一种大功率等离子体直流电源过流保护电路

技术领域

本发明属于大功率直流开关电源设备技术领域，具体涉及一种大功率等离子体直流电源过流保护电路。

背景技术

大功率等离子体直流电源，在电源启动和运行过程中，由于人员操作失误、电子器件损坏等原因，电源异常输出电流过大，超过正常的阈值，产生故障，导致发生安全事故。

现有技术的保护时间难以达到所需要求。现有技术通常采用硬件电路对输出电流值进行采样，在软件程序中进行对比，对比之后如果发生过流，输出关闭信号切断IGBT。此技术用时较长，至少需10us，可能发生IGBT电流过大导致烧毁甚至操作人员发生安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，能够实时采集变压器原边电流并进行判断，实现电流的过流保护。

本发明所采用的技术方案是，一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，包括有依次连接的电流信号采样调节电路、比较电路及触发电路；

电流信号采样调节电路包括有整流桥单元及电阻单元，整流桥单元的第一端分别与电阻单元的第一端及比较电路连接，整流桥单元的第二端与电阻单元的第二端接地；

比较电路包括有比较器U13、电阻R122、电阻R124、电阻R125、电阻R127、电阻R131、电容C57、电容C63、电容C64、电容C65、电容C66、电容C67及15V供电电源；比较器U13的1号引脚及4号引脚接地；比较器U13的2号引脚分别与电阻R122的第一端及电阻R131的第一端连接，电阻R122的第二端与15V供电电源连接，电阻R131的第二端接地；比较器U13的2号引脚还通过电容C63接地；比较器U13的3号引脚与电阻R125的第一端连接，电阻R125的第二端与整流桥单元的第一端连接；比较器U13的7号引脚分别与触发电路及电阻R127的第一端连接，电阻R127的第二端连接与15V供电电源连接，比较器U13的7号引脚还通过电容C65接地，比较器U13的7号引脚与触发电路3之间设置有GLFS端口；比较器U13的8号引脚与15V供电电源连接；电容C66的第一端分别与电阻R124的第一端、触发电路及电容C67的第一端连接，电阻R124的第二端与15V供电电源连接，电容C66的第二端及电容C67的第二端接地；电容C57的第一端与15V供电电源连接，电容C57的第二端接地；

触发电路包括有触发器U11及电容C62，触发器U11的1号引脚接地；触发器U11的2号引脚与比较器U13的7号引脚连接；触发器U11的4号引脚与15V供电电源连接；触发器U11的5号引脚通过电容C62接地；触发器U11的6号引脚通过电容C66接地；触发器U11的7号引脚通过电容C67接地；触发器U11的8号引脚与15V供电电源连接。

本发明的特征还在于，

还包括有附属电路，附属电路包括有电阻R116、电阻R120、电阻R126、电阻R129、二极管D24、电容C56及三极管Q3；电阻R116的第一端与二极管D24的正极连接，二极管D24的负极接地；

电阻R120的第一端与GLX信号端口连接；电阻R126的第一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极与过流封锁信号FS端口连接，三极管Q3的发射极接地；电阻R116的第二端、电阻R120的第二端及电阻R126的第二端均与GL信号端口及触发器U11的3号引脚连接；电阻R129的第一端通过电容C56与GL信号端口及触发器U11的3号引脚连接；电阻R129的第二端接地。

整流桥单元包括有二级管D21、二级管D25、二级管D22及二级管D26；二级管D25的负极接地，二级管D25的正极与IA端口连接；二级管D21的负极与IA端口连接，二级管D21的正极与电阻R125的第二端连接；二级管D26的正极接地，二级管D26的负极与IB端口连接；二级管D22的正极与IB端口连接连接，二级管D22的负极与电阻R125的第二端连接；所述电阻单元包括有电阻R111、电阻R112、电阻R113及电阻R114；电阻R111的第一端、电阻R112的第一端、电阻R113的第一端及电阻R114的第一端均接地；电阻R111的第二端、电阻R112的第二端、电阻R113的第二端及电阻R114的第二端均与电阻R125的第二端连接。

比较器U13的型号为LM311D。

触发器U11的型号为SA55D。

三极管Q3的型号为PZT3904。

本发明的有益效果是：

1、本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，即先通过本地硬件检测过流信号，如发生过流直接通过硬件电路完成IGBT关断功能；关断之后再上传过流信号。

2、本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，可以在200ns之内完成过流保护功能。

3、本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路简单可靠，易于实现，稳定性高。

附图说明

图1是本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路的电路图。

图中，1.电流信号采样调节电路，2.比较电路，3.触发电路，4.报警电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，如图1所示，包括有依次连接的电流信号采样调节电路1、比较电路2及触发电路3；

电流信号采样调节电路1包括有整流桥单元及电阻单元，整流桥单元的第一端分别与电阻单元的第一端及比较电路连接，整流桥单元的第二端与电阻单元的第二端接地；

比较电路2包括有比较器U13、电阻R122、电阻R124、电阻R125、电阻R127、电阻R131、电容C57、电容C63、电容C64、电容C65、电容C66、电容C67及15V供电电源；比较器U13的1号引脚及4号引脚接地；比较器U13的2号引脚分别与电阻R122的第一端及电阻R131的第一端连接，电阻R122的第二端与15V供电电源连接，电阻R131的第二端接地；比较器U13的2号引脚还通过电容C63接地；比较器U13的3号引脚与电阻R125的第一端连接，电阻R125的第二端与整流桥单元的第一端连接；比较器U13的7号引脚分别与触发电路3及电阻R127的第一端连接，电阻R127的第二端连接与15V供电电源连接，比较器U13的7号引脚还通过电容C65接地，比较器U13的7号引脚与触发电路3之间设置有GLFS端口；比较器U13的8号引脚与15V供电电源连接；电容C66的第一端分别与电阻R124的第一端、触发电路3及电容C67的第一端连接，电阻R124的第二端与15V供电电源连接，电容C66的第二端及电容C67的第二端接地；电容C57的第一端与15V供电电源连接，电容C57的第二端接地；

