一种高压电源过流、短路的检测电路以及检测方法与流程

本发明属于电子电路领域，特别涉及一种高压电源过流、短路的检测电路以及检测方法。

背景技术：

高压电源一般是指输出电压在五千伏特以上的电源，一般高压电源的输出电压可达几万伏特，甚至高达几十万伏特或更高。传统的大功率高压电源一般都是禁止短路的，对于半导体功率器件而言，在发生过载的时间超过几十微秒时，就可能造成器件的损坏，而传统的大功率高压电源发生过载或短路的保护方法是依靠接触器的触点断开或关断可控硅来切断输入工频电源，由于切断工频电源的时间在十毫秒到几十毫秒之间，对大功率高压电源内部的大功率半导体器件或负载设备内部的大功率导体器件是不到有效的保护作用的。其次，传统的小功率高压电源常常采用限流电流环的方法进行限流保护，通过对输入电流控制，抑制最大负载输出，从而达到输出过流的保护，但是该方法的缺陷是不能快速的响应输出短路的保护，甚至在短路的情况下，还会有最大限流的输出，带来安全隐患。综上，在高压电源产品中，安全可靠是其一个重要的技术指标，既要保证电源本身的可靠工作和安全，也要保证负载和操作者的安全，特别是小型低功率的高压电源产品，要求人误碰的状态下保证人身安全，因此，需要一种能够快速有效的保护措施来保护电源设备或用户设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于高压电源中的过流、短路检测电路以及检测方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高压电源过流、短路的检测电路，应用于高压电源，该检测电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1；该检测电路包括过流信号生成转换电路，过流信号生成转换电路主要由第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1组成；第一电阻r1的第一端与第一电容c1的第一端相连接，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第二端相连接，并共同接地hvgnd；第二电阻r2的第一端与高压电源的高压电容chv的第一端相连接，高压电源的高压电容chv的第二端与高压电源的输出端相连接，第二电阻r2的第二端与第一电阻r1的第一端相连接；过流信号生成转换电路与第一电阻r1相连接。

优选的，所述过流信号生成转换电路的第三电阻r3的第一端分别与第二电容c2的第一端、三极管q1的基极相连接，第三电阻r3的第二端与第二电容c2的第二端相连接，第四电阻r4的第一端分别与第三电容c3的第一端、三极管q1的集电极相连接，第四电阻r4的第二端与第三电容c3的第二端相连接，并共同与供电电压vcc相连接。

优选的，当高压电源的输出端hvout输出正电压时，所述过流信号生成转换电路的三极管q1的发射极与第一电阻r1的第一端相连接，第三电阻r3的第二端与第一电阻r1的第二端相连接。

优选的，当高压电源的输出端hvout输出负电压时，所述过流信号生成转换电路的第三电阻r3的第二端与第一电阻r1的第一端相连接，三极管q1的发射极接地hvgnd。

优选的，所述第一电阻r1为电流检测电阻，其大小决定了过流保护的电流阈值；所述第一电容c1为检测滤波电容，是为了消除杂散电流的干扰和短路时瞬态电压的抑制；所述第二电阻r2为短路限流电阻，是为了抑制短路时瞬态峰值电流，减小器件应力和瞬态干扰；所述第三电阻r3为三极管q1基极限流电阻，第四电阻r4为三极管q1集电极上拉电阻，第二电容c2为三极管q1基极滤波电容，第三电容c3为三极管q1集电极滤波电容。

优选的，从过流信号生成转换电路的第四电阻r4的第一端输出过流短路检测信号/oc，用于指示高压电源的过流状态。

优选的，所述三极管q1为npn三极管。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种应用于高压电源的过流、短路检测方法，所述方法利用上述检测电路实现，所述方法包括以下步骤：当高压电源输出端hvout输出正电压时，高压电源稳态输出的负载电流流过第一电阻r1，第一电阻r1的第一端电平j1为负，当负载电流变大时，j1的电平绝对值v(0,j1)变大，当v(0,j1)电压大于三极管q1导通所需的电压降时，从过流信号生成转换电路的第四电阻r4的第一端输出过流短路检测信号/oc信号从高电平变为低电平。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种应用于高压电源的过流、短路检测方法，所述方法利用上述检测电路实现，所述方法包括以下步骤：当高压电源输出端hvout输出负电压时，高压电源稳态输出的负载电流流过第一电阻r1，第一电阻r1的第一端电平j1为正，当负载电流变大时，j1的电平绝对值v(j1,0)变大，当v(j1,0)电压大于三极管q1导通所需的电压降时，从过流信号生成转换电路的第四电阻r4的第一端输出过流短路检测信号/oc信号从高电平变为低电平。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种应用于高压电源的过流、短路检测方法，所述方法利用上述检测电路实现，所述方法包括以下步骤：若输出发生短路，hvout和hvgnd短接，高压电容chv的电压直接接在第一电阻r1和第二电阻r2上，第一电阻r1并联第一电容c1，电压不会瞬变，瞬时的电压降接在第二电阻r2上，第一电阻r1的第一端电平j1不会过低从而对器件造成损坏，短路的瞬间电流大小ishort等于高压电容chv瞬时的电压与第二电阻r2的电阻值的之比，第二电阻r2使得短路的瞬间电流大小ishort得到限制。

本发明的有益效果为：该检测电路以及检测方法可以快速响应输出过流或者短路状态，从而通知主电路进行过流或者短路保护，第二电阻r2和第一电容c1可以在短路时保护电路处于安全工作区，同时限制短路电流的峰值，提高高压电源高压输出的安全性。

