專(zhuān)利名稱(chēng)：電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電路，尤其涉及一種電源保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)設(shè)備的電源保護(hù)功能提出了越來(lái)越高的要求。在諸如通 信、程控、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域，對(duì)電源系統(tǒng)的保護(hù)功能要求更高，特別對(duì)無(wú)人值守的電子設(shè)備， 更要求電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控及保護(hù)以保證系統(tǒng)安全正常的運(yùn)行。電源的保護(hù)主要分輸 入輸出過(guò)壓保護(hù)、輸出欠壓保護(hù)、輸出過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。傳統(tǒng)的模擬電路實(shí)現(xiàn)方式如 下1.輸出過(guò)壓保護(hù)電路各種過(guò)壓情況的產(chǎn)生會(huì)引起檢測(cè)設(shè)備失效與控制IC損毀。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，首 先要保護(hù)負(fù)載，一旦發(fā)生過(guò)壓時(shí)，立即啟動(dòng)過(guò)壓保護(hù)電路，停止電源的振蕩。傳統(tǒng)的模擬電 路常采用穩(wěn)壓二極管檢測(cè)電壓輸出端，當(dāng)輸出過(guò)壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管擊穿產(chǎn)生漏電流，再將這 個(gè)電流信號(hào)通過(guò)光藕反饋回初級(jí)控制芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路和負(fù)載的保護(hù)。2.輸出欠壓保護(hù)電路當(dāng)保持基準(zhǔn)電壓的電路發(fā)生故障，取用負(fù)載電流過(guò)量時(shí)，常常導(dǎo)致輸出電壓異常 降低，為保護(hù)負(fù)載裝置的安全，應(yīng)該裝有欠壓保護(hù)電路。傳統(tǒng)電源的保護(hù)方式一般通過(guò)電阻 分壓并關(guān)斷控制芯片實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。3.輸出過(guò)流保護(hù)電路當(dāng)輸出端子操作錯(cuò)誤或負(fù)載裝置損毀時(shí)，就會(huì)經(jīng)常發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象。為保護(hù)電源組 件安全，需要設(shè)置過(guò)流保護(hù)電路。傳統(tǒng)的作過(guò)流保護(hù)的元器件有斷路器、熔斷器、自恢復(fù)保 險(xiǎn)絲等。4.過(guò)熱保護(hù)電路當(dāng)電源內(nèi)部發(fā)生溫度異常升高的情況時(shí)，為了保護(hù)電源內(nèi)部組件，防止火災(zāi)發(fā)生， 需要設(shè)置過(guò)熱保護(hù)電路。常用的溫度檢測(cè)元件有溫度開(kāi)關(guān)、正溫度系數(shù)熱敏電阻及熔斷器 與熔纜，一般是安裝在主電路上，當(dāng)其動(dòng)作時(shí)，即可斷開(kāi)電源供電。電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路和保護(hù)電路采用模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，具備響應(yīng)及時(shí)等特點(diǎn)，但 是其局限性也較大，首先由于穩(wěn)壓二極管等元器件的精度影響，它的保護(hù)點(diǎn)幅度較大，不可 能作到精細(xì)保護(hù)，而且一旦設(shè)計(jì)確定，電壓、電流、環(huán)境溫度等參數(shù)的保護(hù)范圍均不可變，因 此對(duì)不同使用環(huán)境的適應(yīng)能力較差，限制了其使用范圍；同時(shí)，由于其不能實(shí)現(xiàn)電源的智能 監(jiān)控及上報(bào)，對(duì)很多有較高要求的電子設(shè)備也不能滿足使用需求。
發(fā)明內(nèi)容當(dāng)需要滿足以上提到的需要精確的限制范圍、智能監(jiān)控、無(wú)人值守情況下電源異 動(dòng)時(shí)自我保護(hù)、電源自我恢復(fù)、數(shù)據(jù)上報(bào)等條件時(shí)，電源的保護(hù)功能應(yīng)用傳統(tǒng)的模擬電路實(shí) 現(xiàn)方式已不能滿足要求，需要更加完善、更加智能化的解決方案，以提高電源系統(tǒng)的適應(yīng)能力。本實(shí)用新型克服了上述不足，提供了一種實(shí)時(shí)精確采集電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)，輸送給單 片機(jī)分析和集中處理，并顯示故障類(lèi)型，向系統(tǒng)發(fā)出故障信號(hào)，及時(shí)控制電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電 源實(shí)施監(jiān)測(cè)與保護(hù)電路。本實(shí)用新型采用以下方案本實(shí)用新型包含過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、過(guò)流保 護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路，其特征在于，該電路還包含電壓源輸入保護(hù)電路、電壓源輸出保護(hù) 電路、過(guò)熱保護(hù)電路、單片機(jī)控制電路；所述過(guò)熱保護(hù)電路包含溫度采樣芯片，溫度采樣芯 片溫度信號(hào)輸出端與單片機(jī)輸入引腳連接；所述電壓源輸入保護(hù)電路包含過(guò)壓保護(hù)電路 一、欠壓保護(hù)電路一；所述電壓源輸出保護(hù)電路包含過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二、過(guò) 