CN109586697B - 一种ha本安电源保护电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种HA本安电源保护电路板，包括软硬件过流比较电路、硬件过压比较电路、软件过流触发电路、开关电路、电源、电源输出接口和单片机电源，所述硬件过压比较电路与所述开关电路连接，所述软硬件过流比较电路与所述开关电路连接，所述软硬件过流比较电路还通过所述软件过流触发电路与所述开关电路连接。本发明同时实现了硬件过流保护、硬件过压保护和软件过流保护，电路性能可靠、保护迅速、转换效率高且简单可靠、元器件少、电路稳定、成本低。
Description
技术领域
本发明属于保护电路的领域，具体涉及一种HA本安电源保护电路板。
背景技术
矿用电气设备近年来在煤矿生产自动化与智能化中得以快速发展与应用，对于煤矿中使用数量最多、分布最广的本质安全型电源提出了更高要求。根据规定，矿用本安电源必须满足两级保护的要求，包括两级过压保护和两级过流保护，同时电路应保证性能可靠、保护迅速、转换效率高的要求。现有的矿用本安电源产品，大多没有再电路中添加当用电器短路时产品的保护问题,以防止产品的用电器短路时不致于造成更大面积的损坏,或者产品的失效。部分拥有该功能的产品也往往采用各种复杂电路,但是由于元件使用量较大,造成整体产品的可靠性大幅下降，无法达到预期的可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种简单可靠、元器件少、电路稳定、成本低、性能可靠、保护迅速的HA本安电源保护电路。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种HA本安电源保护电路板，包括软硬件过流比较电路、硬件过压比较电路、软件过流触发电路、开关电路、电源、电源输出接口和单片机电源，
所述硬件过压比较电路与所述开关电路连接，当所述硬件过压比较电路采集到电路过压信息时，硬件过压比较电路输出控制断开开关电路的电流调节信号后将所述开关电路断开，实现硬件过压保护；
所述软硬件过流比较电路通过所述软件过流触发电路与所述开关电路连接，当所述软硬件过流比较电路采集到电路过流信息时，软硬件过流比较电路输出软件过流触发电路的触发信号后软件过流触发电路输出控制断开开关电路的电流调节信号，将所述开关电路断开，实现软件过流保护。
进一步地，所述软硬件过流比较电路直接与所述开关电路连接，当所述软硬件过流比较电路采集到电路过流信息时，软硬件过流比较电路输出控制断开开关电路的电流调节信号后，将所述开关电路断开，实现硬件过流保护。
进一步地，所述开关电路包括场效应管、第一二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述场效应管的第一端通过第一电阻和第二电阻接地，所述场效应管的第一端还与所述第一三极管的发射极连接，所述场效应管的第一端还与电源连接，所述场效应管的第二端接电源输出接口，所述场效应管的控制端通过所述第一二极管与所述第一三极管的集电极连接，所述场效应管的控制端还通过第三电阻与所述第一三极管的集电极连接，所述场效应管的第一端还通过第四电阻与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的基极通过第五电阻与所述软硬件过流比较电路、硬件过压比较电路和软件过流触发电路连接。
进一步地，所述硬件过压比较电路包括第一比较器、第二二极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一比较器的第一输入端通过第六电阻接电源，所述第一比较器的第二输入端通过第七电阻和第八电阻与电源连接，所述第八电阻还接地，所述第一比较器的第三输入端接电源，所述第一比较器的第四输入端接地，所述第一比较器的输出端通过所述第二二极管与所述第五电阻连接，当第一比较器的第一输入端的电压低于第一比较器的第二输入端的电压时，所述第一比较器的输出端输出低电平，所述第二二极管导通，第一三极管的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，实现硬件过压保护。
进一步地，所述软硬件过流比较电路包括第二比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第三二极管，所述第二比较器的第一输入端通过第九电阻和第六电阻接电源，所述第九电阻通过第十电阻接地，所述第二比较器的第二输入端通过第十一电阻接地，所述第二比较器的第二输入端还与所述电源输出接口连接，所述第二比较器的第三输入端接电源，所述第二比较器的第四输入端接地，所述第二比较器的输出端通过所述第三二极管与所述第五电阻连接，当第二比较器的第一输入端的电压低于第二比较器的第二输入端的电压时，所述第二比较器的输出端输出低电平，所述第三二极管导通，第一三极管的基极触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，实现硬件过流保护。
进一步地，所述软硬件过流比较电路还包括第四二极管、第五二极管和第十二电阻，所述第二比较器的第一输入端通过第四二极管与所述第二比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端通过第五二极管和第十二电阻与所述软件过流触发电路连接。