附图说明

图1为不带过流短路检测的电路；

图2为带过流短路检测的电路；

图3为正电压输出的电路；

图4为负电压输出的电路；

图5为正电压输出短路电路；

图6为负电压输出短路电路。

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。

如图1所示，高压电源中不带过流短路检测电路。若高压电源中不带过流短路检测电路，不但高压电源本身的安全性和可靠性无法保证，而且负载和操作者的安全性也无法保证。

如图2所示，高压电源中添加过流短路检测电路，该过流短路检测电路串联在输出高压电容chv和输出参考地之间，当过流、短路发生时，触发过流短路检测信号/oc信号的电平变化，从而通知主电路进行过流、短路保护。

图3为正电压输出的电路，如图3所示，一种高压电源过流、短路的检测电路，应用于高压电源，该检测电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1；该检测电路包括过流信号生成转换电路，过流信号生成转换电路主要由第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1组成；第一电阻r1的第一端与第一电容c1的第一端相连接，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第二端相连接，并共同接地hvgnd；第二电阻r2的第一端与高压电源的高压电容chv的第一端相连接，高压电源的高压电容chv的第二端与高压电源的输出端相连接，第二电阻r2的第二端与第一电阻r1的第一端相连接；过流信号生成转换电路与第一电阻r1相连接；所述过流信号生成转换电路的第三电阻r3的第一端分别与第二电容c2的第一端、三极管q1的基极相连接，第三电阻r3的第二端与第二电容c2的第二端相连接，第四电阻r4的第一端分别与第三电容c3的第一端、三极管q1的集电极相连接，第四电阻r4的第二端与第三电容c3的第二端相连接，并共同与供电电压vcc相连接；当高压电源的输出端hvout输出正电压时，所述过流信号生成转换电路的三极管q1的发射极与第一电阻r1的第一端相连接，第三电阻r3的第二端与第一电阻r1的第二端相连接。

利用上述检测电路进行高压电源过流、短路的检测方法，包括以下步骤：当高压电源输出端hvout输出正电压时，高压电源稳态输出的负载电流流过第一电阻r1，第一电阻r1的第一端电平j1为负，当负载电流变大时，j1的电平绝对值v(0,j1)变大，当v(0,j1)电压大于三极管q1导通所需的电压降时，从过流信号生成转换电路的第四电阻r4的第一端输出过流短路检测信号/oc信号从高电平变为低电平。

图4为负电压输出的电路，如图4所示，一种高压电源过流、短路的检测电路，应用于高压电源，该检测电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1；该检测电路包括过流信号生成转换电路，过流信号生成转换电路主要由第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3、三极管q1组成；第一电阻r1的第一端与第一电容c1的第一端相连接，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第二端相连接，并共同接地hvgnd；第二电阻r2的第一端与高压电源的高压电容chv的第一端相连接，高压电源的高压电容chv的第二端与高压电源的输出端相连接，第二电阻r2的第二端与第一电阻r1的第一端相连接；过流信号生成转换电路与第一电阻r1相连接；所述过流信号生成转换电路的第三电阻r3的第一端分别与第二电容c2的第一端、三极管q1的基极相连接，第三电阻r3的第二端与第二电容c2的第二端相连接，第四电阻r4的第一端分别与第三电容c3的第一端、三极管q1的集电极相连接，第四电阻r4的第二端与第三电容c3的第二端相连接，并共同与供电电压vcc相连接；当高压电源的输出端hvout输出负电压时，所述过流信号生成转换电路的第三电阻r3的第二端与第一电阻r1的第一端相连接，三极管q1的发射极接地hvgnd。

利用上述检测电路进行高压电源过流、短路的检测方法，包括以下步骤：当高压电源输出端hvout输出负电压时，高压电源稳态输出的负载电流流过第一电阻r1，第一电阻r1的第一端电平j1为正，当负载电流变大时，j1的电平绝对值v(j1,0)变大，当v(j1,0)电压大于三极管q1导通所需的电压降时，从过流信号生成转换电路的第四电阻r4的第一端输出过流短路检测信号/oc信号从高电平变为低电平。

图2-图6中，r1为电流检测电阻，其大小决定了过流保护的电流阈值；c1为检测滤波电容，其作用为消除杂散电流的干扰和短路时瞬态电压的抑制；r2为短路限流电阻，其作用为抑制短路时瞬态峰值电流，减小器件应力和瞬态干扰；r3为三极管q1基极限流电阻，r4为三极管q1集电极上拉电阻，c2为三极管q1基极滤波电容，c3为三极管q1集电极滤波电容；q1为npn三极管；/oc为过流短路检测信号；load为输出外接负载。

图5、图6分别为正电压输出短路电路和负电压输出短路电路。如图5、图6所示，利用上述检测电路进行高压电源过流、短路的检测方法，包括以下步骤：输出发生短路的时候，hvout和hvgnd短接，chv高压电容上的电压直接接在了r1和r2上面，由于r1并联有c1，电压不会瞬变，所以瞬时的电压降接在r2上，这样可以保护节点j1的电压降不会过低从而对器件造成损坏。短路的瞬间电流大小ishort＝v(chv)/r2，其中，v(chv)表示高压电容chv瞬时的电压，r2的存在可以使ishort得到限制，不会因为短路电流过大造成打火花放电和大di/dt带来的负面影响。

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。