一种过流保护装置控制电路及其设计方法与流程

本发明涉及电路结构中的过流保护技术领域，具体的说是一种过流保护装置控制电路及其设计方法。

背景技术：

市场上常见的过流保护装置只能单一实现工作电流超过某一限制时自动断开开关的功能，无法根据实际流经产品电流及产品工作状况，同时实现开关延时断开与瞬时断开两种控制功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种过流保护装置控制电路及其设计方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种过流保护装置控制电路，包括电源模块、采样模块、阈值分析模块及执行保护模块；

所述电源模块用于连接电连接器插座，用于将输入电压转换为采样模块和阈值分析模块的工作电压；

所述采样模块用于连接电连接器插座，对输入的所述电连接器插座的输出信号进行采集；

所述阈值分析模块连接采样模块，用于通过输入的电压差值进行工作状态控制；

所述执行保护模块连接阈值分析模块，用于连接脱扣器，用于根据所述执行分析模块的输出信号控制脱扣器的工作状态。

所述电源模块包括瞬态抑制二极管、第一滤波电路、稳压器和第二滤波电路，所述瞬态抑制二极管和所述第一滤波电路均连接在输入电压和地线之间，所述稳压器连接在输入电压和输出的工作电压之间，所述第二滤波电路连接在所述输出的工作电压和地线之间。

所述采样模块包括采样电阻和放大器电路，通过控制流经采样电阻的电流范围进行通断节点控制。

所述阈值分析模块包括第一比较器电路、第二比较器电路、延时电路和第三比较器电路；

所述第一比较器电路和所述第二比较器电路的同相输入端连接采样模块的输出端，反相输入端连接分压后的所述电源模块的输出端；

所述第三比较器电路的同相输入端连接所述第二比较器电路的输出端，反相输入端连接分压后的所述电源模块的输出端，且所述第三比较器电路的同相输入端和反相输入端之间连接延时电路。

所述执行保护模块包括第一二极管、第二二极管和三极管；

所述第一二极管的正极连接所述第一比较器电路的输出端，负极连接所述三极管的基极；所述第二二极管正极连接所述第三比较器电路的输出端，负极连接所述三极管的基极；所述三极管的发射极连接地线，集电极连接脱扣器。

一种过流保护装置控制电路的设计方法，包括：

在电连接器插座及脱扣器之间依次设置采样模块、阈值分析模块和执行保护模块；

所述采样模块用于对输入的所述电连接器插座的输出信号进行采集；所述阈值分析模块用于通过输入的电压差值进行工作状态控制；所述执行保护模块用于根据所述执行分析模块的输出信号控制脱扣器的工作状态。

还包括：在电连接器插座和采样模块、阈值分析模块之间设置用于提供工作电压的电源模块。

所述阈值分析模块包括第一比较器电路、第二比较器电路、延时电路和第三比较器电路；

所述第一比较器电路和所述第二比较器电路的同相输入端连接采样模块的输出端，反相输入端连接分压后的所述电源模块的输出端；所述第三比较器电路的同相输入端连接所述第二比较器电路的输出端，反相输入端连接分压后的所述电源模块的输出端，且所述第三比较器电路的同相输入端和反相输入端之间连接延时电路。

所述采样模块包括采样电阻和放大器电路，通过控制流经采样电阻的电流范围进行通断节点控制，具体为：

当电连接器插座输入电流小于6.6a时，放大器电路输出的电压u小于第二比较器电路、第一比较器电路的反相输入端电压，比较器均输出低电平，脱扣器无脱扣动作，开关导通；

当电连接器插座输入电流大于6.9a，且小于9.5a时，放大器电路输出的电压u大于第二比较器电路的反相输入端电压，且小于第一比较器电路的反相输入端电压，使第一比较器电路输出低电平，第二比较器电路输出高电平，延时电路工作，电容开始充电，第三比较器输出高电平驱动脱扣器使开关断开；

当电连接器插座输入电流大于10.5a时，放大器电路输出的电压u大于第一比较器电路的反相输入端电压，第一比较器电路输出高电平，驱动脱扣器使开关断开。

本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明能够根据待保护电路实际工作电流大小，给脱扣器线圈通电，产品触头系统与控制系统带动开关动作，延时断开或瞬间断开电路，保护后级电路。

2、本发明可广泛用于航天、航空、工业、车辆、电力系统、冶金系统、船舶等领域。

附图说明

图1是本发明的控制电路的结构框图；

图2是控制电路的电源模块的电路原理图；

图3是控制电路的采样电路模块的原理图；

图4是控制电路的阈值分析模块的原理图；

图5是控制电路的执行保护电路模块的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-5所示，控制电路主要包括电源模块、采样电路模块、阈值分析模块以及执行保护模块四部分。其中，电源模块由三端固定稳压器jw78l05、瞬态抑制二极管sy6053a、电容、电阻组成，防止电压波动导致后级芯片烧毁，同时可将输入电压转换为数字芯片所需工作电压5v；采样电路模块主要由采样电阻rxg12-0.01ω/5w与双路运算放大器f353组成，用于对输入信号进行采集；阈值分析模块由四路比较器jf139组成，通过比较器两端的输入电压差值来控制产品的工作状态；执行保护模块由三极管3dk104c组成，主要作用是防止产品由于误操作造成损坏。

