CN103427810B - 信号发生器电路 - Google Patents

Abstract

一种信号发生器电路包括监测单元、比较器单元、自锁保护单元及功率元件，监测单元用以监测外接负载的端电压并将端电压反馈至比较器单元，比较器单元包括二比较器并分别设定对比上限电压及对比下限电压，二比较器分别比较端电压与对比上限电压及端电压与对比下限电压，二比较器的输出端分别与自锁保护单元相连，当端电压在数值上大于对比上限电压或小于对比下限电压时，信号发生器电路该自锁保护单元控制所述功率元件进入截止状态以停止所述信号发生器电路对外接负载提供电能，并且持续锁定在该保护状态，直到故障排除后且按下解锁按键，所述信号发生器电路恢复正常工作。本发明的信号发生器电路能够有效保护外接负载及对其供电的工作电源。

Description

信号发生器电路

技术领域

本发明涉及一种具有对过流、过压能够进行自锁保护功能的信号发生器电路。

背景技术

对于信号发生器电路，尤其是在高电压、大功率信号发生器电路设计中，为了避免人为的误操作（如电路输出端极性反接）以及外接负载发生故障时对整个***造成损害，需要在信号发生器电路中设计若干保护单元。

通常采用的保护单元设计是：（1）在电路恒压输出时提供限流保护，即当输出电流超过设定上限时，输出不再恒压，而是以该电流上限设定值恒流输出；（2）在电路恒流输出时提供限压保护，即输出电压超过设定上限时，输出不再恒流，而是以该电压上限设定值恒压输出。

然而，在某些特定的应用中（如大功率LED元件工作寿命测试），当出现过压、过流情况时，上述信号发生器电路的保护单元有时会导致被测外接负载（大功率LED元件）或对外接负载供电的工作电源的损坏。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种信号发生器电路，该信号发生器电路能够同时有效保护外接负载以及对外接负载供电的工作电源。

一种信号发生器电路，用以对外接负载的通电检测提供测试信号，该信号发生器电路包括监测单元、比较器单元、自锁保护单元及功率元件，所述监测单元用以监测外接负载的端电压并将端电压反馈至比较器单元，所述比较器单元包括第一比较器设定对比上限电压及第二比较器设定对比下限电压，所述第一比较器用以比较端电压与对比上限电压，所述第二比较器用以比较端电压与对比下限电压，所述第一比较器及第二比较器的输出端分别与自锁保护单元相连，该自锁保护单元对比较器单元的第一比较器及第二比较器进行逻辑电平判断，当故障出现时即端电压在数值上大于对比上限电压或小于对比下限电压时，所述自锁保护单元控制所述功率元件进入截止状态以停止对外接负载提供电能，并且持续锁定在此状态，所述自锁保护单元还包括解锁按键，故障排除后按下解锁按键，所述信号发生器电路控制对外接负载恢复通电。

进一步地，所述自锁保护单元包括与非逻辑模块、保护模块及第一三极管，所述与非逻辑模块包括第一二极管、第二二极管、第一电阻及第二三极管，该第一二极管的负极连接到比较器单元的第一比较器的输出端，该第一二极管的负极连接到比较器单元的第一比较器的输出端，该第一二极管的正极连接到第二三极管的基极，该第二二极管的负极连接到比较器单元的第二比较器的输出端，该第二二极管的正极连接到第二三极管的基极，该第二三极管的发射极接地，该第二三极管的集电极连接到所述第一三极管的基极并连接到所述保护模块，该一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极连接到所述功率元件。

所述保护模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容以及第三二极管，一工作电压通过所述第二电阻与所述第一三极管的基极相连，一负电压通过所述第三电阻与第一三极管的基极相连，所述第三二极管的正极与第一三极管的基极相连，该第三二极管的负极通过所述第四电阻与监测单元的输出端相连，所述第一电容与所述第三电阻并联。

所述保护模块还包括与解锁按键相连的第五电阻及第二电容，所述解锁按键处在常开状态，其一端接地，另一端通过所述第五电阻与监测单元的输出端相连，所述第二电容与该解锁按键并联。

所述自锁保护单元还包括报警模块，所述报警模块包括发光二极管和第三三极管，一工作电压与所述发光二极管的正极相连，所述第三三极管的基极与保护模块相连并与所述第二三极管的集电极相连，该第三三极管的发射极接地，该第三三极管的集电极与所述发光二极管的负极相连。

