CN116799743A - 一种医疗设备的过电流保护电路及其过电流保护方法 - Google Patents

Abstract

一种医疗设备的过电流保护电路及其过电流保护方法，属于医疗设备的电气领域，所述电流保护电路中包括采样电阻，采样电阻与放大电路的同相输入端连接，放大电路的公共端连接至比较电路，比较电路输出端与第一控制电路连接，第一控制电路上连接有第二控制电路，第一控制电路上与第二控制电路之间连接有自锁电路，第二控制电路后连接有模拟开关，自锁电路控制第二控制电路以及模拟开关的开闭，达到控制向负载的导通与否，可避免过电流损坏设备，同时，可降低设备成本，提高医疗设备使用中的灵活性。

Description

一种医疗设备的过电流保护电路及其过电流保护方法

技术领域

本发明涉及一种保护电路及其过电流保护方法，特别涉及一种医疗设备的过电流保护电路及其过电流保护方法，属于医疗设备的电气领域。

背景技术

随着社会进步，越来越多的智能设备替代了人们完成了一系列的工作，例如扫地，洗碗，洗衣服等。这种可以替代人们体力劳动的智能设备，往往都需要用到电机等大电流器件，而这种器件做功越大，就需要更大的电流，所以既要满足设备的使用需求，又不能因为电流过大，导致功率过大，使设备发热，严重情况还会使设备烧毁，所以就需要对电流进行控制。

在现有的医疗设备中，过电流需要使用主控芯片进行过电流检测，这种利用主控芯片进行电流检测的设备必须使用到模数转换功能，将电压值转换成数字量，再进行判断，这样的检测装置中没有自锁电路，当电源断开后，就会判断成过流状态已经解除，再次打开开关，如果一直在过流状态下，会一直频繁的开关，增加了器件损坏的风险，另外，这种使用主控芯片进行过电流检测的装置，使用成本比较高，需要使用特定的端口或者模数转换芯片，会造成设备成本高，设备在市场竞争中缺乏竞争优势，而且在后期的电气维修中需要更加专业的维修人员，会带来维修困难，需要提前准备备件，否则会带来维修备件采购周期长，影响正常的运行，会给医疗部门带来信誉损失，更重要的是会耽误患者的就诊会治疗，因此，

发明内容

针对现有医疗设备中为了控制过电流，需要使用特定的端口或者模数转换芯片，会造成设备成本高、降低竞争力，并具有维修困难的问题，本发明提供一种医疗设备的过电流保护电路及其过电流保护方法，其目的是可根据实际情况手动调节保护电流的大小，利用有自锁功能，防止过电流通过，防止频繁开关造成器件损坏，可降低设备成本，提高医疗设备使用中的灵活性。

本发明的技术方案是一种医疗设备的过电流保护电路，所述电流保护电路中包括采样电阻，采样电阻与放大电路的同相输入端连接，放大电路的输出端连接至比较电路，比较电路输出端与第一控制电路连接，第一控制电路上连接有第二控制电路，第一控制电路中设置有第五晶体管，第二控制电路中设置有第四晶体管，第一控制电路上与第二控制电路之间连接有自锁电路，其中，自锁电路中包括第一晶体管和第二晶体管以及分压电路和延时电路，第二控制电路后连接有模拟开关，模拟开关中设置有第三晶体管，自锁电路控制第二控制电路以及模拟开关的开闭，达到控制向负载的导通与否；

进一步，所述自锁电路中分压电路包括第一电阻、第五电阻和第二电阻、第四电阻，延时电路包括第三电阻和第一电容，分压电路向第一晶体管、第二晶体管提供所需电压，延时电路，减缓第一晶体管基极电压上升速度；

进一步，所述采样电阻的一端与负载连接的同时连接至放大电路，另一端接地；

进一步，所述放大电路为同相放大电路，其中包括预算放大器二以及反馈电阻以及调节电阻，反馈电阻连接在放大器二的反相输入端与输出端之间，反馈电阻与反向输入端的连接点上连接有调节电阻一端，调节电阻的另外一端接地；

进一步，所述比较电路包括运算放大器一和电位器运算放大器一的同相输入端与放大电路的输出端连接，运算放大器一的反相输入端与电位器连接，运算放大器的输出端与第以控制电路中的第五晶体管基极连接；

进一步，所述第一控制电路包括电阻八，所述第五晶体管为三极管，其中，第八电阻连接在第五晶体管的基极和发射极之间，第五晶体管连接至第二控制电路中第四晶体管中的基极，自锁装置连接在第一控制电路与第二控制电路之间；

