一种母线过压保护电路的制作方法

1.本技术涉及电路领域，尤其涉及一种母线过压保护电路。


背景技术：

2.现代织机织造可分为五大运动：开口、引纬、打纬、送经和卷取。在间歇性的引纬运动中，纱线所承受的引纬张力波动非常强烈，对于低强度纱，有可能导致织机难以工作，因此，储纬器应运而生。储纬器是无梭织机纬向系统中的关键部件，主要配合织机完成引纬运动，具有自主定长，提高入纬效率，均衡纬纱张力的作用，在高速引纬条件下使用性能优异的高速电子储纬器格外重要。
3.但是，储纬器在间歇性运动的过程中，在紧急制动时将反馈较大的能量使储纬器母线电压急剧升高，尤其在双喷工艺下，不同高速运转的储纬器需不断的启动和制动，车速越快，紧急制动时回馈的能量越多，更容易导致其母线电压过高。与储纬器母线类似，很多电路环境下的母线在电路运行过程中，存在母线电压短时间内迅速升高的情况，进而导致电路中的器件损坏，影响系统性能。因此，设计一种可靠的母线过电压保护电路尤为重要。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种母线过压保护电路，用以解决母线电压迅速升高，进而导致器件损坏的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种母线过压保护电路，包括检测子电路、基准源产生子电路和过压保护子电路；所述检测子电路，根据母线的电压信号生成母线检测信号，并将所述母线检测信号传输给所述过压保护子电路；所述基准源产生子电路，根据所述母线的电压信号生成基准源信号，并将所述基准源信号传输给所述过压保护子电路；所述过压保护子电路，在由内部电源供电时，根据所述母线检测信号和所述基准源信号，吸收所述母线的电压超过电压阈值时的多余能量，以保证所述母线的电压小于或等于所述电压阈值。
6.可选地，所述过压保护子电路包括逻辑信号产生模块、驱动模块和能量吸收模块；所述逻辑信号产生模块，在由所述内部电源供电时，根据所述母线检测信号和所述基准源信号生成逻辑信号，并将所述逻辑信号传输给驱动模块；所述驱动模块，在由所述内部电源供电时，根据所述逻辑信号生成驱动信号，并将所述驱动信号传输给能量吸收模块；所述能量吸收模块，根据所述驱动信号，吸收所述母线的电压超过所述电压阈值时的多余能量，以保证所述母线的电压小于或等于所述电压阈值。
7.可选地，所述逻辑信号产生模块包括信号比较单元和稳压单元；所述信号比较单元，在由所述内部电源供电时，对所述母线检测信号和所述基准源信号进行比较，生成比较结果信号，并将所述比较结果信号传输所述稳压单元；所述稳压单元，对所述比较结果信号稳压后生成所述逻辑信号，并将所述逻辑信号传输给所述驱动模块。
8.可选地，所述检测子电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的第一端连接
所述母线，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端；所述第二电阻的第二端接地；所述第二电阻的第一端输出所述母线检测信号。
9.可选地，所述基准源产生子电路包括第三电阻和第一稳压管；所述第三电阻的第一端连接所述母线，所述第三电阻的第二端连接所述第一稳压管的负极；所述第一稳压管的正极接地；所述第三电阻的第二端输出所述基准源信号。
10.可选地，所述信号比较单元包括第四电阻、第五电阻、第一二极管和比较器；所述第四电阻的第一端连接所述基准源产生子电路，用于接收所述基准源产生子电路传输的所述基准源信号；所述第四电阻的第二端连接所述比较器的正向输入端；所述比较器的负向输入端连接所述检测子电路，用于接收所述检测子电路传输的所述母线检测信号；所述第五电阻的第一端连接所述第四电阻的第二端，所述第五电阻的第二端连接所述第一二极管的正极；所述第一二极管的负极连接所述比较器的输出端；所述比较器的电源端连接所述内部电源，所述比较器的输出端输出所述比较结果信号。
11.可选地，所述稳压单元包括第六电阻和第二稳压管；所述第六电阻的第一端连接所述信号比较单元，用于接收所述信号比较单元传输的所述比较结果信号；所述第六电阻的第二端连接所述第二稳压管的正极；所述第二稳压管的负极连接所述驱动子电路；所述第二稳压管的负极输出所述逻辑信号；或者，所述第二稳压管的正极连接所述信号比较单元，用于接收所述信号比较单元传输的所述比较结果信号；所述第二稳压管的负极连接所述第六电阻的第一端；所述第六电阻的第二端连接所述驱动子电路；所述第六电阻的第二端输出所述逻辑信号。