所述监测单元包括第一放大器、第二放大器、第三放大器，以及第六电阻、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，所述第一放大器的同相输入端连接到所述外接负载的一端，该第一放大器的反相输入端通过第七电阻连接到该第一放大器的输出端并通过第六电阻与所述第二放大器的反相输入端连接，该第一放大器的输出端通过所述第八电阻连接到所述第三放大器的同相输入端并通过该电阻第八电阻连接到所述第九电阻再接地，所述第二放大器的同相输入端连接到所述外接负载的另一端，该第二放大器的反相输入端通过所述第十电阻连接到该第二放大器的输出端，该第二放大器的输出端通过第十一电阻与所述第三放大器的反相输入端相连，所述第三放大器的反相输入端通过所述第十二电阻与该第三放大器的输出端相连，该第三放大器的输出端与所述第一比较器的反相输入端相连，该第三放大器的输出端与所述第二比较器的同相输入端相连。

所述比较器单元还包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻以及第三电容、第四电容，所述第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻以及第三电容用以设定一对比上限电压，所述第十六电阻、第十七电阻和第十八电阻以及第四电容用以设定一对比下限电压，一工作电压依次通过所述第十三电阻、第十四电阻，再连接到所述第一比较器的同相输入端并通过所述第十五电阻接地，所述第三电容与第十五电阻并联，一工作电压依次通过所述第十六电阻、第十七电阻，再连接到所述第二比较器的反相输入端并通过所述第十八电阻接地，所述第四电容与第十八电阻并联。

所述第十四电阻与第十七电阻为可变电阻。

所述信号发生器电路进一步包括检流单元，所述检流单元包括检流电阻和检流模块，所述外接负载连接到功率元件再通过检流电阻接地，所述检流模块通过该功率元件调整通过外接负载的电流为恒流。

所述功率元件为金属氧化物半导体场效应晶体管或双极型晶体管。

与现有技术相比，本发明的信号发生器电路，能够在其输出过压或者外接负载断路时切断输出从而有效地保护外接负载，以及在外接负载短路时切断输出从而有效地保护该信号发生器电路及对其供电的工作电源，并且持续锁定在该保护状态，直到故障排除后且合上解锁按键，才恢复正常工作。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的信号发生器电路的结构框图。

图2是图1中的信号发生器电路的电路结构示意图。

主要元件符号说明

信号发生器电路	100
		外接负载	200
第一端	210
		第二端	220
监测单元	10
		比较器单元	20
自锁保护单元	30
		与非逻辑模块	32
保护模块	34
		报警模块	36
功率元件	40
		检流单元	50
检流模块	52
		电容	C21、C22、C41、C42
二极管	D31、D32、D41
		发光二极管	D71
按键	K41
		电阻	R11、R112、R113、R114、R122、R123、R124、R211、R212、R213、R221、R222、R223、R31、R41、R42、R43、R44、R80
三极管	T31、T51、T71
		放大器	U11、U12、2U13
比较器	U21、U22

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明一实施例所提供的信号发生器电路100用以对外接负载200的通电检测提供信号，该信号发生器电路100包括监测单元10、比较器单元20、自锁保护单元30、功率元件40及检流单元50。所述外接负载200具有第一端210和第二端220。所述监测单元10分别与外接负载200的第一端210和第二端220连接，用于监测外接负载200实时的端电压V1，并将该端电压V1反馈给所述比较器单元20。在本实施例中，所述外接负载200为若干待测发光二极管（LED）。

请同时参阅图2，上述监测单元10包括放大器U11、放大器U12、放大器U13，以及电阻R11、电阻R112、电阻R113、电阻R114、电阻R122、电阻R123、电阻R124。在所述监测单元10中，所述放大器U11的同相输入端连接到所述外接负载200的第一端210，该放大器U11的反相输入端通过电阻R112连接到该放大器U11的输出端并通过电阻R11与所述放大器U12的反相输入端连接。该放大器U11的输出端通过所述电阻R113连接到所述放大器U13的同相输入端并通过该电阻R113连接到所述电阻R114再接地。所述放大器U12的同相输入端连接到所述外接负载200的第二端220。该放大器U12的反相输入端通过所述电阻R122连接到该放大器U12的输出端。该放大器U12的输出端通过电阻R123与所述放大器U13的反相输入端相连。所述放大器U13的反相输入端通过所述电阻R124与该放大器U13的输出端相连。该放大器U13的输出端与所述比较器单元20相连。该放大器U13的输出端与所述自锁保护单元30相连。

