CN107508255B - 一种功率信号源驱动保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种功率信号源驱动保护电路，包括供电单元、信号合成单元、超限检测单元、驱动单元、反馈单元和隔离升压输出单元；所述供电单元用于将外界的高压直流电源转换成低压直流电源，所述低压直流电源由光耦合单元控制通断；所述信号合成单元用于将外界输入信号和反馈信号进行合成并控制运放器的双极性电源，所述运放器双极性电源用于驱动功率信号源的正负半周的信号，同时所述运放器的输出信息发送给超限检测单元，所述超限检测单元通过检测信号是否超限控制供电单元中的光耦合单元；所述隔离升压输出单元用于将驱动单元发送的功率信号源升压至二次侧的更高电压的功率信号。

Description

一种功率信号源驱动保护电路
技术领域
本发明涉及一种功率信号源驱动保护电路。
背景技术
一般的硬件驱动电路中，都需要具有保护电路，而保护又分为硬件保护和软件保护。所谓的软件保护一般是指通过对输出末端的测量、计算及分析，根据分析出的问题对原始信号进行相应处理(例如关闭信号)等来实现的，软件保护的优点是可以分析的更细，很多硬件无法反应的在软件保护中均可详细指出(例如THD)，但软件保护的最大缺点就是响应速度慢，属于事后处理，有时硬件已经损坏之后再来保护已经晚了，因此保护效果有限。而硬件保护一般有很多种，有对输出末端进行保护的，有对前端进行保护的。由于驱动输出末端具有电压高，功率大等特点，因此是整个电路环节最薄弱的地方，绝大多数电路故障均发生在这里。虽说功放输出末端最易发生故障，但“头痛医头、脚痛医脚”有时并不能达到预期的效果。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种功率信号源驱动保护电路。
本发明提供的技术方案为：
包括供电单元、信号合成单元、超限检测单元、驱动单元、反馈单元和隔离升压输出单元；
所述供电单元用于将外界的高压交流电压整流成直流高压电压源并降压为低压直流电压源，所述低压直流电压源由光耦合单元控制通断；所述低压直流电压源用于控制所述驱动单元的控制三极管；
所述信号合成单元用于将外界输入信号和反馈信号进行合成并控制运放器的双极性电源，所述运放器的双极性电源通过驱动单元以驱动功率信号源的正负半周的信号，同时所述运放器的输出信息发送给超限检测单元，所述超限检测单元通过检测号是否超限控制供电单元中的光耦合单元；
所述驱动单元用于将运放器的合成信号驱动为大功率信号源，所述驱动单元包括控制三极管(Q1和Q2)、过载保护三极管(Q3和Q4)和驱动MOS管(Q5和Q6)；所述控制三极管的基极由所述供电单元中的光耦合单元控制通断，并根据分压电阻的取样电压控制驱动MOS管的栅极，所述控制三极管发射极用于控制信号合成单元运放器的电源及输出信号，集电极提供给驱动单元的信号源；所述过载保护三极管和相应电阻一起构成驱动MOS管的过载保护电路，驱动MOS管用于将弱信号功率放大并输出至隔离升压输出单元。
所述反馈单元用于检测所述隔离升压输出单元的二次侧的取样信号，并将取样信号发送给所述信号合成单元；
所述隔离升压输出单元用于将驱动单元发送的功率信号源升压至二次侧的更高电压的功率信号。
优选的是，所述供电单元、信号合成单元、驱动单元和反馈单元采用正负对称双电源设计。
优选的是，所述供电单元将直流高压电压源通过串行功率电阻、稳压二极管和滤波电容转换为低压直流电压源，所述低压直流电压源通过光耦合单元控制通断，所述光耦合单元由超限检测单元中的光耦合单元控制。
优选的是，所述光耦合控制单元的控制信息包括输出超限保护、温度超限保护和软件保护的控制点。
优选的是，所述驱动单元的正极性端由NPN型控制三极管，PNP型过载保护三极管，P沟道驱动MOS管，取样电阻以及限流电阻构成；负极性端则由PNP型控制三极管、NPN型过载保护三极管、N沟道驱动MOS管，取样电阻以及限流电阻构成；
所述控制三极管的基极由光耦合单元控制，发射级与所述信号合成单元运放器的电源相连；高压电源的正负端(±170V)与取样电阻、过载保护三极管的发射极、限流电阻相连；同时高压电源通过取样电阻与控制三极管的集电极相连，并通过限流电阻与过载保护三极管的基极电阻相连，高压电源通过取样电阻分压后还与驱动MOS管的G极和过载保护三极管的集电极相连；
所述驱动MOS管的S极通过限流电阻与高压电源相连，并将限流电阻的取样信号连接至过载保护三极管的基极电阻。
优选的是，所述反馈单元的运放器接收所述隔离升压输出单元的二次侧的电阻分压信号，反馈单元运放器的输出信号用于与外界输入信号通过信号合成单元的运放合成驱动单元所需的信号；
优选的是，所述供电单元将±170V的直流高压电压源限流降压为±15V的低压直流电压源，并通过此双极性低压直流电压源分别控制驱动单元中正负端的控制三极管。
