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CN103762545A - 一种多级可关断电流保护电路 - Google Patents

一种多级可关断电流保护电路 Download PDF

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CN103762545A
CN103762545A CN201410052066.5A CN201410052066A CN103762545A CN 103762545 A CN103762545 A CN 103762545A CN 201410052066 A CN201410052066 A CN 201410052066A CN 103762545 A CN103762545 A CN 103762545A
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郭倩
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Abstract

本发明提供了一种多级可关断电流保护电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第三运算放大器、第一电容器、第二电容器、二极管、第一稳压管、第二稳压管和电源。根据本发明的多级可关断电流保护电路，解决了输入电压过高带来的问题，有效的防止了由于电流过大而使保护失控。

Description

一种多级可关断电流保护电路
技术领域
本发明涉及电学领域，更具体的，涉及一种多级可关断电流保护电路。
背景技术
可关断保护电路是一种防止主回路短路或直流牵引电动机发生环火造成主回路电流过大而损坏同步牵引发电机、主整流柜等电气设备，对主电路进行过电流和过电压均保护的电路。
一般的保护电路为过电流保护电路，这种电路在电源过载或输出短路时保护电源装置，这种电路的缺点是：受到运算放大器可承受电压的影响，当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使三极管功耗增大，发热，若没有过流保护装置,大功率开关三极管就有可能损坏，所以对输入电压的范围要求严格，其范围为0～Vcc，如果超出电压范围，保护电路就会失去保护效果。
发明内容
本发明提供了一种多级可关断电流保护电路，其包括：
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第三运算放大器、第一电容器、第二电容器、二极管、第一稳压管、第二稳压管和电源，其中电源连接第四运算放大器的正电源端，该第四运算放大器的正相输入端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和二极管的阴极，该第四运算放大器的反相输入端连接第一电容器的第一端，该第四运算放大器的输出端连接该第一电容器的第二端，该第二电阻的第二端分别连接第三电阻的第一端和第二电容器的第一端，该第二电容器的第二端分别连接二极管的阳极、第三电阻的第二端和该第四运算放大器的负电源端，该第三电阻的第二端还连接第一电容器的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端和第二运算放大器的正相输入端，该第一电阻的第二端也分别连接第一电容器的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端和第二运算放大器的正相输入端，该第四电阻的第二端接地，该第五电阻的第二端分别连接第六电阻的第一端和第三运算放大器的输出端，该第六电阻的第二端分别连接第七电阻的第一端和该第三运算放大器的反相输入端，该第七电阻的第二端接地，该第三运算放大器的正相输入端分别连接第八电阻的第一端和第九电阻的第一端，该第八电阻的第二端分别连接第二运算放大器的输出端和反相输入端，该第九电阻的第二端分别连接第十电阻的第一端和第一稳压管的阳极，该第一稳压管的阴极连接第二稳压管的阴极，该第二稳压管的阳极接地，该第十电阻的第二端连接第一运算放大器的输出端，该第一运算放大器的正相输入端接地，该第一运算放大器的反相输入端分别连接第十一电阻的第一端和第十二电阻的第一端，该第十一电阻的第二端接收参考电压，该第十二电阻的第二端接收输入电压。
其中第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻的阻值相等。
电源为5V，第一电阻的阻值为1千欧姆，第二电阻的阻值为500欧姆，第三电阻的阻值为500欧姆，第四电阻的阻值为1千欧姆，第五电阻的阻值为100欧姆，第六电阻的阻值为100欧姆，第七电阻的阻值为100欧姆，第八电阻的阻值为100欧姆，第九电阻的阻值为100欧姆，第十电阻的阻值为510欧姆，第十一电阻的阻值为1千欧姆，第十二电阻的阻值为500欧姆，第一电容器的电容值为0.1ｕF，第二电容器的电容值为0.1ｕF。
根据本发明的多级可关断电流保护电路解决了原有电路的缺陷，解决了电压过高带来的问题，加入可关断电路，使得整个电路的核心保护电路部分输入电流Io可控，并且存在上下极限电流范围，使得保护电路更为可靠，在电压条件不匹配时由于不能输出电流Io而使保护电路处于关断状态，达到对核心保护电路部分本身进行保护的目的，有效的防止了由于电流过大而使保护失控。
附图说明
图1是本发明的多级可关断电流保护电路的原理示意图。
具体实施方式
图1是本发明的多级可关断电流保护电路的原理示意图。如图所示，本发明的多级可关断电流保护电路包括：
