專利名稱：負(fù)載短路保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保護(hù)電路，更具體地說，涉及一種用于太陽能控制器的負(fù)載短路保護(hù) 電路。
背景技術(shù)：
太陽能分布于世界各地，是最清潔的能源之一，為此太陽能發(fā)電一直都是能源研 究的一個(gè)熱點(diǎn)。最近幾年以美國等國家為首倡導(dǎo)的低碳、綠色環(huán)保運(yùn)動，太陽能發(fā)電比以往 發(fā)展更為迅速了。太陽能發(fā)電由四部分組成太陽能電池板、蓄電池和充放電控制器及負(fù)載。而充放 電控制器的功能有(1)將太陽能電池板的電量按照蓄電池的充電方式充到蓄電池中；(2) 管理蓄電池的電量；(3)保護(hù)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。市面上的太陽能充放電控制器具有如有如下的特點(diǎn)種類多樣，中小功率的應(yīng)用 居多，尤其應(yīng)用在路燈系統(tǒng)上面。對于大功率的系統(tǒng)，其中一個(gè)技術(shù)的難點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)負(fù)載的 短路保護(hù)功能。由于大功率系統(tǒng)的瞬間短路電路較大，一些市面上的控制器無短路保護(hù)的功能。 對于具備短路保護(hù)功能的大功率太陽能控制器，其方案可以歸納為三種(1)方案一最原始的短路保護(hù)方式就是在蓄電池的正端或者負(fù)端串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn) 管，通過保險(xiǎn)管的熔斷來起到短路保護(hù)的作用；方案一結(jié)構(gòu)簡單且易于實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)明顯保險(xiǎn)管要求是大功率快熔的，成本較 高，同時(shí)要求回路上的MOS管抗大電流沖擊能力較高，增加了 MOS管器件的選型難度和成 本。(2)方案二 在功率回路上串聯(lián)一個(gè)1_5πιΩ的檢流電阻，然后通過運(yùn)放比較器電 路產(chǎn)生一個(gè)短路中斷的脈沖電平給單片機(jī)，再由單片機(jī)來斷開回路的MOS管來實(shí)現(xiàn)短路保 護(hù)；如圖1所示。方案二用到了檢流電阻，使得負(fù)載回路的阻抗增加，降低了回路的供電效率。同 時(shí)，大功率的檢流電阻成本較高。(3)方案三不要檢流電阻，利用MOS管通過大電流后，在內(nèi)部阻抗的作用下D端 的電壓會抬高，再通過一個(gè)比較巧妙的三極管電路，產(chǎn)生關(guān)斷MOS管的電壓，結(jié)合單片機(jī)的 控制來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)和短路保護(hù)。如圖2所示。與方案三類似的結(jié)構(gòu)在一些國外的產(chǎn)品(如德國Steca的塔龍系列太陽能控制 器)中有應(yīng)用。圖3為德國Steca的塔龍系列30A太陽能控制器的短路保護(hù)及控制部分 的電路圖。當(dāng)正常導(dǎo)通時(shí)，單片機(jī)引腳MCU控制輸出低電平，Q4截止使得Q2正常導(dǎo)通從而 使負(fù)載回路導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通后，只要負(fù)載端不短路且無過大的電流，Q2的漏極電壓< 0. 5V使 得Q4繼續(xù)保持截止，從而維持Q2的導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)短路大電流后，Q2的漏極電壓接近于 蓄電池的電壓(10V-30V)，在Q4的基極和發(fā)射極的作用下，Q4端的電壓為0. 7V，Q4導(dǎo)通導(dǎo) 致Q2截止，從而達(dá)到了短路保護(hù)的目的。短路保護(hù)后需要自動恢復(fù)單片機(jī)引腳MCU控制
