CN115793826A - 一种mcu芯片的电压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MCU芯片的电压保护电路，涉及电路保护技术领域，包括输入保护模块，用于通继电保护电路控制电源模块为负载模块提供电能；电压采样调理模块，用于电压采样和信号放大调理；正负压比较模块，用于进行正值和负值过压判断；信号传输模块，用于信号滤波和传输；智能控制模块，用于通过MCU电路接收信号并控制模块工作；隔离控制模块，用于隔离驱动自恢复保护控制模块定时控制输入保护模块的周期性工作。本发明MCU芯片的电压保护电路对负载模块的工作电能进行检测，判断交流电的正半周期和负半周期的电压情况，并由MCU电路进行接收和分析，在过压短路时控制自恢复保护控制模块定时控制输入保护模块的周期性保护工作。

Description

一种MCU芯片的电压保护电路

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，具体是一种MCU芯片的电压保护电路。

背景技术

随着智能化电子设备技术的发展，对电子设备的可靠性和安全性的要求越来越高，因此通常对输入电子设备的电能进行电能检测，预防出现过压和短路情况的发生，现有的电压保护电路通过电阻分压电路的方式进行电能采样，由MCU芯片接收并通过内部设定的阈值进行计算处理，所需的编程量较大，并且在对交流电能进行电压保护时，需要对交流电进行整流处理或通过峰值电路检测，检测手段较为复杂，且由于MCU无法对负值电压进行检测，无法对交流电能的负半周期进行准确电压检测，导致无法准确的实现过压和短路保护，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种MCU芯片的电压保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例中，提供一种MCU芯片的电压保护电路，该MCU芯片的电压保护电路包括：电源模块，输入保护模块，负载模块，电压采样调理模块，正负压比较模块，信号传输模块，智能控制模块，隔离控制模块，自恢复保护控制模块；

所述电源模块，用于为电路提供所需的电能；

所述输入保护模块，与所述电源模块连接，用于通继电保护电路控制所述电源模块的电能传输；

所述负载模块，与所述输入保护模块连接，用于接收所述输入保护模块传输的电能并为负载***提供电能；

所述电压采样调理模块，与所述负载模块连接，用于对输入所述负载模块的电能进行电压采样并输出电压信号，用于检测电压信号进行放大调理并输出；

所述正负压比较模块，与所述电压采样调理模块连接，用于通过正值比较电路和负值比较电路分别对所述电压采样调理模块输出的信号进行正值过压判断和负值过压判断并分别输出第一判断信号和第二判断信号；

所述信号传输模块，与所述正负压比较模块连接，用于通过RC滤波电路对所述第一判断信号和第二判断进行滤波处理并传输给所述智能控制模块，用于通过隔离触发电路输出保护控制信号；

所述智能控制模块，与所述信号传输模块连接，用于通过MCU电路接收所述第一判断信号和第二判断信号并分析电压故障周期，用于接收所述保护控制信号并输出第一控制信号；

所述隔离控制模块，与所述智能控制模块连接，用于接收所述第一控制信号并通过隔离驱动电路输出负触发信号；

所述自恢复保护控制模块，与所述隔离控制模块和输入保护模块连接，用于接收所述负触发信号并通过定时控制电路定时控制所述继电保护电路的周期性工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明MCU芯片的电压保护电路由电压采样调理模块对负载模块的工作电能进行检测，并由正负压比较模块对检测的信号分别通过正值比较电路和负值比较电路进行正值过压判断和负值过压判断，判断交流电的正半周期和负半周期的电压情况，由信号传输模块处理并由MCU电路进行接收和分析，提高对交流电的电压检测精度，并在过压短路时由MCU电路控制隔离控制模块输出负触发信号，控制自恢复保护控制模块定时控制继电保护电路的周期性保护工作，实现电路的自恢复控制，提高电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实例提供的一种MCU芯片的电压保护电路的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的一种MCU芯片的电压保护电路的电路图。

图3为本发明实例提供的自恢复保护控制模块的连接电路图。

具体实施方式

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。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。

实施例1，请参阅图1，一种MCU芯片的电压保护电路包括：电源模块1，输入保护模块2，负载模块3，电压采样调理模块4，正负压比较模块5，信号传输模块6，智能控制模块7，隔离控制模块8，自恢复保护控制模块9；