第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第三运算放大器A4、第一电容器C1、第二电容器C2、二极管D、第一稳压管Z1、第二稳压管Z2和电源Vcc，其中电源Vcc连接第四运算放大器A4的正电源端，该第四运算放大器A4的正相输入端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端和二极管的阴极，该第四运算放大器A4的反相输入端连接第一电容器C1的第一端，该第四运算放大器A4的输出端连接该第一电容器C1的第二端，该第二电阻R2的第二端分别连接第三电阻R3的第一端和第二电容器C2的第一端，该第二电容器C2的第二端分别连接二极管D的阳极、第三电阻R3的第二端和该第四运算放大器A4的负电源端，该第三电阻R3的第二端还连接第一电容器C1的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端和第二运算放大器A2的正相输入端，该第一电阻R1的第二端也分别连接第一电容器C1的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端和第二运算放大器A2的正相输入端，该第四电阻R4的第二端接地，该第五电阻R5的第二端分别连接第六电阻R6的第一端和第三运算放大器A3的输出端，该第六电阻R6的第二端分别连接第七电阻R7的第一端和该第三运算放大器A3的反相输入端，该第七电阻R7的第二端接地，该第三运算放大器A3的正相输入端分别连接第八电阻R8的第一端和第九电阻R9的第一端，该第八电阻R8的第二端分别连接第二运算放大器A2的输出端和反相输入端，该第九电阻R9的第二端分别连接第十电阻R10的第一端和第一稳压管Z1的阳极，该第一稳压管Z1的阴极连接第二稳压管Z2的阴极，该第二稳压管Z2的阳极接地，该第十电阻R10的第二端连接第一运算放大器A1的输出端，该第一运算放大器A1的正相输入端接地，该第一运算放大器A1的反相输入端分别连接第十一电阻R11的第一端和第十二电阻R12的第一端，该第十一电阻R11的第二端接收参考电压Uref，该第十二电阻R12的第二端接收输入电压U1。
在上述多级可关断电流保护电路中，可以设计成第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的阻值相等。
第一稳压管Z1和第二稳压管Z2起限压保护作用。
第四电阻R4是接地电阻，起接地保护作用。
第一电容器C1和第二电容器C2为滤波电容，二极管D起防止第四运算放大器A4与UR2、UR3之间电压过大，造成该第四运算放大器A4损坏。
下面简要介绍一下本发明的多级可关断电流保护电路的工作原理。
输入电压U1输入给第十二电阻R12，参考电压Uref输入给第十一电阻R11，则第一运算放大器A1的反相输入端的电压值U为：
U=[R11/(R11+R12)]U1+[R12/(R11+R12)]Uref,
令U=0可以求出该第一运算放大器A1的阀值电压Ut=(R12/R11)Uref，通过这个式子可以知道改变参考电压Uref的大小和第十一电阻R11和第十二电阻R12的值就可以改变第一运算放大器A1输出的阀值电压，通过设定阀值可以设定好输入电压的范围，输入电压超过设定的范围时，第一运算放大器A1关断，即其没有输出电压。当输入电压在设定的范围内时，第九电阻R9的两端有电压出现。预先设计为：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的阻值相等，即R6=R7=R8=R9，由此可知节点p1和p2的电压之间的关系：
Up1=(R8/(R9+R8))Ut+(R9/(R9+R8))Up2       （1）
=0.5Ut+0.5Up2，
Uo2=Up2，                                （2）
Uo1=(1+R6/R7)Up1=2Up1，                  （3）
通过以上三个式子可以得出第五电阻R5上的电压UR5=Uo1-Up2=Ut，所以iR5=Ut/R5=i，Io=i*R1/(R1+R2+R3)，这时就把输入的电压U1转换成为电流i，转换完成的电流作为基准电流，此时电阻R2上电压为UR2=IoR2,负载电流在第三电阻R3上的电压为UR3=IoR3。在输入信号为交流信号时，并且由第四运算放大器A4的输出控制时，此时将电压UR2和电压UR3进行比较,若UR3<UR2，第四运算放大器A4输出的信号可以使输入信号的脉冲宽度变宽，继而使得第四运算放大器A4的输出电压上升，从而控制电流Io使其增大；若UR3>UR2，第四运算放大器A4输出的信号可以使输入信号的脉冲宽度变窄，继而使得第四运算放大器A4的输出电压下降，从而控制电流Io使其减小。
本发明所采用的各自元器件的值可以根据具体的应用来确定，这里举例说明一组在实践中使用的元器件的值，电源Vcc为5V，第一电阻R1的阻值为1千欧姆，第二电阻R2的阻值为500欧姆，第三电阻R3的阻值为500欧姆，第四电阻R4的阻值为1千欧姆，第五电阻R5的阻值为100欧姆，第六电阻R6的阻值为100欧姆，第七电阻R7的阻值为100欧姆，第八电阻R8的阻值为100欧姆，第九电阻R9的阻值为100欧姆，第十电阻R10的阻值为510欧姆，第十一电阻R11的阻值为1千欧姆，第十二电阻R12的阻值为500欧姆，第一电容器C1的电容值为0.1ｕF，第二电容器C2的电容值为0.1ｕF。
本发明的多级可关断电流保护电路解决了原有电路的缺陷，解决了电压过高带来的问题，加入可关断电路，使得整个电路的核心保护电路部分输入电流Io可控，并且存在上下极限电流范围，使得保护电路更为可靠，在电压条件不匹配时由于不能输出电流Io而使保护电路处于关断状态，达到对核心保护电路部分本身进行保护的目的，有效的防止了由于电流过大而使保护失控。

