電動車電源短路保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動車電源短路保護電路，包括取樣元件(1)、開關(guān)組件(2)、電鎖開關(guān)控制(3)、取樣比較(4)、過載控制和自鎖(5)、故障指示(7)和電鎖開關(guān)(8)。取樣元件(1)與開關(guān)組件(2)串接在電瓶負(fù)極GND與負(fù)載地線LGND之間，用增強型NMOS場效應(yīng)管作電子開關(guān)，柵極分別接電鎖開關(guān)控制(3)和過載控制和自鎖(5)的輸出。負(fù)載短路，過載控制和自鎖(5)輸出低電平，使電子開關(guān)關(guān)斷，點亮故障指示LED，并自鎖狀態(tài)。清除故障，通過關(guān)斷和接通電鎖開關(guān)(8)可解鎖，恢復(fù)正常工作。本發(fā)明具有分類保護、關(guān)斷保護速度快、解鎖方便簡單等優(yōu)點。
【專利說明】
電動車電源短路保護電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保護電路，尤其是電動車電源輸出短路保護電路。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，在電動車上，為了防止電源過載或短路，大都裝有空氣開關(guān)?？諝忾_關(guān)的原理是，正常工作時，按下操作機構(gòu)，接通線路。當(dāng)線路發(fā)生一般性過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器動作，但能使熱元件產(chǎn)生一定熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動杠桿使搭鉤與鎖扣脫開，將主觸頭分?jǐn)?，切斷電源；?dāng)線路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值，電磁脫扣器產(chǎn)生足夠大的吸力，將銜鐵吸合并撞擊杠桿，使搭鉤繞轉(zhuǎn)軸座向上轉(zhuǎn)動與鎖扣脫開，鎖扣在反力彈簧的作用下將主觸頭分?jǐn)?，切斷電源。這種短路保護的缺點是:其一，因采用機械式脫扣裝置，出現(xiàn)短路，到開關(guān)動作切斷電源，視過載電流的大小，時間一般在I至幾秒，時間太長，容易造成用電器損壞或燒車；其二，過載或短路消除后，要想重新接通電源，必須拆開安裝蓋，重新按下操作機構(gòu)，才能復(fù)位到正常工作狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種感測總回路過載電流、自動控制半導(dǎo)體電子開關(guān)關(guān)斷電源、并利用電動車已外裝的電鎖開關(guān)，進行解鎖復(fù)位的電動車電源短路保護電路，以解決切斷電源動作時間長，解鎖復(fù)位不便等問題。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段是:電動車電源短路保護電路，包括取樣元件、開關(guān)組件、電鎖開關(guān)控制、取樣比較、過載控制和自鎖、故障指示和電鎖開關(guān)；取樣元件串接在電源的總回路線上，用來感測總回路流過電流的大??；開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)串接在電源的總回路線上，控制極分別接電鎖開關(guān)控制和過載控制和自鎖電路的輸出，用來接通或關(guān)斷電源；電鎖開關(guān)控制為第一比較電路，比較器的兩輸入端分別連接電鎖開關(guān)前后電源引線ACC和VCC的電阻分壓端，通過比較識別ACC的電壓高低，以達到當(dāng)電鎖開關(guān)接通時，開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)電鎖開關(guān)關(guān)斷時，控制所述半導(dǎo)體電子開關(guān)斷開；取樣比較為第二比較電路，將取樣元件感測的電流信號，轉(zhuǎn)換為電壓信號，并與設(shè)定的過載基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)大于所述基準(zhǔn)電壓時，輸出過載控制信號，