一种过流保护电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子和高电压技术领域，具体涉及一种过流保护电路。


背景技术：

2.高压电源装置和设备在x光医疗设备、口罩熔喷布静电驻极设备、工业静电除尘设备、高能物理加速器设备以及雷达发射机等等领域都有着广泛的应用。但是，高压电源的负载，包括x光管、速调管以及行波管都由于技术不成熟，或者应用不当，存在高压过电流甚至高压打火的可能。当发生高压打火时，高压电源直接对地短路，尤其是输出电容直接将能量泄放到负载侧，如果不能及时地对高压电源的输出进行保护，就很有可能损坏高压电源，或者损坏其他正在工作的电子设备，甚至可能危害到操作人员的健康。传统的高压过流保护装置反应速度慢，过电流保护点无法调节且可靠性差，因此有待于改进。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种过流保护电路，所述过流保护电路能够应用在高压电源中，使高压电源在发生过流故障或高压打火时能够迅速切断电源的输出，避免发生二次损害。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明一方面提供一种过流保护电路，所述过流保护电路包括：
6.采样电路、滤波电路、基准电路、正反馈锁存电路和输出电路；
7.其中，
8.所述采样电路，用于将接收到的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出给所述滤波电路；
9.所述滤波电路，用于将接收到的电压信号进行滤波后或直接输出给所述正反馈锁存电路；
10.所述基准电路与所述正反馈锁存电路相连，用于产生一个基准电压；
11.所述正反馈锁存电路，用于将所述滤波电路传输来的电压信号和所述基准电压进行对比，并根据对比结果，将故障信号锁存后，输出电平信号给所述输出电路；
12.所述输出电路，用于根据所述电平信号发送控制信号给pwm控制芯片。
13.在一个具体实施例中，所述采样电路包括：
14.第一电阻器、第二电阻器和第一电容器；
15.其中，
16.所述第一电阻器的第一端连接电源中的整流滤波电路的第一输出端，所述第一电阻器的第二端与所述电源的输出端相连；
17.所述第二电阻器的第一端连接所述电源中的整流滤波电路的第二输出端，所述第二电阻器的第二端接地；
18.所述第一电容器的第一端连接所述第二电阻器的第一端，所述第一电容器的第二
端连接所述第二电阻器的第二端。
19.在一个具体实施例中，所述滤波电路包括：
20.滤波电路第一到第n电阻器和第一到第n瞬态电压抑制器；
21.其中，
22.所述滤波电路第一电阻器的第一端连接所述第二电阻器的第一端；
23.所述滤波电路第n电阻器的第二端分别连接所述滤波电路第n+1电阻器的第一端和第n瞬态电压抑制器的阴极；
24.所述第n瞬态电压抑制器的阳极接地；
25.所述滤波电路第n电阻器的第二端分别连接所述第n瞬态电压抑制器的阴极和所述正反馈锁存电路的第一输入端；
26.所述第n瞬态电压抑制器的阳极接地；
27.其中，n为大于1的正整数，n取1到n-1。
28.在一个具体实施例中，所述基准电路包括：
29.电位器和第二电容器；
30.其中，
31.所述电位器的第一端接收工作电压，所述电位器的第二端接地，所述电位器的中心抽头分别连接所述第二电容器的第一端和所述正反馈锁存电路的第二输入端；
32.所述第二电容器的第二端接地。
33.在一个具体实施例中，所述正反馈锁存电路包括：
34.运算放大器、第三电阻器和二极管；
35.其中，
36.所述运算放大器的正输入端分别连接所述滤波电路第n电阻器的第二端和所述第三电阻器的第一端；
37.所述第三电阻器的第二端连接所述二极管的阴极；
38.所述运算放大器的负输入端分别连接所述电位器的中心抽头和所述第二电容器的第一端；
39.所述运算放大器的输出端分别连接所述二极管的阳极和所述输出电路的输入端。
40.在一个具体实施例中，所述正反馈锁存电路还包括：复位电路；
41.所述复位电路包括：场效应管、第四电阻器和第三电容器；
42.其中，
