一种输出短路保护电路及其保护控制方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种输出短路保护电路及其保护控制方法。

背景技术：

随着绿色环保新能源技术迅速发展，逆变器技术广泛用于光伏逆变、环境保护产品中。目前，大部分使用保险管或者模拟电路来检测电流以实现逆变器的输出短路保护。但是，保险丝只能实现单次保护，不能自恢复，具有极大的局限性，同时增加了产品的维护成本，给用户带来不便。采用模拟电路检测电流，若出现误触发，短路状态下会一直重启或者锁死、无法自恢复。现有的输出短路保护方案，既对产品的可靠性造成威胁，又会影响用户的正常使用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种输出短路保护电路及其保护控制方法，以解决现有短路保护方案不能多次保护且误触发导致一直重启的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种输出短路保护电路，连接受控设备，其包括电压电流采集模块、控制模块、调节按钮模块、显示模块和电源供电管理模块；

所述电源供电管理模块将交流市电转换为对应的工作电压来供电，所述电压电流采集模块采集受控设备的输出电流；

所述控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示；

所述控制模块将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和工作参数控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态。

所述的输出短路保护电路中，所述电源供电管理模块包括ac-dc电源单元、极性反转电源转换器和低压差线性稳压器；

所述ac-dc电源单元将交流市电转换为直流的第一电压和第二电压并输出给电压电流采集模块供电，所述极性反转电源转换器对第二电压进行极性反转并输出第三电压并输出给电压电流采集模块供电，低压差线性稳压器第一电压降压为第四电压并输出给控制模块、调节按钮模块和显示模块供电。

所述的输出短路保护电路中，所述调节按钮模块包括状态按钮、重启次数旋钮、时间设置旋钮、保护设置旋钮和微处理器；

所述状态按钮用于在锁死状态和重启状态之间进行切换，所述重启次数旋钮用于设置重启次数，所述保护设置旋钮用于设置保护点值，所述时间设置旋钮用于设置重启间隔时间；

所述微处理器根据状态按钮的按下状态输出对应的状态信号、根据各个旋钮的旋转状态输出对应的参数设置信号。

所述的输出短路保护电路中，所述显示模块为数码管显示屏，用于显示锁死状态或重启状态，显示重启次数、保护点值和重启间隔时间。

一种采用所述的输出短路保护电路的保护控制方法，其包括如下步骤：

电源供电管理模块将市电转换为对应的工作电压来供电，电压电流采集模块采集受控设备的输出电流；

控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示；

所述控制模块将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和工作参数控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态。

所述的保护控制方法中，在所述控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示的步骤之前，还包括：控制模块进行上电初始化并进入输出短路保护模式。

所述的保护控制方法中，所述控制模块进行上电初始化的步骤具体包括：所述控制模块调用预存的参数对调节按钮模块、显示模块以及与控制模块相连的gpio接口进行配置，各个模块按照所述参数进行工作运行，gpio接口上的电压、数据恢复为默认值。

所述的保护控制方法中，所述电源供电管理模块将市电转换为对应的工作电压来供电的步骤具体包括：所述电源供电管理模块中的ac-dc电源单元将交流市电转换为直流的第一电压和第二电压并输出给电压电流采集模块供电，电源供电管理模块中的极性反转电源转换器对第二电压进行极性反转并输出第三电压并输出给电压电流采集模块供电，电源供电管理模块中的低压差线性稳压器第一电压降压为第四电压并输出给控制模块、调节按钮模块和显示模块供电。

所述的保护控制方法中，所述控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号设置工作参数并输出至显示模块上显示的步骤具体包括：

将控制信号置高；

判断重启次数旋钮是否旋转：是则根据重启次数旋钮的旋转状态设置重启次数，否则调用默认的重启次数；

判断保护设置旋钮是否旋转：是则根据保护设置旋钮的旋转状态设置保护点值，否则调用默认的保护点值；

判断时间设置旋钮是否旋转：是则根据时间设置旋钮的旋转状态设置重启间隔时间，否则调用默认的重启间隔时间；

将重启次数、保护点值、重启间隔时间实时输出至显示模块上显示。

所述的保护控制方法中，所述控制模块将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和工作参数控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态的步骤具体包括：

判断当前的输出电流是否大于设置的保护点值；

大于设置的保护点值，则判断是否设置锁死保护：

是则将控制信号置低后结束本次检测，返回将控制信号置高的步骤；

否则将控制信号置低，达到重启间隔时间后重启，判断重启次数是否大于设定重启值：是则将控制信号置低后结束本次检测，返回将控制信号置高的步骤，否则返回判断当前的输出电流是否大于设置的保护点值的步骤；

