直流大功率電子設備上電軟保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉公開了一種直流大功率電子設備上電軟保護電路，它包括延時軟啟動功率控制電路、過流保護電路、過壓吸收電路和輔助電源電路,所述輔助電源電路將負載的直流輸入電源轉換成+9V、+5V電源后為電路供電；所述延時軟啟動功率控制電路包括場效應管Q2及數字計數器芯片U1、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片U1通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片U1輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，用以控制場效應管Q2的導通，構成本電路的軟啟動；流經負載的電流通過過流保護電路保護負載不被損毀；過壓吸收電路用以抑制的場效應管Q2突然關閉時所產生的浪涌電壓，保護負載不被損毀。
【專利說明】
直流大功率電子設備上電軟保護電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及到電子設備上電時的過載保護技術領域，具體的說是一種直流大功率電子設備上電軟保護電路。
【背景技術】
[0002]在調試大功率電子設備時，由于調試所使用的輸入電源性能參差不齊，電源內部保護參數不一，所調試的電子設備內部電子元器件價格昂貴時，在不加保護的前提下有損壞電子設備的可能性，造成經濟損失。而且對于大功率的電子設備，其上電瞬間吸取大量電流，有可能導致電磁輻射干擾電網的其余用電器。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種直流大功率電子設備上電軟保護電路，以解決電子設備在調試過程中的安全性和可靠性的問題。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案為:
[0005]—種直流大功率電子設備上電軟保護電路，它包括延時軟啟動功率控制電路、過流保護電路、過壓吸收電路和輔助電源電路，所述延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路相連接，所述輔助電源電路將負載的直流輸入電源轉換成+9V、+5V電源后為延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路供電；所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片Ul、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，用以更改場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，控制場效應管Q2的導通，構成本電路的軟啟動;流經負載的電流通過過流保護電路中的運算放大器U5高倍放大之后進入比較器U6，與設定的電流閾值進行比較判定是否過流，過流信號發(fā)生時將迅速關斷場效應管Q2，保護負載不被損毀;過壓吸收電路用以抑制的場效應管Q2突然關閉時所產生的浪涌電壓，保護負載不被損毀。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片Ul、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，數字計數器芯片Ul內部有14級二進制串行計數器，數字計數器芯片Ul的第4腳輸出端輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，+9V電源通過電阻R8和數字電位器U4分壓，其分壓值作為場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，用以控制場效應管Q2的導通;數字計數器芯片Ul的第I腳輸出端輸出的脈沖經過電阻R7、電阻R6的分壓后給晶閘管D2提供一個鎖存信號，晶閘管D2將鎖存信號傳輸給數字計數器芯片Ul的第11腳，用以關閉數字計數器芯片Ul;數字計數器芯片Ul關閉后場效應管Q2進入飽和導通狀態(tài)，本電路的軟啟動過程結束;所述數字計數器芯片Ul的型號為74HC4060。
[0007]作為本實用新型的更進一步改進，所述過流保護電路包括運算放大器U5、高速比較器U6，負載的電流流經采樣電阻R14生成電壓信號，運算放大器U5和電阻R11、電阻R12、電阻R16、電阻R19構成差分放大器將電流信號高倍數放大，放大后的電流信號經與運算放大器U5的輸出端相連接的電阻R13、電容CS低通濾波后，送至高速比較器U6的同相輸入端，與電位器R18及電阻R15設置的過流保護電流閾值進行比較；當電流信號大于電流閾值發(fā)生過流時，高速比較器U6輸出高電平驅動三極管Ql導通，拉低場效應管Q2的柵極電壓，場效應管Q2關閉。