4除了具備I/O功能外，還具有AD采樣功能，單片機(jī)每隔幾十毫秒采樣一次該引腳(采樣時(shí) 引腳是懸空輸入狀態(tài)，采樣過后恢復(fù)為輸出引腳；作為AD采樣功能時(shí)，MCU控制及Rl可以 認(rèn)為是懸空的，因此正常情況下Q4還是截止而Q2導(dǎo)通的)，當(dāng)單片機(jī)檢測到有短路保護(hù)時(shí) (MCU控制端的電壓> 0. 6V)，MCU控制引腳設(shè)置為輸入懸空狀態(tài)，那么如果短路繼續(xù)存在的 話，R6兩端是短接的，Q4繼續(xù)導(dǎo)通使得Q2截止；MCU控制每隔10秒鐘輸出一個(gè)低電平，如 果短路保護(hù)仍然存在，則Q4繼續(xù)導(dǎo)通使得Q2不導(dǎo)通；如果短路保護(hù)去除了，那么Q4就會截 止使得Q2正常導(dǎo)通。方案三比較好，但通過對德國Steca的塔龍系列30A太陽能控制器的短路測試發(fā) 現(xiàn)，短路關(guān)斷速度太快但沒有相應(yīng)的措施，造成蓄電池接線端子處出現(xiàn)了瞬間的高壓(根 據(jù)接線的粗細(xì)和長度不同，瞬間高壓也不一樣，最高可達(dá)到70V甚至更高)，而MOS管的耐壓 器件為55V，該瞬間的高壓如果超過MOS管的耐壓極限，則存在擊穿MOS管而損壞器件的可 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的用于太陽能控制器的負(fù)載短路保 護(hù)電路成本高、降低回路的供電效率以及易出現(xiàn)瞬間高壓損壞器件的缺陷，提供一種成本 低、不會增加負(fù)載回路的阻抗以及具有消除瞬間高壓的用于太陽能控制器的負(fù)載短路保護(hù) 電路。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種負(fù)載短路保護(hù)電路，連接 在蓄電池和負(fù)載電路之間，其中包括用于蓄電池反接保護(hù)的MOS管保護(hù)電路；用于檢測負(fù)載電路短路的短路檢測電路；根據(jù)所述短路檢測電路的檢測結(jié)果發(fā)出開關(guān)信號的單片機(jī)；以及根據(jù)所述開關(guān)信號使所述負(fù)載電路導(dǎo)通或斷開的MOS管開關(guān)電路。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述短路檢測電路包括比較器以及參考電 壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路連接到所述比較器的第一輸入端，所述MOS管保護(hù)電 路的第一 MOS管的源極連接到所述比較器的第二輸入端，所述比較器的輸出端連接到所述 單片機(jī)的第一輸入端。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述第一 MOS管的源極經(jīng)所述MOS管開關(guān) 電路的第二 MOS管連接到所述負(fù)載電路，所述第一 MOS管的柵極連接到所述蓄電池的正極， 所述第一 MOS管的漏極連接到所述蓄電池的負(fù)極。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述短路檢測電路還包括所述比較器保護(hù) 電路，所述比較器保護(hù)電路包括第二穩(wěn)壓管以及第二濾波電容，所述第二穩(wěn)壓管的陽極接 地，陰極連接到所述比較器的第二輸入端；所述第二濾波電容連接在所述第二穩(wěn)壓管的兩端。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述MOS管開關(guān)電路還包括使所述第二 MOS管導(dǎo)通或截止的導(dǎo)通關(guān)閉電路；所述第二 MOS管的源極連接到所述第一 MOS管的源極， 所述第二 MOS管的漏極連接到所述負(fù)載電路，所述第二 MOS管的柵極連接到所述導(dǎo)通關(guān)閉 電路。
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在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述導(dǎo)通關(guān)閉電路為采用驅(qū)動IC的驅(qū)動 電路。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述導(dǎo)通關(guān)閉電路包括第一三極管、第 二三極管、第一二極管以及第三三極管，所述第一三極管的發(fā)射極連接到所述單片機(jī)的輸 出端，所述第一三極管的基極連接到標(biāo)準(zhǔn)電源，所述第一三極管的集電極連接到所述第 二三極管的基極，所述第二三極管的發(fā)射極連接到驅(qū)動電源，所述第二三極管的集電極連 接到所述第一二極管的陽極，所述第一二極管的陰極連接到所述第二 MOS管的柵極；所述 第三三極管的發(fā)射極連接到所述第二 MOS管的柵極，所述第三三極管的基極連接到所述第 一二極管的陽極，所述第三三極管的集電極連接到所述第一 MOS管的源極。