一种故障检测及电源保护电路的制作方法

本实用新型涉及电子技术应用领域，尤其涉及对过电压、过电流以及功率元器件过热的故障的检测并保护电源的电路。

背景技术：

电源作为一切电子产品的供电设备，除了基本的电气性能要满足用电设备的要求外，其自身的故障保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素；为了避免功率器件过热造成损坏，在电源中需要设置过热保护电路，限制其工作的的最高环境温度或者器件本体温度。一般来说，电源输出过电压、过电流以及元器件温度过高的故障，都属于电源内部的硬性故障，即电子零部件出现性能不良，是不可逆的；所以电源必须采取保护措施，及时关断输出，否则任由事态进一步恶化，接下来肯定会出现冒烟或者明火的情况。而且输出电压过高或电流过大，也会进一步对用电设备造成伤害，譬如电压过高会击穿电子元器件，电流过大会使电子元器件发热过大而损坏。另外当电子产品出现故障时，如电子产品输入侧短路或输出侧开路时，电源也必须关闭输出，才能保护功率器件和输出侧设备等不被烧毁，否则也可能引起电子产品更严重的损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等事故。

常规设置的过压、过流、过热等故障保护，都是自动恢复型；即当电源关闭输出后，随着储能器件放电以及功率器件暂时停止工作，电压降低、电流减小或温度降低了，就会重新恢复输出；但如上所述，这几种故障都是不可逆的，所以重新恢复输出会对电源本身或用电设备造成二次伤害。为避免这种情况发生，需要一种可检测过电压、过电流以及功率元器件过热等故障并将自动恢复型保护改进为自动锁死型保护的保护电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供了一种故障检测及电源保护电路，该电路能够精确检测并判断输出电压、输出电流以及相关功率器件的过热故障，同时将故障信号锁存，直到故障人为彻底排除后重新上电才能重启；改进了自恢复型保护电路的缺陷，避免了自恢复输出对电源本身或者用电设备可能造成的二次伤害。

为实现以上目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种故障检测及电源保护电路，包括向主控芯片提供稳压电源的供电稳压电路，还包括连接供电稳压电路的故障信号锁存电路以及输出电压检测电路、输出电流检测电路和功率器件温度检测电路；所述输出电压检测电路、输出电流检测电路和功率器件温度检测电路的输出端连接所述故障信号锁存电路的输入端；

所述输出电压检测电路用于检测输出电压值大于预设值后向故障信号锁存电路传输故障信号；

所述输出电流检测电路用于检测输出电流值大于预设值后向故障信号锁存电路传输故障信号；

所述功率器件温度检测电路用于检测功率器件的温度值大于预设值后向故障信号锁存电路传输故障信号；

所述故障信号锁存电路用于根据故障信号控制截止供电稳压电路的电源输出并锁死故障状态。

优选地，还包括连接故障信号锁存电路的滤波网络电路，所述滤波网络电路包括输出故障信号的输出端、连接输出电压检测电路的第一输入端、连接输出电流检测电路的第二输入端、连接功率器件温度检测电路的第三输入端及接地的接地端。

优选地，供电稳压电路包括连接辅助电源的输入端、连接主控芯片的输出端及接地的接地端；

所述故障信号锁存电路包括接收故障信号的输入端、连接辅助电源的输入端以及接地的接地端；

所述输出电压检测电路包括与输出电压连接的采样电压输入端及输出故障信号的输出端；

所述输出电流检测电路包括与输出电流连接的采样电流输入端、输出故障信号的输出端、输入基准电压的校准端及接地的接地端；

所述功率器件温度检测电路包括温度传感器、输出故障信号的输出端、输入基准电压的校准端及接地的接地端。

优选地，输出电压检测电路包括稳压管ZD2，稳压二极管ZD2的负极为采样电压输入端，稳压二极管ZD2的正极连接滤波网络电路的第一输入端。

优选地，功率器件温度检测电路包括正反馈运算放大器U1B、温度传感器NTC1、电阻R6、电阻R10、电阻R11、电阻R12及电容C7；所述温度传感器NTC1用于检测功率器件的温度数值；