具体地，所述电源模块1，用于为电路提供所需的电能；

输入保护模块2，与所述电源模块1连接，用于通继电保护电路控制所述电源模块1的电能传输；

负载模块3，与所述输入保护模块2连接，用于接收所述输入保护模块2传输的电能并为负载***提供电能；

电压采样调理模块4，与所述负载模块3连接，用于对输入所述负载模块3的电能进行电压采样并输出电压信号，用于检测电压信号进行放大调理并输出；

正负压比较模块5，与所述电压采样调理模块4连接，用于通过正值比较电路和负值比较电路分别对所述电压采样调理模块4输出的信号进行正值过压判断和负值过压判断并分别输出第一判断信号和第二判断信号；

信号传输模块6，与所述正负压比较模块5连接，用于通过RC滤波电路对所述第一判断信号和第二判断进行滤波处理并传输给所述智能控制模块7，用于通过隔离触发电路输出保护控制信号；

智能控制模块7，与所述信号传输模块6连接，用于通过MCU电路接收所述第一判断信号和第二判断信号并分析电压故障周期，用于接收所述保护控制信号并输出第一控制信号；

隔离控制模块8，与所述智能控制模块7连接，用于接收所述第一控制信号并通过隔离驱动电路输出负触发信号；

自恢复保护控制模块9，与所述隔离控制模块8和输入保护模块2连接，用于接收所述负触发信号并通过定时控制电路定时控制所述继电保护电路的周期性工作。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用交流电源和直流电源进行供电处理，在此不做赘述；上述输入保护模块2采用继电保护电路控制电源模块1与负载模块3的连接；上述负载模块3作为消耗电能的电子元件，具体选用的负载电路在此不做赘述；上述电压采样调理模块4可采用电阻分压电路和运算放大电路，由电阻分压电路进行电压采样，再由运算放大电路进行信号放大处理；上述正负压比较模块5可采用正值比较电路和负值比较电路分别对电压采样调理模块4输出的信号进行正值过压判断和负值过压判断；上述信号传输模块6可采用RC滤波电路对输入的信号进行滤波处理，还采用隔离触发电路为智能控制模块7提供保护控制指令；上述智能控制模块7可采用MCU电路实现信号的接收和模块的控制，在此不做赘述；上述隔离控制模块8可采用隔离驱动电路输出负触发信号；上述自恢复保护控制模块9可采用定时控制电路定时控制继电保护电路的周期性工作。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述输入保护模块2包括第一继电开关K1-1；所述电压采样调理模块4包括第一电阻R1和第二电阻R2；

具体地，所述第一继电开关K1-1的一端连接所述电源模块1，第一继电开关K1-1的另一端连接第一电阻R1的第一端和所述负载模块3，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2连接地端。

进一步地，所述电压采样调理模块4包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一运放OP1、第五电阻R5、第一电容C1、第六电阻R6和第二电容C2；

具体地，所述第三电阻R3的一端连接所述第一电阻R1的第二端，第三电阻R3的另一端连接第一运放OP1的反相端和第五电阻R5的一端并通过第一电容C1连接第一运放OP1的输出端、第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的第一端，第一运放OP1的同相端通过第四电阻R4连接地端，第六电阻R6的第二端连接所述正负压比较模块5并通过第二电容C2连接地端。

在具体实施例中，上述第一继电开关K1-1可采用常闭开关；上述第一电阻R1和第二电阻R2组成电阻分压电路进行电压采样；上述第一运放OP1可选用OP07运算放大器对交流电能的正半周期和负半周期进行翻转放大处理；上述第六电阻R6和第二电容C2组成RC滤波电路。

进一步地，所述正负压比较模块5包括第七电阻R7、第一比较器A1、正压阈值、第九电阻R9、第六电源VCC6；

具体地，所述第七电阻R7的第一端连接所述第六电阻R6的第二端，第七电阻R7的第二端连接第一比较器A1的同相端，第一比较器A1的反相端连接所述正压阈值，第一比较器A1的输出端连接所述信号传输模块6并通过第九电阻R9连接第六电源VCC6。

在具体实施例中，上述第一比较器A1可选用LM393比较器，配合正压阈值对第一运放OP1输出的正值电压进行交流电能的负半周期过压判断。

进一步地，所述正负压比较模块5还包括第八电阻R8、第一稳压管VD1、第二稳压管VD2、第十电阻R10；

具体地，所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7的第一端，第八电阻R8的另一端连接第一稳压管VD1的阳极，第一稳压管VD1的阴极连接第二稳压管VD2的阴极，第二稳压管VD2的阳极连接第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端连接所述信号传输模块6。