小于或等于设置的保护点值，则结束本次检测，返回将控制信号置高的步骤。

相较于现有技术，本发明提供的一种输出短路保护电路及其保护控制方法，通过电源供电管理模块将交流市电转换为对应的工作电压来供电，所述电压电流采集模块采集受控设备的输出电流，所述控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示；所述控制模块将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和工作参数控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态。将当前的输出电流与设定阈值进行比较，控制信号的值能根据比较结果和工作参数进行设置，通过控制信号的对应值来控制受控设备是否输出，即可进行多次保护，从而解决现有短路保护方案不能多次保护的问题；对重启状态的控制，即可解决现有短路保护方案误触发导致一直重启的问题。

附图说明

图1是本发明提供的输出短路保护电路的结构框图；

图2是本发明提供的电源供电管理模块的结构框图；

图3是本发明提供的输出电流的短路保护方法流程图；

图4是本发明提供的输出短路保护电路的保护控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种输出短路保护电路及其保护控制方法，通过采集受控设备的输出电流并进行短路监测，将输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果设置控制信号的高低值或保护模式(锁死保护和重启保护)，控制器即可根据控制信号的高低值控制受控设备是否输出，即可防止电路误触发导致的保护，大大提高输出电源的可靠性；在短路时可锁死也可重启恢复，避免了单次保护的局限性，减少了产品的维护成本。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本实施例提供的输出短路保护电路连接受控设备的输出端，还连接控制器的输入端；所述输出短路保护电路包括电压电流采集模块100、控制模块200、调节按钮模块300、显示模块400和电源供电管理模块500；上电后，所述电源供电管理模块输出对应的工作电压给电压电流采集模块、控制模块、调节按钮模块和显示模块供电；所述控制模块进行上电初始化并启动输出短路保护模式；所述电压电流采集模块100采集受控设备的输出电流，所述控制模块200根据调节按钮模块300输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示；所述控制模块200将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态。

所述输出短路保护电路主要是对各种逆变器、变频器的输出进行短路保护，也可对环保设备(臭氧发生器、等离子点火器)的电源输出进行过流、短路保护。所述变频器、逆变器和控制器均为现有技术，此处对其不做赘述。本实施例通过采集受控设备(如变频器或逆变器)的输出电流并进行短路监测，根据当前的工作参数对输出电流进行比较，根据比较结果设置控制信号的高低值或控制重启状态，控制器即可根据控制信号的高低值控制受控设备是否输出。例如，当前的输出电流小于或等于设定阈值时，控制器检测控制信号为高电平、则控制受控设备正常工作(输出电压和电流)；当前的输出电流大于设定阈值时，控制器检测控制信号为低电平、则控制受控设备停止工作(则无电压电流输出)。这样即可防止电路误触发导致的保护，大大提高输出电源(如逆变器电源、变频器电源)的可靠性；在短路时可锁死也可重启恢复，避免了单次保护的局限性，减少了产品的维护成本。

请一并参阅图2，所述电源供电管理模块500包括ac-dc(交流转直流)电源单元510、极性反转电源转换器520和低压差线性稳压器530；系统上电后，所述ac-dc电源单元510将交流市电转换为直流的5v的第一电压(由型号为lm7805的三端稳压芯片产生)和12v的第二电压，所述极性反转电源转换器520(可采用型号为icl7660a的芯片)对12v的第二电压进行极性反转并输出-12v的第三电压，低压差线性稳压器530(可采用ldo三端稳压芯片)将5v的第一电压降压为3.3v的第四电压；其中，3.3v的第四电压输出给控制模块200、调节按钮模块300和显示模块400供电。5v的第一电压、12v的第二电压和-12v的第三电压输出给电压电流采集模块100供电。

所述电压电流采集模块100内部设置一电流互感器来对受控设备输出的电流信号进行采样，再通过内部设置的整流放大器进行整流、放大、滤波后传输输出电流给控制模块200。

所述调节按钮模块300包括用于根据按下操作在锁死状态和重启状态之间进行切换的状态按钮，用于根据旋转状态设置重启次数的重启次数旋钮，用于根据旋转状态设置保护点值的保护设置旋钮，用于设置重启间隔时间t1的时间设置旋钮，以及根据状态按钮的按下状态输出对应的状态信号、根据各个旋钮的旋转状态输出对应的参数设置信号的微处理器。

所述控制模块200根据调节按钮模块300输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块400上显示。所述显示模块400可采用数码管显示屏，用于显示当前是锁死状态还是重启状态(由状态信号决定)，方便用户选择所需的保护状态；还用于显示重启次数、保护点值和重启间隔时间t1(由参数设置信号决定)，方便用户调节时观察数值的变化，以实现可视化调节。