上述比较器单元20包括比较器U21、比较器U22、电阻R211、电阻R212、电阻R213、电阻R221、电阻R222、电阻R223以及电容C21、电容C22，所述电阻R211、电阻R212和电阻R213以及电容C21用以设定一对比上限电压V2，所述电阻R221、电阻R222和电阻R223以及电容C22用以设定一对比下限电压V3，对比上限电压V2在数值上大于对比下限电压V3。可以理解地，根据不同产品的性能参数，经过计算、合理推算或有限次实验能够得出所述对比上限电压V2、对比下限电压V3的数值。提供一工作电压VDD依次通过所述电阻R211、电阻R212，再连接到所述比较器U21的同相输入端并通过所述电阻R213接地。所述电容C21与电阻R213并联。提供一工作电压VDD依次通过所述电阻R221、电阻R222，再连接到所述比较器U22的反相输入端并通过所述电阻R223接地。所述电容C22与电阻R223并联。可以理解地，所述电阻R212与电阻R222为可变电阻，用以根据实际需要对应调整对比上限电压V2与对比下限电压V3的数值。所述比较器U21的反相输入端、比较器U22的正相输入端分别与所述监测单元10的放大器U13的输出端相连。所述比较器U21的输出端、比较器U22的输出端分别与所述自锁保护单元30相连。

上述自锁保护单元30包括与非逻辑模块32、保护模块34、三极管T51及报警模块36。所述与非逻辑模块32包括二极管D31、二极管D32、电阻R31以及三极管T31。在本实施例中，所述三极管T31为NPN型三极管，用以起到开关的作用。所述二极管D31的负极与所述比较器单元20的比较器U21的输出端相连。所述二极管D32的负极与所述比较器单元20的比较器U22的输出端相连。所述二极管D31的正极与所述三极管T31的基极相连并通过所述电阻R31接地。所述二极管D32的正极与所述三极管T31的基极相连并通过所述电阻R31接地。所述三极管T31的发射极接地。所述三极管T31的集电极与所述保护模块34相连。

上述保护模块34包括电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电容C41、电容C42、按键K41以及二极管D41。提供一工作电压VDD通过所述电阻R41与所述与三极管T51的基极相连。提供一负电压VEE通过所述电阻R44与三极管T51的基极相连。所述二极管D41的正极与三极管T51的基极相连。该二极管D41的负极通过所述电阻R42与监测单元10的放大器U13的输出端相连。所述按键K41处在常开状态，其一端接地，另一端通过所述电阻R43与放大器U13的输出端相连。所述电容C41与按键K41并联。所述电容C42与所述电阻R44并联。

所述与非逻辑模块32、保护模块34均通过所述三极管T51与功率元件40相连。在本实施例中，所述三极管T51为NPN型三极管，用以起到开关的作用。该三极管T51的基极与保护模块34相连并与所述与非逻辑模块32的三极管T31的集电极相连。该三极管T51的发射极接地。

上述报警模块36包括发光二极管D71和三极管T71。提供一工作电压VCC与所述发光二极管D71的正极相连。在本实施例中，所述三极管T71为NPN型三极管，用以起到开关的作用。该三极管T71的基极与保护模块34相连并与所述与非逻辑模块32的三极管T31的集电极相连。该三极管T71的发射极接地。该三极管T71的集电极与所述发光二极管D71的负极相连。

上述功率元件40可选择为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或者双极型晶体管。在本实施例中，该功率元件40为MOSFET。所述外接负载200的第二端220与功率元件40的D极相连。该功率元件40的S极接地。所述三极管T51的集电极与该功率元件40的G极相连。当三极管T51导通时，该功率元件40截止，而切断所述信号发生器电路100。当三极管T51截止时，所述外接负载200通过功率元件40与检流单元50相连，所述信号发生器电路100正常工作。

上述检流单元50包括电阻R80及检流模块52。该检流单元50用以调整通过所述外接负载200的电流为恒定电流。所述外接负载200连接到功率元件40再通过该电阻R80接地，所述检流模块52通过该功率元件40调整通过外接负载200的电流为恒流。