激活過載控制和自鎖電路動作；過載控制和自鎖為第三比較電路，比較器的輸入第一端經(jīng)電阻連接取樣比較的輸出，輸入第二端連接電源ACC的電阻分壓端，在比較器輸出與同相輸入端，連接反饋元件，組成正反饋的自鎖電路，當(dāng)接收到過載控制信號后，產(chǎn)生一個關(guān)斷電平，關(guān)斷開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)，同時驅(qū)動故障指示點亮，并自鎖維持，直至電鎖開關(guān)斷開一次又接通，如果過載消失，則過載控制和自鎖電路解鎖，故障指示熄滅，恢復(fù)先前的工作狀態(tài)，否則仍舊維持半導(dǎo)體電子開關(guān)關(guān)斷和故障指示點亮狀態(tài)，即利用電鎖開關(guān)作為解鎖復(fù)位開關(guān)。
[0005]還包括12V電源負(fù)載比較，為第四比較電路，比較器的輸入第一端接12V電壓轉(zhuǎn)換器輸出的分壓端，輸入第二端接設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，比較電路的輸出經(jīng)電阻接過載控制和自鎖比較器的輸入第一端；當(dāng)所述12V電壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載過流或短路時，輸出將被拉低，12V電源負(fù)載比較產(chǎn)生特定電平，使過載控制和自鎖電路動作，發(fā)出關(guān)斷開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)的信號，同時驅(qū)動故障指示點亮。
[0006]緊貼電瓶負(fù)極GND連接取樣元件的第一端，取樣元件第二端與開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)串聯(lián)后，連接到負(fù)載(包括主負(fù)載、12V電源負(fù)載)總地線LGND，所述半導(dǎo)體電子開關(guān)控制極分別與電鎖開關(guān)控制、過載控制和自鎖電路的輸出電連接。
[0007]取樣元件為康銅絲，開關(guān)組件中的半導(dǎo)體電子開關(guān)使用增強型N溝道場效應(yīng)管，其柵極即所述控制極，漏極、源極即開關(guān)兩極，且源極接取樣元件的第二端，漏極接負(fù)載總地線LGND。
[0008]故障指示為發(fā)光二極管，且安裝在電動車儀表面板上。
[0009]電鎖開關(guān)控制、取樣比較、過載控制和自鎖和12V電源負(fù)載比較中的第一至第四比較電路所用比較器，同用一片四運放的LM324構(gòu)建。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:由于采用無機械觸點的電子開關(guān)作為分?jǐn)嘣?，電源輸出短路時，切斷時間在毫秒級；由于采用電鎖開關(guān)作為解鎖復(fù)位按鈕，可直接利用電鎖鑰匙來復(fù)位到正常狀態(tài)，省去拆裝解鎖復(fù)位之煩；采用取樣元件與開關(guān)組件中的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)后，緊貼連接在電瓶負(fù)極與負(fù)載總地線LGND之間的電路方式，擴大對電源VCC和ACC的保護，即無論何處電源正極對除電瓶負(fù)極GND以外的地線LGND短路，均可獲得保護，同時在負(fù)極線上設(shè)置電子開關(guān)，可方便使用現(xiàn)電動車控制器大量采購的增強型NMOS場效應(yīng)管，以降低成本，同時便于場效應(yīng)管控制；使用發(fā)光二極管作過載或短路故障指示，并安裝到儀表面板上，使用戶對當(dāng)前工況一目了然。增加12V電源負(fù)載比較電路，可以對過載電流控制進行區(qū)分，對主負(fù)載可允許較大的電流(大于電機控制器限流值)，對12V電源負(fù)載可允許較小的過載電流，以便更好地保護低壓用電器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]圖1是本發(fā)明工作原理框圖。
[0013]圖2是本發(fā)明電路原理圖。

【具體實施方式】
