一种数字电源故障自锁保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及电路技术领域，尤其是涉及一种数字电源故障自锁保护电路。


背景技术：

2.在数字电源应用中需要保证数字电源输出电压的稳定性，当数字电源发生故障时，如果不能快速准确的识别故障并控制后续控制线路中各元件停止工作，会导致控制线路中的元件损坏，比如造成硬件线路中的元件和单片机的损坏，甚至会损坏数字电源，现有的数字电源故障检测电路在数字电源发生故障时，无法快速检测到故障信号并将故障信号保持，导致后续控制线路在故障状态下继续运行，并且在故障消除后也无法自动复位，从而无法保证数字电源应用的可靠性。
3.因此，如何针对现有的上述不足和缺陷进行改进，以便更加适应使用需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种可以快速锁定数字电源的故障状态并控制后续控制线路中各元件停止工作，在故障消除后还可以进行复位、可靠性高的数字电源故障自锁保护电路。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种数字电源故障自锁保护电路，其技术方案是：
6.一种数字电源故障自锁保护电路，包括采集、处理数字电源电压并根据处理后的电压信号获得电压比较结果的故障检测单元、采集复位信号的复位单元和故障处理单元，所述故障检测单元的输出端与所述故障处理单元的第一输入端连接，所述复位单元的输出端与所述故障处理单元的第二输入端连接，所述故障处理单元的输出端与多条控制线路的使能端连接；所述故障处理单元，用于接收所述电压比较结果和所述复位信号，根据所述电压比较结果或者根据所述电压比较结果与所述复位信号，输出使能信号至多条控制线路的使能端。
7.进一步的，所述故障检测单元，包括采集、处理数字电源电压的电压处理单元和比较器，所述电压处理单元的输出端与所述比较器的同相输入端连接，所述电压处理单元将处理后的电压信号输入所述比较器，所述比较器用于接收所述电压信号，根据接收的所述电压信号获得电压比较结果，并将所述电压比较结果输入所述故障处理单元。
8.进一步的，所述故障处理单元包括jk触发器和多路使能电路，所述jk触发器的j输入端与所述比较器的输出端连接，k输入端与所述复位单元的输出端连接，q 输出端可连接多路所述使能电路，多路所述使能电路的输出端与多条所述控制线路的使能端连接，多条所述使能电路根据输入端的电平高低输出使能信号。
9.进一步的，所述比较器将同相输入端输入的所述电压信号与反相输入端输入的基准电压比较，根据所述比较器输出的电平高低判断数字电源是否存在故障，并向所述j输入
端对应输出高/低电平。
10.进一步的，所述电压信号大于所述基准电压时，判断数字电源故障，所述比较器输出高电平，所述q输出端输出高电平且所述jk触发器将所述q输出端的输出状态锁存为高电平状态，多路所述使能电路的输出端输出低电平。
11.进一步的，所述k输入端接收到复位单元输入的高电平且所述j输入端为低电平时，所述q输出端的输出状态复位为低电平状态，多路所述使能电路的输出端输出高电平。
12.进一步的，所述使能电路至少包括硬件使能电路和/或单片机使能电路，所述硬件使能电路包括第一三极管、第一限流电阻和第一上拉电阻，所述单片机使能电路包括第二三极管、第二限流电阻和第二上拉电阻；所述jk触发器的q输出端一路通过第一限流电阻与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极通过第一上拉电阻连接与第一高电位连接，所述第一三极管的发射极接地；所述jk触发器的q输出端另外一路通过第二限流电阻与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极通过第二上拉电阻与第二高电位连接，所述第二三极管的发射极接地；所述第一高电位的输出端通过第一上拉电阻与硬件线路的使能端连接，所述第二高电位的输出端通过第二上拉电阻与单片机的使能端连接。
13.进一步的，所述复位单元包括或门，所述或门的两个输入端分别输入硬件复位信号和单片机复位信号。
14.进一步的，所述电压处理单元包括并联的采集数字电源电压的电压采集模块、输出补偿电压的补偿电压模块和同相加法器；所述电压采集模块和电压补偿模块分别经第一电阻和第二电阻与同相加法器的同相输入端连接，所述同相加法器的输出端与所述比较器的同相输入端连接，所述电压采集模块的输出电压与所述补偿电压处理后生成的电压信号输出至所述比较器。