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述負(fù)載短路保護(hù)電路還包括當(dāng)所述MOS 管開關(guān)電路斷開所述負(fù)載電路時(shí)，用于接通所述負(fù)載電路的自恢復(fù)檢測電路，所述自恢復(fù) 檢測電路包括第三分壓電阻以及第四分壓電阻，所述第三分壓電阻與所述第四分壓電阻的 連接節(jié)點(diǎn)連接到所述蓄電池的負(fù)極，所述第三分壓電阻的另一端連接到所述蓄電池的正 極，所述第四分壓電阻的另一端接地，所述第三分壓電阻與所述第四分壓電阻的連接節(jié)點(diǎn) 連接到所述單片機(jī)的第二輸入端。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述負(fù)載短路保護(hù)電路還包括瞬態(tài)高壓抑 制電路，所述瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入瞬態(tài)高壓抑制電路和輸出瞬態(tài)高壓抑制電路，所 述輸入瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入穩(wěn)壓電容，所述輸出瞬態(tài)高壓抑制電路包括第二二極管 以及輸出穩(wěn)壓電容，所述輸入穩(wěn)壓電容連接在所述蓄電池的正極和負(fù)極之間，所述第二二 極管的陰極連接到所述負(fù)載電路的陽極，所述第二二極管的陽極連接到所述負(fù)載電路的陰 極，所述輸出穩(wěn)壓電容與所述負(fù)載電路并聯(lián)。在本發(fā)明所述的負(fù)載短路保護(hù)電路中，所述輸入瞬態(tài)高壓抑制電路還包括連接在 所述蓄電池的正極和負(fù)極之間的TVS管、壓敏電阻或熱敏電阻。實(shí)施本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路，具有以下有益效果通過雙MOS管組成的MOS管 保護(hù)電路和MOS管開關(guān)電路以及短路檢測電路使得本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路成本低，短 路檢測電路檢測MOS管保護(hù)電路的導(dǎo)通阻抗，不會增加負(fù)載回路的阻抗。短路檢測電路的結(jié)構(gòu)做到快速響應(yīng)的同時(shí)，也簡化了負(fù)載功率回路的結(jié)構(gòu)。MOS管 保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)防止蓄電池反接時(shí)對負(fù)載電路及負(fù)載短路保護(hù)電路的破壞。比較器保護(hù)電 路的設(shè)置保護(hù)了短路檢測電路中的比較器不會由于大電流而被燒毀。MOS管開關(guān)電路的設(shè) 置使得第二 MOS管通過導(dǎo)通關(guān)閉電路對單片機(jī)的信號做出快速響應(yīng)。采用驅(qū)動IC驅(qū)動第 二 MOS管給了用戶更多的選擇余地。采用分離器件構(gòu)造的導(dǎo)通關(guān)閉電路成本低，開關(guān)速度 可調(diào)。自恢復(fù)檢測電路使得負(fù)載電路短路后可以自動恢復(fù)，減小了短路故障的次數(shù)，更加接 近實(shí)際的應(yīng)用要求。瞬態(tài)高壓抑制電路消除了短路保護(hù)關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的高壓毛刺。在蓄電池 的正極和負(fù)極之間連接TVS管、壓敏電阻或熱敏電阻可以更好的消除短路保護(hù)關(guān)斷時(shí)出現(xiàn) 的高壓毛刺。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中通過在功率回路上串聯(lián)檢流電阻的負(fù)載短路保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中通過MOS管和短路探測的組合實(shí)現(xiàn)自動短路保護(hù)的負(fù)載短路保 護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中通過MOS管和短路探測的組合實(shí)現(xiàn)自動短路保護(hù)的負(fù)載短路保 護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的單片機(jī)的判斷流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，所述負(fù)載短路保護(hù) 電路連接在蓄電池BTl和負(fù)載電路之間，所述負(fù)載短路保護(hù)電路包括MOS管保護(hù)電路1、短 路檢測電路2、單片機(jī)以及MOS管開關(guān)電路3，M0S管保護(hù)電路1用于蓄電池反接保護(hù)，短路 檢測電路2用于檢測負(fù)載電路短路，單片機(jī)用于根據(jù)短路檢測電路2的檢測結(jié)果發(fā)出開關(guān) 信號，MOS管開關(guān)電路3用于根據(jù)所述開關(guān)信號使所述負(fù)載電路導(dǎo)通或斷開。