所述控制模块200可采用型号为stc12c5a60s2的mcu及其外围电路组成。控制模块200得电后先进行初始化和函数定义，即调用其内部寄存器中预存的参数对调节按钮模块300、显示模块400以及相连的gpio接口进行配置，使各个模块按照所述参数进行工作运行，使gpio接口上的电压、数据恢复为默认值。

接着，控制模块200调用初始化的工作参数并运行主函数，进入输出短路保护模式。所述工作参数包括保护状态(锁死状态和重启状态)、重启次数(如为0)、保护点值、重启间隔时间t1(如为0)等，其在后续的输出短路保护模式中还可对应调整，若不调整则将初始化后的工作参数作为默认的工作参数并调用。所述主函数即所运行的程序，上电后运行主函数即可进入输出短路保护模式，在该输出短路保护模式下一直对电压电流采集模块100传输的输出电流进行监控。请一并参阅图3，所述主函数内定义了输出电流的短路保护方法，具体如下：

步骤s1、将控制信号ena置高(高电平)。

本步骤中，所述控制模块200输出高电平的控制信号ena给所述控制器，控制器控制受控设备正常输出电流。接着即可根据需求进行相应的参数设置，以确定输出短路保护的检测点。所述参数包括重启次数、保护点值、重启间隔时间，通过旋转相应的旋钮进行设置，具体如下。

步骤s2、判断重启次数旋钮是否旋转：是则根据重启次数旋钮的旋转状态设置重启次数，否则调用默认的重启次数。

本步骤中，当顺时针旋转重启次数旋钮时，重启次数将增加；当逆时针旋转重启次数旋钮时，重启次数将减小。重启次数旋钮根据旋转方向输出对应的重启设置信号，控制模块检测有重启设置信号输入，即可判断重启次数旋钮被旋转，根据重启设置信号即可对重启次数进行增减调整。

步骤s3、判断保护设置旋钮是否旋转：是则根据保护设置旋钮的旋转状态设置保护点值，否则调用默认的保护点值。

本步骤中，所述保护设置旋钮可设置ocp(过流保护)/opp(过功率保护)的保护点值。当顺时针旋转保护设置旋钮时，保护点值将变大；当逆时针旋转保护设置旋钮时，保护点值将变小。保护设置旋钮根据旋转方向输出对应的保护设置信号，控制模块检测有保护设置信号输入，即可判断保护设置旋钮被旋转，根据保护设置信号即可对保护点值进行增减。

步骤s4、判断时间设置旋钮是否旋转：是则根据时间设置旋钮的旋转状态设置重启间隔时间t1，否则调用默认的重启间隔时间t1。

本步骤中，当顺时针旋转时间设置旋钮时，重启间隔时间t1将增加；当逆时针旋转时间设置旋钮时，重启间隔时间t1将减小。时间设置旋钮根据旋转方向输出对应的时间设置信号，控制模块检测有时间设置信号输入，即可判断时间设置旋钮被旋转，根据时间设置信号即可对重启间隔时间t1进行增减。

上述参数设置中，各个默认的工作参数是初始化时所配置的值，其可由用户直接输入一个值，也可为上次退出时保存的调整后的值。控制模块可将设置过程中的重启次数、保护点值、重启间隔时间实时输出至显示模块上显示，以方便用户了解这些数据并选择是否继续调整。

步骤s5、判断当前的输出电流是否大于设置的保护点值：是则执行步骤s6、否则执行步骤s8。

所述保护点值(即设定阈值)对应的是过流保护和过功率保护的定值，过流保护限制了最大输出电流，可直接与输出电流比较；过功率保护与额定功率相关，需转换为对应的电流值后再与输出电流进行比较。若输出电流大于当前的保护点值，即表示受控设备的输出过高导致过流或过功率，需进一步判断是进行锁死保护还是重启保护。若小于或等于、则可以通过步骤s8结束本次检测，返回步骤s1再次将控制信号ena置高可确保控制信号ena处于高电平的稳定性。

步骤s6、判断是否设置锁死保护：是则将控制信号ena置低后执行步骤s8，否则执行步骤s7。

本步骤中，初始化时输出短路保护模式设置为默认状态(即上次退出输出短路保护模式时的状态)并在显示模块上显示，当用户第一次按下状态按钮时，将输出短路保护模式设置为与默认状态相反的状态，后续按下时切换为与当前状态相反的状态，例如默认状态为锁死状态时，再次按下状态按钮则切换为重启状态，再次按下状态按钮又切换为锁死状态。在整个输出短路保护期间，用户可随时按下状态按钮在锁死状态和重启状态之间进行切换，并在显示模块上对应显示当前的状态。