进一步，所述第二控制电路包括第四晶体管，第四晶体管为三极管，第四晶体管反射极接地，第四晶体管的集电极连接至模拟开关一端的第七电阻上；

进一步，所述模拟开关中两个分压电阻为第七电阻以及第六电阻，所述第三晶体管为P沟道场效应管，第三晶体管的源极与栅极之间连接有第六电阻，第六电阻，第三晶体管的栅极上连接与第七电阻，第七电阻的一端接地。

一种医疗设备的过电流保护方法，利用上述过电流保护电路，通过电路中的采样电阻（R9）较小电压并利用放大电路获取到所需的电压值，之后通过比较电路将电压值转换成高低电平，从而达到控制第一控制电路的效果，再根据第一控制电路的状态，控制第二控制电路和自锁电路，完成对模拟开关的控制，对过电流情况进行保护。

本发明具有的积极效果是：通过在保护电路中设置采样电阻，电流通过采样电阻时产生电位差，形成电压，可采样到就较小电压，通过设置放大电路，可利用放大电路将较小电压放大，放大电压可防止在电路中受到干扰，通过比较电路，利用比较电路判断同相输入端电压值与反相输入端电压值的差值，输出高低电平，进一步在第一控制电路中，初始状态下中的第五晶体管中截止，当基极电压为高电平时，第五晶体管中导通，将第二控制电路中的第四晶体管基极连接到地，导通后将模拟开关中分压电阻一端接地，使模拟开关中第三晶体管导通，第一控制电路和第二控制电路之间设置自锁电路中可利用分压电路，将电压降低到能够满足第一晶体管和第二晶体管基极所需电压的大小，利用延时电路，减缓自锁电路中第一晶体管基极电压的上升速度，可在初始状态下，自锁装置输出端输出高电平，使第二控制电路中的第四晶体管导通，自锁装置中形成组成分压电路，在第三晶体管的栅-源电压的绝对值大于导通电压，进一步导通第三晶体管；其他情况下，Q3断开，当第一控制电路中的第五晶体管导通后，可将自锁装置输出端拉低，自锁装置输出端电平会一直保持低电平状态，要解除低电平状态，需要电源重新上电或者将自锁装置输出端置于高电平，通过控制模拟开关的关闭可防止过电流的通过。

附图说明

图1 本发明的控制原理图。

图2 本发明的电路图

标号说明：C1-第一电容、PR1-电位器 、Q1- 第一晶体管、Q2- 第二晶体管、Q3-第三晶体管、Q4- 第四晶体管、Q5- 第五晶体管、 R1-第一电阻、R2-第二电阻、 R3-第三电阻、R4-第四电阻、R5-第五电阻、R6-第六电阻、R7 -第七电阻、R8-第八电阻、R9-采样电阻、RF1-反馈电阻、RG1-调节电阻、U1-运算放大器一、U2-运算放大器二、Vt-导通电压、VGS-栅-源电压。

实施方式

本发明的技术方案是一种医疗设备的过电流保护电路，图1是本发明的控制原理图、

图2 本发明的电路图，所述电流保护电路中包括采样电阻，采样电阻R9与放大电路的同相输入端连接，放大电路的输出端连接至比较电路，比较电路输出端与第一控制电路连接，第一控制电路上连接有第二控制电路，第一控制电路中设置有第五晶体管Q5，第二控制电路中设置有第四晶体管Q4，第一控制电路上与第二控制电路之间连接有自锁电路，其中，自锁电路中包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2以及分压电路和延时电路，第二控制电路后连接有模拟开关，模拟开关中设置有第三晶体管Q3，自锁电路控制第二控制电路以及模拟开关的开闭，达到控制向负载的导通与否。

组成：所述自锁电路第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、分压电路和延时电路，其中，分压电路中包括、第五电阻R5和第二电阻R2、第四电阻R4，延时电路包括第三电阻R3和第一电容C1，分压电路向第一晶体管Q1、第二晶体管Q2提供所需电压，延时电路，减缓第一晶体管Q1基极电压上升速度；

作用：电阻一R1、电阻四R4和电阻二R2、电阻五R5分别组成分压电路，将电压降低到三极管基极所能满足的电压大小；电阻三R3、电容一 C1组成延时电路，减缓第一晶体管Q1基极电压上升速度。自锁电路整体作用：初始状态下，自锁电路输出端NET1处输出高电平，使第四晶体管Q4导通。当Q5导通将NET1拉低后，NET1处电平会一直保持低电平状态，此时与第五晶体管Q5状态无关，要解除低电平状态，需要电源POWER重新上电或者将NET1置于高电平。为了防止一直处于过流状态，模拟开关不断的进行开关；