12.可选地，所述驱动模块包括第十二电阻、第三三极管、第七电阻、第三稳压管和第九电阻；所述第十二电阻的第一端连接所述第三三极管的基极，所述第十二电阻的第二端连接所述第三三极管的发射极；所述第三三极管的基极连接所述逻辑信号产生模块，用于接收所述逻辑信号产生模块传输的所述逻辑信号；所述第三三极管的发射极连接所述内部电源；所述第三三极管的集电极连接所述第七电阻的第一端；所述第七电阻的第二端连接所述第三稳压管的负极；所述第三稳压管的正极接地；所述第九电阻的第一端连接所述第三稳压管的负极，所述第九电阻的第二端接地；所述第七电阻的第二端输出所述驱动信号。
13.可选地，所述能量吸收模块包括第八电阻和第二金属氧化物半导体场效应晶体管；所述第八电阻的第一端连接所述母线，所述第八电阻的第二端连接所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极；所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接所述驱动模块，用于接收所述驱动模块传输的所述驱动信号；所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地。
14.可选地，所述第三三极管为pnp型三极管。
15.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本技术实施例提供的该电路，检测子电路通过母线电压生成母线检测信号，以及基准源产生子电路通过母线电压生成基准源信号，过压保护子电路根据母线检测信号和基准源信号，吸收母线的电压超过电压阈值时的多余能量，以保证母线的电压小于或等于电压阈值。
16.当母线电压迅速升高时，通过该母线过压保护电路，能够吸收多余能量，使母线电压降低至合理水平，避免母线所在电路中的相关元器件损坏。同时，母线检测信号和基准源信号均是通过母线电压生成的，尤其是基准源信号通过母线电压生成，相对于使用与母线
无关的电源信号作为基准源来说，进一步保证了检测母线电压升高的准确性和灵敏性，从而提高母线过压保护的可靠性。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例中提供的母线过压保护电路结构连接示意图一；
20.图2为本技术实施例中提供的过压保护子电路内部结构连接示意图；
21.图3为本技术实施例中提供的逻辑信号产生模块内部结构连接示意图；
22.图4为本技术实施例中提供的母线过压保护电路具体结构连接示意图二；
23.图5为本技术实施例中提供的示波器波形示意图一；
24.图6为本技术实施例中提供的示波器波形示意图二；
25.图7为本技术实施例中提供的示波器波形示意图三；
26.图8为本技术实施例中提供的母线过压保护电路具体结构连接示意图三。
27.附图标记：
28.101
‑
检测子电路，102
‑
基准源产生子电路，103
‑
过压保护子电路，1031
‑
逻辑信号产生模块，1032
‑
驱动模块，1033
‑
能量吸收模块，1031
‑1‑
信号比较单元，1031
‑2‑
稳压单元，r1
‑
第一电阻，r2
‑
第二电阻，r3
‑
第三电阻，z1
‑
第一稳压管，r4
‑
第四电阻，r5
‑
第五电阻，d1
‑
第一二极管，u1
‑
比较器，r6
‑
第六电阻，z2
‑
第二稳压管，r12
‑
第十二电阻，q3
‑
第三三极管，r7
‑
第七电阻，z3
‑
第三稳压管，r9
‑
第九电阻，r8
‑
第八电阻，q2
‑
第二金属氧化物半导体场效应晶体管，e6
‑
第六电容，r31
‑
第三十一电阻，r32
‑
第三十二电阻，r81
‑
第八十一电阻，r82
‑
第八十二电阻，q21
‑
第二十一n
‑
mosfet，q22
‑
第二十二n
‑
mosfet。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.本技术实施例中提供的母线过压保护电路，用于对母线进行过压保护，以防止母线所在电路运行过程中，母线电压过高，造成该电路中的元器件损坏。
31.一个实施例中，如图1所示，母线过压保护电路包括检测子电路101、基准源产生子电路102和过压保护子电路103。图1中以一条粗线表示母线。
32.检测子电路101，根据母线的电压信号生成母线检测信号，并将母线检测信号传输给过压保护子电路103；基准源产生子电路102，根据母线的电压信号生成基准源信号，并将基准源信号传输给过压保护子电路103；过压保护子电路103，在由内部电源供电时，根据母线检测信号和基准源信号，吸收母线的电压超过电压阈值时的多余能量，以保证母线的电
