專利名稱：晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，屬于自動化控制系統(tǒng)中的開關(guān)量輸出點的保護(hù)電路裝置、及作為直流電源輸出的短路、過載保護(hù)電路裝置。
背景技術(shù)：
目前，自動化控制系統(tǒng)中的開關(guān)量源型輸出點應(yīng)用非常廣泛，且使用晶體管輸出型很普遍，但是絕大多數(shù)缺少有效的短路保護(hù)措施，容易造成控制器損壞、或控制對象的損壞。帶有保護(hù)措施的多數(shù)為快速熔斷器保護(hù)，往往在熔斷器動作的同時控制器也有損壞，例如PLC的晶體管開關(guān)量輸出模塊的情況。直流電源的多路分線輸出中，分路中沒有快速的短路保護(hù)措施，如果短路容易造成總電源的損壞、或者使其他直路的輸出同時中斷。目前已有的短路保護(hù)裝置(如電流互感器為中心的保護(hù)電路)，其采用的器件多、復(fù)雜度高、成本高，不能應(yīng)用在上述的產(chǎn)品中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，具有電路元件少、成本低、動作可靠，且具有分級保護(hù)的自恢復(fù)功能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，特點是，它包括電源V+、輸出控制電路1，輸出控制電路1的輸出端連接輸出晶體管Q1，在輸出控制電路1上連接晶體管輸出截止電路3的輸出端和輸出使能信號，晶體管輸出截止電路3的輸入端與信號采樣電路6的輸入端連接并與電源V+連接，在信號采樣電路6的輸出端與輸出晶體管Q1之間連接二級過載保護(hù)電路2，可控輸出信號(或電源)連接在輸出晶體管Q1的輸出端，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4的輸入端連接到晶體管輸出截止電路3的另一路輸出，保護(hù)動作延時電路5的輸入端連接到保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4的一路輸出，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4與保護(hù)動作延時電路5的輸出端共同連接到信號采樣電路6的輸出端。
上述的輸出控制電路1由電阻R6、R4、晶體管Q4、與晶體管Q4集電極連接的電阻R2、R3組成，R2與輸出晶體管Q1的基極連接；輸出晶體管Q1可以是三極管、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管中的任一種；晶體管輸出截止電路3由晶體管Q2、電阻R7、R8、晶體管Q3組成，Q3的集電極與Q4基極連接，Q2的發(fā)射極與電源V+連接；信號采樣電路6由電流采樣元件Rs組成，Rs的輸入端與電源V+連接，輸出端與二級過載保護(hù)電路2連接；保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4由二極管D4、D5組成，D4的一端與晶體管Q2的基極連接，另一端與二極管D5的陽極連接，D5的陰極連接至電流采樣元件Rs的輸出端；保護(hù)動作延時電路5由電阻R1、R5、電容C1組成，電阻R5一端與電容C1的正極連接并與二極管D5的陽極連接，另一端與電流采樣元件Rs的輸出端連接；二級過載保護(hù)電路2由保險元件F1組成，F(xiàn)1設(shè)在電流采樣元件Rs與輸出晶體管Q1之間，F(xiàn)1可以是自愈保險絲、快速熔斷保險絲、普通保險絲中的任一種。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，動作迅速、可靠，能夠根據(jù)電路過載程度不同而產(chǎn)生不同的保護(hù)動作，同時具有故障消除后的自啟動功能，最大限度保證電路的正常工作，避免器件的損壞，與已有技術(shù)相比具有突出的特點和顯著地進(jìn)步。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做詳細(xì)地描述。


圖1-本發(fā)明的電路原理框圖；圖2-本發(fā)明的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-本發(fā)明的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1，參考圖1、圖2，它包括電源V+、輸出控制電路1、晶體管輸出截止電路3、信號采樣電路6、保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4、保護(hù)動作延時電路5、二級過載保護(hù)電路2。其中，由電阻R6連接晶體管Q4的基極，Q4的發(fā)射極上連接電阻R4，Q4集電極上連接電阻R2、R3組成輸出控制電路1，R2的另一端與輸出晶體管Q1(Q1為三極管)的基極連接，將輸入信號Control Signal的狀態(tài)通過控制Q1轉(zhuǎn)換為輸出狀態(tài)。