原理：当电源POWER处有电时，通过第一电阻 R1、第四电阻R4和第二电阻 R2、第五电阻R5分别组成分压电路分别对三极管第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的基极进行供电，由于第三R3和第一电容 C1组成的延时电路的存在，导致第二晶体管Q2优先导通，所以当第二晶体管Q2导通后，第一晶体管Q1的基极将会通过地三R3连接到地，导致第一晶体管Q1不会导通，这时自锁电路输出端NET1处电压与第二晶体管Q2的基极电压一致，使第四晶体管Q4导通。当第五晶体管Q5导通后，将自锁电路输出端NET1连接到地时，第二晶体管Q2将断开，同时第一晶体管Q1的基极处于高电平状态，第一晶体管Q1导通，自锁电路输出端NET1将保持低电平状态，此时已经与第五晶体管Q5的状态无关，如果需要恢复高电平状态，则需要电源POWER从新上电或者将自锁电路输出端NET1置于高电平。

组成：采样电阻R9，所述采样电阻R9的一端与负载连接的同时连接至放大器，另外一端接地；

作用：当电流流过采样电阻R9时产生电位差，形成电压；

原理：运算放大器二U2同相输入端连接到采样电阻R9，当电流流过采样电阻R9时产生电位差，运算放大器U2同相输入端采样到电压。

组成： 所述放大电路为同相放大电路，其中包括预算放大器二U2以及反馈电阻RF1以及调节电阻RG1，反馈电阻RF1连接在放大器二U2的反相输入端与输出端之间，反馈电阻RF1与反向输入端的连接点上连接有调节电阻RG1一端，调节电阻RG1的另外一端接地；

作用：由于采样电阻取值越小越好，所以通过欧姆定律：电压等于电流乘以电阻U=IR，可以判断出U2同相输入端电压值非常小，并且容易受到干扰，所以需要通过同相放大电路将电压值放大，用于后续使用；

原理：运算放大器二U2，反馈电阻、调节电阻RG1组成了同相放大电路,将采样到的小电压信号，放大成大电压信号，输出电压等于1加上RF1除以RG1再乘以输入电压 Vout =(1+（RF1/RG1）)×Vin。

组成：运算放大器一U1、电位器PR1；

作用：通过判断同相输入端电压值与反相输入端电压值的差值，输出高低电平；

原理：运算放大器一U1开环状态下，组成了电压比较器，根据其特性，同相输入端电压值与反相输入端电压值做差，大于0时，输出无限接近正电源轨的电压值及供电电压VCC；小于0时，输出无限接近负电源轨的电压值及接地GND。电位器的作用相当两个电阻分压，为反相输入端提供一个基准电压，通过调整电位器位置，可以调整反相输入端的基准电压；

所述比较电路包括运算放大器一U1和电位器PR1运算放大器一U1的同相输入端与放大电路的输出端连接，运算放大器一U1的反相输入端与电位器连接，运算放大器一U1的输出端与第以控制电路中的第五晶体管Q5基极连接。

组成：第八电阻R8，第五晶体管Q5（三极管）；所述第一控制电路包括第八电阻R8和第五晶体管Q5，第五晶体管Q5为三极管，其中，第八电阻R8连接在第五晶体管Q5的基极和发射极之间，第五晶体管Q5连接至第二就控制电路中第四晶体管Q4中的基极，自锁装置连接在两者之间；

作用：初始状态下第五晶体管Q5截止，当基极电压为高电平时，第五晶体管Q5导通，将第四晶体管Q4基极连接到地；

原理：当基极电压为高电平时，第五晶体管Q5导通；当基极电压为低电平时，第五晶体管Q5截止。第八电阻R8一端接地，一端连接第五晶体管Q5基极，使第五晶体管Q5默认截止状态。

组成：第四晶体管Q4（三极管）； 所述第二控制电路包括第四晶体管Q4，第四晶体管Q4反射极接地，第四晶体管Q4的集电极连接至模拟开关一端的第七电阻R7上，第七电阻R7的一端接地；

作用：导通后将第七电阻R7一端接地，使第三晶体管Q3导通；

原理：当基极电压为高电平时，第四晶体管Q4导通；当基极电压为低电平时，第四晶体管Q4截止。

组成：第六电阻R6、第七电阻R7、第三晶体管Q3（P沟道场效应管PMOS）；模拟开关包括第三晶体管Q3和两个分压电路中的两个分压电阻，两个分压电阻为第七电阻R6以及第六电阻R6，第三晶体管为P沟道场效应管PMOS，第三晶体管Q3的源极与栅极之间连接有第六电阻R6，第六电阻R6，第三晶体管Q3的栅极上串接与电阻七R7；

