一种本安电源过流及短路保护电路制造技术

一种本安电源过流及短路保护电路，包括：主电流开关电路，电流镜像副电路，副电路电流采样电阻，采样电压移位电路，短路检测反馈电路，滞回比较器电路，微电流开关电路组成。由电流镜像副电路以一定的比例复制主路电流，通过检测电流镜电路的电流大小获得主路电流大小；通过对镜像电路的采样电压移位，并与短路检测反馈分别接入滞回比较器的输入端，过流或短路发生时滞回比较器输出信号，关断主电流开关截止负载主电流，实现过流或短路保护，同时启动微电流开关，使得故障消除后电路能够自动恢复正常。

An over-current and short-circuit protection circuit for intrinsically safe power supply

The invention relates to an overcurrent and short-circuit protection circuit of intrinsically safe power supply, which comprises a main current switch circuit, a current mirror sub circuit, a current sampling resistance of a sub circuit, a sampling voltage shift circuit, a short-circuit detection feedback circuit, a hysteresis comparator circuit and a micro current switch circuit. The current of the main circuit is copied by the current mirror sub circuit in a certain proportion, and the current of the main circuit is obtained by detecting the current of the current mirror circuit; the sampling voltage of the mirror circuit is shifted, and the input of the hysteresis comparator is connected with the short-circuit detection feedback respectively, the output signal of the hysteresis comparator occurs in the over-current or short-circuit, and the main current switch is turned off to cut off the load main current Over current or short-circuit protection, at the same time, start the micro current switch, so that the circuit can automatically return to normal after the fault is eliminated.