在具体实施例中，上述第一稳压管VD1和第二稳压管VD2作为负压过压判断阈值，对第一运放OP1输出的负电压进行交流电能的正半周期过压判断。

进一步地，所述信号传输模块6包括第三电容C3、第十一电阻R11、第十电容C10、第十五电阻R15；所述智能控制模块7包括第一控制器U1；

具体地，所述第三电容C3的一端连接所述第一比较器A1的输出端并通过第十一电阻R11连接第一控制器U1的第二IO端，第三电容C3的另一端接地，第四电容的一端连接第十电阻R10的第二端并通过第十五电阻R15连接第一控制器U1的第三IO端，第三电容C3的另一端和第四电容的另一端均接地。

在具体实施例中，上述第三电容C3和第十一电阻R11、第四电容和第十五电阻R15组成RC滤波电路，对输入的信号进行滤波处理；上述第一控制器U1可选用MCU芯片，具体型号不做限定。

进一步地，所述信号传输模块6还包括第一开关管VT1、第十二电阻R12、第一电源VCC1、第一二极管D1、第一光耦J1、第十三电阻R13、第二二极管D2、第二开关管VT2、第十四电阻R14、第二电源VCC2、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三开关管VT3、第三电源VCC3；

具体地，所述第一开关管VT1的基极和第二开关管VT2的基极分别连接所述第一比较器A1的输出端和第十电阻R10的第二端，第一开关管VT1的集电极通过第十二电阻R12连接第一电源VCC1，第一开关管VT1的发射极连接第一二极管D1的阴极和第一光耦J1的第一端，第二开关管VT2的发射极连接第二二极管D2的阳极并通过第十三电阻R13连接第一光耦J1的第二端，第一光耦J1的第三端连接第三开关管VT3的基极并通过第十六电阻R16连接第十七电阻R17的一端和第三电源VCC3，第十七电阻R17的另一端连接第三开关管VT3的集电极和所述第一控制器U1的第一IO端，第三开关管VT3的发射极和第一光耦J1的第四端均接地，第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极均接地，第二开关管VT2的集电极通过第十四电阻R14连接第二电源VCC2。

在具体实施例中，上述第一开关管VT1可选用NPN型三极管，第二开关管VT2可选用PNP型三极管，用于触发第一光耦J1传输信号；上述第一光耦J1可选用PC817光电耦合器；上述第三开关管VT3可选用NPN型三极管，由第一光耦J1控制并为第一控制器U1提供保护控制信号。

进一步地，所述隔离控制模块8包括第二光耦J2、第十八电阻R18、第四电源VCC4、第二十电阻R20、第十九电阻R19、第五电容C5、第四开关管VT4、第二十一电阻R21、第八电容C8、第五电源VCC5；

具体地，所述第四电源VCC4通过第十八电阻R18连接第二光耦J2的第一端，第二光耦J2的第二端连接所述第一控制器U1的第四IO端，第一光耦J1的第三端连接第五电源VCC5、第十九电阻R19的一端和第二十一电阻R21的第一端，第二十电阻R20的第二端通过第八电容C8连接第十九电阻R19的另一端和第四开关管VT4的集电极，第四开关管VT4的基极连接第二光耦J2的第四端和第五电容C5的一端并通第二十电阻R20连接第五电容C5的另一端、第四开关管VT4的发射极和地端。

在具体实施例中，上述第二光耦J2可选用PC817光电耦合器，传输第一控制器U1输出的控制信号，并控制第四开关管VT4的工作状态；上述第四开关管VT4可选用NPN型三极管，配合第十九电阻R19、第二十一电阻R21、第五电阻R5输出负触发信号。

进一步地，所述自恢复保护控制模块9包括第二十二电阻R22、第六电容C6、定时器U2、第七电容C7；

具体地，所述第二十二电阻R22的一端、定时器U2的第四端和第八端连接所述第五电源VCC5，定时器U2的第二端连接所述第二十一电阻R21的第二端，第二十二电阻R22的另一端连接定时器U2的第六端和第七端并通过第六电容C6接地，定时器U2的第五端通过第七电容C7连接定时器U2的第一端和地端，定时器U2的第三端连接所述输入保护模块2。