本負(fù)載短路保 護(hù)電路工作時(shí)，由MOS管保護(hù)電路1保證蓄電池的正接工作，如蓄電池反接則MOS管保護(hù)電 路1中的第一 MOS管Q6截止導(dǎo)致整個(gè)蓄電池和負(fù)載電路不工作，起到反接保護(hù)的作用；短 路檢測電路2通過檢測第一 MOS管Q6的導(dǎo)通阻抗判斷是否有大電流以及大電流的時(shí)間通 過負(fù)載電路來判斷負(fù)載電路否短路，如負(fù)載電路上出現(xiàn)大電流并持續(xù)一段時(shí)間(如2ms，與 負(fù)載上電瞬間的沖擊電流區(qū)分開來，沖擊電流也可能會高于動作電流，但持續(xù)時(shí)間都很短， 微秒級)，則將檢測結(jié)果發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)所述檢測結(jié)果關(guān)閉MOS管開關(guān)電路3中的 第二 MOS管Q4以斷開負(fù)載電路，起到負(fù)載短路保護(hù)作用。通過雙MOS管組成的MOS管保護(hù) 電路1和MOS管開關(guān)電路3以及短路檢測電路2使得本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路成本低， 短路檢測電路檢測MOS管保護(hù)電路的導(dǎo)通阻抗，不會增加負(fù)載回路的阻抗。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，短路檢測電路2包括 比較器U2D和參考電壓產(chǎn)生電路，參考電壓產(chǎn)生電路連接到比較器U2D的第一輸入端，MOS 管保護(hù)電路1的第一 MOS管Q6的源極連接到比較器U2D的第二輸入端，比較器U2D的輸出 端連接到單片機(jī)的第一輸入端。本短路檢測電路2的工作原理如下短路檢測點(diǎn)為第一MOS 管Q6的源極，檢測電阻為第一 MOS管Q6的導(dǎo)通阻抗，一般在3-10毫歐；比較器U2D的參 考電壓由第一分壓電阻R28、第二分壓電阻R30分壓產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)生短路的時(shí)候，第一 MOS管 Q6的源極會產(chǎn)生較大的電壓，當(dāng)電流升到一定程度時(shí)，第一 MOS管Q6的源極的電壓也隨之 高于參考電壓，使得比較器U2D的輸出端INT2為低電平，單片機(jī)探測到INT2有下降沿后， 立即通過Q4_SW來控制MOS管開關(guān)電路3斷開負(fù)載電路。該部分的電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要為參 考電壓的選取(由第一分壓電阻R28和第二分壓電阻R30分壓得到)，參考電壓與第一 MOS 管Q6的導(dǎo)通阻抗及動作電流有關(guān)，例如第一 MOS管Q6的導(dǎo)通阻抗為6毫歐，動作電流在 90A，那么參考電壓為6*90mV = 0. 54V。當(dāng)然，第一 MOS管Q6的導(dǎo)通阻抗不是一個(gè)精確的數(shù) 值，并且隨著溫度的改變而改變，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要以最惡劣的情況來設(shè)計(jì)，例如，第