15.进一步的，所述同相加法器的输出端通过第三电阻与所述同相加法器的反相输入端连接，所述同相加法器的反相输入端通过第四电阻接地。
16.综上所述，本实用新型提供的一种数字电源故障自锁保护电路，与现有技术相比，具有如下技术优势：
17.(1)通过电压处理单元对数字电源的电压进行采集、处理，并将处理后的电压信号输入比较器，由比较器将该电压信号和基准电压进行比较得到电压比较结果，并将电压比较结果输入故障处理单元，故障处理单元根据接收到的电压比较结果、复位信号输出使能信号，从而快速、准确的检测到故障信息，并控制数字电源与控制线路、单片机之间的通断，保护控制线路中的元件、单片机以及数字电源在数字电源故障时不被损坏；
18.(2)在数字电源故障时，jk触发器的j输入端的输入电平为高电平，此时通过 jk触发器将其q输出端的输出状态锁存为高电平状态，此时硬件使能信号和单片机使能信号均为低电平，硬件线路各元件和单片机停止工作，防止硬件线路中的元件和单片机在数字电源故障的状态下继续运行，保证了硬件线路和单片机的安全，提高了数字电源在应用中的可靠性；
19.(3)当故障消除后，jk触发器的j输入端的输入电平转换为低电平，但是在复位信号到达之前，即jk触发器的k输入端未接收到高电平信号之前，jk触发器的q 输出端仍输出高电平，硬件线路各元件和单片机仍处于停止工作的状态，只有当硬件复位信号和单片机复位信号中的一个或者两个输出为高电平时，jk触发器的q输出端的输出状态才会被复位
为低电平状态，此时硬件使能电路和单片机使能电路输出的使能信号为高电平，硬件线路中各元件和单片机启动工作，避免了在数字电源故障未完全消除或者存在其他问题时，直接启动各元件和单片机所带来的安全隐患，进一步提高了数字电源在应用中的可靠性。
附图说明：
20.图1：本实用新型的数字电源故障自锁保护电路的原理图；
21.图2：本实用新型的数字电源故障自锁保护电路的电路图
22.其中，故障检测单元1，电压采集模块101，补偿电压模块102，故障处理单元 2，硬件使能电路201，单片机使能电路202，复位单元3，同相加法器u1，比较器 u2，或门u3，jk触发器u4，电压采集模块的输出电压v1，补偿电压v2，电压信号 v3，基准电压vref，第一高电位vdd1，第二高电位vdd2，硬件复位信号el1，单片机复位信号el2，硬件使能信号el3，单片机使能信号el4，第一电阻r1，第二电阻 r2，第三电阻r3，第四电阻r4，第一限流电阻r5，第一上拉电阻r6，第二限流电阻r7，第二上拉电阻r8，第一三极管q1和第二三极管q2。
具体实施方式
23.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。
24.本实用新型提供了一种数字电源故障自锁保护电路，包括采集、处理数字电源电压并根据处理后的电压信号获得电压比较结果的故障检测单元1、采集复位信号的复位单元3和故障处理单元2，故障检测单元1的输出端与故障处理单元2的第一输入端连接，复位单元3的输出端与故障处理单元2的第二输入端连接，故障处理单元2的输出端与多条控制线路的使能端连接；故障处理单元2，用于接收电压比较结果和复位信号，根据电压比较结果或者根据电压比较结果与复位信号，输出使能信号至多条控制线路的使能端。
25.本实施例提供了一种数字电源故障自锁保护电路，通过数字电源电压反应数字电源是否发生故障，从而控制数字电源与多条控制线路之间的通断，控制控制线路中各元件和单片机启动/停止工作，保证控制线路中的各元件和单片机安全运行。
26.如图1和图2所示，本实施例提供的数字电源故障自锁保护电路，包括故障检测单元1，故障检测单元1包括电压采集模块101、补偿电压模块102和同相加法器 u1，其中，电压采集模块101对数字电源的电压进行采集，电压采集模块101的输出端经第一电阻r1与同相加法器u1的同相输入端连接，补偿电压模块102用于计算、输出补偿电压v2，补偿电压模块102的输出端经第二电阻r2与同相加法器u1 的同相输入端连接，同相加法器u1的输出端通过第三电阻r3与同相加法器u1的反相输入端连接，同相加法器u1的反相输入端通过第四电阻接地，电压采集模块的输出电压v1与补偿电压v2经同相加法器u1处理后得到输入比较器u2的同相输入端的电压信号v3。在本实施例中，电压采集模块101可采用霍尔传感器对数字电源的电压进行采集，霍尔传感器的输出电压就是采集到的当前数字电源电压，在实际应用中也可以采用其他任意现有或将来可能出现的电压采集装置对数字电源电压进行采集。比较器u2在接收到电压信号v3后将电压信号v3的值与比较器u2的反向输入端输入的基准电压vref的值进行比较，并输出比较结果，当电压信号v3大于基准电压vref时，判定数字电源电压故障，比较器u2的输出端输出高电平；当电压信号v3小于基准电压vref时，判定数字电源电压正常，比较器u2的输出端输出低电平，比较器u2将比较结果输出至故障处理单元2