流保護(hù)電路；所述過(guò)壓保護(hù)電路一、欠壓保護(hù)電路一的輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源的輸入端相連； 所述過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二的輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源的輸出端相連，所述過(guò)流 保護(hù)電路的輸入端通過(guò)電流采樣電阻與被監(jiān)測(cè)電壓源的輸出端相連；所述過(guò)壓保護(hù)電路 一、欠壓保護(hù)電路一、過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二、過(guò)流保護(hù)電路的輸出端分別與單 片機(jī)的不同輸入引腳連接；所述單片機(jī)的一個(gè)輸出引腳與被監(jiān)測(cè)電壓源開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端連 接。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)a.由于采用了高精度的分壓電阻、電流采樣電阻及溫度采樣電阻對(duì)電壓信號(hào)、電 流信號(hào)及溫度進(jìn)行采樣，用單片機(jī)分析和集中處理故障信息，本實(shí)用新型具備精確監(jiān)測(cè)電 壓故障情況；b.單片機(jī)在收到故障信號(hào)時(shí)，顯示故障狀態(tài)，同時(shí)其輸出控制信號(hào)關(guān)斷被監(jiān)測(cè)電 壓源，停止其向負(fù)載電路供電，實(shí)現(xiàn)了在無(wú)人看守的情況下有效保護(hù)被監(jiān)測(cè)電源及后續(xù)負(fù) 載電路，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行；c.本實(shí)用新型可根據(jù)系統(tǒng)要求通過(guò)軟件設(shè)置電源的各種工作及保護(hù)狀態(tài)，對(duì)電壓 源輸入端、輸出端電壓采用不同的監(jiān)測(cè)與保護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了電壓源的精細(xì)保護(hù)功能。
圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖。圖2為本實(shí)用新型電壓源輸入保護(hù)電路原理圖。圖3為本實(shí)用新型電壓源輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)電路原理圖。圖4為本實(shí)用新型單片機(jī)控制電路原理圖。圖5為本實(shí)用新型單片機(jī)控制電路工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的做進(jìn)一步說(shuō)明。被監(jiān)測(cè)電壓源接受來(lái)自交流高壓電壓源的高壓交流電壓信號(hào)，并將其整流、降壓 為+/-12V、3. 3V、5V的三路直流電壓信號(hào)給后續(xù)負(fù)載電路供電。為了保護(hù)被監(jiān)測(cè)電壓源及 后續(xù)負(fù)載電路，需要對(duì)被監(jiān)測(cè)電壓源的輸入電壓信號(hào)、輸出的電壓信號(hào)、輸出給后續(xù)負(fù)載電 路的電流信號(hào)以及電路環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖。本實(shí)用新型包含電壓源輸入保護(hù)電路、電壓源輸出保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、單片機(jī)控制電路；所述電壓源輸入保護(hù)電路包含過(guò)壓保護(hù)電路 一、欠壓保護(hù)電路一；所述電壓源輸出保護(hù)電路包含12V直流電壓輸出過(guò)壓保護(hù)電路、12V 直流電壓輸出欠壓保護(hù)電路、"12V直流電壓輸出過(guò)壓保護(hù)電路、-12V直流電壓輸出欠壓保 護(hù)電路、5V直流電壓輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、3. 3V直流電壓輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、+/-12V直 流電壓供電回路過(guò)流保護(hù)電路、5V直流電壓供電回路過(guò)流保護(hù)電路、3. 3V直流電壓供電回 路過(guò)流保護(hù)電路。上述電路采用溫度采樣芯片對(duì)電路環(huán)境溫度進(jìn)行采樣，輸出代表溫度的信號(hào)編碼 至單片機(jī)I/O 口，由單片機(jī)將信號(hào)編碼翻譯成溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超出過(guò)熱保護(hù)點(diǎn)時(shí)關(guān)閉被 監(jiān)測(cè)電壓源，此時(shí)單片機(jī)停止工作，直到工作人員檢修完畢后重新啟動(dòng)被監(jiān)測(cè)電壓源。上述各過(guò)欠壓保護(hù)電路均采用高精度分壓電阻器對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，送入比較 器與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，形成一個(gè)電壓窗口，當(dāng)被監(jiān)測(cè)電壓源的輸入輸出電壓信號(hào)在過(guò)欠 壓極限范圍之內(nèi)時(shí)，過(guò)欠壓保護(hù)電路輸出高電平；當(dāng)被監(jiān)測(cè)電壓源的輸入端出現(xiàn)過(guò)壓或者 欠壓現(xiàn)象時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路一或者欠壓保護(hù)電路一輸出低電平送至單片機(jī)I/O 口，單片機(jī) 輸出故障信號(hào)同時(shí)關(guān)閉電源，此時(shí)單片機(jī)停止工作，直到工作人員檢修完畢后重新啟動(dòng)被 監(jiān)測(cè)電壓源；當(dāng)被監(jiān)測(cè)電壓源的輸出端出現(xiàn)過(guò)壓或者欠壓現(xiàn)象時(shí)，被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端的 過(guò)壓或者欠壓保護(hù)電路輸出低電平至單片機(jī)I/O 口，單片機(jī)輸出故障信號(hào)同時(shí)關(guān)閉被監(jiān)測(cè) 的電壓源。