作用：当第四晶体管Q4导通时，第六电阻R6、第七电阻R7组成分压电路，使栅-源电压的绝对值（|VGS|）大于 导通电压Vt，第三晶体管Q3导通；其他情况下，第三晶体管Q3断开；

原理：P沟道场效应管PMOS导通条件是栅-源电压的绝对值（|VGS|）大于 导通电压Vt时导通，反之断开。R6第四晶体管在Q4未导通时起到对P沟道场效应管PMOS栅极上拉的作用；在Q4导通时，第六电阻R6、第七电阻R7组成分压电路，使场效应管栅-源电压|VGS不会超过PMOS极限参数的情况下，又满足导通条件。

整体 电路原理：

当POWER电源输入时，首先自锁电路进行工作，第一电阻R1、第四电阻R4和第二电阻R2、第五电阻 R5分别组成分压电路分别对第一晶体管Q1(三极管)、 第二晶体管Q2(三极管)的基极进行供电，由于第三电阻R3、第一电容C1组成延时电路的存在，导致第二晶体管Q2优先导通，所以当第二晶体管Q2导通后，第一晶体管Q1的基极将会通过第三电阻R3连接到地，导致第一晶体管Q1不会导通，这时自锁电路输出端NET1处电压与第二晶体管Q2的基极电压一致，使第四晶体管Q4导通，第三晶体管Q3导通，给负载正常供电，同时在采样电阻R9处产生电压，输入到运算放大器二U2同相输入端，再通过运算放大器二U2进行放大，输出到运算放大器一U1同相输入端，通过与反相输入端电压值比较，输出高低电平。

以图为例，假设运算放大器U1反相输入端电压为1V，运算放大器输出轨到轨；放大电路是20倍放大；采样电阻选用100mΩ；计算可知当电流大于5A时电路切断。

当工作电流小于5A时（4A为例），运算放大器U2同相输入端电压等于4A乘以10mΩ等于40mV，通过放大20倍，U2输出端电压等于800mV，U1同相输入端电压800mV减去反相输入端电压1V等于负200mV，所以U1输出端电压等于负电源轨电压，及GND。这时第五晶体管Q5基极处于低电平，第五晶体管Q5不导通，第四晶体管Q4基极依旧处于高电平状态，电路正常给负载供电。

实施例二

当工作电流大于5A时（以6A为例），U2同相输入端电压等于6A乘以10mΩ等于60mV，通过放大20倍，U2输出端电压等于1200mV，U1同相输入端电压1200mV减去反相输入端电压1V等于200mV，所以U1输出端电压等于正电源轨电压，及VCC。这时Q5基极处于高电平，Q5导通，Q4基极将会拉低，处于低电平状态，Q3将关断。同时也会将NET1处电压拉低，及Q2基极低电平，Q2断开，Q1的基极将会处于高电平状态，Q1导通，NET1处将保持低电平状态，此时已经与Q5的状态无关。如果POWER不重新上电或者将NET1置于高电平，负载将一直处于断电状态。

当检测到过流，Q3关断后，由于没有电流流过，R9处不会产生电压，但由于器件本身特性原因，会存在微弱电压，但是不会影响到输出，所以U1输出端必然输出低电平。这是Q5将关断，Q4基极电压将由NET1控制，此时NET1为低电平。

一种医疗设备的过电流保护方法，利用上述过电流保护电路，通过电路中的采样电阻R9较小电压并利用放大电路获取到所需的电压值，之后通过比较电路将电压值转换成高低电平，从而达到控制第一控制电路的效果，再根据第一控制电路的状态，控制第二控制电路和自锁电路，完成对模拟开关的控制，对过电流情况进行保护。