的第一输入端。
27.故障处理单元2包括jk触发器u4、硬件使能电路201和单片机使能电路202，比较器u2的输出端与jk触发器u4的j输入端连接，jk触发器u4的q输出端分为两路分别与硬件使能电路201的输入端和单片机使能电路202的输入端连接，硬件使能电路201的输出端和单片机使能电路202的输出端分别与硬件线路的使能端和单片机的使能端连接，硬件使能电路201和单片机使能电路202根据各自输入端的电平高低输出硬件使能信号el3和单片机使能信号el4，并将硬件使能信号el3输出至硬件线路的使能端，将单片机使能信号el4输出至单片机的使能端，其中硬件线路的使能端设置在硬件线路的控制器上，控制器根据其使能端接收到的电平高低控制硬件线路中各元件启动/停止工作，单片机根据其使能端接收到的电平高低控制单片机启动/停止工作。当硬件使能信号el3为高电平时，硬件线路中各元件启动工作，当硬件使能信号el3为低电平时，硬件线路中各元件停止工作；当单片机使能信号 el4为低电平时，单片机启动工作，当单片机使能信号el4为低电平时，单片机停止工作。
28.需要说明的是，在实际应用中，故障处理单元2可以根据需要设置多条使能电路，使能电路的输入端与jk触发器的q输出端连接，使能电路的输出端与所要控制的电路的使能端连接，使能电路可以根据输入端的电平高低输出控制元件启动/停止工作的使能信号，从而控制数字电源与使能电路所要控制的线路之间的通断，保障线路中各元件的安全。
29.进一步的，硬件使能电路201包括第一三极管q1、第一限流电阻r5和第一上拉电阻r6，jk触发器u4的q输出端一路通过第一限流电阻r5与第一三极管q1的基极连接，第一三极管q1的集电极通过第一上拉电阻r6与第一高电位vdd1连接，第一三极管q1的发射极接地，第一高电位vdd1的输出端通过第一上拉电阻r6与硬件线路的使能端连接；单片机使能电路202包括第二三极管q2、第二限流电阻r7和第二上拉电阻r8，jk触发器的q输出端另外一路通过第二限流电阻r7与第二三极管 q2的基极连接，第二三极管q2的集电极通过第二上拉电阻r8与第二高电位vdd2连接，第二三极管q2的发射极接地，第二高电位vdd2的输出端通过第二上拉电阻r8 与单片机的使能端连接。当jk触发器u4的q输出端为低电平时，第一三极管q1和第二三极管q2均处于截止状态，硬件使能信号el3和单片机使能信号el4均为高电平；当jk触发器u4的q输出端为高电平时，第一三极管q1和第二三极管q2均处于导通状态，第一高电位vdd1经第一上拉电阻r6流入第一三极管q1的集电极，经第一三极管q1的发射极接地，此时硬件使能信号el3为低电平，第二高电位vdd2 经第二上拉电阻r8流入第二三极管q2的集电极，经第二三极管q2的发射极接地，此时单片机使能信号el4为低电平。
30.进一步的，本实施例提供的数字电源故障自锁保护电路还包括复位单元3，复位单元3包括或门u3，或门的两个输入端分别输入硬件复位信号el1和单片机复位信号el2，或门u3的输出端与jk触发器u4的k输入端连接，当数字电源故障消除后，可以向jk触发器u4的k输入端发送复位信号，硬件复位信号el1和单片机复位信号el2其中一路为高电平，或者两路复位信号均为高电平时，或门u3输出高电平至 jk触发器u4的k输入端，当jk触发器u4的j输入端为低电平且jk触发器u4的k 输入端为高电平时，jk触发器u4将q输出端的输出状态复位为低电平状态。
31.在数字电源工作时，本实施例提供的数字电源故障自锁保护电路对数字电源电压进行实时检测，并根据检测结果输出硬件使能信号el3和单片机使能信号el4，从而控制硬件线路中各元件和单片机启动/停止工作。
32.当数字电源电压正常时，电压采集模块的输出电压v1与补偿电压v2经同相加法器u1处理后得到电压信号v3，并将电压信号v3输入至比较器u2的同相输入端，此时比较器u2的同相输入端的电压信号v3小于反相输入端的基准电压vref，比较器u2的输出端输出低电平，jk触发器u4的j输入端接收到低电平信号，jk触发器 u4的q输出端输出低电平，并将低电平信号输送至硬件使能电路201和单片机使能电路202，此时第一三极管q1和第二三极管q2均处于截止状态，硬件使能信号el3 和单片机使能信号el4均为高电平，硬件线路的使能端接收到高电平信号后，硬件线路的控制器控制硬件线路中各元件启动工作，单片机的使能端接收到高电平信号后，单片机启动工作。