正反馈运算放大器U1B的正相输入端通过电阻R10连接基准电压，正反馈运算放大器U1B的正相输入端连接电阻R11后接地，正反馈运算放大器U1B的反相输入端通过电阻R12连接基准电压，正反馈运算放大器U1B的反相输入端连接温度传感器NTC1后接地，正反馈运算放大器U1B的反相输入端连接电容C7后接地，正反馈运算放大器U1B的正相输入端通过电阻R6连接正反馈运算放大器U1B的输出端，正反馈运算放大器U1B的输出端连接滤波网络电路的第二输入端。

优选地，输出电流检测电路包括负反馈运算放大器U1A、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C5及电容C6；

输出电流通过采样电流输出端连接电阻R7后连接负反馈运算放大器U1A的正相输入端，负反馈运算放大器U1A的正相输入端依次连接电容C6和电阻R9后连接基准电压，电容C6与电阻R9之间的节点连接电阻R8后接地，电容C6、电阻R9及电阻R8之间的节点连接负反馈运算放大器U1A的反相输入端，负反馈运算放大器U1A的反相输入端通过电容C5连接负反馈运算放大器U1A的输出端，负反馈运算放大器U1A的第一电源引脚，负反馈运算放大器U1A的输出端连接滤波网络电路的第三输入端。

优选地，滤波网络电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R13和电容C4；

电容C4一端接地，电容C4另一端串联电阻R13后连接二极管D1负极、二极管D2负极及二极管D3负极，二极管D1正极端作为滤波网络电路的第一输入端，二极管D2正极端作为滤波网络电路的第二输入端，二极管D3作为滤波网络电路的第三输入端，电阻R5和电容C4之间的节点作为滤波网络电路的输出端输出故障信号。

优选地，故障信号锁存电路包括光电耦合器OT1、NPN三极管Q2、PNP三极管Q3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1及电容C3；

电阻R5一端为接收故障信号的输入端，电阻R5另一端连接光电耦合器OT1的发光二极管正极，光电耦合器OT1的发光二极管负极接地，光电耦合器OT1的光敏三极管的集电极通过电阻R4连接辅助电源，光电耦合器OT1的光敏三极管的发射极通过电容C3后接地，光电耦合器OT1的光敏三极管的发射极通过电阻R3后接地；NPN三极管Q2的集电极串联电阻R1和电容C1后连接辅助电源，NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的基极连接光敏三极管的发射极和PNP三极管Q3的集电极；PNP三极管Q3发射极通过电阻R2连接辅助电源，PNP三极管Q3的基极连接NPN三极管Q2的集电极。

优选地，供电稳压电路包括NPN三极管Q1、稳压二极管ZD1、电容C2和储能电容CE1；

NPN三极管Q1的集电极连接辅助电源，NPN三极管Q1的基极串联电容C2和稳压二极管ZD1后接地，NPN三极管Q1的基极连接NPN三极管Q2的集电极及PNP三极管Q3的基极，NPN三极管Q1的发射极连接储能电容CE1的正极，储能电容CE1的负极接地，NPN三极管Q1的发射极作为连接主控芯片的输出端。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种故障检测及电源保护电路，具有以下有益效果：

本实用新型提供的故障检测及电源保护电路能够使电源发生不可逆转故障时进行自锁，关闭电源输出，解决了电源输出打嗝或自行恢复输出的问题；同时避免对电源本身或者用电设备造成二次伤害；防止了炸机情况的发生，从根本上提高了电源的使用安全性；同时具有成本低、方案简单可行，成本低廉，适合在电源设备上使用等优点，具有较高的商业价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型实施例故障检测及电源保护电路的模块示意图；

图2是本实用新型实施例故障检测及电源保护电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

下面结合附图和示例性实施例对本实用新型作进一步地描述，其中如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。

图1是本实用新型实施例故障检测及电源保护电路的模块示意图；包括向主控芯片提供稳压电源的供电稳压电路10、连接供电稳压电路10的故障信号锁存电路20以及输出电压检测电路30、输出电流检测电路40和功率器件温度检测电路50；输出电压检测电路30、输出电流检测电路40和功率器件温度检测电路50的输出端连接故障信号锁存电路20的输入端。