[0014]圖1為本發(fā)明工作原理框圖，表明了各電路部分相互之間的關(guān)系，其中實線框取樣元件1、開關(guān)組件2、電鎖開關(guān)控制3、取樣比較4、過載控制和自鎖5、12V電源負(fù)載比較6構(gòu)成電動車電源短路保護電路的本體，如點畫線框起部分。虛線框故障指示7、電鎖開關(guān)8為附件，不裝在同一線路板上，故障指示7裝在電動車儀表內(nèi)，電鎖開關(guān)8為電動車本身所固有，本發(fā)明借用。虛線框主負(fù)載為電動車上電機控制及驅(qū)動等負(fù)載、虛線框12V電壓轉(zhuǎn)換器為電動車上直直轉(zhuǎn)換器，將電瓶電壓(如48V)轉(zhuǎn)換12V直流輸出，以供虛線框12V電源負(fù)載(12V的用電器)使用。
[0015]圖2為本發(fā)明具體實施電路。在圖2中，取樣元件I為取樣電阻R1，選用0.01 Ω康銅絲制作；開關(guān)組件2由N溝道場效應(yīng)管Ql (型號為P75NF75)，偏置電阻R2、R3組成，使場效應(yīng)管柵極電壓正常在1V以上，保證Ql可靠導(dǎo)通；電鎖開關(guān)控制3由LM324四運放中的第一運放UlA及其外圍電阻R4、、R5、R6、R7、電容Cl和隔離二極管Dl組成第一比較電路，降壓電阻R8，為運放LM324工作提供合適的電源((30V)，電源ACC經(jīng)電阻R4、R6分壓為VR，接到運放UlA的同相端，電源VCC經(jīng)電阻R5、R7分壓，接至UlA的反相端，運放UlA的輸出通過反接的二極管Dl接到場效應(yīng)管Ql的柵極，電容Cl用來對電源ACC上電延時，使電壓VR延時一點達到設(shè)定值，VR設(shè)定值高于電源VCC經(jīng)電阻R5、R7的分壓值；取樣比較4由第三運放UlC及電阻R9、R10和電容C3組成第二比較電路，電阻R10、R9對電源VCC分壓形成比較的基準(zhǔn)電壓，以確定過流限定大小，接運放UlC的同相端，從取樣電阻Rl正端S引入取樣信號，經(jīng)電容C3濾去干擾后，輸入到運放UlC的反相端，運放UlC輸出接到過載控制和自鎖5的輸入電阻Rll ;過載控制和自鎖5由第四運放UlD及外圍電阻R11、R12、R13、R14、R15，二極管D4、D6和穩(wěn)壓管DWl組成第三比較電路，取樣比較4和12V電源負(fù)載比較6，分別通過電阻R11、R12加到運放UlD的同相端，且從同相端到UlD輸出之間連接反饋元件-電阻R14、二極管D4，D4負(fù)極指向UlD輸出端，由電源ACC經(jīng)電阻R4、R6分壓的參考電壓VR，接到UlD的反相端，UlD輸出一路經(jīng)D6隔離接到開關(guān)組件2中場效應(yīng)管Ql的柵極G，一路經(jīng)電阻R15和穩(wěn)壓管DWl接到故障指示7 (發(fā)光二極管)；12V電源負(fù)載比較6由第二運放UlB和電阻R16、R17、R18、R19、R20、R21,電容C4、C5組成第四比較電路，12V電壓轉(zhuǎn)換器的輸出DCT經(jīng)R18、R17分壓，加到運放UlB的同相端，電源VCC經(jīng)電阻R19、R20分壓加到UlB的反相端，提供比較基準(zhǔn)電壓，并聯(lián)在R20兩端的C4和并聯(lián)在R17兩端的C5作抗干擾之用，輸入DCT端上拉電阻R21到VCC ;故障指示7由發(fā)光二極管上拉到電源ACC組成，安裝在電動車儀表面板上；電鎖開關(guān)8接在電瓶正極VCC與主負(fù)載正極ACC之間，用以通斷負(fù)載電源，是電動車本身必備的電源開關(guān)，本實施例借以對自鎖的過載控制和自鎖5電路復(fù)位。
[0016]圖2的工作原理如下:
[0017]①正常情況:電鎖開關(guān)8接通，同時主負(fù)載和12V電源負(fù)載均無過流或短路。此時，電源VCC與電源ACC等同，在電鎖開關(guān)控制3中，運放UlA輸出為高電平，不會對場效應(yīng)管Ql柵極G電壓產(chǎn)生影響；主負(fù)載工作電流正常時，取樣比較4中運放UlC同相端高于反相端電壓，輸出高電平；12V電源負(fù)載正常，意味著12V電壓轉(zhuǎn)換器輸出DCT未低于預(yù)定的電壓，12V電源負(fù)載比較6中運放UlB同相端電壓高于反相端比較基準(zhǔn)電壓，UlB輸出高電平；則過載控制和自鎖5中運放UlD同相端電壓為高，遠大于反相端電壓VR，輸出為高電平，不會對場效應(yīng)管Ql柵極G電壓產(chǎn)生影響，同時故障指示7 (發(fā)光二極管)因穩(wěn)壓管DWl的存在，不能點亮，開關(guān)組件2中的場效應(yīng)管Ql的開關(guān)狀態(tài)，完全由R3、R2的分壓值，即柵極G的電壓決定。因該點設(shè)置分壓大于10V，可以確保N溝道增強型場效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，故在各負(fù)載正常時，電瓶正常供電。