尽管在本实施例中是用于医疗设备领域，在一般的电器设备领域也可以使用本电路实现过电流的保护。

本发明局域的积极效果是：通过利用过采样R9，保护电路中电流流过采样电阻R9时产生电位差，形成电压，可采样到就较小电压；通过利用放大电路，能够将将较小电压放大，放大电压可防止在电路中受到干扰；通过设置比较电路，电压在比较电路中可判断同相输入端电压值与反相输入端电压值的差值，输出高低电平；通过设置第一控制电路，在第一控制电路中，初始状态下中的第五晶体管Q5中截止，当基极电压为高电平时，第五晶体管Q5中导通，将第二控制电路中的第四晶体管Q4基极连接到地，导通后将模拟开关中分压电阻一端接地，使模拟开关中第三晶体管Q3导通；通过第一控制电路和第二控制电路之间设置自锁电路中可利用分压电路，将电压降低到能够满足第一晶体管Q1和第二晶体管Q2基极所需电压的大小，利用延时电路，减缓自锁电路中第一晶体管Q1）基极电压的上升速度，可在初始状态下，自锁装置输出端输出高电平，使第二控制电路中的第四晶体管Q4导通，自锁装置中形成组成分压电路，在第三晶体管Q3的栅-源电压的绝对值|VGS|大于导通电压Vt，进一步导通第三晶体管Q3；其他情况下，Q3断开，当第一控制电路中的第五晶体管Q5导通后，可将自锁装置输出端拉低，自锁装置输出端电平会一直保持低电平状态，要解除低电平状态，需要电源重新上电或者将自锁装置输出端置于高电平，通过控制模拟开关的关闭可防止过电流的通过；通过利用本发明可可根据实际情况手动调节保护电流的大小，利用有自锁功能，防止过电流通过，防止频繁开关造成器件损坏，可降低设备成本，提高医疗设备使用中的灵活性。

Claims (9)

1.一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述电流保护电路中包括采样电阻，采样电阻（R9）与放大电路的同相输入端连接，放大电路的输出端连接至比较电路，比较电路输出端与第一控制电路连接，第一控制电路上连接有第二控制电路，第一控制电路中设置有第五晶体管（Q5），第二控制电路中设置有第四晶体管(Q4)，第一控制电路上与第二控制电路之间连接有自锁电路，其中，自锁电路中包括第一晶体管（Q1）和第二晶体管（Q2）以及分压电路和延时电路，第二控制电路后连接有模拟开关，模拟开关中设置有第三晶体管（Q3），自锁电路控制第二控制电路以及模拟开关的开闭，达到控制向负载的导通与否。

2.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述自锁电路中分压电路包括第一电阻（R1）、第五电阻（R5）和第二电阻(R2)、第四电阻(R4)，延时电路包括第三电阻(R3)和第一电容（C1），分压电路向第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）提供所需电压，延时电路，减缓第一晶体管（Q1）基极电压上升速度。

3.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述采样电阻（R9）的一端与负载连接的同时连接至放大电路，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述放大电路为同相放大电路，其中包括预算放大器二（U2）以及反馈电阻（RF1）以及调节电阻(RG1)，反馈电阻（RF1）连接在放大器二（U2）的反相输入端与输出端之间，反馈电阻（RF1）与反向输入端的连接点上连接有调节电阻(RG1)一端，调节电阻(RG1)的另外一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述比较电路包括运算放大器一（U1）和电位器（PR1）运算放大器一（U1）的同相输入端与放大电路的输出端连接，运算放大器一（U1）的反相输入端与电位器连接，运算放大器（U1）的输出端与第以控制电路中的第五晶体管（Q5）基极连接。

6.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述第一控制电路包括第八电阻（R8），所述第五晶体管（Q5）为三极管，其中，第八电阻（R8）连接在第五晶体管（Q5）的基极和发射极之间，第五晶体管（Q5）连接至第二控制电路中第四晶体管（Q4）中的基极，自锁装置连接在第一控制电路与第二控制电路之间。

7.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述第二控制电路中的所述第四晶体管（Q4）为三极管，第四晶体管（Q4）反射极接地，第四晶体管（Q4）的集电极连接至模拟开关一端的第七电阻（R7）上。

8.根据权利要求1所述的一种医疗设备的过电流保护电路，其特征在于：所述模拟开关中两个分压电阻为第七电阻（R7）以及第六电阻（R6），所述第三晶体管为P沟道场效应管（PMOS），第三晶体管（Q3）的源极与栅极之间连接有第六电阻（R6），第六电阻（R6），第三晶体管（Q3）的栅极上连接与第七电阻（R7），第七电阻（R7）的一端接地。

9.一种医疗设备的过电流保护方法，利用权力要求1-9中任一项中所述电路，其特征在于：通过电路中的采样电阻（R9）较小电压并利用放大电路获取到所需的电压值，之后通过比较电路将电压值转换成高低电平，从而达到控制第一控制电路的效果，再根据第一控制电路的状态，控制第二控制电路和自锁电路，完成对模拟开关的控制，对过电流情况进行保护。