若当前为锁死状态(即需要进行锁死保护)，则将控制信号ena置低，控制器检测控制信号ena为低电平时关闭受控设备使其停止输出，之后执行步骤s8。若当前为重启状态(即需要进行重启保护)，则执行步骤s7来进行重启控制。

步骤s7、将控制信号ena置低，达到重启间隔时间t1后重启，判断重启次数是否大于设定重启值：是则将控制信号ena置低后执行步骤s8，否则返回步骤s5。

步骤s8、结束本次检测，返回步骤s1。

本实施例中的重启，主要针对与逆变器和变频器相关的模块掉电重启，而控制模块不会掉电重启，因此，重启后能返回步骤s1继续监测，不会重新系统上电对控制模块进行初始化。当关机后即可结束本流程，开机工作过程中一直执行上述步骤，以对输出电流进行监控。

请参阅图4，基于上述实施例，本发明还提供所述输出短路保护电路的保护控制方法，包括以下步骤：

s100、电源供电管理模块将市电转换为对应的工作电压来供电，电压电流采集模块采集受控设备的输出电流；

s200、控制模块根据调节按钮模块输出的参数设置信号和状态信号设置工作参数并输出至显示模块上显示；

s300、所述控制模块将当前的输出电流与设定阈值进行比较，根据比较结果和工作参数控制重启状态、输出对应的控制信号控制受控设备的输出状态。

在所述步骤s100中，上电后，所述电源供电管理模块中的ac-dc电源单元将交流市电转换为直流的5v的第一电压和12v的第二电压，电源供电管理模块中的极性反转电源转换器对12v的第二电压进行极性反转并输出-12v的第三电压，电源供电管理模块中的低压差线性稳压器将5v的第一电压降压为3.3v的第四电压。3.3v的第四电压输出给控制模块、调节按钮模块和显示模块供电。5v的第一电压、12v的第二电压和-12v的第三电压输出给电压电流采集模块供电。

在所述步骤s200之前，还包括：所述控制模块进行上电初始化进入输出短路保护模式；所述初始化，即是控制模块(本实施例为mcu)调用其内部寄存器中预存的参数对与其相连的各个外设模块(调节按钮模块300和显示模块400)及其gpio接口进行配置。之后控制模块200调用工作参数并运行主函数，即可进入输出短路保护模式，实时对受控设备输出的输出电流进行监测。

本实施例中，所述步骤s200具体包括：

步骤210、将控制信号置高；

步骤220、判断重启次数旋钮是否旋转：是则根据重启次数旋钮的旋转状态设置重启次数，否则调用默认的重启次数；

步骤230、判断保护设置旋钮是否旋转：是则根据保护设置旋钮的旋转状态设置保护点值，否则调用默认的保护点值；

步骤240、判断时间设置旋钮是否旋转：是则根据时间设置旋钮的旋转状态设置重启间隔时间，否则调用默认的重启间隔时间；

步骤250、将重启次数、保护点值、重启间隔时间实时输出至显示模块上显示。

本实施例中，所述步骤s300具体包括：

步骤310、判断当前的输出电流是否大于设置的保护点值：是则执行步骤320，否则结束本次检测，返回步骤210；

步骤320、判断是否设置锁死保护：是则将控制信号ena置低后结束本次检测，返回步骤210；否则执行步骤330；

步骤330、将控制信号置低，达到重启间隔时间后重启，判断重启次数是否大于设定重启值：是则将控制信号置低后结束本次检测，返回步骤210；否则返回步骤310。

综上所述，本发明所提供的一种输出短路保护电路及其保护控制方法，将当前的输出电流与设定阈值进行比较，短路状态下可锁死也可重启自恢复；控制信号的值根据比较结果进行设置，通过控制信号的值来控制受控设备是否输出，即可进行多次保护，从而解决现有短路保护方案不能多次保护的问题；短路状态下重启次数可设置并限制，即可解决现有短路保护方案误触发导致一直重启的问题；大大减少了对产品的维护成本，提高了产品的可靠性、安全性和使用寿命。同时，该输出短路保护电路具有人机交互接口，能灵活设置重启次数、ocp(过流保护)/opp(过功率保护)的保护点值以及锁死后自恢复的重启间隔时间，方便用户观察具体数值，对偶发性触发的过流信号进行屏蔽，以避免误触发；可灵活匹配各功率段产品使用，除应用在逆变器外，也可应用于交流输出的逆变器电源产品上。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。