Claims (3)

1.一种多级可关断电流保护电路，其包括：
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第三运算放大器、第一电容器、第二电容器、二极管、第一稳压管、第二稳压管和电源，其中电源连接第四运算放大器的正电源端，该第四运算放大器的正相输入端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和二极管的阴极，该第四运算放大器的反相输入端连接第一电容器的第一端，该第四运算放大器的输出端连接该第一电容器的第二端，该第二电阻的第二端分别连接第三电阻的第一端和第二电容器的第一端，该第二电容器的第二端分别连接二极管的阳极、第三电阻的第二端和该第四运算放大器的负电源端，该第三电阻的第二端还连接第一电容器的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端和第二运算放大器的正相输入端，该第一电阻的第二端也分别连接第一电容器的第一端、第四电阻的第一端、第五电阻的第一端和第二运算放大器的正相输入端，该第四电阻的第二端接地，该第五电阻的第二端分别连接第六电阻的第一端和第三运算放大器的输出端，该第六电阻的第二端分别连接第七电阻的第一端和该第三运算放大器的反相输入端，该第七电阻的第二端接地，该第三运算放大器的正相输入端分别连接第八电阻的第一端和第九电阻的第一端，该第八电阻的第二端分别连接第二运算放大器的输出端和反相输入端，该第九电阻的第二端分别连接第十电阻的第一端和第一稳压管的阳极，该第一稳压管的阴极连接第二稳压管的阴极，该第二稳压管的阳极接地，该第十电阻的第二端连接第一运算放大器的输出端，该第一运算放大器的正相输入端接地，该第一运算放大器的反相输入端分别连接第十一电阻的第一端和第十二电阻的第一端，该第十一电阻的第二端接收参考电压，该第十二电阻的第二端接收输入电压。
2.根据权利要求1所述的多级可关断电流保护电路，其中第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻的阻值相等。
3.根据权利要求1所述的多级可关断电流保护电路，其中电源为5V，第一电阻的阻值为1千欧姆，第二电阻的阻值为500欧姆，第三电阻的阻值为500欧姆，第四电阻的阻值为1千欧姆，第五电阻的阻值为100欧姆，第六电阻的阻值为100欧姆，第七电阻的阻值为100欧姆，第八电阻的阻值为100欧姆，第九电阻的阻值为100欧姆，第十电阻的阻值为510欧姆，第十一电阻的阻值为1千欧姆，第十二电阻的阻值为500欧姆，第一电容器的电容值为0.1ｕF，第二电容器的电容值为0.1ｕF。
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