此后，單片機(jī)對(duì)被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端的電壓信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，當(dāng)被監(jiān)測(cè)電壓 源輸出端的過(guò)壓和欠壓現(xiàn)象都消除時(shí)，單片機(jī)輸出開(kāi)機(jī)信號(hào)，被監(jiān)測(cè)電壓源恢復(fù)工作。上述過(guò)流保護(hù)電路采用阻值小、高精度電流采樣電阻對(duì)被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端的電 流進(jìn)行采樣，得到一個(gè)與電流大小成線性關(guān)系的電壓值(一般為幾十毫伏)，利用放大器將 該電壓進(jìn)行放大，再送入比較器與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電流小于過(guò)流保護(hù)點(diǎn)時(shí)，過(guò)流 保護(hù)電路輸出高電平至單片機(jī)I/O 口。當(dāng)輸出電流大于過(guò)流保護(hù)點(diǎn)時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路則輸 出低電平至單片機(jī)I/O 口，此時(shí)單片機(jī)輸出故障信號(hào)同時(shí)關(guān)閉電源。此后，單片機(jī)對(duì)被監(jiān)測(cè) 電壓源輸出端的電流信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，當(dāng)過(guò)流現(xiàn)象消除時(shí)，單片機(jī)輸出開(kāi)機(jī)信號(hào)，被監(jiān) 測(cè)電壓源恢復(fù)工作。圖2是被監(jiān)測(cè)電壓源輸入保護(hù)電路原理圖。電壓源輸入保護(hù)電路包含基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路一、過(guò)壓采樣電路一、欠壓采樣電路一、過(guò)壓保護(hù)電路一、欠壓保護(hù)電路一。所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路一包含電阻ROl、電阻R02，所述電阻ROl與電阻R02串聯(lián)， 所述電阻ROl另一端與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，所述電阻R02另一端與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極 VA-連接。所述過(guò)壓采樣電路一包含電阻R03、電阻R04，所述電阻R03與電阻R04串聯(lián)，所述 電阻R03另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸入端正極Vin+連接，所述電阻R04另一端與被監(jiān)測(cè)電壓 源輸入端負(fù)極Vin-連接。所述欠壓采樣電路一包含電阻R05、電阻R06，所述電阻R05與電阻R06串聯(lián)，所述 電阻R05另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸入端正極Vin+連接，所述電阻R06另一端與被監(jiān)測(cè)電壓 源輸入端負(fù)極Vin-連接。所述過(guò)壓保護(hù)電路一包含比較器U11A、二極管D01、場(chǎng)效應(yīng)管Q01、光電耦合器 UOl、電阻R09、電阻Rl 1、電阻R12 ；所述比較器Ul IA正相輸入端與電阻R03與電阻R04公共 連接端連接，比較器UllA反相輸入端與電阻ROl與電阻R02公共連接端連接，比較器UllA輸出端與二極管DOl正極連接，二極管DOl負(fù)極通過(guò)電阻R09與場(chǎng)效應(yīng)管QOl柵極連接； 所述場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極通過(guò)電阻Rll與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，其源極與基準(zhǔn)電壓源負(fù) 極VA-連接；所述光電耦合器UOl中發(fā)光二極管正極與場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極連接，光電耦合器 UOl中發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R12與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連接，光電耦合器中三極管集電 極與電壓源二正極VB+連接，光電耦合器中三極管發(fā)射極連接電壓源二負(fù)極VB-，同時(shí)，光 電耦合器中三極管發(fā)射極作為過(guò)壓信號(hào)輸出端一與單片機(jī)連接。所述欠壓保護(hù)電路一包含比較器U12A、二極管D02、場(chǎng)效應(yīng)管Q01、光電耦合器 UOl、電阻R09、電阻Rl 1、電阻R12 ；所述比較器U12A正相輸入端與電阻ROl與電阻R02公共 連接端連接，比較器U12A反相輸入端與電阻R05與電阻R06公共連接端連接，比較器U12A 輸出端與二極管D02正極連接，二極管D02負(fù)極通過(guò)電阻R09與場(chǎng)效應(yīng)管QOl柵極連接； 所述場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極通過(guò)電阻Rll與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，其源極與基準(zhǔn)電壓源負(fù) 極VA-連接；所述光電耦合器UOl中發(fā)光二極管正極與場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極連接，光電耦合器 UOl中發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R12與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連接，光電耦合器UOl中三極管 集電極與電壓源二正極VB+連接，光電耦合器UOl中三極管發(fā)射極連接電壓源二負(fù)極VB-， 同時(shí)，光電耦合器UOl中三極管發(fā)射極作為欠壓信號(hào)輸出端一與單片機(jī)連接。