43.所述场效应管的漏极连接所述运算放大器的正输入端，所述场效应管的栅极分别连接所述第四电阻器的第一端和所述第三电容器的第一端并接收复位信号；
44.所述第四电阻器的第二端分别连接所述第三电容器的第二端和所述场效应管的源极并接地。
45.在一个具体实施例中，所述输出电路包括：
46.第五电阻器、第六电阻器、第四电容器和发光二极管；
47.其中，
48.所述第五电阻器的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述第五电阻器的第二端分别连接所述第四电容器的第一端、所述发光二极管的阳极和pwm控制芯片的输入端；
49.所述第四电容器的第二端接地；
50.所述发光二极管的阴极连接所述第六电阻器的第一端；
51.所述第六电阻器的第二端接地。
52.在一个具体实施例中，所述pwm控制芯片能够为模拟电源控制芯片、单片机、dsp或fpga。
53.在一个具体实施例中，所述工作电压为+12v的电压。
54.本发明的有益效果如下：
55.本发明所提供的一种过流保护电路，电路元器件数量少，能够直接应用在高压电源的控制电路中，能够使高压电源在没有故障出现时工作在恒流输出状态，在发生过流故障或高压打火时迅速切断电源的输出，解决了高压电源的输出端负载在发生闪络和打火时容易损坏负载和高压电源本身的问题，避免发生二次损害，并具有门限可控、速度可调以及可靠性高的特点。
附图说明
56.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有的技术方案，下面将对具体实施方式或现有的技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本技术的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
57.图1示出根据本发明一个实施例的一种过流保护电路的系统框图。
58.图2示出根据本发明一个实施例的一种过流保护电路的电路图。
具体实施方式
59.为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。以下通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可以做出变形与改进，也应视为本发明的保护范围。
60.本实施例提供一种应用于高压电源特别是直流高压电源的过流保护电路，如图1所示，所述过流保护电路包括：采样电路、滤波电路、基准电路、正反馈锁存电路和输出电路。
61.其中，所述采样电路，用于将接收到的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出给所述滤波电路；其中，所述电流信号为由直流高压电源输出的直流高压电流。所述采样电路通常采用电阻器或者电流互感器的形式，对高压电源输出的电流进行采样，采样的方式通常采用电阻采样、有源霍尔电流传感器采样或无源电流变压器采样等形式，但无论采用哪种形式，最终的目的都是将高压电源输出的电流信号转换为电压信号再传递给后续电路进行分析和处理。
62.所述滤波电路，用于将接收到的电压信号进行滤波后或直接输出给所述正反馈锁存电路。通常在高压电源的输出侧发生短路的时候，会在这一瞬间产生巨大的电流，这个巨大的电流会经过所述采样电路，产生很高的电压，如果这个很高的电压不经过滤波处理，直接传递给后续电路，就很容易导致高压电源中的pwm(pulse width modulation，脉冲宽度
调制)控制芯片和阻容器件产生过电压击穿现象。因此，所述滤波电路将打火瞬间产生的高电压信号转换为正反馈锁存电路能够承受的合适的低电压信号，便于后续正反馈锁存电路进行处理。在不发生打火的情况下，所述滤波电路将接收到的电压信号直接提供给正反馈锁存电路。由于在负载不打火时，滤波电路接受到的电压幅值很低，这个电压不经过滤波可以直接被正反馈锁存电路接收。
63.所述基准电路与所述正反馈锁存电路相连，用于产生一个基准电压。