7一 MOS管Q6的最高工作溫度為100°C，在該溫度下，第一 MOS管Q6的最高導(dǎo)通阻抗為6. 5 毫歐，要求在所有情況下，短路的動作電流均高于60A，那么參考電壓則要選取6. 5*60mV = 0. 39V，當(dāng)?shù)谝?MOS管Q6溫度較低時(shí)，動作電流也會隨之升高，那么可以計(jì)算該參考電壓下 的最大動作電流，來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合要求假設(shè)第一 MOS管Q6工作的最低溫度為-30°C， 最小的導(dǎo)通阻抗為4. 3毫歐，那么最大的動作電流=390mV/4. 3m Ω = 90. 7Α，檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì) 要求。短路檢測電路的結(jié)構(gòu)做到快速響應(yīng)的同時(shí)，也簡化了負(fù)載功率回路的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，第一 MOS管Q6的源 極經(jīng)MOS管開關(guān)電路3的第二 MOS管Q4連接到所述負(fù)載電路，第一 MOS管Q6的柵極連接 到所述蓄電池的正極，第一 MOS管Q6的漏極連接到所述蓄電池的負(fù)極。圖中的MOS管保護(hù) 電路1還包括第一限流電阻R8以及第一穩(wěn)壓管Ζ5，第一穩(wěn)壓管Ζ5的陰極通過第一限流電 阻R8連接到所述蓄電池的正極，第一穩(wěn)壓管Ζ5的陽極連接到第一 MOS管Q6的源極；第一 MOS管Q6的柵極通過第一限流電阻R8連接到所述蓄電池的正極。因此大功率系統(tǒng)一般都 采用這種結(jié)構(gòu)。蓄電池正接時(shí)，第一 MOS管Q6在第一限流電阻R8和第一穩(wěn)壓管Ζ5的作用 下為常導(dǎo)通狀態(tài)。MOS管保護(hù)電路的這種結(jié)構(gòu)可以很好的防止蓄電池反接時(shí)對負(fù)載電路及 負(fù)載短路保護(hù)電路的破壞。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，短路檢測電路2還包 括所述比較器保護(hù)電路，所述比較器保護(hù)電路包括第二穩(wěn)壓管Ζ8以及第二濾波電容C13， 第二穩(wěn)壓管Ζ8的陽極接地，陰極連接到比較器U2D的第二輸入端；第二濾波電容C13連接 在第二穩(wěn)壓管Ζ8的兩端。當(dāng)蓄電池反接時(shí)，會有較大的負(fù)壓加載在保護(hù)電阻R29上，第二 穩(wěn)壓管Ζ8將比較器U2D第二輸入端的電壓穩(wěn)定在-0. 6V -0. 7V而不受損壞；當(dāng)發(fā)生上述 情況時(shí)，會有較大的電壓加載在保護(hù)電阻R29兩端，為了滿足功耗的需要而不燒毀，保護(hù)電 阻R29應(yīng)該選取功率在0. 25W及以上。比較器保護(hù)電路的設(shè)置保護(hù)了短路檢測電路中的比 較器不會由于大電流而被燒毀。 如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，MOS管開關(guān)電路3還 包括使第二MOS管Q4導(dǎo)通或截止的導(dǎo)通關(guān)閉電路；第二MOS管Q4的源極連接到第一MOS管 Q6的源極，第二 MOS管Q4的漏極連接到負(fù)載電路，第二 MOS管Q4的柵極連接到所述導(dǎo)通關(guān) 閉電路。所述導(dǎo)通關(guān)閉電路也可采用驅(qū)動IC的驅(qū)動電路或其他用分離器件搭建的驅(qū)動電 路。如有分離器件搭建的導(dǎo)通關(guān)閉電路可以是包括第一三極管Τ4、第二三極管Τ5、第一二 極管D3以及第三三極管Τ8，第一三極管Τ4的發(fā)射極連接到所述單片機(jī)的輸出端，第一三 極管Τ4的基極連接到標(biāo)準(zhǔn)電源，第一三極管Τ4的集電極連接到第二三極管Τ5的基極，第 二三極管Τ5的發(fā)射極連接到驅(qū)動電源VSW，第二三極管Τ5的集電極連接到第一二極管D3 的陽極，第一二極管D3的陰極連接到第二 MOS管Q4的柵極；第三三極管Τ8的發(fā)射極連接 到第二 MOS管Q4的柵極，第三三極管Τ8的基極連接到第一二極管D3的陽極，第三三極管 Τ8的集電極連接到所述第一 MOS管Q6的源極。MOS管開關(guān)電路3的設(shè)置使得第二 MOS管 通過導(dǎo)通關(guān)閉電路對單片機(jī)的信號做出快速響應(yīng)。采用驅(qū)動IC驅(qū)動第二 MOS管給了用戶 更多的選擇余地。采用分離器件構(gòu)造的導(dǎo)通關(guān)閉電路成本低，開關(guān)速度可調(diào)。本導(dǎo)通關(guān)閉 電路還可包括第二限流電阻R9、第一偏置電阻R10、第三限流電阻R11、第四限流電阻R12以 及第二偏置電阻R60，第一三極管Τ4的發(fā)射極通過第二限流電阻R9連接到所述單片機(jī)的 輸出端，第一二極管D3的陰極通過第三限流電阻Rll連接到第二 MOS管Q4的柵極，第一偏置電阻RlO連接在第二三極管T5的發(fā)射極和基極之間，第三三極管T8的發(fā)射極通過第四 限流電阻R12連接到第二 MOS管Q4的柵極，第二偏置電阻R60連接在第三三極管T8的基 極和集電極之間。