專利名稱：具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短路保護(hù)電路領(lǐng)域，具體涉及一種具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
直流電源是電動(dòng)汽車以及UPS設(shè)備的供電電源，當(dāng)直流電源發(fā)生短路時(shí)，必須切斷放電回路，確保電源自身及其用電設(shè)備的安全?，F(xiàn)有的保護(hù)電路是利用電阻采樣的方法， 將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并有某個(gè)閾值經(jīng)行比較，若大于此值，我們將其視為短路，從而控制后面的開關(guān)器件切斷放電回路。目前，電動(dòng)汽車以及UPS設(shè)備很多是容性負(fù)載，直流電源放電瞬間電流很大，容易誤報(bào)為短路，同時(shí)由于電動(dòng)汽車以及UPS設(shè)備的工作的電流達(dá)到幾十甚至幾百安培，現(xiàn)有的短路保護(hù)電路就不容易選取電阻
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種用于鋰電池或者蓄電池的放電時(shí)，對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行預(yù)充電，并且在出現(xiàn)短路時(shí)進(jìn)行保護(hù)的具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路。具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路，包括有具有預(yù)充電功能的直流電源，所述的直流電源的兩端接入用電設(shè)備，所述的直流電源的正極與用電設(shè)備之間連接有放電開關(guān)S2，其特征在于還包括有微控制單元MCU、霍爾電流傳感器、電壓比較器U2、光耦 U1、預(yù)充電開關(guān)SI以及分別為霍爾電流傳感器、電壓比較器U2、光耦Ul供電的直流穩(wěn)壓電源VCC，直流穩(wěn)壓電源VCC通過分壓電阻分壓后得到一個(gè)電壓值賦予P端子上作為基準(zhǔn)電壓，所述的霍爾電流傳感器置于用電設(shè)備上，霍爾電流傳感器的供電端與直流穩(wěn)壓電源VCC 的電壓輸出端之間連接有預(yù)充電開關(guān)，所述的MCU與預(yù)充電開關(guān)SI、放電開關(guān)S2控制連接， 霍爾電流傳感器將采集到的放電電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)從信號(hào)輸出端輸出，霍爾電流傳感器的信號(hào)輸出端接入一個(gè)防反接二極管Dl的正極，防反接二極管Dl的負(fù)極連接有一個(gè)平衡電阻R2，霍爾電流傳感器的信號(hào)輸出端與防反接二極管Dl之間的節(jié)點(diǎn)處接有一個(gè)濾波電容Cl，濾波電容Cl的另一端接地，經(jīng)過濾波后的電壓信號(hào)通過平衡電阻R2接入電壓比較器的同向比較端，P端子的基準(zhǔn)電壓信號(hào)通過平衡電阻R4接入電壓比較器U2的反向比較端， 電壓比較器U2的輸出端接入一個(gè)三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極通過一個(gè)發(fā)光二級(jí)管LED接入光耦Ul的2腳，光耦Ul的3腳接入放電開關(guān)S2的控制端，光耦Ul的I腳、4腳與直流穩(wěn)壓電源VCC之間分別連接有限流電阻Rl、R3。所述的具有預(yù)充電功能的直流電源為鋰電池或蓄電池。本發(fā)明的工作原理是
在直流電源開始放電的瞬間，MCU發(fā)出控制信號(hào)，使預(yù)充電開關(guān)SI斷開，霍爾電流傳感器因沒有電源供電，故不能正常工作。同時(shí)，MCU使能放電開關(guān)S2，放電開關(guān)S2就閉合。這樣即使直流電源對(duì)其容性負(fù)載進(jìn)行充電，瞬間電流很大，霍爾電流傳感器也檢測(cè)不到，不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)橹绷麟娫磳?duì)其容性負(fù)載的預(yù)充電時(shí)瞬間電流大而誤報(bào)短路的現(xiàn)象。直流電源放電一個(gè)周期后，MCU控制預(yù)充電開關(guān)SI閉合，直流穩(wěn)壓電源VCC給霍爾電流傳感器供電，霍爾電流傳感器將檢測(cè)到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過濾波電容Cl和防反接二極管Dl后送到短路檢測(cè)電路中電壓比較器U2的同向比較端，與電壓比較器U2反向比較端的基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，當(dāng)信號(hào)超出正常范圍后，則視為短路，此時(shí)電壓比較器U2的輸出端產(chǎn)生一個(gè)高電平，此電平使與電壓比較器U2輸出端相連的三極管Ql導(dǎo)通，此時(shí)光耦Ul工作。光耦Ul的輸出端與放電開關(guān)S2相連，這時(shí)放電開關(guān)S2斷開，切斷放電回路，電路對(duì)短路現(xiàn)象進(jìn)行了保護(hù)。本發(fā)明的積極效果在于
