过压保护电路及STO供电系统的制作方法

过压保护电路及sto供电系统
技术领域
1.本实用新型涉及电源保护领域，尤其是涉及一种过压保护电路及sto供电系统。


背景技术：

2.目前，sto(安全转矩关断)是一种应用于电机驱动设备上，用于紧急情况下快速切断电机转矩输出的安全保护功能；而为了达到sil3(安全完整性等级3) 的标准，需要对sto功能实现电路的供电电源进行过、欠压保护，确保供电正常。电源欠压一般主要影响sto功能实现，而电源过压可能会导致sto电路相关器件的永久性损坏，因此需要对sto电源过压保护进行重点设计。目前sto 电源过压保护，有通过分立器件搭建的电路实现，也有通过集成电源状态检测功能的电源管理ic实现，所实现的功能都是当电源电压超过sto电路器件的安全供电范围时，及时切断相关电源，以确保sto电路器件不被损坏。
3.目前电机驱动设备上使用分立器件搭建的sto过压保护电路分布在驱动和控制两个功能模块，当sto电源过压时，通过切断功率驱动部分的电源来对控制层的sto电路器件进行保护，该功能实现涉及驱动层和控制层的单板耦合，不便于系列产品移植和扩展该sto功能。而使用电源管理ic实现的sto过压保护功能，需要系统电源架构的配合，且成本相对较高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种过压保护电路，能够解决不便于扩展sto功能和成本高等问题。
5.本实用新型还提出一种sto供电系统。
6.第一方面，本实用新型的一个实施例提供了一种过压保护电路，所述过压保护电路应用在sto供电系统中，所述sto供电系统包括sto供电电源，且所述sto供电电源包括n个电压输出端，n为大于等于1的整数，其特征在于，所述过压保护电路包括基准参考电源、逻辑处理电路、电源开关电路和n个迟滞比较电路，且所述sto供电电源经由所述电源开关电路为sto功能电路供电；其中：
7.每一所述迟滞比较电路包括第一输入端、第二输入端以及比较输出端，所述基准参考电源分别与每一所述迟滞比较电路的第一输入端电性连接，所述sto 供电电源的n个电压输出端分别与n个迟滞比较电路的第二输入端电性连接；n 个所述迟滞比较电路的比较输出端分别与所述逻辑处理电路的输入端电性连接，所述逻辑处理电路的输出端与所述电源开关电路的控制端电性连接，并向所述电源开关电路的控制端输出使电源开关电路导通或断开的电平信号。
8.本实用新型实施例的过压保护电路至少具有如下有益效果：当sto供电电源的输出电压超过sto功能电路器件的安全范围时，本实用新型的过压保护电路能够直接在控制层切断功能安全电路的供电电源来保护sto器件不被过压应力损坏，即无需对驱动层的电源进行相关操作，从而避免了控制层和驱动层的单板耦合，并且本实用新型的过压保护电
路采用低成本的分立器件，在控制模块中独立实现过压保护功能，避免功能实现带来的单板耦合问题，便于系列产品移植和扩展sto功能。
9.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述过压保护电路包括n个电源处理电路，且所述sto供电电源的n个电压输出端分别经由n个所述电源处理电路与n个迟滞比较电路的第二输入端电性连接；
10.每一所述电源处理电路包括一个分压电路和一个第一滤波电路；所述分压电路和第一滤波电路依次串联在所述sto供电电源的电压输出端和迟滞比较电路的第二输入端之间。
11.进一步，每一所述迟滞比较电路包括一个运算放大器、一个第一电阻和一个第二电阻；其中，所述运算放大器的反相输入端构成所述迟滞比较电路的第二输入端，所述运算放大器的正相输入端构成所述迟滞比较电路的第一输入端；所述第一电阻和第二电阻串联连接在所述运算放大器的正相输入端和所述sto供电电源的对应的电压输出端之间，所述运算放大器的输出端构成所述迟滞比较电路的比较输出端，且所述运算放大器的输出端与所述第一电阻和第二电阻的连接点电性连接。