MOS管開關(guān)電路3工作原理如下需要導(dǎo)通負(fù)載回路時(shí)，Q4_Sff由單片機(jī) 輸出低電平，則第一三極管T4導(dǎo)通，在第一偏置電阻RlO的作用下第二三極管T5導(dǎo)通，驅(qū) 動電源VSW提供驅(qū)動電壓(例如+10V)，該電壓經(jīng)過第二三極管T5、第一二極管D3、第三限 流電阻Rll路徑加載到第二 MOS管Q4的柵極上，使得柵極對源極有驅(qū)動電壓(例如9. 3V)， 從而使第二 MOS管Q4導(dǎo)通；需要斷開負(fù)載回路時(shí)，Q4_SW由單片機(jī)輸出高電平，則第一三極 管T4和第二三極管T5截止，驅(qū)動電源VSW、第二三極管T5、第一二極管D3、第三限流電阻 Rll路徑是不導(dǎo)通的，在第二偏置電阻R60、第三三極管T8、第四限流電阻R12電路結(jié)構(gòu)的作 用下，第三三極管T8導(dǎo)通，第二 MOS管Q4的柵源極間的結(jié)電容通過第二偏置電阻R60、第 三三極管T8、第四限流電阻R12電路放電，使第二 MOS管Q4的柵源極間電壓由9. 3V變?yōu)?OV(VSW = IOV的情況下)，實(shí)現(xiàn)第二 MOS管Q4斷開。在該電路中，第三限流電阻Rll控制 第二 MOS管Q4導(dǎo)通的速度，而第四限流電阻R12控制第二 MOS管Q4關(guān)閉的速度，為了在短 路保護(hù)及自恢復(fù)時(shí)第二 MOS管Q4不因?yàn)殚_關(guān)速度慢而受損壞，第三限流電阻Rll和第四限 流電阻R12 —般為幾百歐姆，甚至幾十歐姆，這樣可以快速導(dǎo)通和快速關(guān)閉第二 MOS管Q4， 一般第二 MOS管Q4驅(qū)動信號Ves的上升時(shí)間和下降時(shí)間在10微秒以內(nèi)。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，所述負(fù)載短路保護(hù) 電路還包括當(dāng)MOS管開關(guān)電路3斷開所述負(fù)載電路時(shí)，用于接通所述負(fù)載電路的自恢復(fù)檢 測電路4，自恢復(fù)檢測電路4包括第三分壓電阻R39以及第四分壓電阻R40，第三分壓電阻 R39與第四分壓電阻R40的連接節(jié)點(diǎn)連接到所述蓄電池的負(fù)極，第三分壓電阻R39的另一 端連接到所述蓄電池的正極，第四分壓電阻R40的另一端接地，第三分壓電阻R39與第四分 壓電阻R4的連接節(jié)點(diǎn)連接到所述單片機(jī)的第二輸入端。自恢復(fù)檢測電路4工作原理如下 DISC_V0L的電壓分為兩種情況，當(dāng)負(fù)載電路短路時(shí)，蓄電池的電壓直接加載到第四分壓電 阻R40端，經(jīng)第三穩(wěn)壓管Zl的穩(wěn)壓后，DISC_V0L為5. 6V ；當(dāng)負(fù)載電路斷開即懸空時(shí)，DISC_ VOL的電壓值為第三分壓電阻R39和第四分壓電阻R40的分壓值，例如第三分壓電阻R39為 560K，第四分壓電阻R40為56K，蓄電池端電壓最高不超過33V，則DISC_V0L < 3V。自恢復(fù) 的過程如下當(dāng)負(fù)載電路發(fā)生短路保護(hù)以后，單片機(jī)探測DISC_V0L的電壓，當(dāng)仍然大于等 于5V時(shí)，則保持第二 MOS管Q4的關(guān)斷狀態(tài)；DISC_V0L的電壓小于4V時(shí)，則說明短路線路 被斷開了，重新導(dǎo)通負(fù)載電路，實(shí)現(xiàn)了自恢復(fù)。自恢復(fù)檢測電路使得負(fù)載電路短路后可以自 動恢復(fù)，減小了短路故障的次數(shù)，更加接近實(shí)際的應(yīng)用要求。如圖4所示，在本發(fā)明的負(fù)載短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖中，所述負(fù)載短路保護(hù) 電路還包括瞬態(tài)高壓抑制電路，瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入瞬態(tài)高壓抑制電路和輸出瞬態(tài) 高壓抑制電路，輸入瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入穩(wěn)壓電容C28，輸出瞬態(tài)高壓抑制電路包括 第二二極管D2以及輸出穩(wěn)壓電容C29，輸入穩(wěn)壓電容C28連接在所述蓄電池的正極和負(fù)極 之間，第二二極管D2的陰極連接到所述負(fù)載電路的陽極，第二二極管D2的陽極連接到所述 負(fù)載電路的陰極，輸出穩(wěn)壓電容C29與所述負(fù)載電路并聯(lián)。