压小于或等于电压阈值。
33.一个实施例中，如图2所示，过压保护子电路103包括逻辑信号产生模块1031、驱动模块1032和能量吸收模块1033。图2中以一条粗线表示母线。
34.逻辑信号产生模块1031，在由内部电源供电时，根据母线检测信号和基准源信号生成逻辑信号，并将逻辑信号传输给驱动模块1032；驱动模块1032，在由内部电源供电时，根据逻辑信号生成驱动信号，并将驱动信号传输给能量吸收模块1033；能量吸收模块1033，根据驱动信号，吸收母线的电压超过电压阈值时的多余能量，以保证母线的电压小于或等于电压阈值。
35.一个实施例中，如图3所示，逻辑信号产生模块1031包括信号比较单元1031
‑
1和稳压单元1031
‑
2。图3中以一条粗线表示母线。信号比较单元1031
‑
1，在由内部电源供电时，对母线检测信号和基准源信号进行比较，生成比较结果信号，并将比较结果信号传输稳压单元1031
‑
2；稳压单元1031
‑
2，对比较结果信号稳压后生成逻辑信号，并将逻辑信号传输给驱动模块1032。
36.一个实施例中，如图4所示，检测子电路101包括第一电阻r1和第二电阻r2。图4中以一条粗线表示母线。
37.第一电阻r1的第一端连接母线，第一电阻r1的第二端连接第二电阻r2的第一端；第二电阻r2的第二端接地；第二电阻r2的第一端输出母线检测信号。
38.一个实施例中，如图4所示，基准源产生子电路102包括第三电阻r3和第一稳压管z1。
39.第三电阻r3的第一端连接母线，第三电阻r3的第二端连接第一稳压管z1的负极；第一稳压管z1的正极接地；第三电阻r3的第二端输出基准源信号。
40.一个实施例中，如图4所示，比较单元包括第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1和比较器u1。图4中，标示vcc的端子表示连接至内部电源。
41.第四电阻r4的第一端连接基准源产生子电路102，用于接收基准源产生子电路102传输的基准源信号；第四电阻r4的第二端连接比较器u1的正向输入端；比较器u1的负向输入端连接检测子电路101，用于接收检测子电路101传输的母线检测信号；第五电阻r5的第一端连接第四电阻r4的第二端，第五电阻r5的第二端连接第一二极管d1的正极；第一二极管d1的负极连接比较器u1的输出端；比较器u1的电源端连接内部电源，比较器u1的输出端输出比较结果信号。
42.一个实施例中，如图4所示，稳压单元1031
‑
2包括第六电阻r6和第二稳压管z2。第六电阻r6的第一端连接信号比较单元1031
‑
1，用于接收信号比较单元1031
‑
1传输的比较结果信号；第六电阻r6的第二端连接第二稳压管z2的正极；第二稳压管z2的负极连接驱动子电路；第二稳压管z2的负极输出逻辑信号。
43.或者，第二稳压管z2的正极连接信号比较单元1031
‑
1，用于接收信号比较单元1031
‑
1传输的比较结果信号；第二稳压管z2的负极连接第六电阻r6的第一端；第六电阻r6的第二端连接驱动子电路；第六电阻r6的第二端输出逻辑信号。
44.一个实施例中，如图4所示，驱动模块1032包括第十二电阻r12、第三三极管q3、第七电阻r7、第三稳压管z3和第九电阻r9。
45.第十二电阻r12的第一端连接第三三极管q3的基极，第十二电阻r12的第二端连接
第三三极管q3的发射极；第三三极管q3的基极连接逻辑信号产生模块1031，用于接收逻辑信号产生模块1031传输的逻辑信号；第三三极管q3的发射极连接内部电源；第三三极管q3的集电极连接第七电阻r7的第一端；第七电阻r7的第二端连接第三稳压管z3的负极；第三稳压管z3的正极接地；第九电阻r9的第一端连接第三稳压管z3的负极，第九电阻r9的第二端接地；第七电阻r7的第二端输出驱动信号。
46.一个实施例中，如图4所示，能量吸收模块1033包括第八电阻r8和第二金属氧化物半导体场效应晶体管(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，简称mosfet)q2。
47.第八电阻r8的第一端连接母线，第八电阻r8的第二端连接第二金属氧化物半导体场效应晶体管q2的漏极；第二金属氧化物半导体场效应晶体管q2的栅极连接驱动模块1032，用于接收驱动模块1032传输的驱动信号；第二金属氧化物半导体场效应晶体管q2的源极接地。
