具有防反接功能的容性负载预充电控制模块

技术领域

本发明涉及容性负载预充电控制模块，尤其是涉及具有防反接功能的容性负载预充电控制模块。

背景技术

在控制大功率容性负载上电时，会有较大电流冲击，导致供电电源断电保护。由于容性负载电路不具备防反接功能，一旦输入端电源正、负极接反，则会导致后级容性负载反接损坏。并且，由于容性负载的容性大小不一致使得预充电时间不一，若充电时间过长则会造成热敏及晶体管温度无谓升高，甚至击穿；若充电时间过短则负载电压较低，不能有效解决上电冲击问题，预充电时间不能准确控制。同时，供电电源反接不易被发现，造成负载损坏且电路开关不受控。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有防反接功能的容性负载预充电控制模块，提高容性负载预充电的安全可靠性。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述具有防反接功能的容性负载预充电控制模块，包括单片机、负载开关控制单元、充电阈值检测单元；

所述负载开关控制单元用于接收所述单片机发送的接通驱动电源信号，并判断输入的所述驱动电源正、负极接线的正确性，当驱动电源正、负极接线正确时将驱动电源接入容性负载，当驱动电源正、负极接线反接时，断开驱动电源；

所述充电阈值检测单元，用于设定容性负载充电电压的阈值，并判断驱动电源正、负极接线的正确性；当容性负载充电电压达到所述阈值时，向单片机发送容性负载充电完成信号；当驱动电源正、负极接线反接时，单片机可通过预设时间判断并向上位机发送驱动电源正、负极反接信号。

所述负载开关控制单元包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和第一光电耦合器U1；所述第一MOS管Q1源极经热敏电阻R1与所述驱动电源正极连接，第一MOS管Q1栅极经电阻R4、热敏电阻R1与驱动电源正极连接，第一MOS管Q1漏极与容性负载正极连接，并经分压电阻R6、R7与所述第二MOS管Q2源极连接；第二MOS管Q2栅极经电阻R9和热敏电阻R1与驱动电源正极连接，第二MOS管Q2漏极与驱动电源负极连接；所述第一光电耦合器U1的发光二极管正极经电阻R2与所述单片机输出端连接，所述容性负载负极经第一光电耦合器U1的光电三极管发射极、集电极和电阻R5、R4、热敏电阻R1与驱动电源正极连接；所述充电阈值检测单元包括第二光电耦合器U2和比较放大器U3；所述比较放大器U3的比较输入端与所述分压电阻R6低电位端连接，比较放大器U3的高电位端经所述第二光电耦合器U2的发光二极管、电阻R3与第一MOS管Q1漏极连接，比较放大器U3的低电位端与所述容性负载负极连接；第二光电耦合器U2的光电三极管集电极与单片机信号输入端连接，第二光电耦合器U2的光电三极管发射极接数字地。

优选地，所述第一MOS管为PMOS管。

本发明实现了防止容性负载预充电时电源的反接，提高了容性负载预充电的安全可靠性。容性负载预充电过程中对负载的充电电压自动检测，到达充电阈值后反馈信号给单片机，避免了因充电时间过长造成热敏及晶体管温度无谓升高甚至击穿。同时，在供电电源反接时给予提示。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本发明所述具有防反接功能的容性负载预充电控制模块，包括单片机、负载开关控制单元1、充电阈值检测单元2。

所述负载开关控制单元1用于接收单片机发送的接通驱动电源3信号，并判断输入的驱动电源3正、负极接线的正确性，当驱动电源3正、负极接线正确时将驱动电源3接入容性负载，当驱动电源3正、负极接线反接时断开驱动电源3。

所述充电阈值检测单元2，用于设定容性负载充电电压的阈值，并判断驱动电源3正、负极接线的正确性；当容性负载充电电压达到设定阈值时，向单片机发送容性负载充电完成信号；当驱动电源3正、负极接线反接时，延时设定时间后向单片机发送驱动电源3正、负极反接信号。

负载开关控制单元1包括第一MOS管Q1、第二MOS Q2和第一光电耦合器U1；第一MOS管Q1源极经热敏电阻R1与驱动电源正极连接，第一MOS管Q1栅极经电阻R4、热敏电阻R1与驱动电源正极连接，第一MOS管Q1漏极与容性负载正极连接，并经分压电阻R6、R7与第二MOS管Q2源极连接；第二MOS管Q2栅极经电阻R9和热敏电阻R1与驱动电源3正极连接，第二MOS管Q2漏极与驱动电源3负极连接；第一光电耦合器U1的发光二极管正极经电阻R2与单片机输出端连接，容性负载负极经第一光电耦合器U1的光电三极管发射极、集电极和电阻R5、R4、热敏电阻R1与驱动电源3正极连接。

充电阈值检测单元2包括第二光电耦合器U2和比较放大器U3；比较放大器U3的比较输入端与分压电阻R6低电位端连接，比较放大器U3的高电位端经第二光电耦合器U2的发光二极管、电阻R3与第一MOS管Q1漏极连接，比较放大器U3的低电位端与容性负载负极连接；第二光电耦合器U2的光电三极管集电极与单片机信号输入端连接，第二光电耦合器U2的光电三极管发射极接数字地。

本发明选用MOS管相比采用二极管防反接在大功率负载中有较大优势，MOS管有极小的导通电阻，在工作状态下不会在负载端产生较大电压降。

当驱动电源3正接时第二MOS管Q2立即导通，驱动电源3的GND端通过第二MOS管Q2与容性负载的负极连通。

当单片机输出高电平时，第一光电耦合器U1导通，将第一MOS管Q1导通，驱动电源3的+24V通过热敏电阻R1、第一MOS管Q1的源极、漏极与容性负载的正极连通，对容性负载充电。热敏电阻R1设置的原理是：随着容性负载充电时间的延长，热敏电阻R1温度随之升高而阻值随之降低，因此有效的控制了充电电流的缓慢上升，减小了给容性负载带来的电流冲击。

当单片机输出低电平时，第一光电耦合器U1和第一MOS管Q1关闭，从而将容性负载正极与驱动电源3的+24V断开。

当驱动电源3反接时，第一、第二MOS管Q1、Q2的栅极均与驱动电源3的GND端连接，因此，第一、第二MOS管Q1、Q2均关闭，驱动电源3不能向容性负载供电；同时，第一MOS管Q1不再受第一光电耦合器U1的控制，达到防反接目的。

预充电完成检测：分压电阻R6、R7串联后与容性负载并联，分压电阻R6的低电位端连接比较放大器U3的比较输入端，当容性负载充电电压上升达到比较放大器U3的阈值后，比较放大器U3导通将第一光电耦合器U2的打开，单片机输入端电平将被拉低，此电平信号告知单片机预充电已完成，即可开始后续控制动作。

驱动电源3反接检测：在驱动电源3反接情况下，当单片机输出高电平时第一、第二MOS管Q1、Q2均处于关闭状态，故比较放大器U3的比较输入端电压不能够达到阈值，单片机输入端电平不能被拉低，当单片机输出高电平后经过一个设定的时间后输入端仍然没有被拉低，则单片机向上位机发出驱动电源3反接或损坏信号。