转换模块集成在所述单片机U18及其外围电路中，所述单片机U18的PG7即92引脚串联所述电阻R133后连接所述电源输出端V3.3p，所述单片机U18的 VDD_1～VDD_2引脚接3.3V电源。

进一步的，所述单片机U18还配置用于：所述单片机启动完断电流程后，通知所述单片机U18将内部的寄存器翻转，进行反复的读写和擦除。将多余电量燃烧。

第二方面，针对上述技术问题，本实用新型还提供一种包含自动识别意外断电保护电路模块的激光器，为激光器提供充足的下电流程处理时间，完成意外断电时对核心模块的物理安全和运行安全的保护任务。

所述激光器内设有所述的自动识别意外断电的保护电路。

本实用新型具有的优点和有益效果为：

(1)有效解决电子产品意外断电引起的系统下电流程不能执行的问题，安全可靠有保护；

(2)可采用独立实施部署方式和直接部署方式连接在电路中，采用实施部署方式将本电路做到板卡中，稳定度高、接口简单，方便用户操作；直接部署方式减少了连接器环节；

(3)在激光器产品应用中，为激光器提供了充足的下电流程处理时间，出色的完成了意外断电时对核心模块的物理安全和运行安全的保护，表现的效果良好。

附图说明

图1为意外断电保护电路的电路结构框图；

图2为缓冲电路的电路图；

图3为产蓄能电路的电路图；

图4为滤波电路主要部分的电路图；

图5为切换触发电路和内部电源转换模块的主要部分的电路图；

图6为独立实施部署方式的电路结构框图；

图7为直接部署方式的电路结构框图。

图中：1、外部供电电源；2、缓冲电路；3、产蓄能电路；4、滤波电路；5、切换触发电路；6、内部电源转换模块；7、燃烧能量电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分。此外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在激光器使用过程中，遇到突然断电的情况时，有可能导致激光器的损坏甚至火灾等事故。

实施例1提供一种在激光器使用过程中的自动识别意外断电的保护电路。

请参考图1，在图1所示的自动识别意外断电的保护电路的电路结构框图中，为本实用新型的一种实施例，包括外部供电电源1、缓冲电路2、产蓄能电路3、滤波电路4、切换触发电路5和内部电源转换模块6；所述外部供电电源1通过电源的接口分别和所述缓冲电路2、所述产蓄能电路3、所述滤波电路4、所述切换触发电路5、所述内部电源转换模块6连接；所述缓冲电路2和所述产蓄能电路3连接；所述外部供电电源1和所述内部电源转换模块6之间设有所述切换触发电路5；所述缓冲电路2配置用于：稳定所述产蓄能电路3的上电电压和放电电压；所述产蓄能电路3配置用于:在所述外部供电电源1给功能电路供电时蓄电，在所述外部供电电源1断电时，给功能电路供电；所述切换触发电路5和所述内部电源转换模块6配置用于：检测到所述外部供电电源1断电时，通知单片机U18启动断电处理流程。

图2-图5为本实用新型所述的保护电路的电路图，该电路包括产缓冲电路、蓄能电路、滤波电路、切换触发电路和内部电源转换模块。

图2为所述缓冲电路2的电路图，所述缓冲电路2包括电源接口 J8、电感L1、电容C64和C68、电解电容C65和C66、电阻R78、发光二极管D9，所述电源接口J8的管脚1连接5V电源并同时连接到电所述感L1的一端，所述管脚1还分别并联所述电容C64和电容C65 到地，所述电感L1的另一端分别并联所述电容C66和电容C68到地，所述电感L1的另一端引入5V电源并依次串联电阻R78、发光二极管 D9到地，电阻R78靠近电感L1的一端还引入系统电源；电源接口J8 的管脚2接地。

其中，所述C64和电容C68均为0.1μF，所述电容C65和所述电容C66为47μF/25V，所述电感L1为10μF/8A型号为 YKMQ1001A-100MT5V，所述电阻R78为1kΩ。

在上电过程中，所述缓冲电路为前缓冲电路即正常上电缓冲电路，防止由于大容器的短路特性导致的功能电路上不稳定。所述前缓冲电路是将外部电源的异常电压波动进行平稳化的电路，例如将突然跳起的电压降低，将突然减小的电压升高。

在放电过程中，所述缓冲电路为后缓冲电路即切换供电时的缓冲电路，保证外部供电到大容器供电的平稳过渡。所述后缓冲电路的功能类似所述前缓冲电路，只不过面向的对象变为产蓄能电路。

所述前缓冲电路和所述后缓冲电路之间具有配合关系，从而保证供电的平稳切换。

图3为所述产蓄能电路3的电路图，所述产蓄能电路3包括电解电容C63、C67，引入5V电源后串联两个电解电容C63、C67到地。 C63、C67均为100F/2.7V。

