專利名稱：一種蓄電池短路過流保護單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及短路、過流保護電路技術領域，特別是一種用于太陽能光伏路燈照明系統(tǒng)及太陽能光伏路城市亮化工程中的蓄電池短路過流保護單元。
背景技術：
在當前全球能源緊張的今天，新能源的利用和傳統(tǒng)能源的節(jié)能，已經(jīng)是各國政府必須考慮的問題。太陽能是目前最普遍和廉價的清潔能源之一。太陽能照明系統(tǒng)就是利用太陽能光伏原理，白天利用太陽能電池板對蓄電池充電。夜晚，用充到蓄電池中的電能來點亮燈具。由于一旦蓄電池短路時，在短時間內會釋放出巨大的能量，所以蓄電池短路的有效保護，以及讓各種類型的負載可靠工作，就是我們必須面對的問題。在太陽能照明系統(tǒng)中，實現(xiàn)蓄電池保護最關鍵的部件就是控制器和恒流源，控制器的穩(wěn)定可靠直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。目前大多數(shù)太陽能控制器都采用熱熔保險絲來應對負載短路。這種方法的缺點是一旦負載短路，保險絲燒毀(同時MOS管基本上也同時損壞)，不可恢復，對于用戶來說相當于控制器損壞。也有用自恢復保險絲的，但是由于負載短路瞬間，短路電流在20(Γ300Α甚至更高，自恢復保險絲的反應速度根本無法有效保護控制器不被損壞。為了解決以上問題，我們考慮到“電子保險絲”，在這里，“電子保險絲”必須符合以下要求反應速度快，必須在短路瞬間迅速切斷電源，反應時間必須在5 us以內；由于要驅動容性負載，必須考慮其特性，防止誤保護，這就要求在啟動瞬間允許較大的電流通過； 可恢復，在發(fā)生短路后，根據(jù)工作狀態(tài)可以自動解除保護。
發(fā)明內容針對現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型提供一種蓄電池短路過流保護單元，其不僅反應迅速，且保護的禁能和使能皆可控，保證短路保護后可恢復正常工作狀態(tài)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種蓄電池短路過流保護單元， 包括中央處理器、短路過流保護模塊、可控開關以及可控開關驅動模塊；短路過流保護模塊與可控開關串接在蓄電池與負載的公共端之間；可控開關包括控制輸入端，可控開關驅動模塊連接可控開關的控制輸入端，從而控制可控開關的導通或關斷；中央處理器控制短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的啟動或關閉；短路過流保護模塊啟動時，可檢測蓄電池與負載之間通過的電流大小，并根據(jù)檢測到的電流值輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊，進而控制可控開關的關斷；同時短路過流保護模塊輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。優(yōu)選的，本實用新型中短路過流保護模塊包括比較器、第一三極管和第二三極管； 比較器的兩個輸入端分別連接直流電壓和蓄電池的公共端；第一三極管和第二三極管的基極皆連接比較器的輸出端；第一三極管的集電極可輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊；第二三極管的集電極可輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。當發(fā)生負載短路時，比較器輸出高電平并自鎖，同時第一三極管和第二三極管導通，可控開關驅動模塊接收到觸發(fā)關斷信號后，關斷可控開關；中央處理器接收到保護狀態(tài)信號。進一步的，本實用新型所述中央處理器采用微處理器單元，微處理器單元可以采用現(xiàn)有的單片機。中央處理器對短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的啟動或關閉的控制，通過單片機引腳輸出控制信號來實現(xiàn)控制信號可以為電平或者脈沖信號。具體的， 當短路過流保護模塊檢測到過流情況時，中央處理器接收到保護狀態(tài)信號后，可通過一定次數(shù)的，重啟短路過流保護模塊和可控開關驅動模塊來解除保護的操作，確定負載短路情況是否真實存在如果存在負載短路情況則保持可控開關關斷，以便對負載短路事件進行排除解決；如果負載短路情況不存在，則可控開關導通，負載得電正常運行。這種控制邏輯結構可保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，相關單片機控制程序可利用現(xiàn)有成熟編程技術實現(xiàn)。