64.所述正反馈锁存电路，用于将所述滤波电路传输来的电压信号和所述基准电压进行对比，并根据对比结果，将故障信号锁存后，输出电平信号给所述输出电路；所述正反馈锁存电路，是所述过流保护电路的核心部分，该正反馈锁存电路将所述滤波电路传输来的电压信号和基准电路的基准电压进行对比，当所述滤波电路传输来的电压信号小于基准电压时，判断高压电源的输出电流正常，输出低电平给所述输出电路；当所述滤波电路传输来的电压信号大于基准电压时，判断高压电源的输出电流异常，此时会产生一个故障信号，正反馈锁存电路将故障信号锁存后，输出高电平给所述输出电路。所述正反馈锁存电路可以采用比较器结合锁存器的方式，也可以采用运算放大器的形式进行正反馈。
65.所述输出电路，是所述过流保护电路与高压电源中的pwm控制芯片之间的接口部分，用于根据所述电平信号发送控制信号给pwm控制芯片，控制pwm信号的宽度，或者在发生过流故障或高压打火时直接切断pwm控制芯片的pwm信号，关断高压输出，完成过电流保护。
66.如图2所示，本实施例提供的采样电路采用电阻采样，所述采样电路包括：第一电阻器r1、第二电阻器r2和第一电容器c1。
67.其中，所述第一电阻器r1的第一端连接电源中的整流滤波电路的第一输出端，即整流滤波电路的高压输出端，所述第一电阻器r1的第二端与所述电源的输出端hvout相连。
68.所述第二电阻器r2的第一端连接所述电源中的整流滤波电路的第二输出端，即整流滤波电路的低压输出端，所述第二电阻器r2的第二端接地。
69.所述第一电容器c1的第一端连接所述第二电阻器r2的第一端，所述第一电容器c1的第二端连接所述第二电阻器r2的第二端。
70.其中，所述第一电阻器r1和第二电阻器r2均为线绕电阻器，通常阻值为1千欧姆左右，所述第二电阻器r2用于将高压电源的输出电流信号转换为电压信号，提供给所述滤波电路；所述第一电容器c1用于吸收线绕电阻器r2两侧的交流电压信号；所述第一电阻器r1串联在整流滤波电路的高压输出端用于避免在负载短路瞬间，所述电源的输出端hvout和地直接连接而导致所述第二电阻器r2的电压直接被抬到很高。直流高压电源的输出端hvout输出的电压极性可以是正电压，也可以是负电压，电压值可以从1kv到上百kv。
71.所述滤波电路是由多个电阻器和多个瞬态电压抑制器组成的rd滤波电路，一个电阻器和一个瞬态电压抑制器组成一个滤波单元，根据接收到的电压信号的不同，所述滤波单元的个数也不同，电压信号越高，滤波单元的数量越多。
72.所述滤波电路包括：滤波电路第一到第n电阻器和第一到第n瞬态电压抑制器。
73.其中，所述滤波电路第一电阻器的第一端连接所述第二电阻器的第一端；所述滤波电路第n电阻器的第二端分别连接所述滤波电路第n+1电阻器的第一端和第n瞬态电压抑制器的阴极；所述第n瞬态电压抑制器的阳极接地。
74.所述滤波电路第n电阻器的第二端分别连接所述第n瞬态电压抑制器的阴极和所
述正反馈锁存电路的第一输入端；所述第n瞬态电压抑制器的阳极接地。
75.其中，n为大于1的正整数，n取1到n-1。
76.另外，本领域技术人员能够理解，只需对应调整电路连接及器件，所述滤波电路使用由电阻和电容组成的rc滤波电路或由电阻、电容和二极管组成的rcd滤波电路，同样能够达到本发明的目的。
77.如图2所示，本实施例以n＝2即2个滤波单元为例，所述滤波电路包括：滤波电路第一电阻器r*1、滤波电路第二电阻器r*2、第一瞬态电压抑制器v1和第二瞬态电压抑制器v2。
78.其中，所述滤波电路第一电阻器r*1的第一端连接所述第二电阻器r2的第一端；所述滤波电路第一电阻器r*1的第二端分别连接所述滤波电路第二电阻器r*2的第一端和第一瞬态电压抑制器v1的阴极；所述第一瞬态电压抑制器v1的阳极接地；所述滤波电路第二电阻器r*2的第二端分别连接所述第二瞬态电压抑制器v2的阴极和所述正反馈锁存电路的第一输入端；所述第二瞬态电压抑制器v2的阳极接地。
79.所述基准电路包括：电位器rp1和第二电容器c2。
80.其中，所述电位器rp1的第一端接收+12v的工作电压，所述电位器rp1的第二端接地，所述电位器rp1的中心抽头分别连接所述第二电容器c2的第一端和所述正反馈锁存电路的第二输入端；所述第二电容器c2的第二端接地。