[0008]作為本實用新型的更進一步改進，所述過流保護電路還包括與電位器R18相并聯的電容C9、電阻R10、電容C6，電容C9起到濾波作用，RlO用于引入滯回功能，和電容C6—起提高了比較器的抗干擾性能。
[0009]作為本實用新型的更進一步改進，所述運算放大器U5為軌到軌輸入輸出、單電源供電、高共模抑制比、低輸入失調電壓的高精度運算放大器，其型號為0P184;所述高速比較器U6為延遲時間短、翻轉迅速的比較器，其型號是LT1720。
[0010]作為本實用新型的更進一步改進，所述過壓吸收電路包括二極管D3、穩(wěn)壓二極管D4、電阻R17、功率型場效應管Q3，功率型場效應管Q3的柵極與穩(wěn)壓二極管D4的正極、電阻R17的一端相連接，漏極與二極管D3的負極、穩(wěn)壓二極管D4的負極相連接，漏極與電阻R17的另一端相連接后接地，二極管D3的正極與負載相連接；當負載輸入電源的電壓突然升高產生浪涌電壓達到設定的電壓閾值時，齊納穩(wěn)壓管D4被擊穿，功率型場效應管Q3導通，浪涌電壓通過二極管D3、功率型場效應管Q3進行釋放，進而保護負載不被損毀，穩(wěn)壓二極管D4用于設定浪涌電壓閾值。
[0011]作為本實用新型的更進一步改進，所述輔助電源電路包括+9V電源和+5電源，+9V電源由直流輸入電壓通過高壓線性降壓變換器芯片U2轉換而獲得，+9V電源為運算放大器U5、高速比較器U6和場效應管Q2柵極、源極偏壓供電；+5V電源由+9V電源通過低壓線性差穩(wěn)壓器芯片U3獲得，+5V電源為數字計數器芯片Ul和數字電位器芯片U4供電。
[0012]作為本實用新型的更進一步改進，所述高壓線性降壓變換器芯片U2的型號為LR12，所述低壓差線性穩(wěn)壓器芯片U3的型號為MIC5205-5。
[0013]當大功率電子負載接入輸入電源和本實用新型的電路后，數字計數器芯片Ul開始工作，其計數的時鐘脈沖通過與數字計數器芯片第9腳相連接的電容C3、第10腳相連接的電阻R3設定，它的脈沖頻率計算公式為:
[0014]f(clk) = l/(2.5*R3*C3)
[0015]數字計數器芯片Ul的第4腳輸出五級串行計數脈沖，該脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值控制信號，從而控制場效應管Q2的柵極、源極間的偏壓;數字計數器芯片Ul的第I腳輸出十一級串行計數脈沖，該脈沖能夠通過晶閘管D2關閉計數器;此時標志著計數器停止工作，場效應管Q2進入飽和導通狀態(tài)。
[0016]本實用新型對負載過流保護電路的實現過程為:根據歐姆定律，回路電流流經采樣電阻R14得到一個電壓值，首先采用運算放大器U5放大該電壓值，并設定電阻R12與電阻R16的阻值相等，電阻Rll與電阻R19的阻值相等，運算放大器電壓放大倍數的計算公式為:
[0017]Au = R19/R16
[0018]高速比較器U6的反相端采用電阻分壓設定過流點，通過調節(jié)電位器R18可以設定過流閾值。
[0019]本實用新型對負載浪涌電壓保護功能的實現過程為:過壓吸收電路用以吸收因場效應管Q2突然關閉可能引起的電壓突升，產生浪涌電壓的現象，當電壓升高到預定的電壓閾值時，穩(wěn)壓管二極管D4被擊穿，場效應管Q3導通，快速吸收掉產生的浪涌，通過選定穩(wěn)壓二極管D4的穩(wěn)壓值可以設定電壓閾值;場效應管Q3選用功率型場效應管，用以承受瞬時的電壓吸收。
[0020]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0021](I)本實用新型采用了數字延時軟啟動功率控制電路、過流保護電路、過壓吸收電路，可以避免大功率電子負載在接通電源的瞬間出現的浪涌電流、浪涌電壓對設備造成損毀及瞬間接通產生的EMC干擾，有別于以往依靠電容充電效應的軟啟動方式，通過實時監(jiān)測大功率電子設備上的電流、電壓即可控制其用電功率，避免負載被損毀；
[0022](2)本實用新型實用性能強，由于使用高共模抑制比的運算放大器U5，大大提高了測量結果的準確性與可靠性，而且使用了高速比較器U6，當電路過流時，對其抑制速度快；
[0023](3)利用本實用新型安全性能高，通過對電子設備的電流和電壓進行監(jiān)控，當其超出安全范圍時電路動作，避免電子設備的損毀。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步的詳細說明。
