一种开关电源恒流模式下的保护电路的制作方法

1.本技术涉及保护电路的技术领域，具体而言，涉及一种开关电源恒流模式下的保护电路。


背景技术：

2.电力系统测试，特别是继电保护测试，需要使用电流功率源输出多相电流给待调试和测试的电力系统装置和设备，因此包括继电保护测试仪在内的多种电力系统测试装置和设备都具有电流功率源模块。电流功率源通常采用线性电源或者开关电源供电，开关电源特别是开关电源模块因其高集成度，实现了体积小、重量轻、功率密度高等诸多优点，非常适合并且已经广泛应用在了各类继电保护测试装置电流功率源的供电电源设计中。
3.通过查阅资料并对市面上主流的开关电源模块进行测试，发现多数开关电源模块实现的是恒流型过流保护。采用这些开关电源模块对电流功率源供电时，当电流功率源正常输出时，开关电源模块输出的电压是设定好的，在输出过程中基本保持不变，而其输出电流随着电流功率源输出而改变；当电流功率源出现故障，特别是功率级mos管出现击穿损坏时，电源对电流功率源的负载是直通的，且以其自身输出电流最大值以恒流方式向负载持续输出恒定的电流，直至开关电源模块断电，因此恒流型过流保护逻辑特别不利于待测试装置和设备的保护。如果采用打嗝型过流保护电路，可以通过降低电流输出的占空比来降低对待测试设备输出的平均功率，降低待测试装置和设备损坏的风险，所以一种开关电源恒流模式下的保护电路是十分有必要的。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于：提供一种开关电源恒流模式下的保护电路，该电路可以应用在采用开关电源模块作为电流功率源供电电源的多种电力系统测试装置和设备中，采用反馈的方式来改变开关电源模块的电流保护逻辑，将恒流保护改为打嗝保护，实现对待测试装置和设备最大程度上的保护。
5.本技术的技术方案是：提供了一种开关电源恒流模式下的保护电路，该保护电路包括对称设置的正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路以及负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路，其中，正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路包括依次连接的第一电流采样电路、第一滤波电路、第一电压放大电路、第一比较电路、第一光耦驱动及光耦隔离输出电路，第一光耦驱动及光耦隔离输出电路包括电阻r13、电阻r10、电阻r15、电阻r17、电阻r9、电容c11、电容c9、电容c7，p型mos管p1以及光耦u5；电阻r13的一端与第一比较电路输出的en1网络连接，r13的另一端分别与电阻r10的一端、p型mos管p1的栅极连接；p型mos管p1的漏极分别与电阻r17的一端、电阻r15的一端、电容c11的一端连接，电阻r10的另一端分别与p型mos管p1的源极以及光耦u5的第1脚同第一电压放大电路输出的out1网络连接；电阻r15的另一端、电容c11的另一端分别与光耦u5的第3脚连接；电阻r17的另一端与agnd连接；光耦u5的第6脚分别与电阻r9的一端、电容c9的一端连接；电阻r9的另
一端与电容c7的一端同数字电源+3.3v连接；电容c7的另一端与光耦u5的第4脚同数字电源的dgnd连接。
6.上述任一项技术方案中，进一步地，第一电流采样电路包括精密电流采样电阻r1；精密电流采样电阻r1的一端接正电源侧开关电源的正输出，精密电流采样电阻r1的另一端接电流功率源输出级的正电源输入。
7.上述任一项技术方案中，进一步地，第一滤波电路包括电阻r3、电阻r5以及电容c1；电阻r3的一端接正电源侧开关电源的正输出，电阻r3的另一端接电容c1的一端，并作为in1+网络输出给第一放大电路；电阻r5的一端接电流功率源输出级的正电源输入，电阻r5的另一端接电容c1的另一端，并作为in1-网络输出给第一放大电路。
8.上述任一项技术方案中，进一步地，第一电压放大电路包括分流监控器芯片u1、电阻r7、电容c3以及电容c4；分流监控器芯片u1的第4脚与负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路中第二滤波电路输出的in1+网络连接，分流监控器芯片u1的第5脚与第二滤波电路输出的in1-网络连接，分流监控器芯片u1的第1脚和第2脚同agnd连接，分流监控器芯片u1的第3脚与电容c4的一端同+15v连接，其中，电容c4的另一端与agnd连接；分流监控器芯片u1的第6脚与电阻r7的一端连接；电阻r7的另一端与电容c3的一端连接并作为out1网络输出给第一比较电路；电容c3的另一端与agnd连接。
9.上述任一项技术方案中，进一步地，分流监控芯片u1的型号为ina214cidckt。