在具体实施例中，上述定时器U2可选用NE555集成电路。

进一步地，所述输入保护模块2还包括第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第五开关管VT5、第一继电器K1、第三二极管D3；

具体地，所述第二十三电阻R23的一端连接所述定时器U2的第三端，第二十三电阻R23的另一端连接第五开关管VT5的基极并通过第二十四电阻R24连接第五开关管VT5的发射极和地端，第五开关管VT5的集电极连接第三二极管D3的阳极和第一继电器K1的一端，第一继电器K1的另一端和第三二极管D3的阴极连接所述定时器U2的第八端。

在具体实施例中，上述第五开关管VT5可选用NPN型三极管，用于控制第一继电器K1的工作状态；上述第一继电器K1用于控制第一继电开关K1-1的闭断状态。

本发明一种MCU芯片的电压保护电路由电源模块1提供交流电或直流电，当输入为交流电时，电能通过第一继电开关K1-1传输给负载模块3，并由第一电阻R1和第二电阻R2进行采样，由第一运放OP1进行翻转放大处理，当检测交流电的正半周期时，第一运放OP1将输出负值电压，当检测为负半周期时，第一运放OP1输出正值电压，输出的负值电压通过第一稳压管VD1和第二稳压管VD2进行正半周期过压判断，输出的正值电压通过第一比较器A1进行负半周期过压判断，当第一运放OP1输出高电平时，则交流电的负半周期过压，触发第一开关管VT1导通，第一运放OP1输出的信号通过第十一电阻R11和第三电容C3传输给第一控制器U1的第二IO端进行负半周期过压记录，第一光耦J1导通，将控制第三开关管VT3截止，第一控制器U1的第一IO端接收到保护控制信号，当第一稳压管VD1被击穿，第二稳压管VD2导通时，则为正半周期过压，负压触发第二开关管VT2导通，同理第一控制器U1的第三IO端进行正半周期过压记录，并控制第一光耦J1导通，第一控制器U1的第一IO端接收保护控制信号，只要第一控制器U1的第一IO端接收到保护控制信号，第一控制器U1的第四IO端将以脉冲的形式输出第一控制信号，并由第二光耦J2和第四开关管VT4处理为定时器U2提供负触发信号，触发定时器U2定时输出高电平控制第一继电器K1的工作，使得第一继电开关K1-1断开，断开电源模块1，定时结束后将重新闭合第一继电开关K1-1，检测电路是否仍然处于故障，其中对于直流电的检测如对交流电的正半周期检测方式。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，

该MCU芯片的电压保护电路包括：电源模块，输入保护模块，负载模块，电压采样调理模块，正负压比较模块，信号传输模块，智能控制模块，隔离控制模块，自恢复保护控制模块；

所述电源模块，用于为电路提供所需的电能；

所述输入保护模块，与所述电源模块连接，用于通继电保护电路控制所述电源模块的电能传输；

所述负载模块，与所述输入保护模块连接，用于接收所述输入保护模块传输的电能并为负载***提供电能；

所述电压采样调理模块，与所述负载模块连接，用于对输入所述负载模块的电能进行电压采样并输出电压信号，用于检测电压信号进行放大调理并输出；

所述正负压比较模块，与所述电压采样调理模块连接，用于通过正值比较电路和负值比较电路分别对所述电压采样调理模块输出的信号进行正值过压判断和负值过压判断并分别输出第一判断信号和第二判断信号；

所述信号传输模块，与所述正负压比较模块连接，用于通过RC滤波电路对所述第一判断信号和第二判断进行滤波处理并传输给所述智能控制模块，用于通过隔离触发电路输出保护控制信号；

所述智能控制模块，与所述信号传输模块连接，用于通过MCU电路接收所述第一判断信号和第二判断信号并分析电压故障周期，用于接收所述保护控制信号并输出第一控制信号；

所述隔离控制模块，与所述智能控制模块连接，用于接收所述第一控制信号并通过隔离驱动电路输出负触发信号；

所述自恢复保护控制模块，与所述隔离控制模块和输入保护模块连接，用于接收所述负触发信号并通过定时控制电路定时控制所述继电保护电路的周期性工作。

2.根据权利要求1所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述输入保护模块包括第一继电开关；所述电压采样调理模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一继电开关的一端连接所述电源模块，第一继电开关的另一端连接第一电阻的第一端和所述负载模块，第一电阻的第二端通过第二电阻连接地端。