其中，電阻RO1、電阻R03、電阻R05為可變電阻；比較器Ul IA輸出端通過(guò)上拉電阻 R07與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接；所述比較器U12A輸出端通過(guò)上拉電阻R08與基準(zhǔn)電壓源 正極VA+連接；所述場(chǎng)效應(yīng)管QOl為N溝道型；所述電壓源二與被監(jiān)測(cè)電壓源、基準(zhǔn)電壓源 均電氣隔離。所述電壓源輸出保護(hù)電路包含12V直流電壓輸出過(guò)壓保護(hù)電路、12V直流電壓輸 出欠壓保護(hù)電路、"12V直流電壓輸出過(guò)壓保護(hù)電路、-12V直流電壓輸出欠壓保護(hù)電路、5V 直流電壓輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、3. 3V直流電壓輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、+/-12V直流電壓供電 回路過(guò)流保護(hù)電路、5V直流電壓供電回路過(guò)流保護(hù)電路、3. 3V直流電壓供電回路過(guò)流保護(hù) 電路。由于12V、_12V、5V、3. 3V直流電壓源的過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電 路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，因此不分別描述上述各個(gè)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)，而將12V、_12V、5V、3. 3V直流電壓源的過(guò)壓保護(hù)電路統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)壓保護(hù)電路二，將 12V、-12V、5V、3. 3V直流電壓源的欠壓保護(hù)電路統(tǒng)稱(chēng)為欠壓保護(hù)電路二，將12V、_12V、5V、 3. 3V直流電壓源的電流保護(hù)電路統(tǒng)稱(chēng)為電流保護(hù)電路。圖3為被監(jiān)測(cè)電壓源輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)電路原理圖。電壓源輸出保護(hù)電路 包含基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路二、過(guò)壓采樣電路二、欠壓采樣電路二、過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù) 電路二、電流采樣電阻、過(guò)流保護(hù)電路。所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路二包含三端穩(wěn)壓器U21、電阻R26、電阻R27 ；所述三端穩(wěn)壓 器U21輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，三端穩(wěn)壓器U21地端與被監(jiān)測(cè)電壓 源輸出端負(fù)極Vout-連接；電阻似6與電阻R27連接，電阻似6另一端與三端穩(wěn)壓管U21輸 出端連接，電阻R27另一端與三端穩(wěn)壓器U21地端連接。所述過(guò)壓采樣電路二包含電阻R24、電阻R25，電阻R24與電阻R25連接，電阻RM 另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，電阻R25另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù) 極Vout-連接。[0043]所述欠壓采樣電路二包含電阻R22、電阻R23，電阻R22與電阻R23連接，電阻R22 另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，電阻R23另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù) 極Vout-連接。所述過(guò)壓保護(hù)電阻二包含比較器U13、光電隔離器U02、電阻R34、電阻R51 ；所述 比較器U13正相輸入端與電阻R24、電阻R25公共連接端連接，其反相輸入端與電阻R26、電 阻R27的公共連接端連接，其輸出端與光電耦合器U02中的發(fā)光二極管正極連接；所述光電 耦合器U02中的發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R34與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極Vout-連接；光電耦合 器U02中的三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R51與電壓源二負(fù)極 VB-連接，同時(shí)，發(fā)射極還作為過(guò)壓信號(hào)輸出端二與單片機(jī)連接。所述欠壓保護(hù)電阻二包含比較器U14、光電隔離器U03、電阻R35、電阻R52 ；所述 比較器U14反相輸入端與電阻R22、電阻R23公共連接端連接，其正相輸入端與電阻R26、電 阻R27的公共連接端連接，其輸出端與光電耦合器U03中的發(fā)光二極管正極連接；所述光電 耦合器U03中的發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R35與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極Vout-連接；光電耦合 器U03中的三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R52與電壓源二負(fù)極 VB-連接，同時(shí)，發(fā)射極還作為欠壓信號(hào)輸出端二與單片機(jī)連接。所述電流采樣電阻R21串聯(lián)在被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-與負(fù)載電路負(fù)極 Vout-a之間，即電流采樣電阻R21—端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-連接，另一端與負(fù) 載電路負(fù)極Vout-a連接。