触发电路3包括有触发器U11及电容C62，触发器U11的1号引脚接地；触发器U11的2号引脚与比较器U13的7号引脚连接；触发器U11的4号引脚与15V供电电源连接；触发器U11的5号引脚通过电容C62接地；触发器U11的6号引脚(THR)通过电容C66接地；触发器U11的7号引脚通过电容C67接地；触发器U11的8号引脚与15V供电电源连接。

还包括有报警电路4，报警电路4包括有电阻R116、电阻R120、电阻R126、电阻R129、二极管D24、电容C56及三极管Q3；电阻R116的第一端与二极管D24的正极连接，二极管D24的负极接地；

电阻R120的第一端与GLX信号端口连接；电阻R126的第一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极与过流封锁信号FS端口连接，三极管Q3的发射极接地；电阻R116的第二端、电阻R120的第二端及电阻R126的第二端均与GL信号端口及触发器U11的3号引脚连接；电阻R129的第一端通过电容C56与GL信号端口及触发器U11的3号引脚连接；电阻R129的第二端接地。

整流桥单元包括有二级管D21、二级管D25、二级管D22及二级管D26；二级管D25的负极接地，二级管D25的正极与IA端口连接；二级管D21的负极与IA端口连接，二级管D21的正极与电阻R125的第二端连接；二级管D26的正极接地，二级管D26的负极与IB端口连接；二级管D22的正极与IB端口连接连接，二级管D22的负极与电阻R125的第二端连接；所述电阻单元包括有电阻R111、电阻R112、电阻R113及电阻R114；电阻R111的第一端、电阻R112的第一端、电阻R113的第一端及电阻R114的第一端均接地；电阻R111的第二端、电阻R112的第二端、电阻R113的第二端及电阻R114的第二端均与电阻R125的第二端连接。

比较器U13的型号为LM311D。

触发器U11的型号为SA55D。

三极管Q3的型号为PZT3904。

本发明一种大功率等离子体直流电源过流保护电路，实时采集霍尔传感器(300:1)采样变压器原边电流并进行判断，实现电流的过流保护。包括电流信号采样调节电路，比较电路、触发电路及报警电路。电流信号调节电路将交流电流转换为直流并转换为电压信号，电压信号与比较电路的反向输入端进行电连接，比较电路的输出与触发电路的TRIG引脚电连接，完成保护动作。

IA，IB即为变压器原边采样电流，如图1所示，采样电流先经由整流桥单元整流后流经电阻单元，电流信号转为电压信号后输入至比较器U13反向输入端，与比较器U13同相输入端+3.75V比较；当变压器原边电流未超出限定最大电流(450A)，即反向输入电压低于+3.75V时，比较器U13输出高电平，当变压器原边电流超过450A，比较器U13反向输入电压超过+3.75V时，比较器U13输出低电平信号至触发器U11 SA555触发端，触发器U11输出高信号，即过流封锁信号FS至IGBT驱动，直接封锁IGBT驱动，完成电源输出封锁。同时通过过流显示信号GLX将过流信号输出至PLC，PLC接收过流信号后，立刻报过流故障报警。

变压器原边电流经霍尔传感器缩小后输出至电流信号采样调节电路，即IA和IB端口。电流采样调节电路包括四个二极管D21、二极管D22、二极管D25、二极管D26，四个二极管组成整流桥，将交流电流信号转换为直流电流信号，输出与电阻R111、电阻R112、电阻R113、电阻R114并联电阻连接，将电流信号转换为电压信号。转换后的电压信号与比较电路的反向输入端通过电阻R125连接，连接至比较器U13的3号引脚。比较器U13的2号引脚连接两个电阻R122和电阻R131，将15V电压信号进行分压，得到3.75V。比较器U13的8号引脚连接15V供电电源，4号引脚和1号引脚接地。比较器U13的7号引脚为输出端，连接触发器U11的2号引脚，并通过电容C65接地。触发器U11位触发电路，4号引脚和8号引脚连接15V供电电源，6号引脚通过电容C66接地，7号引脚通过电容C67接地，5号引脚通过C62接地，1号引脚直接接地，3号引脚为触发器U11的输出端口，连接电阻R116、电阻R120和电阻R126。电阻R116后连接发光二极管D24，用于故障报警灯；电阻R120后为GLX信号，为上传传输至PLC信号；电阻R126后连接电阻R129和三极管Q3，三极管Q3输出驱动封锁信号封锁IGBT驱动，完成保护动作。

对过流保护功能进行验证，在IA，IB端口输入有效值为2A的电流信号模拟过流环境，在实验中可以观测到，加入过流信号后180ns时刻，过流保护电路的输出端口FS发生电平翻转，关闭IGBT驱动信号，完成过流保护动作。