I)本發(fā)明解決了對(duì)容性負(fù)載放電的問題，當(dāng)負(fù)載呈容性時(shí)，鋰電池放電的瞬間電流會(huì)非常大，一般的短路保護(hù)電路一般會(huì)誤認(rèn)為是短路故障，此電路通過預(yù)充電電路很好地解決了這個(gè)問題。2)本發(fā)明采用霍爾電流傳感器進(jìn)行無接觸的電流采樣，采樣電路功耗低(功耗可控制在O. 5W以內(nèi))，精度高(電流誤差為額定電流范圍的±1%)。


圖I為本發(fā)明的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路，包括有具有預(yù)充電功能的直流電源1，直流電源I的兩端接入用電設(shè)備2，直流電源I的正極與用電設(shè)備2之間連接有放電開關(guān)S2，還包括有微控制單元MCU、霍爾電流傳感器3、電壓比較器U2、光耦Ul、 預(yù)充電開關(guān)SI以及分別為霍爾電流傳感器3、電壓比較器U2、光耦Ul供電的直流穩(wěn)壓電源 VCC，直流穩(wěn)壓電源VCC通過分壓電阻分壓后得到一個(gè)電壓值賦予P端子上作為基準(zhǔn)電壓， 霍爾電流傳感器3置于用電設(shè)備2上，霍爾電流傳感器3的供電端與直流穩(wěn)壓電源VCC的電壓輸出端之間連接有預(yù)充電開關(guān)，MCU與預(yù)充電開關(guān)SI、放電開關(guān)S2控制連接，霍爾電流傳感器3將采集到的放電電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)從信號(hào)輸出端輸出，霍爾電流傳感器3的信號(hào)輸出端接入一個(gè)防反接二極管Dl的正極，防反接二極管Dl的負(fù)極連接有一個(gè)平衡電阻 R2，霍爾電流傳感器的信號(hào)輸出端與防反接二極管Dl之間的節(jié)點(diǎn)處接有一個(gè)濾波電容Cl， 濾波電容Cl的另一端接地，經(jīng)過濾波后的電壓信號(hào)通過平衡電阻R2接入電壓比較器的同向比較端，P端子的基準(zhǔn)電壓信號(hào)通過平衡電阻R4接入電壓比較器U2的反向比較端，電壓比較器U2的輸出端接入一個(gè)三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極通過一個(gè)發(fā)光二級(jí)管LED接入光耦Ul的2腳，光耦Ul的3腳接入放電開關(guān)S2的控制端， 光耦Ul的I腳、4腳與直流穩(wěn)壓電源VCC之間分別連接有限流電阻Rl、R3。具有預(yù)充電功能的直流電源I為鋰電池或蓄電池。在直流電源I開始放電時(shí)，由MCU控制放電開關(guān)S2導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷預(yù)充電開關(guān)SI 一定時(shí)間，這樣在放電開始的一段時(shí)間內(nèi)，霍爾電流傳感器3不能正常工作。故當(dāng)對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行放電時(shí)，瞬間電流很大，短路保護(hù)電路此時(shí)也不進(jìn)行保護(hù)。在放電回路放電一定時(shí)間之后，MCU控制預(yù)充電開關(guān)SI導(dǎo)通，直流穩(wěn)壓電源VCC開始為霍爾電流傳感器3供電，此時(shí)霍爾電流傳感器3對(duì)直流電源I輸出回路的放電電流進(jìn)行采樣，并且轉(zhuǎn)換成電壓值，此電壓值經(jīng)過電容Cl的濾波，送到防反接二極管Dl的陽極。這時(shí)的電壓經(jīng)平衡電阻R2送到電壓比較器U2的同向比較端，作為短路保護(hù)電路的輸入信號(hào)。P端子經(jīng)過平衡電阻R4接到電壓比較器的反向比較端，作為參考電壓。此電壓比較器的輸出電平來驅(qū)動(dòng)三極管Ql的導(dǎo)通， 進(jìn)而使光耦Ul開啟，這樣控制放電開關(guān)的關(guān)斷，切斷放電回路。MCU的預(yù)充電控制引腳與預(yù)充電開關(guān)SI相連，放電控制引腳與放電開關(guān)S2相連， 霍爾電流傳感器3的輸出端與電壓比較器U2的同向比較端相連，并且電壓比較器U2的輸出端與三極管Ql的基極相連，三極管Ql的集電極與LED燈相連接，LED主要是用來指示光耦的工作狀況。它連接在光耦的2腳，光耦的I腳與電阻Rl相連，接在直流穩(wěn)壓電源VCC 上。同時(shí)光耦的4腳與電阻R3相連也接在直流穩(wěn)壓電源VCC上，這時(shí)光耦的3腳來控制放電開關(guān)S2的關(guān)斷。當(dāng)給直流電源I給容性負(fù)載供電時(shí)，直流電源I開始放電的瞬間，放電回路的電流很大，但是這時(shí)MCU控制預(yù)充電開關(guān)SI，使其關(guān)斷，直流穩(wěn)壓電源VCC無法給霍爾電流傳感器3供電，此時(shí)檢測(cè)不到電流，從而避免的短路保護(hù)電路由于瞬間電流過大而進(jìn)行短路保護(hù)。