由晶體管Q2的集電極依次連接電阻R7、R8、在R7、R8之間連接晶體管Q3組成晶體管輸出截止電路3，Q3的集電極與Q4基極連接，Q2的發(fā)射極與電源V+連接，其作用是當(dāng)電流進(jìn)入到保護(hù)工作狀態(tài)時，此電路截止輸出。由電流采樣元件Rs組成信號采樣電路6，Rs的輸入端與電源V+連接，輸出端與輸出晶體管Q1連接，使用Rs將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號以供保護(hù)的電壓輸入比較。由Q2與二極管D4、D5串聯(lián)組成保護(hù)閾值產(chǎn)生電路4，D4的一端與晶體管Q2的基極連接，另一端與二極管D5的陽極連接，D5的陰極與Rs的輸出端連接，通過Q2的一個PN結(jié)、D4、D5設(shè)定參考動作電壓值，與Rs產(chǎn)生的電壓采樣信號相比較。由Q2串聯(lián)電阻R1、R5、并聯(lián)電容C1組成保護(hù)動作延時電路5，R5的一端與電容C1的正極連接并與二極管D5的陽極連接，另一端與Rs的輸出端連接，其作用是，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過載狀態(tài)，進(jìn)入一級保護(hù)模式后，輸出晶體管Q1截止，產(chǎn)生間歇工作的保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)故障消除后自動恢復(fù)輸出。二級過載保護(hù)電路2由保險元件F1組成，F(xiàn)1設(shè)在電流采樣元件Rs與輸出晶體管Q1之間，其作用是當(dāng)電流未達(dá)到一級保護(hù)模式所設(shè)定的閾值，但達(dá)到了二級過載保護(hù)的閾值時進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，電阻F1可以是自愈保險絲、快速熔斷保險絲、或者普通保險絲中的任一種。
上述的一級保護(hù)模式是指由晶體管Q2、二極管D4、D5等組成的保護(hù)閾值產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閾值電壓，二級過載保護(hù)模式是指在電流未達(dá)到一級保護(hù)模式的閾值、但超出了電路的額定工作電流的部分由二級過載保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)動作。工作時，可以設(shè)定一級過載保護(hù)的動作電流為I1，二級過載保護(hù)的動作電流為I2，一級過載保護(hù)時間為T1，二級過載保護(hù)時間為T2(一級過載保護(hù)速度(1/T1)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二級過載保護(hù)速度(1/T2))，且I1＞I2，兩種保護(hù)模式相互搭配，形成優(yōu)良的保護(hù)方法。
下面簡述一下本發(fā)明的工作原理當(dāng)輸出控制信號使能時，Q4晶體管工作在飽和區(qū)、此時Q4集電極電平為電阻R3、R4的分壓值，通過R2加到輸出晶體管Q1上，從而Q1導(dǎo)通輸出電壓到負(fù)載上。如果工作正常時，那么輸出電流I＜I2，電流小于額定電流、保護(hù)電路不動作，電路正常輸出。
當(dāng)輸出控制信號使能時，輸出電流I為I1＞I＞I2，那么二級過載保護(hù)電路動作，經(jīng)過器件的額定時間，F(xiàn)1保險絲保護(hù)熔斷，截止了輸出；如果采用自愈保險絲，即進(jìn)入輸出-截止-輸出的保護(hù)過程中，實現(xiàn)了電路保護(hù)功能。
當(dāng)輸出控制信號使能時，輸出電流I＞I1，那么進(jìn)入一級短路保護(hù)模式。采樣元件Rs上的電壓超出了由Q2的PN結(jié)、D4、D5組成的保護(hù)閾值產(chǎn)生電路產(chǎn)生的保護(hù)閾值，那么電源V+通過Q2發(fā)射極、R1、D4、D5形成回路，Q2導(dǎo)通；V+通過R7、R8組成的分壓網(wǎng)絡(luò)使高電平連接在Q3的基極上，Q3導(dǎo)通；那么輸出控制信號通過R6連接在Q4基極上的高電平被拉至地電位，從而造成Q4截止，晶體管Q1的基極電位為高電平，輸出截止。在保護(hù)過程中由于電容C1帶有加速放電二極管，因此以很快的速度達(dá)到較低的電平。當(dāng)Q1截止后，Rs兩端的電位達(dá)到一致，但是電容C1端電位不能突變，C1的電位仍然維持在較低的水平，通過Q2、R1、D4和R5組成的網(wǎng)絡(luò)對C1進(jìn)行充電。當(dāng)電充滿后，Q2的PN結(jié)沒有電流通過，那么Q2截止，Q3的基極電位為低電平、Q3截止，輸出控制信號通過R6連接至Q4的基極，Q4導(dǎo)通，從而Q1導(dǎo)通，恢復(fù)了輸出。在這個過程中、Q2的PN結(jié)、R1、D4、D5、R5、C1等組成的充放電網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了保護(hù)后重新啟動的延時時間。如果電流的深度加大，那么C1的初始電平更加降低，從而充放電的時間相應(yīng)的延長了，因而保護(hù)后的延時時間增加，有效地保護(hù)了輸出晶體管。