进一步地，所述软件过流触发电路包括第二三极管、单片机、光耦、第十三电阻、第十四电阻和第六发光二极管，所述单片机的电源引脚接单片机电源，所述单片机的接地引脚接地，所述单片机的第一输入引脚与所述第二三极管的发射极连接，所述单片机的第一输入引脚还通过第十三电阻与单片机电源连接，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的基极与所述第十二电阻连接，所述单片机的第一输出引脚通过第六发光二极管和第十四电阻接地，所述单片机的第二输出引脚与所述光耦的输入端正极连接，所述光耦的输入端负极接地，所述光耦的输出端发射极接地，所述光耦的输出端集电极与所述第五电阻连接，当第二比较器的第一输入端的电压低于第二比较器的第二输入端的电压时，所述第二比较器的输出端输出低电平，所述第五三极管导通，所述第二三极管的基极触发动作，所述第二三极管集电极和第二三极管的发射极导通，单片机的第一输出引脚检测到电平由高到低跳变，单片机的第一输出引脚和单片机的第二输出引脚输出高电平，第六发光二极管发光，同时光耦的输入端正极和光耦的输入端负极内部发光二极管通电，光耦的输出端发射极和光耦的输出端集电极导通，同时第一三极管的基极触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极导通，第一三极管的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，软件过流保护实现；切断保持30mS后，单片机的第一输出引脚和单片机的第二输出引脚输出低电平，第六发光二极管熄灭，光耦的输入端正极和光耦的输入端负极内部发光二极管断电，光耦的输出端发射极和光耦的输出端集电极断开，第一三极管的基极没有触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极断开，场效应管的控制端与场效应管的第一端断开，场效应管的第一端和场效应管的第二端导通，电压输出连接。
与现有技术相比本发明的有益效果：
1、本发明同时实现了硬件过流保护、硬件过压保护和软件过流保护，电路性能可靠、保护迅速、转换效率高；
2、本发明简单可靠、元器件少、电路稳定、成本低；
3、本发明采用的第八电阻和第九电阻为可变电阻，扩大了本发明的运用范围。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明较佳实施方式的电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明涉及的一种HA本安电源保护电路板具有保护可恢复2级过压保护，2级过流保护，正常工作输入输出电压都为DC12V，每级保护电压为DC12.5V,每级保护电流为1.5A,是煤矿专用电源，有很强的短路火花抑制能力，已经通过重庆煤科院火花实验。
如图1所示，一种HA本安电源保护电路板，包括软硬件过流比较电路1、硬件过压比较电路2、软件过流触发电路3、开关电路4、电源5、电源输出接口6和单片机电源，
硬件过压保护:述硬件过压比较电路2与所述开关电路4连接，当所述硬件过压比较电路2采集到电路过压信息时，即当输出电压超过12.5V时，过压比较电路2输出控制断开开关电路4的电流调节信号后将所述开关电路4断开，实现硬件过压保护；
本发明实现过流保护的方式有两种：
软件过流保护：所述软硬件过流比较电路1通过所述软件过流触发电路3与所述开关电路4连接，当所述软硬件过流比较电路1采集到电路过流信息时，即当负载电流超过1.5A时，软硬件过流比较电路1输出软件过流触发电路3的触发信号后软件过流触发电路3输出控制断开开关电路4的电流调节信号后将所述开关电路4断开，实现软件过流保护。
硬件过流保护：所述软硬件过流比较电路1直接与所述开关电路4连接，当所述软硬件过流比较电路1采集到电路过流信息时，即当负载电流超过1.5A时，软硬件过流比较电路1输出控制断开开关电路4的电流调节信号后，将所述开关电路4断开，实现硬件过流保护。
所述开关电路4包括场效应管Q1、第一二极管D1、第一三极管VT1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，所述场效应管Q1的第一端3通过第一电阻R1和第二电阻R2接地，所述场效应管Q1的第一端3还与所述第一三极管VT1的发射极连接，所述场效应管Q1的第一端3还与电源5连接，所述场效应管Q1的第二端2接电源输出接口6，所述场效应管Q1的控制端1通过所述第一二极管D1与所述第一三极管VT1的集电极连接，所述场效应管Q1的控制端1还通过第三电阻R3与所述第一三极管VT1的集电极连接，所述场效应管Q1的第一端3还通过第四电阻R4与所述第一三极管VT1的基极连接，所述第一三极管VT1的基极通过第五电阻R5与所述软硬件过流比较电路1、硬件过压比较电路2和软件过流触发电路3连接。