12.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述分压电路包括第三电阻和第四电阻，所述第一滤波电路包括第五电阻和第一电容；所述第三电阻和第四电阻串联连接在所述sto供电电源的对应的供电输出端和参考地之间；所述第五电阻串联连接在所述第三电阻与第四电阻的连接点和运算放大器的反相输入端之间，所述第一电容连接在所述运算放大器的反向输入端和参考地之间。
13.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述逻辑处理电路包括n个第六电阻、n个开关二极管和一个第七电阻；其中，每一所述第六电阻的第一端连接其中一个所述运算放大器的输出端；每一所述第六电阻的第二端与每一所述开关二极管的阴极连接；每一所述开关二极管的阳极连接所述第七电阻的第一端，所述第七电阻的第二端与所述电源开关电路的输入端电性连接。
14.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述电源开关电路包括第一开关管、第二开关管和第八电阻；其中，所述第一开关管串联连接在所述sto供电电源的电压输出端和第二开关管的控制端之间，所述第一开关管的控制端与所述逻辑处理电路的输出端电性连接；所述第二开关管串联连接在所述sto供电电源的电压输出端和sto功能电路之间；所述第八电阻串联连接在所述第二开关管的控制端和参考地之间。
15.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述过压保护电路还包括n 个第二滤波电路，每一所述第二滤波电路串联连接在所述基准参考电源和每一所述迟滞比较电路的第二输入端之间。
16.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，每一所述第二滤波电路包括一个第九电阻和一个第二电容；其中，所述第九电阻串联连接在所述基准参考电源和迟滞比较电路的第二输入端之间，所述第二电容串联连接在迟滞比较电路的第二输入端和参考地之间。
17.根据本实用新型一个实施例的过压保护电路，所述电源开关电路还包括第三电容、第十电阻、第四电容和第十一电阻；其中，所述第三电容和第十电阻并联连接后串联在sto供电电源和第一开关管的控制端之间；所述第四电容和第十一电阻并联连接后串联在
sto供电电源和第二开关管的控制端之间。
18.第二方面，本实用新型的一个实施例提供了sto供电系统，包括sto供电电源、sto功能电路和如上所述过压保护电路，所述sto供电电源包括n个电压输出端，n为大于等于1的整数，所述sto供电电源的每一电压输出端通过过压保护电路与sto功能电路实现电性连接；所述sto供电电源的电压输出端均正常时，所述sto供电电源通过过压保护电路向sto功能电路供电；所述sto 供电电源任一输出端过压时，所述过压保护电路断开sto供电电源与sto功能电路的连接。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例中过压保护电路的一具体实施例模块框图：
20.图2是本实用新型实施例中过压保护电路的一具体实施例电路示意图。
具体实施方式
21.以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
22.在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
23.参照图1，示出了本实用新型实施例中过压保护电路的结构框图。如图所示， sto供电系统包括sto供电电源60，sto供电电源60包括n个电压输出端，n 为大于等于1的整数，本实用新型sto供电电源60的n个电压输出端可以分别输出不同的电压，每个输出端的电压值可由用户确定。