10.上述任一项技术方案中，进一步地，第一比较电路包括电压检测芯片u3，电压检测芯片u3的第2脚与第一电压放大电路输出的out1网络连接，电压检测芯片u3的第3脚与agnd连接，电压检测芯片u3的第1脚作为en1网络输出给第一光耦驱动及光耦隔离输出电路。
11.上述任一项技术方案中，进一步地，电压检测芯片u3的型号为bd5245g。
12.上述任一项技术方案中，进一步地，光耦u5的型号为hcpl-181-060e。
13.本技术的有益效果是：
14.本技术中的技术方案，可以配合以恒流形式实现过流保护的开关电源，实现开关电源的打嗝保护，在给电流功率源供电时，可以设置过流保护点，并在电流功率源损坏过流保护发生时，通过降低电流输出的占空比来降低对待测试设备输出的平均功率，降低待测试装置和设备损坏的风险。
附图说明
15.本技术的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1是根据本技术的一个实施例的开关电源恒流模式下的保护电路的示意图。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
18.在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开
的具体实施例的限制。
19.如图1所示，本实施例提供了一种开关电源恒流模式下的保护电路，该保护电路包括用于正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路以及用于负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路。
20.正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路，包括第一电流采样电路、第一滤波电路、第一电压放大电路、第一比较电路、第一光耦驱动及光耦隔离输出电路。第一电流采样电路、第一滤波电路、第一电压放大电路、第一比较电路、第一光耦驱动及光耦隔离输出电路依次连接。
21.第一电流采样电路，包括精密电流采样电阻r1，r1的一端接正电源侧开关电源的正输出，即网络+12v，另一侧接电流功率源输出级的正电源输入，即网络+12vo。
22.第一滤波电路，包括电阻r3、r5以及电容c1，r3的一端接正电源侧开关电源的正输出，另一端接电容c1的一端，并作为in1+网络输出给第一放大电路，r5的一端接电流功率源输出级的正电源输入，另一端接电容c1的另一端，并作为in1-网络输出给第一放大电路。
23.第一电压放大电路，包括分流监控器芯片u1，电阻r7、电容c3、电容c4。分流监控器芯片u1的第4脚与第二滤波电路输出的in1+网络连接，分流监控器芯片u1的第5脚与第二滤波电路输出的in1-网络连接，分流监控器芯片u1的第1脚和第2脚同agnd连接，分流监控器芯片u1的第3脚与电容c4的一端同+15v连接，电容c4的另一端与agnd连接，分流监控器芯片u1的第6脚与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与电容c3的一端连接并作为out1网络输出给第一比较电路，电容c3的另一端与agnd连接。
24.进一步地，分流监控芯片u1的型号为ina214cidckt。
25.第一比较电路包括电压检测芯片u3，u3的第2脚与第一电压放大电路输出的out1网络连接，u3的第3脚与agnd连接，u3的第1脚作为en1网络输出给第一光耦驱动及光耦隔离输出电路。
26.进一步地，电压检测芯片u3的型号为bd5245g。
27.第一光耦驱动及光耦隔离输出电路包括电阻r13、r10、r15、r17、r9，电容c11、c9、c7，p型mos管p1以及光耦u5。电阻r13的一端与第一比较电路输出的en1网络连接，r13的另一端与电阻r10的一端、p型mos管p1的栅极连接，p型mos管p1的漏极与电阻r17的一端、电阻r15的一端、电容c11的一端连接，电阻r10的另一端与p型mos管p1的源极以及光耦u5的第1脚同第一电压放大电路输出的out1网络连接，电阻r15的另一端、电容c11的另一端与光耦u5的第3脚连接，电阻r17的另一端与agnd连接，光耦u5的第6脚与电阻r9的一端、电容c9的一端连接，电阻r9的另一端与电容c7的一端同数字电源+3.3v连接，电容c7的另一端与光耦u5的第4脚同数字电源的dgnd连接。
28.进一步地，光耦u5的型号为hcpl-181-060e。
29.正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路的工作原理如下：当正电源侧开关电源向电流功率源输出级的提供电流时，电流从+12v网络经过采样电阻r1流向-12vo网络，经过r3、r5和c1构成的低通滤波电路滤除高频噪声后，网络in1+电压高于in1-，且in1+和in1-之间的电压差与正电源输出的电流成正比，第一电压放大电路中的u1具有固定的放大倍数，电压差经过放大后从u1的第6脚经电阻r7和c3构成的低通滤波器输出，以滤除高频噪声，第一电压放大电路的输出连接到第一比较电路中u3的电源输入，即第2引脚。故当正电