輸入瞬態(tài)高壓抑制電路還包括 連接在所述蓄電池的正極和負(fù)極之間的TVS管、壓敏電阻或熱敏電阻。瞬態(tài)高壓抑制電路 的工作原理如下短路保護(hù)關(guān)斷的瞬間，出現(xiàn)高壓毛刺(大于50V，持續(xù)I-IOus)，原因是 太陽能接線的電纜線有繼生電感存在，當(dāng)大電流通過后快速關(guān)斷，繼生電感的作用會產(chǎn)生
9較高的瞬間電壓，嚴(yán)重的可能會損壞MOS管等器件。為了吸收該瞬間電壓，在負(fù)載輸出端 加快速恢復(fù)的第二二極管D2和輸出穩(wěn)壓電容C29，第二二極管D2用來導(dǎo)流，輸出穩(wěn)壓電容 C29用來吸收毛刺；在蓄電池輸入端加TVS管和輸入穩(wěn)壓電容C28，用來吸收瞬間的高壓毛 刺。瞬態(tài)高壓抑制電路的TVS管也可以采用壓敏電阻或者熱敏電阻等器件，或者去除該器 件，加大輸入穩(wěn)壓電容C28的容值來處理。下面通過圖5的負(fù)載短路保護(hù)電路的單片機(jī)的判斷流程圖來說明本負(fù)載短路保 護(hù)電路的具體工作流程當(dāng)發(fā)生短路瞬間，短路電流急劇上升，升到比較器U2D定義的動作 電流后，比較器U2D會產(chǎn)生一個(gè)低電平給單片機(jī)的第一輸入端，單片機(jī)判斷該短路電流是 否持續(xù)一段時(shí)間(如2ms，與負(fù)載電路上電瞬間的沖擊電流區(qū)分開來，沖擊電流也可能會高 于動作電流，但持續(xù)時(shí)間都很短，微秒級的)，如果是，則進(jìn)行短路保護(hù)的動作斷開負(fù)載電 路回路，故障代碼報(bào)警。短路保護(hù)后的恢復(fù)通過探測DISC_V0L的電壓，一旦電壓低于4V，則 說明負(fù)載電路的短路已經(jīng)恢復(fù)了，負(fù)載電路回路重新導(dǎo)通。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均 同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種負(fù)載短路保護(hù)電路，連接在蓄電池和負(fù)載電路之間，其特征在于，包括用于蓄電池反接保護(hù)的MOS管保護(hù)電路(1)；用于檢測負(fù)載電路短路的短路檢測電路(2)；根據(jù)所述短路檢測電路(2)的檢測結(jié)果發(fā)出開關(guān)信號的單片機(jī)；以及根據(jù)所述開關(guān)信號使所述負(fù)載電路導(dǎo)通或斷開的MOS管開關(guān)電路(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述短路檢測電路(2)包括 比較器(U2D)以及參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路連接到所述比較器(U2D)的 第一輸入端，所述M0S管保護(hù)電路(1)的第一 M0S管(Q6)的源極連接到所述比較器(U2D) 的第二輸入端，所述比較器(U2D)的輸出端連接到所述單片機(jī)的第一輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述第一M0S管(Q6)的源 極經(jīng)所述M0S管開關(guān)電路(3)的第二 M0S管(Q4)連接到所述負(fù)載電路，所述第一 M0S管 (Q6)的柵極連接到所述蓄電池的正極，所述第一M0S管(Q6)的漏極連接到所述蓄電池的負(fù) 極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述短路檢測電路(2)還 包括所述比較器保護(hù)電路，所述比較器保護(hù)電路包括第二穩(wěn)壓管(Z8)以及第二濾波電容 (C13)，所述第二穩(wěn)壓管(Z8)的陽極接地，陰極連接到所述比較器(U2D)的第二輸入端；所 述第二濾波電容(C13)連接在所述第二穩(wěn)壓管(Z8)的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述M0S管開關(guān)電路(3)還 包括使所述第二 M0S管(Q4)導(dǎo)通或截止的導(dǎo)通關(guān)閉電路；所述第二 M0S管(Q4)的源極連接到所述第一 M0S管(Q6)的源極，所述第M0S管(Q4) 