如图2所示，电源模块构成如下：通过电连接器插座输入22v-32v测试电压后，经过瞬态抑制二极管d4对电路中存在的尖峰电压进行防反保护。通过电容c5、c6对输入电压进行滤波处理后，由三端稳压器ic1将输入电压稳至5v，再由电容c3、c4滤波处理，为运算放大器u1、比较器u2提供电源电压。

如图3所示，采样电路模块构成如下：正常工作时，采样电阻rq被采样电路中的电流转换为电压，根据运算放大器虚短和虚断的特点，r2两端的电压与rq两端的电压相等，即urq＝ur2，又ir2＝ir6，则ur2/r2＝ur6+r并/(r6+r并)，其中r并为r6-1、r6-2和r6-3的并联电阻值，可以通过控制流经精密电阻rq的电流范围控制过流保护装置的通断节点。

如图4所示，阈值分析模块构成如下：经过采样电路模块输出的电压作为比较器u2a、u2b的同相输入端，u2a的反相输入端电压由电阻r7、r7’、r8、r8’在稳压器输出的5v电压分压所得，根据实际需求调节电阻阻值，控制开关瞬时断开的电流值大小；u2a的反相输入端电压由电阻r9、r9’、r14、r24在稳压器输出的5v电压分压所得，根据实际需求调节电阻阻值，控制开关延时断开的电流值大小。比较器u2d悬空。

如图5所示，执行保护模块构成如下：该部分主要由三极管q2、二极管d1、d2组成，主要作用是将阈值分析电路的比较器输出端电压经过单向二极管d1、d2流入三极管q2，通过三极管的电流放大作用，控制脱扣器工作状态，防止产品由于误操作造成后级电路损坏。

产品正常工作时，采样电阻rq被采样电路中的电流转换为电压，根据运算放大器虚短的特点，rq两端电压与r2、r3和r4串联电压相等；再根据运算放大器虚断的特点，运算放大器输入端的输入电流几乎为0，则r2、r3无电流通过，而电流经r2、r5流向q1，此时r2两端的电压与rq两端的电压相等，即urq＝ur2，又ir2＝ir6，则ur2/r2＝ur6+r并/(r6+r并)，其中r并为r6-1、r6-2和r6-3的并联电阻值。为实现不同电流范围的产品不同的动作特性，特设两电流节点—6.7a和10a，分别对应放大器输出电压，对应比较器u2a、u2b的同相输入端电压分别为2.01v和3v，反相输入端电压分别由两路电阻分压后的电压数值作为基准电压，u2a的基准电压为(r8+r8’)/(r8+r8’+r24+r7’)*5v＝3v；u2b的基准电压为(r9+r9’)/(r9+r9’+r24)*5v＝2.06v；工作状况如下：

a)当电流小于6.6a时，放大电路输出的电压u小于比较器u2b、u2a的基准电压，比较器均输出低电平，电路起到开关作用；

b)当电流大于6.9a，小于9.5a时，放大电路输出的电压u大于比较器u2b的基准电压，小于u2a的基准电压，使比较器u2a输出低电平，u2b输出高电平，电容c1开始充电，时间4s～5s后，当c1两端电压时，比较器u2c输出高电平驱动脱扣器使开关断开；

c)当电流大于10.5a时，放大电路输出的电压u大于比较器u2a的基准电压，比较器u2a输出高电平，驱动脱扣器使开关立即断开，时间小于1s。

通过以上计算，运用此控制电路原理设计的过流保护装置可实现以下功能：

a)电流小于6.6a时，通电设备正常工作；

b)切断6.9a-9.5a的浪涌，滞后时间4～5秒；

c)在小于1秒的时间内切断大于10.5a的浪涌。

目前，申请人采用该电路原理已完成3台过流保护装置的生产工作，均通过性能测试，测试结果如下(任一电压点均完成全部电流点测试工作)：

电压测试点为22v，24v，25.5v，30v，32v；

电流测试点为3.2a，6.6a，6.9a，8a，9.5a，10.5a，11a。

a)在3.2a，6.6a条件下产品开关闭合通电后不断开(测试时间为1min)；

b)在6.9a，8a，9.5a，条件下产品开关闭合通电4～5秒后断开；

c)在10.5a，11a条件下产品开关闭合1秒内断开。