24.如图1所示，过压保护电路包括基准参考电源10、逻辑处理电路20、电源开关电路30和n个迟滞比较电路40，且sto供电电源60经由电源开关电路30 为sto功能电路70供电。其中，每一迟滞比较电路40包括第一输入端、第二输入端以及比较输出端，基准参考电源10分别与每一迟滞比较电路40的第一输入端电性连接，sto供电电源60的n个电压输出端分别与n个迟滞比较电路40 的第二输入端电性连接；n个迟滞比较电路40的比较输出端分别与逻辑处理电路20的输入端电性连接，逻辑处理电路20的输出端与电源开关电路30的控制端电性连接，并向电源开关电路30的控制端输出使电源开关电路30导通或断开的电平信号。
25.本实用新型通过迟滞比较电路将sto供电电源60输出的电压与基准参考电压10进行比较，在sto供电电源60大于预设阈值时输出一过压信号给逻辑处理电路20，逻辑处理电路20在接收到过压信号后输出一电平信号，触发电源开关电路30由导通状态转换为断开状态，从而断开sto供电电源60和sto功能电路70的连接，确保电路出现过压时sto电路器件不被损坏。本实用新型的逻辑处理电路30可以连接多个迟滞比较电路40，即可以监测一个或者多个不同电源电压。另一方面，本实用新型的电路结构简单、扩展方便，如针对sto供电电
源60不同输出端的输出电压，也可以采用不同基准参考电源10，因此本实用新型的过压保护电路能够应用在各个不同的sto供电系统中。
26.当sto供电电源的输出电压超过sto功能电路器件的安全范围时，本实用新型的过压保护电路能够直接在控制层切断功能安全电路的供电电源来保护 sto器件不被过压应力损坏，即无需对驱动层的电源进行相关操作，从而避免了控制层和驱动层的单板耦合，并且本实用新型的过压保护电路采用低成本的分立器件，在控制模块中独立实现过压保护功能，避免功能实现带来的单板耦合问题，便于系列产品移植和扩展sto功能。
27.如图1所示，本实施例的过压保护电路还包括n个电源处理电路50，且sto 供电电源60的n个电压输出端分别经由n个电源处理电路50与n个迟滞比较电路40的第二输入端电性连接。本实用新型的每一电源处理电路50包括一个分压电路和一个第一滤波电路；分压电路和第一滤波电路依次串联在sto供电电源 60的电压输出端和迟滞比较电路40的第二输入端之间。本实施例的电源处理电路50用于对sto供电电源进行分压和滤波处理，避免干扰信号对迟滞比较电路 40的影响。
28.参考图2，在本实用新型一个实施例的过压保护电路中，包括两个迟滞比较电路和两个电源处理电路，sto供电电源不同的输出端分别输出5v和3.3v大小的电压。具体地，每一迟滞比较电路包括一个运算放大器u1/u2、一个第一电阻r1和一个第二电阻r2。其中，运算放大器u1/u2的反相输入端构成迟滞比较电路的第二输入端，运算放大器u1/u2的正相输入端构成迟滞比较电路的第一输入端；第一电阻r1和第二电阻r2串联连接在运算放大器u1/u2的正相输入端和sto供电电源的对应的电压输出端之间，运算放大器u1/u2的输出端构成迟滞比较电路的比较输出端，且运算放大器u1/u2的输出端与第一电阻r1和第二电阻r2的连接点电性连接，在本实施例中，sto供电电源的5v电压输出端与第一运算放大器u1的反相输入端连接；sto供电电源的3.3v电压输出端与第二运算放大器u2的反相输入端连接。
29.在本实施例中，每一分压电路包括一个第三电阻r3和一个第四电阻r4，第一滤波电路包括第五电阻r5和第一电容c1；第三电阻r3和第四电阻r4串联连接在sto供电电源的对应的供电输出端和参考地之间；第五电阻r5串联连接在第三电阻r3与第四电阻r4的连接点和运算放大器u1/u2的反相输入端之间，第一电容c1连接在运算放大器u1/u2的反向输入端和参考地之间。
30.在本实施例中，逻辑处理电路采用逻辑“与”电路，逻辑“与”电路能够在 sto供电电源的任一输出端出现过压问题时，输出使开关电源电路断开的信号。具体如图2所示，本实施例的逻辑处理电路包括两个第六电阻r6、两个开关二极管d1和一个第七电阻r7。其中，每一第六电阻r6的第一端连接其中一个运算放大器u1/u2的输出端；每一第六电阻r6的第二端与每一开关二极管d1的阴极连接；每一开关二极管d1的阳极连接第七电阻r7的第一端，第七电阻r7 的第二端与电源开关电路的输入端电性连接。
