一种电源短路超时控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源管理领域，具体涉及一种电源短路超时控制电路。


背景技术：

2.直流弧焊电源属于电子电源中的一种，广泛应用于工矿企业生产制造和民用家庭施工建设中。直流弧焊电源正负极输出端之间的空载电压一般在60
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100vdc之间。使用时，夹持焊条，通过焊条和工件之间正常短路所产生热量并配合电场作用引燃电弧，持续为焊接提供能量。短路电流通常为正常焊接电流的2
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3倍。正常短路电流是产生热能，激发电子发射，引燃电弧的前提。
3.正常短路引弧时间一般在1
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2秒内完成，具体时间长短和焊接电源的功能设计以及操作者的熟练程度有关。如果因操作不当等原因造成短路时间过长，就很容易造成焊条和工件、或焊把钳和工件粘接在一起，给生产和操作带来麻烦；同时长时间短路的大电流不受控所产生的热量也会对焊接设备以及工作环境乃至人身安全造成危害。另外若是由于焊接电缆或焊把钳磨损、或者焊把钳放置不当等原因，造成正负极之间短路，则短路时间过长，还会导致接触点以及整个回路中也都会产生巨大热量，给焊接设备以及工作场地带来较大危险。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的电源短路时间过长会对带来安全隐患的不足，提供一种电源短路超时控制电路，可以检测短路情况，在短路超时时输出信号以切断电源，提高安全性。
5.为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：
6.一种电源短路超时控制电路，包括依序连接的短路检测单元与短路控制单元；所述短路检测单元并联于电源输出正极端与电源输出负极端两端；短路检测单元用于检测电源输出正极端与电源输出负极端是否短路，且当检测到电源输出正极端与电源输出负极端短路时，输出第一信号至短路控制单元；所述短路控制单元包括定时电路；短路控制单元用于检测第一信号的累计时长是否超过定时电路的预设时长，且当第一信号的累计时长超过定时电路的预设时长时，输出第二信号；所述第二信号用于解除电源输出正极端与电源输出负极端的短路大电流状态。
7.优选地，所述电源短路超时控制电路，还包括短路状态解除单元，短路检测单元经短路状态解除单元与短路控制单元连接；当短路检测单元检测到电源输出正极端与电源输出负极端未发生短路时，短路状态解除单元消除短路控制单元的第二信号。
8.优选地，所述电源短路超时控制电路，还包括自锁单元，所述短路控制单元的输出端经自锁单元与短路控制单元的输入端连接，自锁单元用于持续产生第二信号。
9.优选地，所述短路检测单元包括第一电阻，第二电阻，第四电阻，第一npn三极管；电源输出正极端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和第一
npn三极管的基极连接，第二电阻的另一端与电源输出负极端连接，电源正极接口经第四电阻与第一npn三极管的集电极连接，第一npn三极管的发射级与电源输出负极端均接地；第一npn三极管的集电极为短路检测单元的输出端；当电源输出正极端与电源输出负极端短路时，电源正极接口经第四电阻输出的信号记作第一信号。
10.优选地，所述短路检测单元还包括第十电阻和第四二极管；电源正极接口分别经第十电阻和第四二极管与电源输出正极端连接。
11.优选地，所述短路控制单元包括第六电阻，第七电阻，第八电阻，第九电阻，第三npn三极管，第四pnp三极管，第一电容，第一稳压二极管，第一二极管以及第三二极管；短路检测单元的输出端经第六电阻与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与第一稳压二极管的负极连接，第一稳压二极管的正极经第七电阻与第三npn三极管的基极连接；电源正极接口经第九电阻和第八电阻与第三npn三极管的集电极连接，第三npn三极管的发射极接地；第一电容的一端与第一二极管的正极连接，第一电容的另一端接地；第四pnp三极管的发射极与电源正极接口连接，第四pnp三极管的基极与第九电阻远离电源正极接口的一端连接，第四pnp三极管的集电极与第三二极管的正极连接，第三二极管的负极为短路控制单元的输出端。
12.优选地，所述电源短路超时控制电路，还包括短路状态解除单元；所述短路状态解除单元包括第三电阻，第五电阻和第二npn三极管；第三电阻设置于第一电阻的另一端与第一npn三极管的基极之间，第一电阻的另一端经第五电阻与第二npn三极管的基极连接，第二npn三极管的集电极与第一二极管的正极，第二npn三极管的发射级接地。
13.优选地，所述自锁单元包括第二二极管和第一开关；短路控制单元的输出端经第二二极管与第一开关后与短路控制单元的输入端连接。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
15.1、检测短路情况，在短路超时时输出信号以切断电源，提高安全性。
16.2、通过短路状态解除单元，消除短路控制单元输出的控制信号的影响，使电源可以正常使用；
17.3、通过自锁单元的设计使得需确认短路状态解除，进行复位操作才可进行正常工作，提高安全性。
附图说明：
18.图1为本实用新型示例性实施例1的电源短路超时控制电路的电路结构图。
具体实施方式
19.下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本明内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
20.实施例1