所述硬件过压比较电路2包括第一比较器N1、第二二极管D2、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第一比较器N1的第一输入端3通过第六电阻R6接电源5，所述第一比较器N1的第二输入端2通过第七电阻R7和第八电阻R8与电源5连接，所述第八电阻R8还接地，所述第一比较器N1的第三输入端8接电源5，所述第一比较器N1的第四输入端4接地，所述第一比较器N1的输出端1通过所述第二二极管D2与所述第五电阻R5连接，当第一比较器N1的第一输入端3的电压低于第一比较器N1的第二输入端2的电压时，所述第一比较器N1的输出端1输出低电平，所述第二二极管D2导通，第一三极管VT1的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管Q1的控制端1与场效应管Q1的第一端3导通，场效应管Q1的第一端3和场效应管Q1的第二端2断开，电压输出被切断，实现硬件过压保护。
所述软硬件过流比较电路1包括第二比较器N2、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第三二极管D3，所述第二比较器N2的第一输入端5通过第九电阻R9和第六电阻R6接电源5，所述第九电阻R9通过第十电阻R10接地，所述第二比较器N2的第二输入端6通过第十一电阻R11接地，所述第二比较器N2的第二输入端6还与所述电源输出接口6连接，所述第二比较器N2的第三输入端8接电源5，所述第二比较器N2的第四输入端4接地，所述第二比较器N2的输出端7通过所述第三二极管D3与所述第五电阻R5连接，当第二比较器N2的第一输入端5的电压低于第二比较器N2的第二输入端6的电压时，所述第二比较器N2的输出端7输出低电平，所述第三二极管D3导通，第一三极管VT1的基极触发动作，第一三极管VT1的集电极和第一三极管VT1的发射极导通，场效应管Q1的控制端1与场效应管Q1的第一端3导通，场效应管Q1的第一端3和场效应管Q1的第二端2断开，电压输出被切断，实现硬件过流保护，其中，第八电阻R8和第九电阻R9为可变电阻。
所述软硬件过流比较电路1还包括第四二极管D4、第五二极管D5和第十二电阻R12，所述第二比较器N2的第一输入端5通过第四二极管D4与所述第二比较器N2的输出端7连接，所述第二比较器N2的输出端7通过第五二极管D5和第十二电阻R12与所述软件过流触发电路3连接。
所述软件过流触发电路3包括第二三极管VT2、单片机U1、光耦U2、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第六发光二极管D6，所述单片机U1的电源引脚P3接单片机U1电源，所述单片机U1的接地引脚GND接地，所述单片机U1的第一输入引脚P1与所述第二三极管VT2的发射极连接，所述单片机U1的第一输入引脚P1还通过第十三电阻R13与单片机U1电源连接，所述第二三极管VT2的集电极接地，所述第二三极管VT2的基极与所述第十二电阻R12连接，所述单片机U1的第一输出引脚P2通过第六发光二极管D6和第十四电阻R14接地，所述单片机U1的第二输出引脚P4与所述光耦U2的输入端正极1连接，所述光耦U2的输入端负极2接地，所述光耦U2的输出端发射极4接地，所述光耦U2的输出端集电极3与所述第五电阻R5连接，当第二比较器N2的第一输入端5的电压低于第二比较器N2的第二输入端6的电压时，所述第二比较器N2的输出端7输出低电平，所述第五三极管导通，所述第二三极管VT2的基极触发动作，所述第二三极管VT2集电极和第二三极管VT2的发射极导通，单片机U1的第一输出引脚P2检测到电平由高到低跳变，单片机U1的第一输出引脚P2和单片机U1的第二输出引脚P4输出高电平，第六发光二极管D6发光，同时光耦U2的输入端正极1和光耦U2的输入端负极2内部发光二极管通电，光耦U2的输出端发射极4和光耦U2的输出端集电极3导通，同时第一三极管VT1的基极触发动作，第一三极管VT1的集电极和第一三极管VT1的发射极导通，第一三极管VT1的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管Q1的控制端1与场效应管Q1的第一端3导通，场效应管Q1的第一端3和场效应管Q1的第二端2断开，电压输出被切断，软件过流保护实现；切断保持30mS后，单片机U1的第一输出引脚P2和单片机U1的第二输出引脚P4输出低电平，第六发光二极管D6熄灭，光耦U2的输入端正极1和光耦U2的输入端负极2内部发光二极管断电，光耦U2的输出端发射极4和光耦U2的输出端集电极3断开，第一三极管VT1的基极没有触发动作，第一三极管VT1的集电极和第一三极管VT1的发射极断开，场效应管Q1的控制端1与场效应管Q1的第一端3断开，场效应管Q1的第一端3和场效应管Q1的第二端2导通，电压输出连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种HA本安电源保护电路板，包括软硬件过流比较电路、硬件过压比较电路、软件过流触发电路、开关电路、电源、电源输出接口和单片机电源，其特征在于，
