CN112285575A - 一种蓄电池直流电压欠压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄电池直流电压欠压检测电路，包括电压阈值设计电路、阈值判断电路、第一信号通断电路、以及光耦隔离电路；电压阈值设计电路根据蓄电池的额定电压值给出检测的电压阈值；阈值判断电路将蓄电池的实际电压与所述电压阈值进行比较，并输出比较结果；第一信号通断电路根据所述比较结果导通或者断开所述光耦隔离电路的一次侧，所述光耦隔离电路的二次侧相应的导通或者断开。本发明针列车蓄电池电压欠压信号的检测时，存在的检测及时性可靠性和准确性的问题，设计了一种利用无源芯片，检测蓄电池电压欠压信号的检测电路。依靠此电路,在蓄电池电压低于设计值时，光耦导通，输出隔离的低电平信号，正常情况下为高电平信号。

Description

一种蓄电池直流电压欠压检测电路

技术领域

本发明涉及电路检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种蓄电池直流电压欠压检测电路。

背景技术

近些年随着我国铁路行业的快速发展，铁路行业控制水平越来越高，控制方法更加智能化和多元化，与之对应的控制和检测电路也多种多样。

列车蓄电池对于列车控制来说至关重要，它对各种控制和检测电路提供电源，在目前应用的实际经验来看，蓄电池直流电压欠压对各种控制电路来说都是一个重要的控制参数。

目前常规的欠压检测思路，主要利用电压基准电路，设计过压和欠压时的两个电压阈值，再利用比较器，与需要检测的电压值进行比较，根据比较规则送至逻辑电路和锁存电路。但该方法采用电压基准电路来设计过压和欠压的阈值，较为繁琐，而且在列车的实际运行环境下，蓄电池作为所有控制和检测硬件电路的总电源，总电源欠压会直接影响到基准电压电路的工作，也会对其电路的有源芯片，例如比较器等造成影响，该技术应用在此工作环境下使用存在隐患。

还有一种欠压检测方案，是将蓄电池电压作为模拟量通过采样电阻组成的采样电路采样后，再经过模数转换芯片，送至处理器进行相关的逻辑判断和控制。但该方法从本质上讲是将蓄电池的电压作为一个模拟量，进行采样和转换，电路复杂，增加了故障点，最重要的是在蓄电池供电瞬间，由于模数转换芯片等有源芯片需要蓄电池的电压供电或进行二次电压转化供电，响应速度慢，且存在电压异常导致无法准确采样的问题。

发明内容

本发明针列车蓄电池电压欠压信号的检测时，存在的检测及时性可靠性和准确性的问题，提供了一种蓄电池直流电压欠压检测电路，使蓄电池电压低于设计值时，光耦导通，输出隔离的低电平信号，正常情况下为高电平信号。

本发明采用的技术手段如下：

一种蓄电池直流电压欠压检测电路，包括：电压阈值设计电路、阈值判断电路、第一信号通断电路、以及光耦隔离电路；

所述电压阈值设计电路根据蓄电池的额定电压值给出检测的电压阈值；

所述阈值判断电路将蓄电池的实际电压与所述电压阈值进行比较，并输出比较结果；

所述第一信号通断电路根据所述比较结果导通或者断开所述光耦隔离电路的一次侧，所述光耦隔离电路的二次侧相应的导通或者断开；

使用时，通过测量所述光耦隔离电路的二次侧的电压状态，判断蓄电池是否欠压。

进一步地，还包括第二信号通断电路，所述第二信号通断电路在第一信号通断电路故障时，断开所述光耦隔离电路的一次侧。

进一步地，还包括第一限流电路，所述第一限流电路与所述第二信号通断电路组成一个信号通断控制回路。

进一步地，所述第一限流电路包括串联于蓄电池的正、负极之间的电阻R1、电阻R2、稳压管D1、稳压管D2以及并联于所述稳压管D1两端的电容C1。

进一步地，所述电压阈值设计电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电容C3，所述电阻R8、电阻R9以及电阻R10串联于蓄电池的正极与电路接地端之间，所述电阻R7以及电容C3均并联于电阻R8两端。