48.一个实施例中，如图4所示，第三三极管q3为pnp型三极管。
49.一个具体的实施例中，母线过压保护电路用于对储纬器母线进行保护。母线过压保护电路的具体元器件和连接关系如图4所示，其中，q3为pnp型三极管，q2为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(negative channel
‑
metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，简称n
‑
mosfet)。
50.本实施例中，储纬器的母线电压为v
cw
，r1和r2为采样电阻，采集母线电压后，通过r2的第一端输出母线检测信号，此时，母线检测信号为电压信号vn，vn输入至比较器u1的反向输入端。
51.r3为限流电阻，r3的第一端连接母线，z1为稳压管，z1的正极接地，z1的负极连接r3，使得z1工作在反向击穿区，通过z1的稳压作用，将经过r3的母线电压稳定在v
z1
，此时基准源信号则为稳定的电压信号v
z1
。r4和r5为滞环电阻，v
z1
经过滞环电阻r4输入比较器u1的正向输入端，此时，正向输入端输入的电压为vp。r4、d1、r5和比较器u1形成一个滞环比较器电路。比较器u1根据vp和vn的大小关系，输出电压vo。d1为二极管，d1的负极连接比较器u1的输出端，d1的正极连接r5的第二端，d1起到同向滞环的作用。r6为限流电阻，在比较器u1输出为高电平时，使得q3工作在饱和区，处于截止状态。z2为稳压管，v
cc
为内部电源，r9为q2的泄放电阻，r12为q3的泄放电阻，r7为q2的驱动电阻，z3为稳压管，r8为吸收/制动电阻。
52.当织机系统处于稳态时，即母线电压v
cw
没有大的波动时，由图4可知，母线检测电压，即比较器u1的反向输入电压vn如下：
[0053][0054]
比较器u1的正向输入电压vp如下：
[0055]
vp＝v
z1
。
[0056]
通过调整r1、r2、r3的阻值，在织机系统稳态时，比较器u1同相输入端电压vp始终大于反向输入端电压vn，即vp>vn，此时，比较器u1输出的vo为高电平，则三极管q3的基极为高电平。由于q3为pnp型三极管，则q3处于截止状态，q3的集电极为低电平，则q2的栅极为低电平。由于q2为n
‑
mosfet，则q2也处于截止状态。
[0057]
当储纬器紧急制动使得母线电压v
cw
过高时，vp不变，vn升高，进而使比较器u1同相
输入端电压vp小于反向输入端电压vn，即vp<vn，此时，比较器u1输出的电压vo降低；当vo为低电平时，q3发射极的电压为内部电源电压，通过z2的稳压作用，保持q3的基极的电压小于q3发射极的电压，q3导通，q3的集电极变为高电平，则q2的栅极为高电平，q2导通，吸收电阻r8通过q2吸收母线上多余的能量，使母线电压降低。在此过程中，q2栅极的驱动电压被稳压管z3钳位于一个稳定的电压v
z3
，稳压管z3起到稳定驱动电压和保护开关管的作用。
[0058]
在比较器u1输出的vo为低电平期间，忽略二极管d1的压降情况下，作为基准源信号的电压vp的电压值如下：
[0059][0060]
基准滞环电压δu1的值如下：
[0061][0062]
对应的母线滞环电压δu2的值如下：
[0063][0064]
本实施例中，为了避免母线电压vcw和内部电源电压vcc由于上电延时造成的影响，相对于比较器u1同向输入端由vcc输入，本技术采用比较器u1同向输入端由母线电压vcw生成。母线电压在正常范围内时，比较器u1同相端输入端电压始终大于反向输入端电压，三极管q3和开关管q2关断。
[0065]
本实施例中，比较器u1输出端与三极管q3的基极之间串入稳压管z2，且z2的正极经过r6连接比较器u1的输出端，z2的负极接pnp型三极管q3的基极。若比较器u1的输出电压为vo，pnp型三极管q3的发射极电压为ve，q3导通时发射极与基极之间的电压为veb，稳压管z2的电压为v
z2
，只有当ve>veb v
z2
vo时，pnp型三极管q3和开关管q2才导通，从而使得在系统上电或者掉电期间，三极管q3不会由于电源延时而误导通，进一步确保了系统在上电或者掉电期间的逻辑正确性。例如，当内部电源vcc上电延时时，ve为低电平，不满足ve>veb v
z2
vo，则q3不会导通。
[0066]
一个实施例中，母线过压保护电路用于对储纬器母线进行保护时，将图4所示电路中，各元器件的性能参数按照需要选定后，应用至织机系统进行实验，通过示波器得到实验电压波形图。