所述软件过流触发电路包括第二三极管、单片机、光耦、第十三电阻、第十四电阻和第六发光二极管，所述单片机的电源引脚接所述单片机电源，所述单片机的接地引脚接地，所述单片机的第一输入引脚与所述第二三极管的发射极连接，所述单片机的第一输入引脚还通过第十三电阻与单片机电源连接，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的基极与第十二电阻连接，所述单片机的第一输出引脚通过第六发光二极管和第十四电阻接地，所述单片机的第二输出引脚与所述光耦的输入端正极连接，所述光耦的输入端负极接地，所述光耦的输出端发射极接地，所述光耦的输出端集电极与第五电阻连接，当第二比较器的第一输入端的电压低于第二比较器的第二输入端的电压时，所述第二比较器的输出端输出低电平，所述第二三极管导通，所述第二三极管的基极触发动作，所述第二三极管集电极和第二三极管的发射极导通，单片机的第一输出引脚检测到电平由高到低跳变，单片机的第一输出引脚和单片机的第二输出引脚输出高电平，第六发光二极管发光，同时光耦的输入端正极和光耦的输入端负极内部发光二极管通电，光耦的输出端发射极和光耦的输出端集电极导通，同时第一三极管的基极触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极导通，第一三极管的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，软件过流保护实现；切断保持30mS后，单片机的第一输出引脚和单片机的第二输出引脚输出低电平，第六发光二极管熄灭，光耦的输入端正极和光耦的输入端负极内部发光二极管断电，光耦的输出端发射极和光耦的输出端集电极断开，第一三极管的基极没有触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极断开，场效应管的控制端与场效应管的第一端断开，场效应管的第一端和场效应管的第二端导通，电压输出连接；
所述硬件过压比较电路与所述开关电路连接，当所述硬件过压比较电路采集到电路过压信息时，硬件过压比较电路输出控制断开开关电路的电流调节信号后将所述开关电路断开，实现硬件过压保护；
所述软硬件过流比较电路通过所述软件过流触发电路与所述开关电路连接，当所述软硬件过流比较电路采集到电路过流信息时，所述软硬件过流比较电路输出软件过流触发电路的触发信号，所述软件过流触发电路将输出控制断开开关电路的电流调节信号，将所述开关电路断开，实现软件过流保护。
2.根据权利要求1所述的一种HA本安电源保护电路板，其特征在于，所述软硬件过流比较电路直接与所述开关电路连接，当所述软硬件过流比较电路采集到电路过流信息时，软硬件过流比较电路输出控制断开开关电路的电流调节信号后，将所述开关电路断开，实现硬件过流保护。
3.根据权利要求2所述的一种HA本安电源保护电路板，其特征在于，所述开关电路包括场效应管、第一二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述场效应管的第一端通过第一电阻和第二电阻接地，所述场效应管的第一端还与所述第一三极管的发射极连接，所述场效应管的第一端还与电源连接，所述场效应管的第二端接电源输出接口，所述场效应管的控制端通过所述第一二极管与所述第一三极管的集电极连接，所述场效应管的控制端还通过第三电阻与所述第一三极管的集电极连接，所述场效应管的第一端还通过第四电阻与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的基极通过第五电阻与所述软硬件过流比较电路、硬件过压比较电路和软件过流触发电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种HA本安电源保护电路板，其特征在于，所述硬件过压比较电路包括第一比较器、第二二极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一比较器的第一输入端通过第六电阻接电源，所述第一比较器的第二输入端通过第七电阻和第八电阻与电源连接，所述第八电阻还接地，所述第一比较器的第三输入端接电源，所述第一比较器的第四输入端接地，所述第一比较器的输出端通过所述第二二极管与所述第五电阻连接，当第一比较器的第一输入端的电压低于第一比较器的第二输入端的电压时，所述第一比较器的输出端输出低电平，所述第二二极管导通，第一三极管的基极触发动作，集电极和发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，实现硬件过压保护。
5.根据权利要求4所述的一种HA本安电源保护电路板，其特征在于，所述软硬件过流比较电路包括第二比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第三二极管，所述第二比较器的第一输入端通过第九电阻和第六电阻接电源，所述第九电阻通过第十电阻接地，所述第二比较器的第二输入端通过第十一电阻接地，所述第二比较器的第二输入端还与所述电源输出接口连接，所述第二比较器的第三输入端接电源，所述第二比较器的第四输入端接地，所述第二比较器的输出端通过所述第三二极管与所述第五电阻连接，当第二比较器的第一输入端的电压低于第二比较器的第二输入端的电压时，所述第二比较器的输出端输出低电平，所述第三二极管导通，第一三极管的基极触发动作，第一三极管的集电极和第一三极管的发射极导通，场效应管的控制端与场效应管的第一端导通，场效应管的第一端和场效应管的第二端断开，电压输出被切断，实现硬件过流保护。
6.根据权利要求5所述的一种HA本安电源保护电路板，其特征在于，所述软硬件过流比较电路还包括第四二极管、第五二极管和第十二电阻，所述第二比较器的第一输入端通过第四二极管与所述第二比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端通过第五二极管和第十二电阻与所述软件过流触发电路连接。
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