进一步地，所述阈值判断电路包括可控精密稳压源芯片U2，所述可控精密稳压源芯片U2的参考极连接于电阻R8与电阻R10之间，所述可控精密稳压源芯片U2的阳极连接于蓄电池的负极，所述可控精密稳压源芯片U2的阴极连接第一信号通断电路。

进一步地，所述第一信号通断电路包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极连接于稳压管D1和稳压管D2之间，所述三极管Q1的集电极连接光耦隔离电路的一次侧，三极管Q1的发射极通过电阻R6连接所述可控精密稳压源芯片U2的阴极。

进一步地，所述第二信号通断电路包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极连接于所述电阻R2和稳压管D1之间，所述MOS管Q2的源极连接于所述三极管Q1的集电极，所述MOS管Q2的漏极连接所述光耦隔离电路的一次侧。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明针对实际应用中蓄电池欠压检测过程中出现的检测电路过于复杂，上电瞬间检测存在不准确等情况，提出一种简易电路，能够在成本较低的情况下，准确可靠的检测蓄电池欠压信息。不仅具有很高的工程应用价值，而且有很广阔的市场应用前景。

基于上述理由本发明可在电压检测领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明欠压检测电路结构示意图。

图2为本发明欠压检测电路的电路连接示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种蓄电池直流电压欠压检测电路，包括：电压阈值设计电路、阈值判断电路、第一信号通断电路、以及光耦隔离电路。其中电压阈值设计电路根据蓄电池的额定电压值给出检测的电压阈值。阈值判断电路将蓄电池的实际电压与所述电压阈值进行比较，并输出比较结果。第一信号通断电路根据所述比较结果导通或者断开所述光耦隔离电路的一次侧，所述光耦隔离电路的二次侧相应的导通或者断开。本发明通过欠压检测阈值设置电路，当低于设定值时将信号蓄电池的欠压电压信号通过光耦芯片导通，把信号转换成隔离的高低电平信号，送至控制芯片。使用时，通过测量所述光耦隔离电路的二次侧的电压状态，判断蓄电池是否欠压。

进一步地，还包括第二信号通断电路以及第一限流电路。第二信号通断电路在第一信号通断电路故障时，断开所述光耦隔离电路的一次侧。第一限流电路与所述第二信号通断电路组成一个信号通断控制回路。

本发明具体实施电路如图2所示，电压阀值设计电路采用采样电阻分压设计，阈值判断电路是基于可控精密稳压源芯片设计，在本发明中采用TL431IDR芯片，基准电压为2.5V，与电压阀值设计电路配合设计。第一信号通断控制电路为三极管控制电路，与可控精密稳压源芯片电路配合，第二信号通断控制电路为N-MOS管与稳压管等组成电路，与第一限流电路组成一个信号通断控制回路，只有在此回路导通的情况下，第一信号通断控制电路才能起作用，防止误动作，增加了电路的可靠性。最终当蓄电池电压信号小于设计值时，阈值判断电路检测出电压欠压，第一通过信号控制电路断开光耦隔离电路中一次侧通路，从而使光耦二次侧电压产生变化，进而判断出蓄电池电压欠压。

具体来说，第一限流电路包括串联于蓄电池的正、负极之间的电阻R1、电阻R2、稳压管D1、稳压管D2以及并联于所述稳压管D1两端的电容C1。电压阈值设计电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电容C3，所述电阻R8、电阻R9以及电阻R10串联于蓄电池的正极与电路接地端之间，所述电阻R7以及电容C3均并联于电阻R8两端。阈值判断电路包括可控精密稳压源芯片U2，所述可控精密稳压源芯片U2的参考极连接于电阻R8与电阻R10之间，所述可控精密稳压源芯片U2的阳极连接于蓄电池的负极，所述可控精密稳压源芯片U2的阴极连接第一信号通断电路。第一信号通断电路包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极连接于稳压管D1和稳压管D2之间，所述三极管Q1的集电极连接光耦隔离电路的一次侧，三极管Q1的发射极通过电阻R6连接所述可控精密稳压源芯片U2的阴极。第二信号通断电路包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极连接于所述电阻R2和稳压管D1之间，所述MOS管Q2的源极连接于所述三极管Q1的集电极，所述MOS管Q2的漏极连接所述光耦隔离电路的一次侧。