所述過(guò)流保護(hù)電路包含運(yùn)算放大器U15、比較器U16、光電耦合器U04、電阻R42、電 阻R43、電阻R41、電阻R37、電阻R53 ；所述運(yùn)算放大器Ul5反相輸入端通過(guò)電阻R42與被監(jiān) 測(cè)電壓源負(fù)極連接，電阻R42與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極連接的一端應(yīng)靠近電阻R21連接被監(jiān)測(cè) 電壓源輸出端負(fù)極的一端，這樣才能保證采樣電壓為R42上的電壓。運(yùn)算放大器U15正相 輸入端通過(guò)電阻R43與電流采樣電阻R21接有負(fù)載電路負(fù)極Vout-a的一端連接，運(yùn)算放大 器U15輸出端通過(guò)電阻R41與其反相輸入端連接，運(yùn)算放大器U15的輸出端還與比較器U16 的正相輸入端連接；所述比較器U16反相輸入端與電阻R26、電阻R27的公共連接端相連， 其輸出端與光電耦合器U04中的發(fā)光二極管正極連接；所述光電耦合器U04中的發(fā)光二極 管負(fù)極通過(guò)電阻R37與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-連接；光電耦合器U04中的三極管 集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R53與電壓源二負(fù)極VB-連接，同時(shí)，其 發(fā)射極還作為過(guò)流信號(hào)輸出端與單片機(jī)連接。其中，電阻R22、電阻R24、電阻似6為可變電阻；三端穩(wěn)壓器U21為固定輸出5V的 三端穩(wěn)壓器；比較器U13輸出端通過(guò)上拉電阻R31與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；所述比 較器U14輸出端通過(guò)上拉電阻R32與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；比較器U16輸出端通 過(guò)上拉電阻R36與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；所述運(yùn)算放大器U15輸出端通過(guò)上拉電 阻R33與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；所述電壓源二與被監(jiān)測(cè)電壓源、基準(zhǔn)電壓源均電氣 隔1 °其中，在12V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路中的被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端 正極Vout+為12V，被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-接地；-12V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電 路、欠壓保護(hù)電路中的被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+為5V，被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極 Vout-為-12V。在+/-12V直流電壓供電回路電流過(guò)流保護(hù)電路中，電流采樣電阻一端與負(fù)載電路負(fù)極Vout-a連接，另一端接被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端-12V輸出端。在5V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路中的被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+ 為5V，被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-接地。在5V直流電壓供電回路電流過(guò)流保護(hù)電路 中，電流采樣電阻一端與負(fù)載電路負(fù)極Vout-a連接，另一端接被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極 Vout—o在3. 3V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路中的被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極 Vout+為3. 3V，被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-接地。在3. 3V直流電壓供電回路電流過(guò)流 保護(hù)電路中，電流采樣電阻一端與負(fù)載電路負(fù)極Vout-a連接，另一端接被監(jiān)測(cè)電壓源輸出 端負(fù)極Vout-。圖4為本實(shí)用新型單片機(jī)控制電路原理圖。單片機(jī)U22弓丨腳Pl. O與光電耦合器 UOl中三極管發(fā)射極連接，引腳Pl. 2與-12V直流電壓欠壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 3 與12V直流電壓欠壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 4與-12V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路輸出 端相連，引腳Pl. 5與12V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 6與5V直流電壓過(guò) 壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 6還與5V直流電壓欠壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 7 與3. 3V直流電壓過(guò)壓保護(hù)電路輸出端相連，引腳Pl. 7還與3. 3V直流電壓欠壓保護(hù)電路輸 出端相連；引腳P2. 1與溫度采樣芯片輸出連接；引腳P2. 2與+/-12V直流電壓輸出過(guò)流保 護(hù)電路輸出端連接；引腳P2. 