33.当比较器u2的同相输入端的电压信号v3大于反相输入端的基准电压vref时，数字电源电压故障，比较器u2的输出端输出高电平，jk触发器u4的j输入端接收到高电平信号，jk触发器u4的q输出端输出高电平，并且jk触发器u4将q输出端的输出状态锁存为高电平状态，此时第一三极管q1和第二三极管q2均处于导通状态，硬件使能信号el3和单片机使能信号el4均为低电平，硬件线路的使能端接收到低电平信号后，硬件线路的控制器控制硬件线路中各元件停止工作，单片机的使能端接收到低电平信号后，单片机也停止工作，防止硬件线路中的元件和单片机在数字电源故障的状态下继续运行，保证了硬件线路和单片机的安全，提高了数字电源在应用中的可靠性。
34.当数字电源故障消除后，电压采集模块的输出电压v1恢复正常，比较器u2的同相输入端的电压信号v3小于反相输入端的基准电压vref，比较器u2的输出端输出低电平，jk触发器u4的j输入端接收到低电平信号，但是由于在数字电源故障时， jk触发器u4将q输出端的输出状态锁存为高电平状态，若此时复位单元3没有采集到任何一路复位信号，则jk触发器u4的q输出端仍输出高电平，硬件使能信号el3 和单片机使能信号el4均为低电平，硬件线路各元件和单片机仍处于停止工作的状态。此时需要对数字电源进行人工检查，当确定数字电源故障确实消除且不存在其他问题后，手动输入硬件使能信号el3和单片机使能信号el4，当复位单元3采集到复位信号时，即硬件使能信号el3和单片机使能信号el4中的一个或者两个为高电平时，此时或门u3输出高电平信号至jk触发器u4的k输入端，此时jk触发器u4 的q输出端才会被复位为低电平状态，硬件使能电路201输出的硬件使能信号el3 恢复为高电平，单片机使能电路202输出的单片机使能信号el4也恢复为高电平，硬件线路的使能端接收到高电平信号后，硬件线路的控制器控制硬件线路中各元件启动工作，单片机的使能端接收到高电平信号后，单片机启动工作。在数字电源故障消除后没有直接将硬件使能信号el3和单片机使能信号el4翻转为高电平，需要再次对数字电源进行人工检查，只有当确定数字电源故障确实消除后，才通过输入复位信号将jk触发器u4的q输出端复位为低电平，从而控制硬件使能信号el3和单片机使能信号el4翻转为高电平，硬件线路中各元件和单片机启动工作，避免了在数字电源故障未完全消除或者存在其他问题时，直接启动各元件和单片机所带来的安全隐患，进一步提高了数字电源在应用中的可靠性。
35.综上所述，本实用新型提供的一种数字电源故障自锁保护电路，与现有技术相比，具有如下技术优势：
36.(1)通过电压处理单元对数字电源的电压进行采集、处理，并将处理后的电压信号输入比较器，由比较器将该电压信号和基准电压进行比较得到电压比较结果，并将电压比较结果输入故障处理单元，故障处理单元根据接收到的电压比较结果、复位信号输出使能
信号，从而快速、准确的检测到故障信息，并控制数字电源与控制线路、单片机之间的通断，保护控制线路中的元件、单片机以及数字电源在数字电源故障时不被损坏；
37.(2)在数字电源故障时，jk触发器的j输入端的输入电平为高电平，此时通过 jk触发器将其q输出端的输出状态锁存为高电平状态，此时硬件使能信号和单片机使能信号均为低电平，硬件线路各元件和单片机停止工作，防止硬件线路中的元件和单片机在数字电源故障的状态下继续运行，保证了硬件线路和单片机的安全，提高了数字电源在应用中的可靠性；
38.(3)当故障消除后，jk触发器的j输入端的输入电平转换为低电平，但是在复位信号到达之前，即jk触发器的k输入端未接收到高电平信号之前，jk触发器的q 输出端仍输出高电平，硬件线路各元件和单片机仍处于停止工作的状态，只有当硬件复位信号和单片机复位信号中的一个或者两个输出为高电平时，jk触发器的q输出端的输出状态才会被复位为低电平状态，此时硬件使能电路和单片机使能电路输出的使能信号为高电平，硬件线路中各元件和单片机启动工作，避免了在数字电源故障未完全消除或者存在其他问题时，直接启动各元件和单片机所带来的安全隐患，进一步提高了数字电源在应用中的可靠性。
39.如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。