[0018]②電瓶正極電源VCC短路保護:當(dāng)電鎖開關(guān)8處于斷開狀態(tài)時，在電鎖開關(guān)控制3中，因電源ACC為0，運放UlA輸出為低電平，開關(guān)組件2中的場效應(yīng)管Ql柵極G電壓被拉低，Ql處于斷開狀態(tài)，電瓶負(fù)極GND與負(fù)載地線LGND被切斷，無電流流過。此時，即使電源VCC對地LGND短接，電瓶也不會短路放電。
[0019]③電源ACC短路保護:當(dāng)電鎖開關(guān)8處于接通狀態(tài)時，電源VCC與電源ACC等同，主負(fù)載短路時，取樣電阻Rl流過大電流，取樣點S的電壓升至足夠高，在取樣比較4中運放UlC同相端低于反相端電壓，輸出低電平，同時過載控制和自鎖5中運放UlD同相端電壓被拉低，反相端電壓VR高于同相端電壓，輸出為低電平，因電阻R14和二極管D4的正反饋作用，UlD同相端電壓被鎖定為低電壓，輸出鎖定于低電平，場效應(yīng)管Ql柵極G電壓被拉低，Ql關(guān)斷，電瓶因負(fù)極GND與負(fù)載地線LGND被切斷而停止短路放電，同時，故障指示7 (發(fā)光二極管)點亮。之后，即使主負(fù)載電流正常，Ql也不能恢復(fù)導(dǎo)通。
[0020]在主負(fù)載工作正常，12V電源負(fù)載短路時，12V電壓轉(zhuǎn)換器輸出DCT電壓被拉至足夠低，12V電源負(fù)載比較6中的運放UlB同相端電壓小于反相端比較基準(zhǔn)電壓，UlB輸出為低，在過載控制和自鎖5中出現(xiàn)主負(fù)載短路時相同的過程，即運放UlD輸出鎖定為低電平，Ql關(guān)斷，故障指不7 (發(fā)光_■極管)點売。
④場效應(yīng)管Ql關(guān)斷狀態(tài)的解鎖:當(dāng)用戶在電動車儀表上看到故障指示7點亮后，消除故障。然后，用鑰匙將電鎖開關(guān)8關(guān)斷，此時，電源ACC電壓為0，過載控制和自鎖5因反相端電壓VR為O低于同相端電壓，運放UlD輸出恢復(fù)為高電平，但因電鎖開關(guān)控制3輸出低電平的柑制，場效應(yīng)管Ql仍然是關(guān)斷的。再次打開(接通)電鎖開關(guān)8，因各路負(fù)載正常，則重新回到如①所述的工作情況，運放UlD輸出為高電平，場效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，故障指示7 (發(fā)光二極管)熄滅，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
[0021]以上所述為本發(fā)明的較佳實施例，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的思路作出的種種改良，均屬本發(fā)明界定的范疇。
【權(quán)利要求】
1.電動車電源短路保護電路，其特征是:包括取樣元件(I)、開關(guān)組件(2)、電鎖開關(guān)控制(3)、取樣比較(4)、過載控制和自鎖(5)、故障指示(7)和電鎖開關(guān)⑶；取樣元件⑴串接在電源的總回路線上，用來感測總回路流過電流的大?。