的漏極連接到所述負(fù)載電路，所述第M0S管(Q4)的柵極連接到所述導(dǎo)通關(guān)閉電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述導(dǎo)通關(guān)閉電路為采用 驅(qū)動IC的驅(qū)動電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述導(dǎo)通關(guān)閉電路包括第一三極管(T4)、第二三極管(T5)、第一二極管(D3)以及第 三三極管(T8)，所述第一三極管(T4)的發(fā)射極連接到所述單片機(jī)的輸出端，所述第一三 極管(T4)的基極連接到標(biāo)準(zhǔn)電源，所述第一三極管(T4)的集電極連接到所述第二三極管 (T5)的基極，所述第二三極管(T5)的發(fā)射極連接到驅(qū)動電源(VSW)，所述第二三極管(T5) 的集電極連接到所述第一二極管(D3)的陽極，所述第一二極管(D3)的陰極連接到所述第 M0S管(Q4)的柵極；所述第三三極管(T8)的發(fā)射極連接到所述第M0S管(Q4)的柵極，所 述第三三極管(T8)的基極連接到所述第一二極管(D3)的陽極，所述第三三極管(T8)的集 電極連接到所述第一 M0S管(Q6)的源極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述負(fù)載短路保護(hù)電路還 包括當(dāng)所述M0S管開關(guān)電路斷開所述負(fù)載電路時(shí)，用于接通所述負(fù)載電路的自恢復(fù)檢測電 路(4)，所述自恢復(fù)檢測電路(4)包括第三分壓電阻(R39)以及第四分壓電阻(R40)，所述 第三分壓電阻(R39)與所述第四分壓電阻(R40)的連接節(jié)點(diǎn)連接到所述蓄電池的負(fù)極，所 述第三分壓電阻(R39)的另一端連接到所述蓄電池的正極，所述第四分壓電阻(R40)的另 一端接地，所述第三分壓電阻(R39)與所述第四分壓電阻(R40)的連接節(jié)點(diǎn)連接到所述單 片機(jī)的第二輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述負(fù)載短路保護(hù)電路還 包括瞬態(tài)高壓抑制電路，所述瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入瞬態(tài)高壓抑制電路和輸出瞬態(tài)高 壓抑制電路，所述輸入瞬態(tài)高壓抑制電路包括輸入穩(wěn)壓電容(C28)，所述輸出瞬態(tài)高壓抑制 電路包括第二二極管(D2)以及輸出穩(wěn)壓電容(C29)，所述輸入穩(wěn)壓電容(C28)連接在所述 蓄電池的正極和負(fù)極之間，所述第二二極管(D2)的陰極連接到所述負(fù)載電路的陽極，所述 第二二極管(D2)的陽極連接到所述負(fù)載電路的陰極，所述輸出穩(wěn)壓電容(C29)與所述負(fù)載 電路并聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的負(fù)載短路保護(hù)電路，其特征在于，所述輸入瞬態(tài)高壓抑制電 路還包括連接在所述蓄電池的正極和負(fù)極之間的TVS管、壓敏電阻或熱敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)載短路保護(hù)電路，連接在蓄電池和負(fù)載電路之間，其中包括用于蓄電池反接保護(hù)的MOS管保護(hù)電路；用于檢測負(fù)載電路短路的短路檢測電路；根據(jù)所述短路檢測電路的檢測結(jié)果發(fā)出開關(guān)信號的單片機(jī)；以及根據(jù)所述開關(guān)信號使所述負(fù)載電路導(dǎo)通或斷開的MOS管開關(guān)電路。所述短路檢測電路包括比較器以及參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路連接到所述比較器的第一輸入端，所述MOS管保護(hù)電路的第一MOS管的源極連接到所述比較器的第二輸入端，所述比較器的輸出端連接到所述單片機(jī)的第一輸入端。本發(fā)明用于太陽能控制器的負(fù)載短路保護(hù)電路成本低、不會增加負(fù)載回路的阻抗以及具有消除瞬間高壓的功能。
文檔編號H02H3/06GK101944715SQ20101026811
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者林良有, 黎志 申請人:深圳拓邦股份有限公司