本发明的信号发生器电路100在使用中，所述监测单元10实时监测外接负载200的端电压V1并反馈给比较器单元20。对于端电压V1、对比上限电压V2以及对比下限电压V3，所述比较器单元20在工作中会出现以下三种情况：(1).当V2>V1>V3时，所述比较器单元20的比较器U21、比较器U22均输出逻辑高电平，因此经过所述自锁保护单元30的与非逻辑模块32后输出逻辑低电平，此时所述三极管T51截止，从而不会影响功率元件40的控制端电压，所述信号发生器电路100正常工作；(2).当V1>Ｖ2时，比较器U21输出逻辑低电平，比较器U22输出逻辑高电平，因此经过所述与非逻辑模块32后输出逻辑高电平，此时所述三极管T51导通，继而所述功率元件40发生截止而切断所述信号发生器电路100；(3).当V1<Ｖ3时，比较器U21输出逻辑高电平，比较器U22输出逻辑低电平，因此经过与非逻辑模块32后输出逻辑高电平，此时所述三极管T51导通，继而所述功率元件40发生截止而切断所述信号发生器电路100。另外，当所述三极管T51导通时，所述报警模块36的发光二极管D71常亮，以指示故障状态，并且由于自锁保护单元30的作用，即便端电压V1在数值上重新回复到对比上限电压V2以及对比下限电压V3之间，三极管T51依旧处于导通状态，从而控制发光二极管D71持续常亮以及功率元件40持续截止而切断所述信号发生器电路100。当外接负载200的故障排除后（如更换短路或者断路的待测LED），再合上按键K41使其短路，由于所述电阻R43的分压作用，端电压V1恢复正常，即符合V2>V1>V3条件时，此时比较器单元20的比较器U21、比较器U22均输出逻辑高电平，三极管T31导通，此时三极管T51截止，自锁保护单元30退出锁定状态，同时三极管T71截止，发光二极管D71熄灭，所述信号发生器电路100恢复正常工作。

本发明的信号发生器电路100包括监测单元10、比较器单元20、自锁保护单元30及功率元件40，所述监测单元10用以监测外接负载200的端电压V1并将端电压V1反馈至所述比较器单元20，所述比较器单元20包括比较器U21、比较器U22并分别设定对比上限电压V2及对比下限电压V3，所述比较器U21、比较器U22分别对比端电压V1与对比上限电压V2及端电压V1与对比下限电V3压，比较器U21、比较器U22的输出端分别与自锁保护单元30相连，所述自锁保护单元30对比较器单元20的比较器U21、比较器U22进行逻辑电平判断，当端电压V1在数值上大于对比上限电压V2或小于对比下限电压V3时，该自锁保护单元30通过所述功率元件40切断所述信号发生器电路100以停止对外接负载200进行通电检测，锁定信号输出，在排除外接负载200的故障后，并且合上按键K41使其短路，所述自锁保护单元30才会解锁，进而撤销锁定信号，所述信号发生器电路100恢复正常工作。与现有技术相比，本发明的信号发生器电路100能够在电源输出过压时有效地保护外接负载200以及在外接负载200短路时有效地保护对信号发生器电路100供电的工作电源，并且持续锁定在该保护状态，直到故障排除后且合上解锁按键K41，才恢复正常工作。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种信号发生器电路，用以对外接负载的通电检测提供测试信号，其特征在于：该信号发生器电路包括监测单元、比较器单元、自锁保护单元及功率元件，所述监测单元用以监测外接负载的端电压并将端电压反馈至比较器单元，所述比较器单元包括第一比较器设定对比上限电压及第二比较器设定对比下限电压，所述第一比较器用以比较端电压与对比上限电压，所述第二比较器用以比较端电压与对比下限电压，所述第一比较器及第二比较器的输出端分别与自锁保护单元相连，该自锁保护单元对比较器单元的第一比较器及第二比较器进行逻辑电平判断，当故障出现时即端电压在数值上大于对比上限电压或小于对比下限电压时，所述自锁保护单元控制所述功率元件进入截止状态以停止对外接负载提供电能，并且持续锁定在此状态，所述自锁保护单元包括解锁按键，故障排除后按下解锁按键，所述信号发生器电路控制对外接负载恢复通电，所述自锁保护单元还包括与非逻辑模块，所述与非逻辑模块包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端连接到所述第一比较器的输出端，所述第二输入端连接到所述第二比较器的输出端，所述与非逻辑模块的输出端连接到所述功率元件，所述与非逻辑模块用于对所述第一比较器的输出端输出的信号及所述第二比较器的输出端输出的信号进行与非逻辑运算。