源输出的电流在采样电阻r1上产生的电压差与第一电压放大电路的放大倍数之积低于u3自身固有的阈值电平时，u3第1引脚输出的en1网络为低电平，所以第一光耦驱动及光耦隔离输出电路中的p1导通，u5关断，网路enp输出高电平；当正电源输出的电流在采样电阻r1上产生的电压差与第一电压放大电路的放大倍数之积大于等于u3自身固有的阈值电平时，u3第1引脚输出的en1网络为高电平，所以第一光耦驱动及光耦隔离输出电路中的p1关断，u5导通，网路enp输出低电平。
30.因此将正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路输出的网路enp连接到具有正开通逻辑的开关电源的使能引脚即可实现输出电流过流时关断，输出电流正常时开启，对于具有负开通逻辑的开关电源的使能引脚可以通过增加一级反相器来实现，在此不再赘述。
31.举例来说，电流功率源未损坏时，输出的电流是受控的，是待测试装置和设备能够承受的，因此不会损坏待测试装置和设备，所以网路enp持续输出高电平，使得开关电源持续工作；当电流功率源的输出级功率管出现击穿损坏时，相当于将开关电源直接短路到待测试装置和设备，此时开关电源输出的电流是不可控的，一旦输出的电流增大并使得与之成正比的网络out1的电压大于等于第一比较电路中u3的阈值电平时，会触发网路enp变为低电平，从而使得开关电源关断；当开关电源关断以后，其输出的电流会持续下降，从而使得网络out1的电压小于第一比较电路中u3的阈值电平，所以此时u5关断，电阻r9对电容c9充电，直至电容c9两端的电压即网络enp的电压达到开关电源使能引脚的开启阈值后，开关电源重新开启。
32.开关电源打嗝保护电路中过流到正常输出之间的延迟时间可以通过开关电源恒流保护转打嗝保护电路中电阻r9和电容c9来调整，因此电流功率源出现损坏情况下，开关电源输出电流脉冲的占空比，以及给待测试装置和设备的平均电流可以被调节，从而保护其不被损坏。
33.负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路，包括第二电流采样电路、第二滤波电路、第二电压放大电路、第二比较电路、第二光耦驱动及光耦隔离输出电路。第二电流采样电路、第二滤波电路、第二电压放大电路、第二比较电路、第二光耦驱动及光耦隔离输出电路依次连接。
34.第二电流采样电路，包括精密电流采样电阻r2，r2的一端接负电源侧开关电源的负输出，即网络-12v，另一侧接电流功率源输出级的负电源输入，即网络-12vo。
35.第二滤波电路，包括电阻r4、r6以及电容c2，r6的一端接负电源侧开关电源的负输出，另一端接电容c2的一端，并作为in2-网络输出给第二放大电路，r4的一端接电流功率源输出级的负电源输入，另一端接电容c2的另一端，并作为in2+网络输出给第二放大电路。
36.第二电压放大电路，包括分流监控器芯片u2，电阻r8、电容c5、电容c6。分流监控器芯片u2的第4脚与第二滤波电路输出的in2-网络连接，分流监控器芯片u2的第5脚与第二滤波电路输出的in2+网络连接，分流监控器芯片u2的第1脚和第3脚同agnd连接，分流监控器芯片u1的第2脚与电容c6的一端同-15v连接，电容c6的另一端与agnd连接，分流监控器芯片u1的第6脚与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与电容c5的一端连接并作为out2网络输出给第二比较电路，电容c5的另一端与agnd连接。
37.进一步地，分流监控芯片u2的型号为ina214cidckt。
38.第二比较电路包括电压检测芯片u4，u4的第3脚与第二电压放大电路输出的out2网络连接，u4的第2脚与agnd连接，u4的第1脚作为en2网络输出给第二光耦驱动及光耦隔离输出电路。
39.进一步地，电压检测芯片u4的型号为bd5245g。
40.第二光耦驱动及光耦隔离输出电路包括电阻r14、r12、r16、r18、r11，电容c12、c10、c8，p型mos管p2以及光耦u6。电阻r14的一端与第二比较电路输出的en2网络连接，r14的另一端与电阻r12的一端、p型mos管p2的栅极连接，p型mos管p2的漏极与电阻r18的一端、电阻r16的一端、电容c12的一端连接，电阻r12的另一端与p型mos管p2的源极以及光耦u6的第1脚同agnd连接，电阻r16的另一端、电容c12的另一端与光耦u6的第3脚连接，电阻r18的另一端与第二电压放大电路输出的out2网络连接，光耦u6的第6脚与电阻r11的一端、电容c10的一端连接，电阻r11的另一端与电容c8的一端同数字电源+3.3v连接，电容c8的另一端与光耦u6的第4脚同数字电源的dgnd连接。