3.根据权利要求2所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述电压采样调理模块包括第三电阻、第四电阻、第一运放、第五电阻、第一电容、第六电阻和第二电容；

所述第三电阻的一端连接所述第一电阻的第二端，第三电阻的另一端连接第一运放的反相端和第五电阻的一端并通过第一电容连接第一运放的输出端、第五电阻的另一端和第六电阻的第一端，第一运放的同相端通过第四电阻连接地端，第六电阻的第二端连接所述正负压比较模块并通过第二电容连接地端。

4.根据权利要求3所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述正负压比较模块包括第七电阻、第一比较器、正压阈值、第九电阻、第六电源；

所述第七电阻的第一端连接所述第六电阻的第二端，第七电阻的第二端连接第一比较器的同相端，第一比较器的反相端连接所述正压阈值，第一比较器的输出端连接所述信号传输模块并通过第九电阻连接第六电源。

5.根据权利要求4所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述正负压比较模块还包括第八电阻、第一稳压管、第二稳压管、第十电阻；

所述第八电阻的一端连接所述第七电阻的第一端，第八电阻的另一端连接第一稳压管的阳极，第一稳压管的阴极连接第二稳压管的阴极，第二稳压管的阳极连接第十电阻的第一端，第十电阻的第二端连接所述信号传输模块。

6.根据权利要求5所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述信号传输模块包括第三电容、第十一电阻、第十电容、第十五电阻；所述智能控制模块包括第一控制器；

所述第三电容的一端连接所述第一比较器的输出端并通过第十一电阻连接第一控制器的第二IO端，第三电容的另一端接地，第四电容的一端连接第十电阻的第二端并通过第十五电阻连接第一控制器的第三IO端，第三电容的另一端和第四电容的另一端均接地。

7.根据权利要求6所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述信号传输模块还包括第一开关管、第十二电阻、第一电源、第一二极管、第一光耦、第十三电阻、第二二极管、第二开关管、第十四电阻、第二电源、第十六电阻、第十七电阻、第三开关管、第三电源；

所述第一开关管的基极和第二开关管的基极分别连接所述第一比较器的输出端和第十电阻的第二端，第一开关管的集电极通过第十二电阻连接第一电源，第一开关管的发射极连接第一二极管的阴极和第一光耦的第一端，第二开关管的发射极连接第二二极管的阳极并通过第十三电阻连接第一光耦的第二端，第一光耦的第三端连接第三开关管的基极并通过第十六电阻连接第十七电阻的一端和第三电源，第十七电阻的另一端连接第三开关管的集电极和所述第一控制器的第一IO端，第三开关管的发射极和第一光耦的第四端均接地，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极均接地,第二开关管的集电极通过第十四电阻连接第二电源。

8.根据权利要求6所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述隔离控制模块包括第二光耦、第十八电阻、第四电源、第二十电阻、第十九电阻、第五电容、第四开关管、第二十一电阻、第八电容、第五电源；

所述第四电源通过第十八电阻连接第二光耦的第一端，第二光耦的第二端连接所述第一控制器的第四IO端，第一光耦的第三端连接第五电源、第十九电阻的一端和第二十一电阻的第一端，第二十电阻的第二端通过第八电容连接第十九电阻的另一端和第四开关管的集电极，第四开关管的基极连接第二光耦的第四端和第五电容的一端并通第二十电阻连接第五电容的另一端、第四开关管的发射极和地端。

9.根据权利要求8所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述自恢复保护控制模块包括第二十二电阻、第六电容、定时器、第七电容；

所述第二十二电阻的一端、定时器的第四端和第八端连接所述第五电源，定时器的第二端连接所述第二十一电阻的第二端，第二十二电阻的另一端连接定时器的第六端和第七端并通过第六电容接地，定时器的第五端通过第七电容连接定时器的第一端和地端，定时器的第三端连接所述输入保护模块。

10.根据权利要求9所述的一种MCU芯片的电压保护电路，其特征在于，所述输入保护模块还包括第二十三电阻、第二十四电阻、第五开关管、第一继电器、第三二极管；

所述第二十三电阻的一端连接所述定时器的第三端，第二十三电阻的另一端连接第五开关管的基极并通过第二十四电阻连接第五开关管的发射极和地端，第五开关管的集电极连接第三二极管的阳极和第一继电器的一端，第一继电器的另一端和第三二极管的阴极连接所述定时器的第八端。

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