2.如权利要求1所述的信号发生器电路，其特征在于：所述自锁保护单元还包括保护模块及第一三极管，所述与非逻辑模块还包括第一二极管、第二二极管、第一电阻及第二三极管，该第一二极管的负极作为所述与非逻辑模块的第一输入端连接到比较器单元的第一比较器的输出端，该第一二极管的正极连接到第二三极管的基极，该第二二极管的负极作为所述与非逻辑模块的第二输入端连接到比较器单元的第二比较器的输出端，该第二二极管的正极连接到第二三极管的基极，该第二三极管的发射极接地并通过所述第一电阻与所述第二三极管的基极相连，该第二三极管的集电极作为所述与非逻辑模块的输出端通过所述第一三极管连接到所述功率元件，该第二三极管的集电极还连接到所述保护模块，所述第一三极管的基极连接到所述第二三极管的集电极，该一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极连接到所述功率元件。

3.如权利要求2所述的信号发生器电路，其特征在于：所述保护模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容以及第三二极管，一工作电压通过所述第二电阻与所述第一三极管的基极相连，一负电压通过所述第三电阻与第一三极管的基极相连，所述第三二极管的正极与第一三极管的基极相连，该第三二极管的负极通过所述第四电阻与监测单元的输出端相连，所述第一电容与所述第三电阻并联。

4.如权利要求3所述的信号发生器电路，其特征在于：所述保护模块还包括与解锁按键相连的第五电阻及第二电容，所述解锁按键处在常开状态，其一端接地，另一端通过所述第五电阻与监测单元的输出端相连，所述第二电容与该解锁按键并联。

5.如权利要求2所述的信号发生器电路，其特征在于：所述自锁保护单元还包括报警模块，所述报警模块包括发光二极管和第三三极管，一工作电压与所述发光二极管的正极相连，所述第三三极管的基极与保护模块相连并与所述第二三极管的集电极相连，该第三三极管的发射极接地，该第三三极管的集电极与所述发光二极管的负极相连。

6.如权利要求1所述的信号发生器电路，其特征在于：所述监测单元包括第一放大器、第二放大器、第三放大器，以及第六电阻、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，所述第一放大器的同相输入端连接到所述外接负载的一端，该第一放大器的反相输入端通过第七电阻连接到该第一放大器的输出端并通过第六电阻与所述第二放大器的反相输入端连接，该第一放大器的输出端通过所述第八电阻连接到所述第三放大器的同相输入端并通过所述第八电阻连接到所述第九电阻再接地，所述第二放大器的同相输入端连接到所述外接负载的另一端，该第二放大器的反相输入端通过所述第十电阻连接到该第二放大器的输出端，该第二放大器的输出端通过第十一电阻与所述第三放大器的反相输入端相连，所述第三放大器的反相输入端通过所述第十二电阻与该第三放大器的输出端相连，该第三放大器的输出端与所述第一比较器的反相输入端相连，该第三放大器的输出端与所述第二比较器的同相输入端相连。

7.如权利要求6所述的信号发生器电路，其特征在于：所述比较器单元还包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻以及第三电容、第四电容，所述第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻以及第三电容用以设定一对比上限电压，所述第十六电阻、第十七电阻和第十八电阻以及第四电容用以设定一对比下限电压，一工作电压依次通过所述第十三电阻、第十四电阻，再连接到所述第一比较器的同相输入端并通过所述第十五电阻接地，所述第三电容与第十五电阻并联，一工作电压依次通过所述第十六电阻、第十七电阻，再连接到所述第二比较器的反相输入端并通过所述第十八电阻接地，所述第四电容与第十八电阻并联。

8.如权利要求7所述的信号发生器电路，其特征在于：所述第十四电阻与第十七电阻为可变电阻。

9.如权利要求1所述的信号发生器电路，其特征在于：所述信号发生器电路进一步包括检流单元，所述检流单元包括检流电阻和检流模块，所述外接负载连接到功率元件再通过检流电阻接地，所述检流模块通过该功率元件调整通过外接负载的电流为恒流。

10.如权利要求1所述的信号发生器电路，其特征在于：所述功率元件为金属氧化物半导体场效应晶体管或双极型晶体管。