41.进一步地，光耦u6的型号为hcpl-181-060e。
42.负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路的工作原理如下：当负电源侧开关电源向电流功率源输出级的提供电流时，电流从-12vo网络经过采样电阻r2流向-12v网络，经过r4、r6和c2构成的低通滤波电路滤除高频噪声后，网络in2+电压高于in2-，且in2+和in2-之间的电压差与负电源输出的电流成正比，第二电压放大电路中的u2具有固定的放大倍数，由于电压差以反向形式接入u2，为适配u2的共模输入范围，将u2的第2脚与网络-15v连接，将u2的第3脚与网络agnd连接，电压差经过放大后从u1的第6脚经电阻r7和c3构成的低通滤波器输出，以滤除高频噪声，且输出电压极性为负。
43.为了检测第二电压放大电路输出的负电压，对第二比较电路的第2和第3脚的电源接线方式进行了改动，第二电压放大电路的输出连接到第二比较电路中u4的gnd，即第3引脚，而u4的vdd，即第2引脚接agnd。故当负电源输出的电流在采样电阻r2上产生的电压差与第二电压放大电路的放大倍数之积低于u4自身固有的阈值电平时，u4第1引脚输出的en2网络为低电平，所以第二光耦驱动及光耦隔离输出电路中的p2导通，u6关断，网路enn输出高电平；当负电源输出的电流在采样电阻r2上产生的电压差与第二电压放大电路的放大倍数之积大于等于u4自身固有的阈值电平时，u4第1引脚输出的en2网络为高电平，所以第二光耦驱动及光耦隔离输出电路中的p2关断，u6导通，网路enn输出低电平。
44.因此将负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路输出的网路enn连接到具有正开通逻辑的开关电源的使能引脚即可实现输出电流过流时关断，输出电流正常时开启，对于具有负开通逻辑的开关电源的使能引脚可以通过增加一级反相器来实现，在此不再赘述。
45.举例来说，电流功率源未损坏时，输出的电流是受控的，是待测试装置和设备能够承受的，因此不会损坏待测试装置和设备，所以网路enn持续输出高电平，使得开关电源持续工作；当电流功率源的输出级功率管出现击穿损坏时，相当于将开关电源直接短路到待测试装置和设备，此时开关电源输出的电流是不可控的，一旦输出的电流增大并使得与之成正比的网络out2的电压大于等于第二比较电路中u4的阈值电平时，会触发网路enn变为低电平，从而使得开关电源关断；当开关电源关断以后，其输出的电流会持续下降，从而使得网络out2的电压小于第二比较电路中u4的阈值电平，所以此时u6关断，电阻r11对电容
c10充电，直至电容c10两端的电压即网络enn的电压达到开关电源使能引脚的开启阈值后，开关电源重新开启。
46.开关电源打嗝保护电路中过流到正常输出之间的延迟时间可以通过开关电源恒流保护转打嗝保护电路中电阻r11和电容c10来调整，因此电流功率源出现损坏情况下，开关电源输出电流脉冲的占空比，以及给待测试装置和设备的平均电流可以被调节，从而保护其不被损坏。
47.通过以上技术方案，本实施例提出的开关电源恒流保护转打嗝保护电路，可以通过降低电流输出的占空比来降低对待测试设备输出的平均功率，降低待测试装置和设备损坏的风险。
48.以上结合附图详细说明了本技术的技术方案，本技术提出了一种开关电源恒流模式下的保护电路，该保护电路包括对称设置的正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路以及负电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路，其中，正电源侧的开关电源恒流保护转打嗝保护电路包括依次连接的第一电流采样电路、第一滤波电路、第一电压放大电路、第一比较电路、第一光耦驱动及光耦隔离输出电路，通过本技术中的技术方案，采用反馈的方式来改变开关电源模块的电流保护逻辑，将恒流保护改为打嗝保护，实现对待测试装置和设备最大程度上的保护。
49.在本技术中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
50.附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本技术的原理进行说明，并非意在对本技术进行限制。
51.尽管参考附图详地公开了本技术，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本技术的应用。本技术的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本技术保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。