[0026]如圖1所示的一種直流大功率電子設備上電軟保護電路，它包括延時軟啟動功率控制電路、過流保護電路、過壓吸收電路和輔助電源電路，所述延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路相連接，所述輔助電源電路將負載的直流輸入電源轉換成+9V、+5V電源后為延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路供電；所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片U1、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，用以更改場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，控制場效應管Q2的導通，構成本電路的軟啟動;流經負載的電流通過過流保護電路中的運算放大器U5高倍放大之后進入比較器U6，與設定的電流閾值進行比較判定是否過流，過流信號發(fā)生時將迅速關斷場效應管Q2，保護負載不被損毀;過壓吸收電路用以抑制的場效應管Q2突然關閉時所產生的浪涌電壓，保護負載不被損毀。
[0027]所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片U1、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，數字計數器芯片Ul內部有14級二進制串行計數器，數字計數器芯片Ul的第4腳輸出端輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，+9V電源通過電阻R8和數字電位器U4分壓，其分壓值作為場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，用以控制場效應管Q2的導通;數字計數器芯片Ul的第I腳輸出端輸出的脈沖經過電阻R7、電阻R6的分壓后給晶閘管D2提供一個鎖存信號，晶閘管D2將鎖存信號傳輸給數字計數器芯片Ul的第11腳，用以關閉數字計數器芯片Ul;數字計數器芯片Ul關閉后場效應管Q2進入飽和導通狀態(tài)，本電路的軟啟動過程結束;所述數字計數器芯片Ul的型號為74HC4060。
[0028]所述過流保護電路包括運算放大器U5、高速比較器U6，負載的電流流經采樣電阻R14生成電壓信號，運算放大器U5和電阻Rll、電阻R12、電阻R16、電阻R19構成差分放大器將電流信號高倍數放大，放大后的電流信號經與運算放大器U5的輸出端相連接的電阻R13、電容CS低通濾波后，送至高速比較器U6的同相輸入端，與電位器R18及電阻R15設置的過流保護電流閾值進行比較；當電流信號大于電流閾值發(fā)生過流時，高速比較器U6輸出高電平驅動三極管Ql導通，拉低場效應管Q2的柵極電壓，場效應管Q2關閉；
[0029]所述過流保護電路還包括與電位器R18相并聯的電容C9、電阻R10、電容C6，電容C9起到濾波作用，RlO用于引入滯回功能，和電容C6—起提高了比較器的抗干擾性能。
[0030]所述運算放大器U5為軌到軌輸入輸出、單電源供電、高共模抑制比、低輸入失調電壓的高精度運算放大器，其型號為0P184;所述高速比較器U6為延遲時間短、翻轉迅速的比較器，其型號是LT1720。
[0031]所述過壓吸收電路包括二極管D3、穩(wěn)壓二極管D4、電阻R17、功率型場效應管Q3，功率型場效應管Q3的柵極與穩(wěn)壓二極管D4的正極、電阻R17的一端相連接，漏極與二極管D3的負極、穩(wěn)壓二極管D4的負極相連接，漏極與電阻R17的另一端相連接后接地，二極管D3的正極與負載相連接；當負載輸入電源的電壓突然升高產生浪涌電壓達到設定的電壓閾值時，齊納穩(wěn)壓管D4被擊穿，功率型場效應管Q3導通，浪涌電壓通過二極管D3、功率型場效應管Q3進行釋放，進而保護負載不被損毀，穩(wěn)壓二極管D4用于設定浪涌電壓閾值。
[0032]所述輔助電源電路包括+9V電源和+5電源，+9V電源由直流輸入電壓通過高壓線性降壓變換器芯片U2轉換而獲得，+9V電源為運算放大器U5、高速比較器U6和場效應管Q2柵極、源極偏壓供電；+5V電源由+9V電源通過低壓線性差穩(wěn)壓器芯片U3獲得，+5V電源為數字計數器芯片Ul和數字電位器芯片U4供電。
[0033]所述高壓線性降壓變換器芯片U2的型號為LR12，所述低壓差線性穩(wěn)壓器芯片U3的型號為 MIC5205-5。
[0034]在圖1中較粗的線代表功率線，表示其上流過大電流。
[0035]應當理解，在理解本實用新型的基礎上，可以根據實際在電路參數上做細微調整，然而應該說明的是，在未脫離本實用新型構思前提下，對本實用新型所做的任何微小變化與修飾均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:它包括延時軟啟動功率控制電路、過流保護電路、過壓吸收電路和輔助電源電路，所述延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路相連接，所述輔助電源電路將負載的直流輸入電源轉換成+9V、+5V電源后為延時軟啟動功率控制電路與過流保護電路、過壓吸收電路供電；所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片Ul、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，用以更改場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，控制場效應管Q2的導通，構成本電路的軟啟動;流經負載的電流通過過流保護電路中的運算放大器U5高倍放大之后進入比較器U6，與設定的電流閾值進行比較判定是否過流，過流信號發(fā)生時將迅速關斷場效應管Q2，保護負載不被損毀;過壓吸收電路用以抑制的場效應管Q2突然關閉時所產生的浪涌電壓，保護負載不被損毀。