供电稳压电路包括连接辅助电源的输入端、连接主控芯片的输出端及接地的接地端。

输出电压检测电路30用于检测输出电压值大于预设值后向故障信号锁存电路20传输故障信号；输出电压检测电路包括与输出电压连接的采样电压输入端及输出故障信号的输出端。

输出电流检测电路40用于检测输出电流值大于预设值后向故障信号锁存电路20传输故障信号；输出电流检测电路包括与输出电流连接的采样电流输入端、输出故障信号的输出端、输入基准电压的校准端及接地的接地端。

功率器件温度检测电路50用于检测功率器件的温度值大于预设值后向故障信号锁存电路20传输故障信号；功率器件温度检测电路包括温度传感器、输出故障信号的输出端、输入基准电压的校准端及接地的接地端。

故障信号锁存电路20用于根据故障信号控制截止供电稳压电路10的电源输出并锁死故障状态；故障信号锁存电路包括接收故障信号的输入端、连接辅助电源的输入端以及接地的接地端。

参见图2，故障检测及电源保护电路还包括连接故障信号锁存电路的滤波网络电路60，滤波网络电路60用于对输入的故障信号进行滤波。滤波网络电路60包括输出故障信号的输出端、连接输出电压检测电路的第一输入端、连接输出电流检测电路的第二输入端、连接功率器件温度检测电路的第三输入端及接地的接地端。

图2是本实用新型实施例故障检测及电源保护电路的电路原理示意图。

输出电压检测电路30包括稳压管ZD2，稳压二极管ZD2的负极为采样电压输入端，稳压二极管ZD2的正极连接滤波网络电路60的第一输入端，二极管D1正极端即滤波网络电路60的第一输入端。

稳压管ZD2的稳压值为额定输出电压+10％，当实际输出电压＞额定输出电压+10％，则稳压管ZD2击穿导通，剩余部分的脉冲电压(实际输出电压-Vzd2)由二极管D1、电阻R13和电容C4滤波为直流电压。

参见图2，功率器件温度检测电路50包括正反馈运算放大器U1B、温度传感器NTC1、电阻R6、电阻R10、电阻R11、电阻R12及电容C7；温度传感器NTC1用于检测功率器件的温度数值。

具体的，正反馈运算放大器U1B的正相输入端通过电阻R10连接基准电压，正反馈运算放大器U1B的正相输入端连接电阻R11后接地，正反馈运算放大器U1B的反相输入端通过电阻R12连接基准电压，正反馈运算放大器U1B的反相输入端连接温度传感器NTC1后接地，正反馈运算放大器U1B的反相输入端连接电容C7后接地，正反馈运算放大器U1B的正相输入端通过电阻R6连接正反馈运算放大器U1B的输出端，正反馈运算放大器U1B的输出端连接滤波网络电路60的第二输入端，二极管D2正极端即滤波网络电路60的第二输入端。

功率器件温度检测电路50采用灵敏度较高的温度传感器NTC1将相关功率器件的温度数据转变为电压数据。通过电阻R12、电容C7与温度传感器NTC1的分压网络后，得到的电压为Vref*NTC1/(NTC1+R12)，并接入运算放大器U1B的反相输入端；温度传感器NTC1为负温度系数器件，随着温度升高其阻值下降，其分压减小，若Vref*NTC1/(NTC1+R12)＜Vref*R11/(R10+R11)时，此时相关功率器件出现过热故障，U1B-＜U1B+，则运算放大器U1B输出高电平；反之若温度正常，Vref*NTC1/(NTC1+R12)＞Vref*R11/(R10+R11)，U1B-＞U1B+，则运算放大器U1B输出低电平。

输出电流检测电路40包括负反馈运算放大器U1A、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C5及电容C6。

具体的，输出电流通过采样电流输出端连接电阻R7后连接负反馈运算放大器U1A的正相输入端，负反馈运算放大器U1A的正相输入端依次连接电容C6和电阻R9后连接基准电压，电容C6与电阻R9之间的节点连接电阻R8后接地，电容C6、电阻R9及电阻R8之间的节点连接负反馈运算放大器U1A的反相输入端，负反馈运算放大器U1A的反相输入端通过电容C5连接负反馈运算放大器U1A的输出端，负反馈运算放大器U1A的第一电源引脚，负反馈运算放大器U1A的输出端连接滤波网络电路60的第三输入端，二极管D3即滤波网络电路60的第三输入端。