3與5V直流電壓輸出過(guò)流保護(hù)電路輸出端連接；引腳P2. 4與 3. 3V直流電壓輸出過(guò)流保護(hù)電路輸出端連接；引腳引腳Pl. 1接入遙控信號(hào)，低有效；引腳 P2. O與強(qiáng)制開(kāi)機(jī)信號(hào)連接，高有效。上述過(guò)欠壓保護(hù)電路檢測(cè)到被監(jiān)測(cè)電壓源出現(xiàn)過(guò)壓、欠 壓、過(guò)流或者過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，引腳PI. 2>1. 7、P2. 1、P2. 2、P2. 3、P2. 4相應(yīng)輸出為低電平， 通知單片機(jī)U22監(jiān)測(cè)電壓源發(fā)生了過(guò)壓、欠壓、過(guò)流或者過(guò)熱現(xiàn)象。圖4中輸出信號(hào)A表示待機(jī)狀態(tài)，高有效；輸出信號(hào)B表示工作狀態(tài)，高有效；輸出 信號(hào)C表示故障，低有效。輸出信號(hào)B與控制被監(jiān)測(cè)電壓源的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸入端連接，當(dāng) 輸出信號(hào)B為低時(shí)，被監(jiān)測(cè)電壓源關(guān)斷；當(dāng)輸出信號(hào)B置高，被監(jiān)測(cè)電壓源開(kāi)機(jī)。當(dāng)開(kāi)電時(shí)，電路的輔助電源電路和單片機(jī)電路進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)主電路不工作， 電源進(jìn)入自檢，檢查輸入電壓是否處于正常范圍內(nèi)、輸出是否有短路現(xiàn)象、電源模塊溫度是 否過(guò)高、輔助電源部分是否存在故障，如自檢一切正常，信號(hào)A給出高電平，面板對(duì)應(yīng)待機(jī) 黃色指示燈亮，如出現(xiàn)不正常情況，信號(hào)C為低電平，面板紅色警示指示燈亮，A、B為低電 平，系統(tǒng)報(bào)告故障；待機(jī)狀態(tài)正確后，將主電路輸入控制線接地，使主電路開(kāi)始工作(主電路 為低電平控制)，此時(shí)自檢部分開(kāi)始檢查輸入、輸出電壓是否在正常范圍內(nèi)、電源是否異常 發(fā)熱、輸出電流是否在正常范圍內(nèi)，如一切正常，信號(hào)B為高電平，面板對(duì)應(yīng)工作綠色指示 燈亮，系統(tǒng)報(bào)告正常工作，信號(hào)A為低電平，待機(jī)指示燈滅；如出現(xiàn)不正常情況，信號(hào)C為低 電平，面板紅色警示指示燈亮，A、B為低電平，系統(tǒng)報(bào)告故障。下面再結(jié)合圖5進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型工作流程。首先監(jiān)測(cè)強(qiáng)制開(kāi)機(jī)信號(hào)P2. O 是否為高，如果P2. O為高，則輸出信號(hào)A為低，B、C為高，被監(jiān)測(cè)電壓源開(kāi)機(jī)，若P2. O為低， 則掃描Pl. O、P2. UPl. 1，如果P1.0、P2. 1任一為低電平，無(wú)論P(yáng)l. 1是高是低，則輸出A為 低電平、B為低電平、C為低電平，此時(shí)被監(jiān)測(cè)電壓源關(guān)斷，程序結(jié)束；如果P1.0、P2. UPl. 1 為高電平，則輸出A為高電平、B為低電平、C為高電平，被監(jiān)測(cè)電壓源為待機(jī)狀態(tài)仍然保持 關(guān)斷，此后，循環(huán)檢測(cè)Pl. O、P2. UPl. 1，直到P1.0、P2. 1為高電平、Pl. 1為低電平，則輸出A為低電平、B為高電平、C為高電平，被監(jiān)測(cè)電壓源開(kāi)機(jī)。延時(shí)若干，依次掃描PI. 2>1. 7、 P2. 2 P2.4，如果其中任一引腳出現(xiàn)低電平，則輸出A為低電平、B為低電平、C為低電平，被 監(jiān)測(cè)電壓源關(guān)斷，若PI. 2>1. 7、P2. 2>2. 4都為高，輸出A為低電平、B為高電平、C為高電 平，被監(jiān)測(cè)電壓源正常工作。圖5為本實(shí)用新型單片機(jī)控制電路工作流程圖。
權(quán)利要求1.一種電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，包含過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù) 電路、過(guò)熱保護(hù)電路，其特征在于，該電路還包含電壓源輸入保護(hù)電路、電壓源輸出保護(hù)電 路、單片機(jī)控制電路；所述過(guò)熱保護(hù)電路包含溫度采樣芯片，溫度采樣芯片溫度信號(hào)輸出端 與單片機(jī)輸入引腳連接；所述電壓源輸入保護(hù)電路包含過(guò)壓保護(hù)電路一、欠壓保護(hù)電路一； 所述電壓源輸出保護(hù)電路包含過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二、電流采樣電阻、過(guò)流保護(hù) 電路；所述過(guò)壓保護(hù)電路一、欠壓保護(hù)電路一的輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源的輸入端相連；所述 過(guò)壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二的輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源的輸出端相連，所述電流采樣 電阻串聯(lián)于被監(jiān)測(cè)電壓源的輸出端負(fù)極與負(fù)載電路負(fù)極之間，所述過(guò)流保護(hù)電路的輸入端 與電流采樣電阻接有負(fù)載電路負(fù)極的一端相連；所述過(guò)壓保護(hù)電路一、欠壓保護(hù)電路一、過(guò) 壓保護(hù)電路二、欠壓保護(hù)電路二、過(guò)流保護(hù)電路的輸出端分別與單片機(jī)的不同輸入引腳連 接；所述單片機(jī)的一個(gè)輸出引腳與被監(jiān)測(cè)電壓源開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，其特征在于，所述電壓源輸 