【技术实现步骤摘要】
一种本安电源过流及短路保护电路
本专利技术专利涉及本质安全性的电源保护电路设计，特别应用于煤矿井下本质安全便携测量仪器的供电保护。
技术介绍
本质安全电路是指在标准规定条件下（包括正常工作和规定的故障条件）产生的任何火花或任何热效应均不能点燃爆炸性气体环境的电路。在煤炭、石油、天然气开采等存在易燃、易爆气体危险行业的各类通信、监控、测量仪器、仪表和自动化等系统设备的供电电源必须满足防爆要求，由于本质安全型电源是防爆的最佳形式，所以对其性能要求较高。本安电源在设计中充分地考虑电源电路输出电压和电流以及功率情况，防止过压或过流产生的火花点燃井下可燃气体，造成设备和人员的损坏和伤亡。根据国家标准GB3836.4-2000规定要求，本质安全型电路的各种指标主要有：输出电压或电流不能点燃周围可燃性气体；本质安全电路和非本质安全电路之间必须有可靠的电气隔离，甚至有些场所要求采用双重或三重过压过流保护电路，提高电路工作的安全系数。此外，有些工作电器要求具有自恢复功能，即故障排除后能自动回复到正常工作状态。目前常用的本质安全型电源保护电路形式包括限流型保护，减流型保护，截止型保护。截止型过流保护电路在过流或短路故障时，能够快速的彻底截断火花能量的来源，具有很好的限能效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单、安全、可靠的快速截断火花能量的主电流的保护电路，同时提供微电流使得故障消除后电路自动恢复工作。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括：主电流开关电路，电流镜像副电路，副电路电流采样电阻，采样电压移位电路，短路检测反馈电路，滞回比较器电路，微电流开关电路组成。由电流镜像副电路以一定的比例复制主路电流，通过检测电流镜电路的电流大小获得主路电流大小；通过对镜像电路的采样电压移位，并与短路检测反馈分别接入滞回比较器的输入端，过流或短路发生时滞回比较器输出信号，关断主电流开关截止负载主电流，实现过流或短路保护，同时启动微电流开关，使得故障消除后电路能够自动恢复正常。所述的主电流开关电路是由大功率PMOS场效应管控制负载工作电流开关，源极S连接电源，漏级D接负载。所述的电流镜像副电路由小功率PMOS场效应管串接检测电阻实现，其中小功率PMOS场效应管栅极G对接主路的大功率PMOS场效应管栅极G，源极S连接电源，小功率PMOS场效应管漏极D接检测电阻，然后接入负载，从而得到一个比负载工作电流小许多倍的微电流源。所述的电流采样电路是上述小功率PMOS场效应管的串接检测电阻，通过检测电阻电压降实现计算主电流大小的目的。所述的电平移位功能由晶体管组合网络来完成，实现镜像电流源检测电阻的电压移位至1/2左右，低于负载正常工作时的短路检测电路反馈电位。同时电压移位电路中采用电位锁存功能，保证电路在短路期间检测电阻无电流状态锁定电位，使得滞回比较能够稳定工作。所述的电平移位与短路检测电路输出端分别接入滞回比较器的“+”极和“-”极。电路正常工作时，短路检测电路输出端电位大于检测电阻的电压移位，比较器输出低电平；若发生短路，短路检测电路输出端电位小于检测电阻的电压移位，电压比较器输出高电平。同样，若主电流增加，电流镜像电流同比例增加，采样电阻的检测电压相应增加，若超过了滞回比较电路的“-”输入端，使得滞回比较器输出低电平，达到短路检测电路输出端电位大于检测电阻的电压移位，比较器输出低电平。上述滞回比较器输出高电平信号关断主路的大功率PMOS场效应管，实现短路故障截止电流的作用，同时开启微电流开关并串接一个固定限流二极管接入负载保障短路检测电路正常工作，实现故障消除后负载输出端电位大于检测电阻的电压移位，电压比较器重新输出低电平开启主路的大功率PMOS场效应管，实现短路故障消除后电路恢复正常状态，同时确保短路故障期间关断P功率管的高可靠性。所述的比较器采用滞回比较器，采用滞回比较器可确保过流及短路保护电路工作稳定性，即关断保护和恢复正常工作之间有一定的电压门限，确保过流及短路保护电路工作稳定性。本专利技术技术的有益效果是：与现有技术相比，一是在限制本安电源电流大小基础上，确保负载在短路故障下能够关断功率MOS管，减少短路发生时系统损失的功耗；二是采用电流镜电路小比例复制主功率管控制的主路电流，通过检测电阻获得主路电流大小，由于电流镜电路电流较小，减少了电路中的发热源；三是电路具有短路检测和过流检测双重功能，切通过调整电流镜电阻大小可以达到调整过流阈值大小；四是电路具有动作响应快、自动恢复，即使存在大量噪声也能够有效地实现本安输出保护，能够保证电源精确可靠工作的优点；五是通过共用短路检测电路或滞回比较器电路和串联主电流开关，或者通过串联本安电源过流及短路保护电路，实现双重或三重过流短路保护目的。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的电路原理框图。图2是本专利技术一种具体实现方式的电路图。图3是本专利技术一种具体实现方式的集成电路图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，一种本安电源过流及短路保护电路，包括：主电流开关电路，电流镜像副电路，电流采样电路，采样电压移位电路，短路检测反馈电路，滞回比较器电路，微电流开关电路组成，从电源的正极获取过流及短路保护信号，即输入电流和输出电流共负极。如图2所示，一种本安电源过流及短路保护电路，其中主电流开关电路是大功率P沟道MOS管Q2，电流镜像副电路是小功率P沟道MOS管Q5，Q5管以一定的比例复制大率管Q2的电流，通过电流采样电阻POT转化为检测电压；由晶体管Q6、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12和Q13完成电平移位功能和锁存功能，然后接入滞回比较电路的“+”极输入端；R1、R2和R6为短路检测反馈电路，然后接入滞回比较电路的“-”极输入端；Q6和Q7组成二极管连接形式的共源级放大电路，对微电流开关电路Q1控制，其中微电流开关电路的二极管限制电流大小，然后由Q3反相电路控制主电流开关及其电流镜开关。如图2所示，正常工作时，MOS管Q2和Q5的栅级电位为高电平，电路系统的正常工作，由于采样电阻POT接入副电流，故流过电流较小，实现减少了电路中的发热源的目的。如图2所示，一旦发生短路，短路检测电路将反馈为低电平，滞回比较器“-”输入端电位为0V，因比较器的“+”输入端电位大于0V，最终比较器的输出为高电平，进而关断MOS管Q2和Q5，同时开启微电流开关Q1，从而使得整个负载限制为微电流大小，实现本安电源的短路保护。如图2所示，实现短路保护后，Q2和Q5管将关断；电压移位电路的Q8、Q9、Q10、Q11、Q12和Q13组成电位锁存功能，保证电路在短路期间在Q5管关断状态下滞回比较“+”输入端的电压始终高于比较器的“-”输入端电压，即使存在电路噪声，使得比较器输出电压始终为低电平，保障电路在短路发生期间始终都能关断P功率管，实现保护电路的可靠性。如图2所示，当短路发生时，开启微电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种本安电源过流及短路保护电路，包括：主电流开关电路，电流镜像副电路，电流采样电路，采样电压移位电路，短路检测反馈电路，滞回比较器电路，微电流开关电路组成，其特征在于：由电流镜副电路以一定的比例复制主路电流，通过检测电流镜电路的电流大小获得主路电流大小；通过对镜像电路的采样电压移位，并与短路检测反馈分别接入滞回比较器，若过流或短路故障，关断主电流开关，实现电源路保护，同时启动固定限流微电流开关，使得故障消除后电路能够自动恢复正常。/n

【技术特征摘要】
1.一种本安电源过流及短路保护电路，包括：主电流开关电路，电流镜像副电路，电流采样电路，采样电压移位电路，短路检测反馈电路，滞回比较器电路，微电流开关电路组成，其特征在于：由电流镜副电路以一定的比例复制主路电流，通过检测电流镜电路的电流大小获得主路电流大小；通过对镜像电路的采样电压移位，并与短路检测反馈分别接入滞回比较器，若过流或短路故障，关断主电流开关，实现电源路保护，同时启动固定限流微电流开关，使得故障消除后电路能够自动恢复正常。


2.根据权利要求1所述的一种本安电源过流及短路保护电路，其特征在于：主功率管控制的主路电流是由大功率PMOS场效应管控制负载工作电流开关，源极S连接电源，漏级D接负载，电流镜像副电路由小功率PMOS场效应管串接检测电阻实现，其中小功率PMOS场效应管栅极G对接主路的大功率PMOS场效应管栅极G，源极S连接电源，小功率PMOS场效应管漏极D接检测电阻，然后接入负载，从而得到一个比负载工作电流小许多倍的微电流源。


3.根据权利要求1所述的一种本安电源过流及短路保护电路，其特征在于：电流采样电路是由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓斌，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41