31.在本实施例中，电源开关电路包括第一开关管q1、第二开关管q2和第八电阻r8。其中，第一开关管q1串联连接在sto供电电源的电压输出端(+5v_in) 和第二开关管q2的控制端之间，第一开关管q1的控制端与逻辑处理电路的输出端电性连接；第二开关管q2串联连接在sto供电电源的电压输出端(+5v_in) 和sto功能电路之间；第八电阻r8串联连接在第二开关管q2的控制端和参考地之间。在本实用新型实施例中，第一开关管q1和第二开关管q2均采用mos 管。
32.本实用新型实施例的过压保护电路将需要进行过压保护的sto多路供电电源通过分压电阻和滤波电路后，分别接到不同运算放大器的反相输入端，基准参考电源经过滤波电路后，接到运算放大器的正相输入端；然后通过开关二极管 d1阴极将两个运算放大器的输出端并联，开关二极管d1的阳极连到两个mos管组成的电源开关电路。
33.当sto供电电源供电正常时，任一运算放大器u1/u2反相输入端电压小于正相输入端，运算放大器u1/u2输出高电平，此时第一开关管q1截止、第二开关管q2导通，sto供电电源正常给sto功能电路供电；当sto供电电源任意一电压输出端过压时，该电压输出端连接的运算放大器u1/u2反相输入端电压大于正相输入端，该运算放大器u1/u2输出低电平，此时第一开关管q1导通、第二开关管q2截止，sto供电电源被封锁切断，从而保护sto功能电路的相关器件。
34.在本实用新型的一个实施例中，过压保护电路还包括n个第二滤波电路，参考图2，每一第二滤波电路串联连接在基准参考电源(基准源)和每一迟滞比较电路的第二输入端之间(即运算放大器的正相输入端)。其中，每一第二滤波电路包括第九电阻r9和第二电容c2；其中，第九电阻r9串联连接在所述基准参考电源和迟滞比较电路的第二输入端之间，第二电容c1串联连接在迟滞比较电路的第二输入端和参考地之间。本实施例的第二滤波电路用于对基准参考电源进行滤波处理，避免干扰信号对迟滞比较电路的影响。
35.在本实用新型的一个实施例中，电源开关电路还包括第三电容c3、第十电阻r10、第四电容c3和第十一电阻r11；其中，第三电容c3和第十电阻r10 并联连接后串联在sto供电电源和第一开关管q1的控制端之间；第四电容c4 和第十一电阻r11并联连接后串联在sto供电电源和第二开关管q2的控制端之间。
36.参考图1，本实用新型一个实施例提出一种sto供电系统，包括sto供电电源60、sto功能电路70和以上实施例所述的过压保护电路。其中，sto供电电源60通过过压保护电路与sto功能电路70实现电性连接；sto供电电源60 所有电压输出端正常时，sto供电电源60通过过压保护电路向sto功能电路 70供电；sto供电电源60的任一电压输出端过压时，过压保护电路断开sto 供电电源60与sto功能电路70的连接。
37.当本实施例的sto供电系统的输出电压超过sto功能电路器件的安全范围时，本实用新型的过压保护电路能够直接在控制层切断功能安全电路的供电电源来保护sto器件不被过压应力损坏，即无需对驱动层的电源进行相关操作，从而避免了控制层和驱动层的单板耦合，并且本实用新型的过压保护电路采用低成本的分立器件，在控制模块中独立实现过压保护功能，避免功能实现带来的单板耦合问题，便于系列产品移植和扩展sto功能。
38.本实施例中的sto供电系统与上述图1
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2对应实施例中的过压保护电路属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且过压保护电路实施例中的技术特征在本系统实施例中均对应适用，这里不再赘述。
39.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
40.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗
旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。