入保護(hù)電路還包含基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路一、過(guò)壓采樣電路一、欠壓采樣電路一；所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路一包含電阻ROl、電阻R02，所述電阻ROl與電阻R02串聯(lián)，所述 電阻ROl另一端與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，所述電阻R02另一端與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連 接；所述過(guò)壓采樣電路一包含電阻R03、電阻R04，所述電阻R03與電阻R04串聯(lián)，所述電阻 R03另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸入端正極Vin+連接，所述電阻R04另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸 入端負(fù)極Vin-連接；所述欠壓采樣電路一包含電阻R05、電阻R06，所述電阻R05與電阻R06串聯(lián)，所述電阻 R05另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸入端正極Vin+連接，所述電阻R06另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸 入端負(fù)極Vin-連接；所述過(guò)壓保護(hù)電路一包含比較器U11A、二極管D01、場(chǎng)效應(yīng)管Q01、光電耦合器U01、電 阻R09、電阻Rl 1、電阻R12 ；所述比較器Ul IA正相輸入端與電阻R03與電阻R04公共連接端 連接，比較器UllA反相輸入端與電阻ROl與電阻R02公共連接端連接，比較器UllA輸出端 與二極管DOl正極連接，二極管DOl負(fù)極通過(guò)電阻R09與場(chǎng)效應(yīng)管QOl柵極連接；所述場(chǎng)效 應(yīng)管QOl漏極通過(guò)電阻Rll與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，其源極與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連 接；所述光電耦合器UOl中發(fā)光二極管正極與場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極連接，光電耦合器UOl中發(fā) 光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R12與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連接，光電耦合器中三極管集電極與電 壓源二正極VB+連接，光電耦合器中三極管發(fā)射極連接電壓源二負(fù)極VB-，同時(shí)，光電耦合 器中三極管發(fā)射極作為過(guò)壓信號(hào)輸出端一與單片機(jī)連接；所述欠壓保護(hù)電路一包含比較器U12A、二極管D02、場(chǎng)效應(yīng)管Q01、光電耦合器U01、電 阻R09、電阻Rl 1、電阻R12 ；所述比較器U12A正相輸入端與電阻ROl與電阻R02公共連接端 連接，比較器U12A反相輸入端與電阻R05與電阻R06公共連接端連接，比較器U12A輸出端 與二極管D02正極連接，二極管D02負(fù)極通過(guò)電阻R09與場(chǎng)效應(yīng)管QOl柵極連接；所述場(chǎng)效 應(yīng)管QOl漏極通過(guò)電阻Rll與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接，其源極與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連 接；所述光電耦合器UOl中發(fā)光二極管正極與場(chǎng)效應(yīng)管QOl漏極連接，光電耦合器UOl中發(fā) 光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R12與基準(zhǔn)電壓源負(fù)極VA-連接，光電耦合器UOl中三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，光電耦合器UOl中三極管發(fā)射極連接電壓源二負(fù)極VB-，同時(shí)，光 電耦合器UOl中三極管發(fā)射極作為欠壓信號(hào)輸出端一與單片機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，其特征在于，電阻ROl、電阻 R03、電阻R05為可變電阻；比較器UllA輸出端通過(guò)上拉電阻R07與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連 接；所述比較器U12A輸出端通過(guò)上拉電阻R08與基準(zhǔn)電壓源正極VA+連接；所述場(chǎng)效應(yīng)管 QOl為N溝道型；所述電壓源二與被監(jiān)測(cè)電壓源、基準(zhǔn)電壓源均電氣隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，其特征在于，所述電壓源輸 出保護(hù)電路還包含基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路二、過(guò)壓采樣電路二、欠壓采樣電路二、電流采樣電 阻；所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路二包含三端穩(wěn)壓器U21、電阻R26、電阻R27 ；所述三端穩(wěn)壓器 U21輸入端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，三端穩(wěn)壓器U21地端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸 出端負(fù)極Vout-連接；電阻似6與電阻R27連接，電阻似6另一端與三端穩(wěn)壓管U21輸出端 連接，電阻R27另一端與三端穩(wěn)壓器U21地端連接；所述過(guò)壓采樣電路二包含電阻R24、電阻R25，電阻RM與電阻R25連接，電阻RM另 