21.本实施例提供一种电源短路超时控制电路，包括依序连接的短路检测单元与短路控制单元；所述短路检测单元并联于电源输出正极端与电源输出负极端两端；短路检测单元用于检测电源输出正极端与电源输出负极端是否短路，且当检测到电源输出正极端与电
源输出负极端短路时，输出第一信号至短路控制单元；所述短路控制单元包括定时电路；短路控制单元用于检测第一信号的累计时长是否超过定时电路的预设时长，且当第一信号的累计时长超过定时电路的预设时长时，输出第二信号；所述第二信号用于解除电源输出正极端与电源输出负极端的短路大电流状态。
22.本实施例所述的短路检测单元可以为电流传感器，电压传感器或并联于电源输出正极端与电源输出负极端两端的工作支路。以工作支路的方式为例，当电源输出正极端与电源输出负极端短路时，工作支路将无电流通过；而未发生短路时，工作支路将正常运行，有电流通过；此时通过检测工作支路是否有电流，即可判断电源输出正极端与电源输出负极端是否短路。本实施例所述的短路控制单元中的定时电路可以采用具有定时功能的控制器、555定时器、比较器或rc延时电路等定时方式进行设计。电源输出通常采用pwm控制方式，因此第二信号可以用于关闭pwm的输出，以实现切断电源，解除电源输出正极端与电源输出负极端的短路大电流状态。
23.示例性的，电源短路超时控制电路，还包括短路状态解除单元，短路检测单元经短路状态解除单元与短路控制单元连接；当短路检测单元检测到电源输出正极端与电源输出负极端未发生短路时，短路状态解除单元消除短路控制单元的第二信号的影响。电源输出正极端与电源输出负极端短路状态解除时，之前产生的第二信号由于延时的影响，可能在一段时间内仍会影响电源的工作状态，影响电路的正常运行，因此通过短路状态解除单元消除短路控制单元的第二信号的影响。
24.示例性的，电源短路超时控制电路，还包括自锁单元，所述短路控制单元的输出端经自锁单元后与短路控制单元的输入端连接，自锁单元用于持续产生第二信号。当短路控制单元输出第二信号时；自锁单元开启，处于自锁状态时，维持第二信号的输出；当自锁单元关闭，处于非自锁状态时，才可消除第二信号的影响，使电路正常运行。通过自锁单元，提高了生产安全性。电路发生短路超时现象时，需确保隐患解除，关闭自锁单元，才可进行生产工作。
25.本实施例通过短路检测单元与短路控制单元的配合，解决了电源短路时间过长会对带来安全隐患的问题。除此之外还可以通过短路状态解除单元，消除短路控制单元输出的控制信号的影响，使电源可以尽快正常使用；通过自锁单元的设计使得需确认短路超时隐患解除，进行复位操作才可进行正常工作，提高安全性。
26.实施例2
27.如图1所示，本实施例以直流弧焊电源为例，提供一种电源短路超时控制电路的具体实施方式。
28.示例性的，短路检测单元包括第一电阻r1，第二电阻r2，第四电阻r4，第一npn三极管t1；电源输出正极端u 与第一电阻r1的一端连接，第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端和第一npn三极管t1的基极连接，第二电阻r2的另一端与电源输出负极端u
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连接，电源正极接口(图1中 15v所标识的端口)经第四电阻r4与第一npn三极管t1的集电极连接，第一npn三极管t1的发射级与电源输出负极端u
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均接地；第一npn三极管t1的集电极为短路检测单元的输出端；当电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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短路时，电源正极接口经第四电阻r4输出的信号记作第一信号。
29.焊接过程中，若电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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发生短路，则第一npn三极
管t1关断，此时电源输出接口输出的 15v电压经第四电阻r4输出至短路控制单元，经第四电阻r4输出的高电位信号即为第一信号。
30.若电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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未发生短路，电源输出正极端u 输出的电压经第一电阻r1和第二电阻r2流至电源输出负极端u
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，此时电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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之间的电压可以为电源的空载电压或电弧电压或其他vrd电源电压。此时第一npn三极管t1被触发导通，电源正极接口输出的 15v电压经第一npn三极管t1接地，此时不会有电流流至短路控制单元，即第一npn三极管t1的集电极为低电位，不会有第一信号传递至短路控制单元。
31.示例性的，短路检测单元还包括第十电阻r10和第四二极管d4；电源正极接口( 15v)分别经第十电阻r10和第四二极管d4与电源输出正极端u 连接。电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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未发生短路时，两端间的电压可能没有，此时即可通过电源正极接口( 15v)输出电压使第一npn三极管t1导通，避免错误输出第一信号；而该支路在电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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短路时，并不会影响第一信号的产生，确保了电路的正常工作运行。