婚_關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)串接在電源的總回路線上，控制極分別接電鎖開關(guān)控制(3)和過載控制和自鎖(5)電路的輸出，用來接通或關(guān)斷電源；電鎖開關(guān)控制⑶為第一比較電路，比較器的兩輸入端分別連接電鎖開關(guān)⑶前后電源引線ACC和VCC的電阻分壓端，通過比較識別ACC的電壓高低，以達到當(dāng)電鎖開關(guān)(8)接通時，開關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)電鎖開關(guān)(8)關(guān)斷時，控制所述半導(dǎo)體電子開關(guān)斷開；取樣比較⑷為第二比較電路，將取樣元件⑴感測的電流信號，轉(zhuǎn)換為電壓信號，并與設(shè)定的過載基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)大于所述基準(zhǔn)電壓時，輸出過載控制信號，激活過載控制和自鎖(5)電路動作；過載控制和自鎖(5)為第三比較電路，比較器的輸入第一端經(jīng)電阻連接取樣比較⑷的輸出，輸入第二端連接電源ACC的電阻分壓端，在比較器輸出與同相輸入端，連接反饋元件，組成正反饋的自鎖電路，當(dāng)接收到過載控制信號后，產(chǎn)生一個關(guān)斷電平，關(guān)斷開關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)，同時驅(qū)動故障指示(7)點亮，并自鎖維持，直至電鎖開關(guān)(8)斷開一次又接通，如果過載消失，則過載控制和自鎖(5)電路解鎖，故障指示(7)熄滅，恢復(fù)先前的工作狀態(tài)，否則仍舊維持半導(dǎo)體電子開關(guān)關(guān)斷和故障指示(7)點亮狀態(tài)，即利用電鎖開關(guān)(8)作為解鎖復(fù)位開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車電源短路保護電路，其特征是:還包括12V電源負(fù)載比較(6)，為第四比較電路，比較器的輸入第一端接12V電壓轉(zhuǎn)換器(6)的輸出，輸入第二端接設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，比較電路的輸出經(jīng)電阻接過載控制和自鎖(5)比較器的輸入第一端；當(dāng)所述12V電壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載過流或短路時，輸出將被拉低，12V電源負(fù)載比較(6)產(chǎn)生特定電平，使過載控制和自鎖(5)電路動作，發(fā)出關(guān)斷開關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)的信號，同時驅(qū)動故障指示(7)點亮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動車電源短路保護電路，其特征是:緊貼電瓶負(fù)極GND連接取樣元件(I)的第一端，取樣元件(I)第二端與開關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)串聯(lián)后，連接到負(fù)載(包括主負(fù)載、12V電源負(fù)載)總地線LGND，所述半導(dǎo)體電子開關(guān)控制極分別與電鎖開關(guān)控制(3)、過載控制和自鎖(5)電路的輸出電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動車電源短路保護電路，其特征是:取樣元件(I)為康銅絲，開關(guān)組件(2)中的半導(dǎo)體電子開關(guān)使用增強型N溝道場效應(yīng)管，其柵極即所述控制極，漏極、源極即開關(guān)兩極，且源極接取樣元件(I)的第二端，漏極接負(fù)載總地線LGND。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電動車電源短路保護電路，其特征是:故障指示(7)為發(fā)光二極管，且安裝在電動車儀表面板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電動車電源短路保護電路，其特征是:所述電鎖開關(guān)控制(3)、取樣比較(4)、過載控制和自鎖(5)和12V電源負(fù)載比較(6)中的第一至第四比較電路所用比較器，同用一片四運放的LM324構(gòu)建。
【文檔編號】H02H3/06GK104167709SQ201310207021
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月19日
【發(fā)明者】黃三元 申請人:黃三元