81.其中，所述电位器rp1能够根据负载所能承受的电流值以及所述采样电路中的线绕电阻器r2的阻值，设置合适的电流基准点，进而控制基准电压的值。所述第二电容器c2用于保证基准值的稳定。所述+12v的工作电压为所述基准电路、正反馈锁存电路和输出电路提供所需要的辅助电源。在对过流保护很敏感的场合，所述基准电路还可以使用高精度的基准芯片，对于大多数过流保护要求不高的场合，采用电阻对+12v分压即可满足一般高压电源过流保护的需求。
82.所述正反馈锁存电路包括：运算放大器n1、第三电阻器r3和二极管d1。
83.其中，所述运算放大器n1的正输入端(即所述正反馈锁存电路的第一输入端)分别连接所述滤波电路第n电阻器(即本实施例中的第二电阻器r*2)的第二端和所述第三电阻器r3的第一端。
84.所述第三电阻器r3的第二端连接所述二极管d1的阴极。
85.所述运算放大器n1的负输入端(即所述正反馈锁存电路的第二输入端)分别连接所述电位器rp1的中心抽头和所述第二电容器c2的第一端；所述运算放大器n1的输出端分别连接所述二极管d1的阳极和所述输出电路的输入端。
86.如果需要将运算放大器复位，则需要在运算放大器的正输入端接入复位电路，所述复位电路包括：场效应管m1、第四电阻器r4和第三电容器c3。
87.其中，所述场效应管m1的漏极连接所述运算放大器n1的正输入端，所述场效应管m1的栅极分别连接所述第四电阻器r4的第一端和所述第三电容器c3的第一端并接收复位信号。
88.所述第四电阻器r4的第二端分别连接所述第三电容器c3的第二端和所述场效应管m1的源极并接地。
89.当滤波电路输出的电压信号比基准电路中电位器rp1分压出的基准电压低时，运算放大器n1输出低电平，此时二极管d1反向截止；当滤波电路输出的电压信号比基准电路
中电位器rp1分压出的基准电压高时，运算放大器n1输出高电平，通常为+12v左右电压，此时二极管d1由反向截止变为正向导通，导致运算放大器n1的正输入端持续输入高电平，运算放大器的输出保持高电平输出。当需要将运算放大器n1复位时，复位信号为高电平，场效应管m1的栅极接收到高电平的复位信号后，场效应管m1的漏极和源极导通，运算放大器n1的正输入端被强制拉到低电平此时运算放大器的输出变为低电平，运算放大器n1被复位。所述复位信号由高压电源的外部通信电路产生，所述高压电源的外部通信电路与高压电源的控制电路相连接。
90.所述输出电路包括：第五电阻器r5、第六电阻器r6、第四电容器c4和发光二极管h1。
91.其中，所述第五电阻器r5的第一端(即所述输出电路的输入端)连接所述运算放大器n1的输出端，所述第五电阻器r5的第二端分别连接所述第四电容器c4的第一端、所述发光二极管h1的阳极和pwm控制芯片的输入端；所述第四电容器c4的第二端接地；所述发光二极管h1的阴极连接所述第六电阻器r6的第一端；所述第六电阻器r6的第二端接地。
92.其中，所述第五电阻器r5和第四电容器c4组成rc滤波延时电路，通过改变他们的取值，能够控制关断高压电源的延迟时间。所述第六电阻器r6和发光二极管h1组成故障显示电路，正常情况下发光二极管不亮，当发生过流故障或高压打火时，发光二极管常亮，故障复位后发光二极管再熄灭，方便工程人员和使用人员了解高压电源的状态。另外，所述输出电路还能够根据过流保护电路调试的需要增加指示灯、报警器等组成部分。
93.所述pwm控制芯片能够为传统的模拟电源控制芯片、单片机、dsp(digital signal processing，数字信号处理器)或fpga(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)等数字控制电源芯片。
94.本实施例所提供的一种过流保护电路，电路元器件数量少，能够直接应用在高压电源的控制电路中，能够使高压电源在没有故障出现时工作在恒流输出状态，在发生过流故障或高压打火时迅速切断电源的输出，解决了高压电源的输出端负载在发生闪络和打火时容易损坏负载和高压电源本身的问题，避免发生二次损害，并具有门限可控、速度可调以及可靠性高的特点。
95.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。