一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，電阻R25另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極 Vout-連接；所述欠壓采樣電路二包含電阻R22、電阻R23，電阻R22與電阻R23連接，電阻R22另 一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端正極Vout+連接，電阻R23另一端與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極 Vout-連接；所述過(guò)壓保護(hù)電阻二包含比較器U13、光電隔離器U02、電阻R34、電阻R51 ；所述比較器 U13正相輸入端與電阻R24、電阻R25公共連接端連接，其反相輸入端與電阻R26、電阻R27 的公共連接端連接，其輸出端與光電耦合器U02中的發(fā)光二極管正極連接；所述光電耦合 器U02中的發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R34與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極Vout-連接；光電耦合器U02 中的三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R51與電壓源二負(fù)極VB-連 接，同時(shí)，發(fā)射極還作為過(guò)壓信號(hào)輸出端二與單片機(jī)連接；所述欠壓保護(hù)電阻二包含比較器U14、光電隔離器U03、電阻R35、電阻R52 ；所述比較器 U14反相輸入端與電阻R22、電阻R23公共連接端連接，其正相輸入端與電阻R26、電阻R27 的公共連接端連接，其輸出端與光電耦合器U03中的發(fā)光二極管正極連接；所述光電耦合 器U03中的發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R35與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極Vout-連接；光電耦合器U03 中的三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R52與電壓源二負(fù)極VB-連 接，同時(shí)，發(fā)射極還作為欠壓信號(hào)輸出端二與單片機(jī)連接；所述電流采樣電阻R21串聯(lián)在被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-與負(fù)載電路負(fù)極Vout-a 之間；所述過(guò)流保護(hù)電路包含運(yùn)算放大器U15、比較器U16、光電耦合器U04、電阻R42、電阻 R43、電阻R41、電阻R37、電阻R53 ；所述運(yùn)算放大器U15反相輸入端通過(guò)電阻R42與被監(jiān)測(cè) 電壓源負(fù)極連接，電阻R42與被監(jiān)測(cè)電壓源負(fù)極連接的一端應(yīng)靠近電阻R21連接被監(jiān)測(cè)電 壓源輸出端負(fù)極的一端；正相輸入端通過(guò)電阻R43與電流采樣電阻R21接有負(fù)載電路負(fù)極 Vout-a的一端連接，運(yùn)算放大器U15輸出端通過(guò)電阻R41與其反相輸入端連接，運(yùn)算放大器 U15的輸出端還與比較器U16的正相輸入端連接；所述比較器U16反相輸入端與電阻R26、電阻R27的公共連接端相連，其輸出端與光電耦合器U04中的發(fā)光二極管正極連接；所述光 電耦合器U04中的發(fā)光二極管負(fù)極通過(guò)電阻R37與被監(jiān)測(cè)電壓源輸出端負(fù)極Vout-連接； 光電耦合器U04中的三極管集電極與電壓源二正極VB+連接，發(fā)射極通過(guò)電阻R53與電壓 源二負(fù)極VB-連接，同時(shí)，其發(fā)射極還作為過(guò)流信號(hào)輸出端與單片機(jī)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，其特征在于，電阻R22、電阻 R24、電阻似6為可變電阻；三端穩(wěn)壓器U21為固定輸出5V的三端穩(wěn)壓器；比較器U13輸出 端通過(guò)上拉電阻R31與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；所述比較器U14輸出端通過(guò)上拉電 阻R32與三端穩(wěn)壓器U21的輸出端連接；比較器U16輸出端通過(guò)上拉電阻R36與三端穩(wěn)壓 器U21的輸出端連接；所述運(yùn)算放大器U15輸出端通過(guò)上拉電阻R33與三端穩(wěn)壓器U21的 輸出端連接；所述電壓源二與被監(jiān)測(cè)電壓源、基準(zhǔn)電壓源均電氣隔離。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精細(xì)保護(hù)電路，涉及一種電源保護(hù)電路。旨在提供一種能夠在無(wú)人值守的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精細(xì)保護(hù)電壓源的電路。本實(shí)用新型包含電壓源輸入保護(hù)電路、電壓源輸出保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、單片機(jī)控制電路；所述電壓源輸入保護(hù)電路、電壓源輸出保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路的輸出端分別與單片機(jī)連接。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流與過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)關(guān)斷電壓源。本實(shí)用新型可根據(jù)系統(tǒng)要求通過(guò)軟件設(shè)置電源的各種工作及保護(hù)狀態(tài)，可應(yīng)用于通信、程控、雷達(dá)系統(tǒng)等系統(tǒng)電源保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H3/04GK201846067SQ201020595319
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者孫林, 龔雪東 申請(qǐng)人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司