2.根據權利要求1所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述延時軟啟動功率控制電路包括功率型N溝道場效應管Q2及延時軟啟動驅動電路，延時軟啟動驅動電路包括數字計數器芯片U1、數字電位器芯片U4，數字計數器芯片Ul通過外接電阻R3、電容C3構成振蕩器作為時鐘，數字計數器芯片Ul輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，數字計數器芯片Ul內部有14級二進制串行計數器，數字計數器芯片Ul的第4腳輸出端輸出計數脈沖作為數字電位器芯片U4的阻值增減控制信號，+9V電源通過電阻R8和數字電位器U4分壓，其分壓值作為場效應管Q2的柵極、源極偏置電壓，用以控制場效應管Q2的導通;數字計數器芯片Ul的第I腳輸出端輸出的脈沖經過電阻R7、電阻R6的分壓后給晶閘管D2提供一個鎖存信號，晶閘管D2將鎖存信號傳輸給數字計數器芯片Ul的第11腳，用以關閉數字計數器芯片Ul;數字計數器芯片Ul關閉后場效應管Q2進入飽和導通狀態(tài)，本電路的軟啟動過程結束;所述數字計數器芯片Ul的型號為74HC4060。3.根據權利要求1所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述過流保護電路包括運算放大器U5、高速比較器U6，負載的電流流經采樣電阻R14生成電壓信號，運算放大器U5和電阻R11、電阻R12、電阻R16、電阻R19構成差分放大器將電流信號高倍數放大，放大后的電流信號經與運算放大器U5的輸出端相連接的電阻R13、電容CS低通濾波后，送至高速比較器U6的同相輸入端，與電位器R18及電阻R15設置的過流保護電流閾值進行比較；當電流信號大于電流閾值發(fā)生過流時，高速比較器U6輸出高電平驅動三極管Ql導通，拉低場效應管Q2的柵極電壓，場效應管Q2關閉。4.根據權利要求3所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述過流保護電路還包括與電位器R18相并聯的電容C9、電阻R10、電容C6，電容C9起到濾波作用，RlO用于引入滯回功能，和電容C6—起提高了比較器的抗干擾性能。5.根據權利要求3或4所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述運算放大器U5為軌到軌輸入輸出、單電源供電、高共模抑制比、低輸入失調電壓的高精度運算放大器，其型號為0P184;所述高速比較器U6為延遲時間短、翻轉迅速的比較器，其型號是LT1720o6.根據權利要求1所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述過壓吸收電路包括二極管D3、穩(wěn)壓二極管D4、電阻R17、功率型場效應管Q3，功率型場效應管Q3的柵極與穩(wěn)壓二極管D4的正極、電阻R17的一端相連接，漏極與二極管D3的負極、穩(wěn)壓二極管D4的負極相連接，漏極與電阻R17的另一端相連接后接地，二極管D3的正極與負載相連接；當負載輸入電源的電壓突然升高產生浪涌電壓達到設定的電壓閾值時，齊納穩(wěn)壓管D4被擊穿，功率型場效應管Q3導通，浪涌電壓通過二極管D3、功率型場效應管Q3進行釋放，進而保護負載不被損毀。7.根據權利要求1所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述輔助電源電路包括+9V電源和+5電源，+9V電源由直流輸入電壓通過高壓線性降壓變換器芯片U2轉換而獲得，+9V電源為運算放大器U5、高速比較器U6和場效應管Q2柵極、源極偏壓供電；+5V電源由+9V電源通過低壓線性差穩(wěn)壓器芯片U3獲得，+5V電源為數字計數器芯片Ul和數字電位器芯片U4供電。8.根據權利要求7所述的直流大功率電子設備上電軟保護電路，其特征在于:所述高壓線性降壓變換器芯片U2的型號為LR12，所述低壓差線性穩(wěn)壓器芯片U3的型號為MIC5205-5。
【文檔編號】H02H9/04GK205429689SQ201521022108
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月10日
【發(fā)明人】康健, 張曉榮, 呂曉霖, 索曉娣, 常蓬彬, 趙倩, 楊朝霞, 黨倩, 段軍威, 衡飛
【申請人】國網甘肅省電力公司, 國網甘肅省電力公司天水供電公司, 甘肅璐騰電子科技有限公司