优选的是，还包括超限检测单元，所述超限检测单元用于控制所述供电单元的光耦合二极管，当检测到过载信号时，所述超限检测单元控制所述供电单元断电。
本发明的有益效果：
本发明的功率信号源驱动保护电路以信号合成单元中的运放器为核心，由运放器将反馈单元从二次侧检测到的信号与输入的外部信号进行合成之后，通过信号合成单元的双极性电源中的电流变化来控制驱动单元中控制三极管的ICE，再通过分压电阻取样信号控制驱动MOS管。整个电路***具有多重保护。当隔离升压输出单元的输出过压时，通过反馈单元反馈至信号合成单元，导致合成单元中的运放输出超限，超限检测单元检测出超限信号后通过光耦合单元关断信号合成单元中运放的电源，同时关断驱动单元的驱动MOS管；当隔离升压输出单元的输出过流时，通过变压器反馈至一次侧并导致一次侧电流超限，通过限流电阻取样后送至过载三极管的基极，从而立刻切断驱动MOS管的VGS信号，即关断驱动MOS管。通过这两重极快的硬件保护，可充分保证整个***的高可靠性和高稳定性。
附图说明
图1为本发明的功率信号源驱动保护电路的电路原理框图；
图2为本发明的功率信号源驱动保护电路的信号合成单元、驱动单元、反馈单元和隔离升压输出单元的电路图；
图3为本发明的功率信号源驱动保护电路的供电单元和超限检测单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明；
一种功率信号源驱动保护电路，如图1、图2和图3所示，包括供电单元1、信号合成单元2、驱动单元3、反馈单元4、隔离升压输出单元5和超限检测单元6；所述供电单元1、信号合成单元2、驱动单元3和反馈单元4采用正负对称双电源设计。
如图3所示，所述供电单元将直流高压电压源通过串行功率电阻、稳压二极管和滤波电容转换为低压直流电压源；所述低压直流电压源由光耦合单元控制通断；所述低压直流电压源用于控制所述驱动单元的控制三极管(即Q1和Q2)；所述光耦合单元由超限检测单元的输出信号控制；所述超限检测单元的信号由所述信号合成单元中运放的输出而来。所述供电单元将高压供电电压±170V经过串行功率电阻、稳压二极管和滤波电容之后，产生±15V的供电电压，即G+和G-，此处的G+和G-分别受光耦合单元U4和U5控制，当U4和U5导通时，G+和G-均会变为0V。G+和G-分别用于控制驱动单元中控制三极管Q1和Q2的基极，当G+和G-均会变为0V时，Q1和Q2三极管截止，流过分压电阻R14和R15上的电流为0，因此R14和R15上的电压也为0，导致Q5和Q6也截止，输出关闭。当U4和U5关闭时，G+和G-分别为+15V和-15V，运放U1的供电和输出将处于正常状态，通过信号合成单元中运放双极性电源的电流变化，从而控制Q1和Q2的ICE电流，在通过分压电阻取样后控制驱动MOS管(Q5和Q6)的输出电压。第二光耦合控制单元的光耦合单元U6、U7、U8分别对应输出超限保护、温度超限保护和软件保护，温度超限保护和软件保护方式与输出超限保护方式相同，都是通过控制G+和G-的电源来实现的。光耦合单元U4和U5为串联，以确保±15V同时关断或打开。第二光耦合控制单元的光耦合单元U6、U7、U8并联后与U4和U5串联，如此只要U6、U7、U8有一路控制指令到来，G+和G-均将为0。所述超限检测单元6用于控制所述供电单元的光耦合二极管，当检测到过载信号时，所述超限检测单元控制所述供电单元断电，其中超限检测单元的运放U3A和U3B用于控制U6，U3A的输入信号来源于信号合成单元运放器的信号。
所述信号合成单元的主要部件为运放器U1，由运放器将反馈单元从二次侧检测到的信号FB+与输入的外部信号IN_SIG进行合成之后，通过信号合成单元的双极性电源中的电流变化来控制驱动单元中控制三极管的ICE，再通过分压电阻取样信号控制驱动MOS管。输出正常时，保护电路不起作用，这时变压器T1次级输出的标称电压为380V(这里以380V举例)。
当隔离变压器输出对地短路时，由于瞬间电流很大，通过变压器T1反馈至原边的电流也很大，使得通过Q5和Q6中的电流瞬间超过以Q3和Q4为中心的过载电流保护电路所允许的门限值，因此瞬间Q5和Q6就处于截止状态；同时次级端短路后，次级端通过电阻分压(或互感器取样电流)所得的负反馈信号FB+瞬间变为0，通过运放U2反馈至U1的负端，使得U1的输出信号SIG_WARN瞬间超过6V左右的信号，而SIG_WARN信号通过运放U3A和U3B输出导通光耦U6，从而关闭G+和G-，同时Q1和Q2截止，运放U2缺电，又因Q1和Q2截止，MOS管Q5和Q6的VGS信号为0，Q5和Q6也处于截止状态，从而实现整个驱动电路的硬件保护过程。