进一步地，所述光耦隔离电路包括光耦芯片U1，光耦芯片U1的一次侧一端连接电源正极，另一端连接MOS管Q2的漏极。光耦芯片U1的二次侧一端连接供电电源的正极，另一端通过串联的电阻R4和电阻R5连接电路接地端。

此外，本实施例中的欠压检测电路还具有第二限流电路，包括并联在光耦芯片U1的一次侧两端的电容C2以及电阻R3。

本实施例在工作时，电压阈值设计电路中完成欠压阈值电压值U0的设计，当外部信号XFG1中的信号比U0小时，U2芯片小于基准电压，工作状态为反向二极管状态，输出(图中U2上端)电压为高电压状态，第一限流电路中稳压管D2输出电压为固定高电压值，三极管Q1为断开状态，光耦芯片U1一次侧为断开状态，U1二次侧为断开状态，R4左侧输出电压为低电平。MOS管作用：如果U2和Q1发生故障，Q1如果此次导通时，MOS管会关断，防止出现误报故障的情况。

当外部信号XFG1中的信号比U0大时，U2芯片大于基准电压，工作状态为导通状态，输出(图中U2上端)电压为低电压状态，第一限流电路中稳压管D2输出电压为固定高电压值，三极管Q1为闭合状态，光耦芯片U1一次侧为闭合状态，U1二次侧为闭合状态，R4左侧输出电压被拉高为高电平，从而由电阻R4左侧电压的变化来检测输入电压是否欠压。

本发明设计可以通过调整电压阀值设计电路和限流电路，来适应不同电压级别的蓄电池，从而达到检测其电压欠压的效果。以24V蓄电池为例，设计欠压电压阈值为15V的电路，通过施加14.8V至15.2脉冲信号，在光耦电路输出侧产生了高低电平的脉冲信号，及时有效的反馈给后端控制单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，包括：电压阈值设计电路、阈值判断电路、第一信号通断电路、以及光耦隔离电路；

所述电压阈值设计电路根据蓄电池的额定电压值给出检测的电压阈值；

所述阈值判断电路将蓄电池的实际电压与所述电压阈值进行比较，并输出比较结果；

所述第一信号通断电路根据所述比较结果导通或者断开所述光耦隔离电路的一次侧，所述光耦隔离电路的二次侧相应的导通或者断开；

使用时，通过测量所述光耦隔离电路的二次侧的电压状态，判断蓄电池是否欠压。

2.根据权利要求1所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，还包括第二信号通断电路，所述第二信号通断电路在第一信号通断电路故障时，断开所述光耦隔离电路的一次侧。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，还包括第一限流电路，所述第一限流电路与所述第二信号通断电路组成一个信号通断控制回路。

4.根据权利要求3所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，所述第一限流电路包括串联于蓄电池的正、负极之间的电阻R1、电阻R2、稳压管D1、稳压管D2以及并联于所述稳压管D1两端的电容C1。

5.根据权利要求4所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，所述电压阈值设计电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电容C3，所述电阻R8、电阻R9以及电阻R10串联于蓄电池的正极与电路接地端之间，所述电阻R7以及电容C3均并联于电阻R8两端。

6.根据权利要求5所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，所述阈值判断电路包括可控精密稳压源芯片U2，所述可控精密稳压源芯片U2的参考极连接于电阻R8与电阻R10之间，所述可控精密稳压源芯片U2的阳极连接于蓄电池的负极，所述可控精密稳压源芯片U2的阴极连接第一信号通断电路。

7.根据权利要求6所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，所述第一信号通断电路包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极连接于稳压管D1和稳压管D2之间，所述三极管Q1的集电极连接光耦隔离电路的一次侧，三极管Q1的发射极通过电阻R6连接所述可控精密稳压源芯片U2的阴极。

8.根据权利要求6所述的蓄电池直流电压欠压检测电路，其特征在于，所述第二信号通断电路包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极连接于所述电阻R2和稳压管D1之间，所述MOS管Q2的源极连接于所述三极管Q1的集电极，所述MOS管Q2的漏极连接所述光耦隔离电路的一次侧。

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