實施例2，參考圖1、圖3，本例與上例基本相同，區(qū)別是，例1中D4采用穩(wěn)壓管，Q1采用三極管，本例D4采用二極管，Q1采用MOS管，優(yōu)點是可以更加靈活的調(diào)整保護(hù)的閾值電壓，并且Q1可以采用更大功率的輸出管，輸入信號的頻率可以更高。工作原理同上。
權(quán)利要求
1.一種晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，它包括電源V+、輸出控制電路(1)，輸出控制電路(1)的輸出端連接輸出晶體管(Q1)，在輸出控制電路(1)上連接晶體管輸出截止電路(3)的輸出端和輸出使能信號，晶體管輸出截止電路(3)的輸入端與信號采樣電路(6)的輸入端連接并與電源V+連接，在信號采樣電路(6)的輸出端與輸出晶體管(Q1)之間連接二級過載保護(hù)電路(2)，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路(4)的輸入端連接到晶體管輸出截止電路(3)的另一路輸出，保護(hù)動作延時電路(5)的輸入端連接到保護(hù)閾值產(chǎn)生電路(4)的一路輸出，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路(4)與保護(hù)動作延時電路(5)的輸出端共同連接到信號采樣電路(6)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，輸出控制電路(1)由電阻(R6)、(R4)、晶體管(Q4)、與晶體管(Q4)集電極連接的電阻(R2)、(R3)組成，電阻(R2)與輸出晶體管(Q1)的基極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，晶體管輸出截止電路(3)由晶體管(Q2)、電阻(R7)、(R8)、晶體管(Q3)組成，晶體管(Q3)的集電極與輸出控制電路(1)的晶體管(Q4)基極連接，晶體管(Q2)的發(fā)射極與電源V+連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，信號采樣電路(6)由電流采樣元件(Rs)組成，電流采樣元件(Rs)的輸入端與電源V+連接，輸出端與二級過載保護(hù)電路(2)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路(4)由二極管(D4)、(D5)組成，(D4)的一端與晶體管(Q2)的基極連接，另一端與二極管(D5)的陽極連接，二極管(D5)的陰極連接至電流采樣元件(Rs)的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，保護(hù)動作延時電路(5)由電阻(R1)、電阻(R5)、電容(C1)組成，電阻(R5)一端與電容(C1)的正極連接并與二極管(D5)的陽極連接，另一端與電流采樣元件(Rs)的輸出端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，二級過載保護(hù)電路(2)由保險元件(F1)組成，保險元件(F1)設(shè)在電流采樣元件(Rs)與輸出晶體管(Q1)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，所述保險元件(F1)是自愈保險絲、快速熔斷保險絲、普通保險絲中的任一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，其特征是，所述輸出晶體管(Q1)是三極管、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種晶體管輸出的短路、過載保護(hù)裝置，特點是，它包括電源、輸出控制電路，輸出控制電路的輸出端連接輸出晶體管，在輸出控制電路上還連接晶體管輸出截止電路的輸出端，晶體管輸出截止電路的輸入端與信號采樣電路的輸入端連接并與電源連接，在信號采樣電路的輸出端與輸出晶體管之間連接二級過載保護(hù)電路，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路的輸入端連接到晶體管輸出截止電路的另一路輸出，保護(hù)動作延時電路的輸入端連接到保護(hù)閾值產(chǎn)生電路的一路輸出，保護(hù)閾值產(chǎn)生電路與保護(hù)動作延時電路的輸出端共同連接到信號采樣電路的輸出端，本發(fā)明能夠根據(jù)電路過載程度不同而產(chǎn)生不同的保護(hù)動作，同時具有故障消除后的自啟動功能，最大限度保證電路的正常工作。
文檔編號G05F1/569GK1996755SQ20061014627
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者賈彬 申請人:煙臺英邁格科技發(fā)展有限公司