[0067]
如图5所示，织机系统上电时，内部电源的电压vcc的波形变化如图5所示，10v/div表示内部电源电压在示波器上显示的一个刻度为10v；储纬器母线电压v
cw
的波形变化如图5所示，50v/div表示母线电压在示波器上显示的一个刻度为50v；q2栅极和源极之间的电压(即栅源电压)vgs的波形变化如图5所示，5v/div表示栅源电压在示波器上显示的一个刻度为5v。由图5可知，在织机系统上电过程中，q2始终处于截止状态，母线过压保护电路内部电平变化符合设计逻辑，避免了上电时的误导通。
[0068]
如图6所示，织机系统掉电时，内部电源的电压vcc的波形变化如图6所示，10v/div表示内部电源电压在示波器上显示的一个刻度为10v；储纬器母线电压v
cw
的波形变化如图6所示，50v/div表示母线电压在示波器上显示的一个刻度为50v；q2栅极和源极之间的电压vgs(即栅源电压)的波形变化如图6所示，5v/div表示栅源电压在示波器上显示的一个刻度为5v。由图6可知，在织机系统掉电过程中，母线过压保护电路内部电平变化符合设计逻辑，
避免了掉电时的误导通。
[0069]
如图7所示，当织机系统设置为双喷状态，且紧急制动回馈的能量使得母线电压超过理论计算值，即电压阈值情况下，储纬器母线电压v
cw
的波形变化如图7所示，10v/div表示母线电压在示波器上显示的一个刻度为10v；q2漏极和源极之间的电压(即漏源电压)vds的波形变化如图7所示，50v/div表示漏源电压在示波器上显示的一个刻度为50v。由图7可知，在母线电压v
cw
超过电压阈值时，q2导通，vds＝0，在开关管导通期间，吸收电阻消耗多余能量使母线电压vcw降低；当母线电压vcw降低至母线电压合理范围内时，q2截止，vds＝vcw，符合电路设计逻辑，使储纬器母线电压保持在合理范围内，避免储纬器中相关元器件损坏。
[0070]
一个实施例中，母线过压保护电路用于对储纬器母线进行保护，母线过压保护电路的具体实现形式如图8所示。图8中以一条粗线表示储纬器的母线，母线的额定电压为100v。cw0v为储纬器的参考地，相当于上述实施例中的接地。第三十一电阻r31和第三十二电阻r32并联，相当于上述实施例中的r3。内部电源的电压为12v，图8中的第六电容e6为电解电容，用于维持内部电源稳定在12v。第八十一电阻r81和第八十二电阻r82串联，相当于r8，用于吸收母线的多余能量。图8中采用两个并联的n
‑
mosfet，即第二十一n
‑
mosfetq21和第二十二n
‑
mosfetq22，分别实现q2的开关作用，其中，第七十一电阻r71为q21的驱动电阻，第七十二电阻r72为q22的驱动电阻。r9两端并联一个第一电容c1，c1用于滤除n
‑
mosfet栅极的高频干扰信号，且有利于抑制n
‑
mosfet的米勒效应，改善n
‑
mosfet导通和截止的波形质量。
[0071]
图8中，r1和r2为采样分压电阻；z1为7.5v的稳压管，为比较器u1的同相输入端提供基准电压；r4和r5为滞环电阻；d1起到同相滞环的作用，保证比较器u1同相输入端基准电压的准确性；通过合理的配置r4和r5的阻值，使得基准滞环电压为0.4v，对应的母线滞环电压为9v。当储纬器紧急制动导致母线电压大于155v时，比较器u1输出低电平，pnp型三极管q3导通，进而q21和q22导通，母线的多余能量通过电阻r81和r82消耗，母线电压随之下降；当母线电压下降到小于146v时，比较器u1的输出变为高电平，q3截止，进而q21和q22截止。
[0072]
本技术提供的母线过压保护电路，当母线电压迅速升高时，通过该母线过压保护电路，能够吸收多余能量，使母线电压降低至合理水平，避免母线所在电路中的相关元器件损坏。同时，母线检测信号和基准源信号均是通过母线电压生成的，尤其是基准源信号通过母线电压生成，相对于使用与母线无关的电源信号作为基准源来说，进一步保证了检测母线电压升高的准确性和灵敏性，从而提高母线过压保护的可靠性。
[0073]
同时，在比较器和三极管之间串入稳压管有效的避免了由于内部电源上电、掉电或者延时可能导致的电平逻辑错误。系统在上电或者由于异常原因导致内部电源无输出期间，该电路仍然符合设计逻辑，增加了系统的可靠性。
[0074]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0075]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。