更進一步的，本實用新型所述可控開關為MOS管開關，MOS管開關包括MOS管，MOS 管的柵極連接蓄電池，漏極連接負載，源極即可控開關的控制輸入端。MOS管可為現(xiàn)有技術的N溝道MOS管，在應用時，本實用新型中的可控開關驅動模塊通過控制柵極和源極之間的電壓來控制可控開關的導通或關斷。本實用新型在啟動時可以由中央處理器啟動可控開關驅動模塊，使負載得電；同時啟動短路過流保護模塊，對蓄電池和負載之間通過的電流進行監(jiān)視。當負載短路或過流時，短路保護模塊將自動斷開負載，并自鎖使得觸發(fā)關斷信號持續(xù)輸出，保證可控開關在中央處理器干預前一直處于關斷的保護狀態(tài)；同時短路過流保護模塊通知中央控制器負載已經(jīng)短路或過載，進入保護狀態(tài)；中央控制器接收到保護狀態(tài)信號后，在需要解除保護時，可以先關閉可控開關驅動模塊，再關閉短路過流保護模塊。本實用新型的有益效果為I.由于短路過流保護模塊是可以“自鎖”的，就是說一旦發(fā)生負載短路，短路保護模塊會輸出觸發(fā)關斷的信號，并能夠一直保持這種狀態(tài)，直到中央控制器進行“干預”，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。2.在故障排除后，由中央控制器控制短路保護模塊以及可控開關驅動模塊的重啟，可控制的短路過流保護模塊，使得本實用新型可以適應各種容性、感性或阻性負載。3.短路保護模塊在短路的時候，可以在幾個微秒內迅速反應，及時關閉輸出，不會損壞任何元件，且中央處理器可通過對短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的控制實現(xiàn)控制電路的自行恢復。

圖I所示為本實用新型結構原理示意圖；圖2所示為本實用新型中短路過流保護模塊電路原理圖；圖3所示為本實用新型中可控開關及其驅動電路模塊電路原理圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內容更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實施方式
做進一步描述。結合圖1，本實用新型包括中央處理器、短路過流保護模塊、可控開關以及可控開關驅動模塊；短路過流保護模塊與可控開關串接在蓄電池與負載的公共端之間；可控開關包括控制輸入端，可控開關驅動模塊連接可控開關的控制輸入端，從而控制可控開關的導通或關斷；中央處理器控制短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的啟動或關閉；短路過流保護模塊啟動時，可檢測蓄電池與負載之間通過的電流大小，并根據(jù)檢測到的電流值輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊，進而控制可控開關的關斷；同時短路過流保護模塊輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。圖2和圖3所示分別為本實用新型一種具體實施例中的短路過流保護模塊電路原理圖和可控開關及其驅動電路模塊電路原理圖。其中R7、Q3、R8、Rl5、Q7、D2、Q8、R9、D3組成高速的可控開關驅動模塊電路，用來驅動由MOS管Q14和電阻RlO組成的MOS管開關。短路過流保護模塊電路由 U1B、R36、DIO、R37、R48、R53、C7、R55、Q15、R29、Q16 組成。結合圖2，短路過流保護模塊包括比較器U1B、第一三極管Q15和第二三極管 Q16 ；，比較器可選用現(xiàn)有的比較器產(chǎn)品LM2094，其一個輸入端通過電阻R48連接直流電壓 VCC，另一個輸入端通過限流電阻連接蓄電池的公共端；第一三極管Q15和第二三極管Q16 的基極皆連接比較器UlB的輸出端；當發(fā)生負載短路時，比較器UlB輸出高電平并自鎖，同時第一三極管Q15和第二三極管Q16導通，第一三極管Q15輸出觸發(fā)關斷信號CTT_0FF至可控開關驅動模塊，使得可控開關關斷；第二三極管Q16輸出保護狀態(tài)信號INT_0FF至中央處理器接收到。本實用新型中央處理器采用微處理器單元，微處理器單元可以采用現(xiàn)有的單片機。結合圖2和圖3，中央處理器對短路過流保護模塊的控制，通過單片機引腳輸出控制電平信號Reference來實現(xiàn)；對可控開關驅動模塊的控制通過單片機引腳輸出電平或脈沖信號PWM3來實現(xiàn)。