當(dāng)直流電源I發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，放電回路的瞬間電流很大，霍爾電流傳感器3將電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，并將此電壓值經(jīng)過濾波電容Cl、防反接二極管D1、平衡電阻R3送到電壓比較器U2的同向比較端，這時(shí)霍爾電流傳感器3的輸出值電壓值會(huì)比較高，它會(huì)與電壓比較器U2的反向比較端的參考電壓值進(jìn)行比較。由于事先已經(jīng)設(shè)定好了短路保護(hù)的閾值， 短路時(shí)由霍爾電流傳感器3輸出的電壓值肯定會(huì)高于設(shè)定的閾值，從而使電壓比較器U2輸出的電平為高。這個(gè)高電平將會(huì)驅(qū)動(dòng)后面的三極管Ql使其導(dǎo)通，這樣光耦Ul的輸入端的發(fā)光二級(jí)管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，這樣會(huì)導(dǎo)致光耦Ul的輸出端導(dǎo)通 ，從而控制放電開關(guān)S2關(guān)斷， 進(jìn)而切斷放電回路。
權(quán)利要求
1.一種具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路，包括有具有預(yù)充電功能的直流電源，所述的直流電源的兩端接入用電設(shè)備，所述的直流電源的正極與用電設(shè)備之間連接有放電開關(guān)S2，其特征在于還包括有微控制單元MCU、霍爾電流傳感器、電壓比較器U2、光耦U1、預(yù)充電開關(guān)SI以及分別為霍爾電流傳感器、電壓比較器U2、光耦Ul供電的直流穩(wěn)壓電源VCC，直流穩(wěn)壓電源VCC通過分壓電阻分壓后得到一個(gè)電壓值賦予P端子上作為基準(zhǔn)電壓，所述的霍爾電流傳感器置于用電設(shè)備上，霍爾電流傳感器的供電端與直流穩(wěn)壓電源VCC的電壓輸出端之間連接有預(yù)充電開關(guān)，所述的MCU與預(yù)充電開關(guān)SI、放電開關(guān)S2控制連接，霍爾電流傳感器將采集到的放電電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)從信號(hào)輸出端輸出，霍爾電流傳感器的信號(hào)輸出端接入一個(gè)防反接二極管Dl的正極，防反接二極管Dl的負(fù)極連接有一個(gè)平衡電阻R2，霍爾電流傳感器的信號(hào)輸出端與防反接二極管Dl之間的節(jié)點(diǎn)處接有一個(gè)濾波電容Cl，濾波電容Cl的另一端接地，經(jīng)過濾波后的電壓信號(hào)通過平衡電阻R2接入電壓比較器的同向比較端，P端子的基準(zhǔn)電壓信號(hào)通過平衡電阻R4接入電壓比較器U2的反向比較端，電壓比較器U2的輸出端接入一個(gè)三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極通過一個(gè)發(fā)光二級(jí)管LED接入光耦Ul的2腳，光耦Ul的3腳接入放電開關(guān)S2的控制端，光耦Ul的I腳、4腳與直流穩(wěn)壓電源VCC之間分別連接有限流電阻Rl、R3。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路，其特征在于所述的具有預(yù)充電功能的直流電源為鋰電池或蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有預(yù)充電功能的直流電源的短路保護(hù)電路，包括有MCU、霍爾電流傳感器、電壓比較器、光耦、預(yù)充電開關(guān)、放電開關(guān)以及分別為霍爾電流傳感器、電壓比較器、光耦供電的直流穩(wěn)壓電源，在直流電源開始放電時(shí)，MCU控制放電開關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷預(yù)充電開關(guān)一定時(shí)間后再開啟，直流穩(wěn)壓電源開始為霍爾電流傳感器供電，霍爾電流傳感器對(duì)直流電源輸出回路的放電電流進(jìn)行采樣，并且轉(zhuǎn)換成電壓值，此電壓值經(jīng)過濾波電容濾波后送到電壓比較器的同向比較端，參考電壓接到電壓比較器的反向比較端。電壓比較器的輸出電平來驅(qū)動(dòng)三極管的導(dǎo)通，進(jìn)而使光耦開啟，控制放電開關(guān)的關(guān)斷，切斷放電回路。本發(fā)明低功耗、精度高。
文檔編號(hào)H02H3/08GK102709882SQ20121013753
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月5日
發(fā)明者劉彥君, 劉新天, 張殿明 申請(qǐng)人:安徽力高新能源技術(shù)有限公司