所述产蓄能电路3是本保护电路的核心电路，在正常上电时负责储蓄能量，当系统突然断电时，负责及时产生与原有电源相同属性的电能供应。

图4为滤波蓄能电路4的主要部分的电路图，所述滤波电路4包括降压转换器芯片U24，电容C111、C112、C113、C114，电阻R130、电阻R131、电阻R132、二极管D12，电感L7，5V供电电源VCC连接所述电容C112后接地，5V供电电源VCC同时连接所述降压转换器芯片U24的管脚5，所述管脚5连接所述电阻R130的一端，所述电阻 R130的另一端和所述降压转换器芯片U24的管脚4连接，所述管脚4 还连接3.3V电源，所述降压转换器芯片U24的管脚2连接到地，所述降压转换器芯片U24的管脚1连接电容C111的一端，所述电容C111 另一端和所述电感L7的一端连接，所述电感L7的另一端接电源输出端V3.3p，所述电感L7的另一端同时依次串联电阻R131、电阻R132 到地，所述降压转换器芯片U24的管脚6连接二极管D12到地，所述管脚6还和所述电容C111、所述电感L7的连接处连接，所述降压转换器芯片U24的管脚3和所述电阻R131、所述电阻R132的连接处连接后串联电容C113后接电源输出端V3.3p，电源输出端V3.3p同时串联电容C114到地。

其中，所述电容C112为10μF，所述电阻R130为100kΩ、1％，所述降压转换器芯片U24型号AP5100WG-7DICT-ND，所述电容C111 为10nF，所述电感L7为3.3μH，所述电阻R131为49.9kΩ、1％, 所述电阻R132为16.2kΩ、1％,所述电容C113为100pF，所述电容 C114为22μF。

所述滤波电路4将缓冲电路2和电源产生的电压扰动减小。

图5为切换触发电路5和内部电源转换模块6的电路图，所述切换触发电路5和内部电源转换模块6集成在所述单片机U18及其外围电路中，所述单片机U18的PG7即92引脚串联所述电阻R133后连接所述电源输出端V3.3p，所述单片机U18的VDD_1～VDD_2引脚接 3.3V电源。

所述单片机U18型号为STM32F407GT，所述电阻R133为10k Ω.

所述切换触发电路5由外部供电电源直接供电，掉电后此电路会随着所述外部供电电源1的停止而停止供电，因而所述内部电源转换模块5也随之停止供电，这样单片机U18会收到外部供电停止的触发信号并启动掉电处理流程了。

还所述单片机U18还配置用于：所述单片机启动完断电流程后，通知所述单片机U18将内部的寄存器翻转，进行反复的读写和擦除，将多余电量燃烧。即所述单片机U18内部形成一个燃烧能量电路7。所述燃烧能量电路7燃烧电路是由所述单片机U18触发控制，发现外部供电停止，并启动完掉电处理流程后启动，通过所述单片机U18的反复读写消耗多余的电量。

所述燃烧能量电路7，在主泵关闭后，防止主控电路板长时间保持有电而设计的电路，为的是将电量消耗掉，然后进行异常检查。燃烧能量电路，其中燃烧能量电路的“燃烧体”在板卡之外。因为转换位产蓄能电路供电后，电路中长时间带电，不利于检查工作的进行。

运行原理：本实施例所述电路的关键保护位置的源端电源电压5V (4.8V～5.5V电流2A(1.5A～2.2A)。因此本实施例通过串联两个 100F，2.7V的电解电容的方式作为产蓄能控件。在外部停止供电之后，可以为整个系统提供持续稳定电源的时间为130ms左右(此处为设计时间，实际时间更长)。这可以让MCU(单片机U18)有充足时间完成下电任务。外部供电停止瞬间，大电容从原来的蓄能状态变为产能状态前缓冲电路失效，后缓冲电路将首次供电的大脉冲抑制成较小的碎波，然后通过滤波电路将较小的碎波变成平滑的直流供给板卡使用，之后随着对板卡电流的适应大电容输出电压会趋于稳定。切换触发电路由外部电源直接供电，掉电后此电路会随着外部电源的供电停止而停止供电，因而其供电的内部电源转换模块也随之停止供电。这样 MCU会收到外部供电停止的触发信号，至此，MCU会启动掉电处理流程了。

所述保护电路独立实施部署在系统中或者直接实施部署到系统中。

实施例2，本保护电路板卡直接采用成品板卡，属于独立实施部署方式，独立实施部署方式为：本实用新型所述的保护电路直接集成在成品板卡上，同时成品办卡设有外部电源接口、信号接口和电源接口，所述外部电源接口和外部供电电源连接，所述电源接口和需要保护电路板卡的电源接口连接，所述信号接口和需要保护电路板卡的信号接口连接。所述电源接口采用两线连接方式，分别是电源和地，接口额定电流6A,额定电压范围2V～12V。信号接口直接提供当下MCU可以接受的标准TLL电平，因此信号可以直接连接MCU作为触发信号。独立实施部署方式稳定度高、接口简单。

实施例3，将本保护电路直接引入到应用系统的电路板上，属于直接实施部署方式，直接实施部署方式为本实用新型所述的保护电路为应用系统的一部分，是板卡的功能模块，一端与外部供电电源连接，另一端与内部电源转换模块连接。直接部署方式的优点是减少了连接器环节

实施例4提供一种包含自动识别意外断电保护电路模块的激光器，所述保护电路一端与激光器的外部供电电源连接，另一端与激光器内部电源转换模块连接。为激光器提供充足的下电流程处理时间，完成意外断电时对核心模块的物理安全和运行安全的保护任务。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。