32.示例性的，短路控制单元包括第六电阻r6，第七电阻r7，第八电阻r8，第九电阻r9，第三npn三极管t3，第四pnp三极管t4，第一电容c1，第一稳压二极管zd1，第一二极管d1以及第三二极管d3；短路检测单元的输出端经第六电阻r6与第一二极管d1的正极连接，第一二极管d1的负极与第一稳压二极管zd1的负极连接，第一稳压二极管zd1的正极经第七电阻r7与第三npn三极管t3的基极连接；电源正极接口( 15v)经第九电阻r9和第八电阻r8与第三npn三极管t3的集电极连接，第三npn三极管t3的发射极接地；第一电容c1的一端与第一二极管d1的正极连接，第一电容c1的另一端接地；第四pnp三极管t4的发射极与电源正极接口( 15v)连接，第四pnp三极管t4的基极与第九电阻r9远离电源正极接口的一端连接，第四pnp三极管t4的集电极与第三二极管d3的正极连接，第三二极管d3的负极为短路控制单元的输出端。
33.电源正极接口经第四pnp三极管t4和第三二极管d3后输出的信号记作第二信号uqd。短路控制单元接收到第一信号时，通过第六电阻r6和第一电容c1组成的rc电路对第一电容c1充电；当第一电容c1两端的点电压增大，满足第一稳压二极管zd1的击穿电压条件时，第三npn三极管t3导通，此时第四pnp三极管t4也被触发导通，通过第三二极管d3输出的信号即为第二信号，用于解除电源输出正极端与电源输出负极端的短路大电流状态。第三二极管d3输出的高电位的第二信号可去触发电源控制系统，锁定或关断其pwm驱动信号等，使得电源输出正极端与电源输出负极端无输出。调整第六电阻r6与第一电容c1两元件的参数，可以调整第一电容c1的充电时长，进而可以设置短路时长的预设时长。
34.示例性的，短路状态解除单元包括第三电阻r3，第五电阻r5和第二npn三极管t2；第三电阻r3设置于第一电阻r1的另一端与第一npn三极管t1的基极之间，第一电阻r1的另一端经第五电阻r5与第二npn三极管t2的基极连接，第二npn三极管t2的集电极与第一二极管d1的正极，第二npn三极管t2的发射级接地。
35.短路状态解除时，第二npn三极管t2触发导通，将第一电容c1积累的电荷释放，第二信号消失，消除第二信号对电源的控制，使得电源可以正常的工作使用。而且通过短路状态解除单元规避正常短路引弧操作和正常的断弧操作时的短路的影响，避免错误判断短路
超时，影响正常的焊接。正常短路引弧操作，短路时间一般在2秒内，2秒短路时间未达到通过第六电阻r6与第一电容c1设置的预设时间，此时第三npn三极管t3和第四pnp三极管t4未被触发导通；而短路一旦解除，电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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之间的电弧电压或电源正极接口输出的 15v电压通过第五电阻r5，将第二npn三极管t2导通，迅速将第一电容c1两端的电压泄位，则第三npn三极管t3和第四pnp三极管t4处于关断状态。断弧操作，也是焊接中常见的一种焊接操作手法。断弧操作就是起弧成功后，焊接1
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3秒钟，熄灭电弧，然后又迅速引燃起弧，焊接1
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3秒钟，熄灭电弧，周而复始。则电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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之间处于频繁的短路和开路状态。每一次电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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之间开路时，电源输出正极端u 与电源输出负极端u
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之间的电弧电压或电源正极接口输出的 15v电压都将会通过触发导通第二npn三极管t2，将第一电容c1积累的电荷释放。因此通过短路状态解除单元杜绝了频繁的短时短路在第一电容c1上产生累积电荷，造成短路超时的误判，避免第三npn三极管t3和第四pnp三极管t4的误触发导通导致电源被锁定于关断状态。
36.示例性的，自锁单元包括第二二极管d2和第一开关sw1；短路控制单元的输出端经第二二极管d2与第一开关sw1后与短路控制单元的输入端连接。
37.具体的，图1所示电路中，第四pnp三极管t4的集电极经第二二极管d2与第一开关sw1后与第一稳压二极管zd1的负极连接。第一开关sw1处于闭合状态时，实现自锁功能。在第一开关sw1闭合状态下，若短路超时，则第四pnp三极管t4输出高电位，此时的高电位信号经自锁电路返回至短路控制单元的输入端，在短路超时情况解除时，仍继续维持第一稳压二极管zd1负极端高电位，继续触发第三npn三极管t3和第四pnp三极管t4导通，仍会产生第二信号，解除短路大电流状态。即通过自锁单元实现了即使短路解除，电源输出仍然被锁住无输出，只有打开第一开关sw1，关闭自锁单元，电源才能进入正常工作，进一步提高了安全性。
38.以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。