應用時可以由中央處理器啟動可控開關驅動模塊，使負載得電；同時將 Reference置低，使能短路過流保護模塊；當短路過流保護模塊檢測到過流情況時，即當發(fā)生短路或電流超過保護值，如本實用新型實施例中的保護值12A時，比較器UlB的輸出端， 即7腳輸出高電平，使Q15、Q16導通，Q15導通立刻輸出觸發(fā)關斷信號，同時Q16導通通知中央處理器已經(jīng)進入保護狀態(tài)。中央處理器接收到保護狀態(tài)信號后，可通過一定次數(shù)的，重啟短路過流保護模塊和可控開關驅動模塊來解除保護的操作，確定負載短路情況是否真實存在對短路保護狀態(tài)的解除即解除短路過流保護模塊中比較器的輸出鎖定，中央處理器通過將Reference置為高電平來實現(xiàn)；如果存在負載短路情況則保持可控開關關斷，以便對負載短路事件進行排除解決；如果負載短路情況不存在，則可控開關導通，負載得電正常運行。具體的，如果已經(jīng)進入保護狀態(tài)，中央處理器可以先關閉可控開關驅動模塊，再將 reference置高，來解除保護，中央處理器的相關控制通過單片機編程實現(xiàn)。如圖3所示，本實用新型中的可控開關為MOS管開關，MOS管開關由MOS管Q14和電阻RlO組成，MOS管Q14的柵極連接蓄電池，漏極連接負載，源極即可控開關的控制輸入端。MOS管為現(xiàn)有的N溝道MOS管，在應用時，本實用新型中的可控開關驅動模塊通過控制柵極S和源極G之間的電壓來控制可控開關的導通或關斷?？煽亻_關模塊的電路也可以為其他形式，只要根據(jù)觸發(fā)關斷信號CUT_0FF以及中央處理器的控制信號PWM，能實現(xiàn)MOS管的導通或關斷即可。本實用新型中所述具體實施案例僅為本實用新型的較佳實施案例而已，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應作為本實用新型的技術范疇。
權利要求1.一種蓄電池短路過流保護單元，其特征是，包括中央處理器、短路過流保護模塊、可控開關以及可控開關驅動模塊；短路過流保護模塊與可控開關串接在蓄電池與負載的公共端之間；可控開關包括控制輸入端，可控開關驅動模塊連接可控開關的控制輸入端，從而控制可控開關的導通或關斷；中央處理器控制短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的啟動或關閉；短路過流保護模塊啟動時，可檢測蓄電池與負載之間通過的電流大小，并根據(jù)檢測到的電流值輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊，進而控制可控開關的關斷；同時短路過流保護模塊輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。
2.根據(jù)權利要求I所述的蓄電池短路過流保護單元，其特征是，短路過流保護模塊包括比較器、第一三極管和第二三極管；比較器的兩個輸入端分別連接直流電壓和蓄電池的公共端；第一三極管和第二三極管的基極皆連接比較器的輸出端；第一三極管的集電極可輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊；第二三極管的集電極可輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的蓄電池短路過流保護單元，其特征是，可控開關為MOS管開關，MOS管開關包括MOS管，MOS管的柵極連接蓄電池，漏極連接負載，源極即可控開關的控制輸入端。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的蓄電池短路過流保護單元，其特征是，中央處理器采用微處理器單元。
專利摘要本實用新型公開一種蓄電池短路過流保護單元，其包括中央處理器、短路過流保護模塊、可控開關以及可控開關驅動模塊；短路過流保護模塊與可控開關串接在蓄電池與負載的公共端之間；可控開關包括控制輸入端，可控開關驅動模塊可控制可控開關的導通或關斷；中央處理器控制短路過流保護模塊以及可控開關驅動模塊的啟動或關閉；短路過流保護模塊啟動時，可檢測蓄電池與負載之間通過的電流大小，并根據(jù)檢測到的電流值輸出觸發(fā)關斷信號至可控開關驅動模塊，進而控制可控開關的關斷；同時短路過流保護模塊輸出保護狀態(tài)信號至中央處理器。本實用新型可在短路瞬間迅速切斷電源，工作穩(wěn)定可靠；且能夠根據(jù)工作狀態(tài)自動解除保護實現(xiàn)電路的自恢復。
文檔編號H02H3/08GK202353187SQ201120495949
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權日2011年12月3日
發(fā)明者易寧 申請人:南京普天大唐信息電子有限公司