当输出电流检测电路检获表征输出电流大小的电压信号大于Vref*R8/(R8+R9)时，此时出现输出过流故障，U1A+＞U1A-，则运算放大器U1A输出高电平；反之，当检获的电压信号小于Vref*R8/(R8+R9)，即U1A+＜U1A-，则运运算放大器U1A输出低电平。

参见图2，滤波网络电路60包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R13和电容C4。

具体的，电容C4一端接地，电容C4另一端串联电阻R13后连接二极管D1负极、二极管D2负极及二极管D3负极，二极管D1正极端作为滤波网络电路60的第一输入端，二极管D2正极端作为滤波网络电路60的第二输入端，二极管D3作为滤波网络电路60的第三输入端，电阻R5和电容C4之间的节点作为滤波网络电路60的输出端输出故障信号。

参见图2，故障信号锁存电路20包括光电耦合器OT1、NPN三极管Q2、PNP三极管Q3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1及电容C3。

具体的，电阻R5一端为接收故障信号的输入端连接电阻R5和电容C4之间的节点，电阻R5另一端连接光电耦合器OT1的发光二极管正极，光电耦合器OT1的发光二极管负极接地，光电耦合器OT1的光敏三极管的集电极通过电阻R4连接辅助电源，光电耦合器OT1的光敏三极管的发射极通过电容C3后接地，光电耦合器OT1的光敏三极管的发射极通过电阻R3后接地；

NPN三极管Q2的集电极串联电阻R1和电容C1后连接辅助电源，NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的基极连接光敏三极管的发射极和PNP三极管Q3的集电极；PNP三极管Q3发射极通过电阻R2连接辅助电源，PNP三极管Q3的基极连接NPN三极管Q2的集电极。

NPN三极管Q2和PNP三极管Q3组成模拟可控硅电路。所述的包括过电压、过电流和功率器件的过热的三种故障状态均以电容C4上的电压高电平有效，并且三种故障状态是或的关系，只要某一种故障发生，就会触发保护电路动作。

供电稳压电路10包括NPN三极管Q1、稳压二极管ZD1、电容C2和储能电容CE1。

具体的，NPN三极管Q1的集电极连接辅助电源，NPN三极管Q1的基极串联电容C2和稳压二极管ZD1后接地，NPN三极管Q1的基极连接NPN三极管Q2的集电极及PNP三极管Q3的基极，NPN三极管Q1的发射极连接储能电容CE1的正极，储能电容CE1的负极接地，NPN三极管Q1的发射极作为连接主控芯片的输出端。供电稳压电路10的输出电压为Vzd1(Q1)-Vbe(Q1)，由故障信号锁存电路20控制导通和关闭。

当某一种或多种故障发生时，即输出电压检测电路、输出电流检测电路以及功率器件温度检测电路中有一个或者多个输出高电平时，通过电阻R5对电容C4充电，光电耦合器OT1的发光二极管的电压达到1.1V后导通，其光敏三极管受光后也导通；

进一步，辅助电源VDD通过电阻R4使NPN三极管Q2基射结正偏，NPN三极管Q2导通，将供电稳压电路10中的NPN三极管Q1的基极电位接地，于是NPN三极管Q1截止，辅助电源VDD停止向主控芯片IC供电，主控芯片IC就会停止工作，从而关闭输出，实现了保护功能。

在NPN三极管Q2导通后，造成了PNP三极管Q3的基射结反偏，于是PNP三极管Q3导通，此时NPN三极管Q2的基极电流完全可以由PNP三极管Q3提供；即使光电耦合器OT1截止，即上述所发生的故障已经排除，该故障信号锁存电路20仍然将故障状态锁死，只有先断开交流电源使辅助电源VDD停止输入电源，并人为将上述故障完全排除后，再接入交流电源，电源才会解除故障保护，重新恢复输出。

以上仅为本实用新型较佳实施例，并不用于局限本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均需要包含在本实用新型的保护范围之内。