同样的，当隔离变压器输出出现跨相短路时，此时隔离变压器二次侧输出存在过压情况，通过反馈单元反馈至信号合成单元，导致合成单元中的运放输出超限，超限检测单元检测出超限信号后通过光耦合单元关断信号合成单元中运放的电源，同时关断驱动单元的驱动MOS管；另外在跨相短路过压时，一般同步出现过流，通过变压器反馈至一次侧并导致一次侧电流超限，通过限流电阻取样后送至过载三极管的基极，从而立刻切断驱动MOS管的VGS信号，即关断驱动MOS管。
通过过载保护和过压超限保护这两重极快的硬件保护，可充分保证整个***的高可靠性和高稳定性。

Claims (8)

1.一种功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
包括供电单元、信号合成单元、超限检测单元、驱动单元、反馈单元和隔离升压输出单元；
所述供电单元用于将外界的高压交流电压整流成直流高压电压源并降压为低压直流电压源，所述低压直流电压源由光耦合单元控制通断；所述低压直流电压源用于控制所述驱动单元的控制三极管；
所述信号合成单元的运放器用于将外界输入信号和反馈信号进行合成并控制信号合成单元运放器的双极性电源，所述运放器的双极性电源通过驱动单元以驱动功率信号源的正负半周的信号，同时所述运放器的输出信息信号发送给超限检测单元，所述超限检测单元通过检测输出信息信号是否超限控制供电单元中的光耦合单元；
所述驱动单元用于将运放器的合成信号驱动为大功率信号源，所述驱动单元包括控制三极管、过载保护三极管和驱动MOS管；所述控制三极管的基极由所述供电单元中的光耦合单元控制通断，并根据分压电阻的取样电压控制驱动MOS管的栅极，所述控制三极管发射极用于控制信号合成单元运放器的电源及输出信号，集电极提供给驱动单元的信号源；所述过载保护三极管、限流电阻一起构成驱动MOS管的过载保护电路，驱动MOS管用于将弱信号功率放大并输出至隔离升压输出单元；
所述反馈单元用于检测所述隔离升压输出单元的二次侧的取样信号，并将取样信号发送给所述信号合成单元；
所述隔离升压输出单元用于将功率信号源升压至二次侧电压的功率信号。
2.根据权利要求1所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述供电单元、信号合成单元、驱动单元和反馈单元采用正负对称双极性电源设计。
3.根据权利要求1所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述供电单元将±170V的直流高压电压源通过串行功率电阻、稳压二极管和电容滤波转换为±15V的低压直流电压源，低压直流电压源通过光耦合单元控制其正常输出为±15V或输出为0，所述光耦合单元由第二光耦合单元控制。
4.根据权利要求3所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述第二光耦合单元的控制信息包括输出超限保护、温度超限保护和软件保护的控制点。
5.根据权利要求1所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述驱动单元的正极性端由NPN型控制三极管，PNP型过载保护三极管，P沟道驱动MOS管，取样电阻以及限流电阻构成；负极性端则由PNP型控制三极管、NPN型过载保护三极管、N沟道驱动MOS管，取样电阻以及限流电阻构成；
由于正负极性端完全对称，原理相同；
所述控制三极管的基极由光耦合单元控制，发射极与所述信号合成单元运放器的电源相连；直流高压电压源的正负端±170V与取样电阻、过载保护三极管的发射极、限流电阻相连；同时直流高压电压源通过取样电阻与控制三极管的集电极相连，并通过限流电阻与过载保护三极管的基极相连，直流高压电压源通过取样电阻分压后还与驱动MOS管的G极和过载保护三极管的集电极相连；
所述驱动MOS管的S极通过限流电阻与直流高压电压源相连，并将限流电阻的取样信号连接至过载保护三极管的基极。
6.根据权利要求1所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述反馈单元的运放器接收所述隔离升压输出单元的二次侧的电阻分压信号，反馈单元的运放器的输出信号用于与外界输入信号通过信号合成单元运放器合成驱动单元所需的信号。
7.根据权利要求5所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述供电单元将±170V的直流高压电压源限流降压为±15V的低压直流电压源，并通过此双极性低压直流电压源分别控制驱动单元中正负极性端的控制三极管。
8.根据权利要求1所述的功率信号源驱动保护电路，其特征在于：
所述超限检测单元用于控制所述供电单元的光耦合二极管，当检测到过载信号时，所述超限检测单元控制所述供电单元断电。
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