CN100349349C - 一种交流输入高压保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种通讯领域的交流输入高压保护装置，包括高压防护主电路、电解电容电压检测电路、交流输入电压检测电路和控制电路，其中，高压防护主电路具有输入端和输出端，交流输入信号从输入端输入，从输出端输出，交流输入电压检测电路接收交流输入信号，经处理后输出交流输入电压检测信号至控制电路，电解电容电压检测电路接收电解电容的电压输出信号，经处理后输出电解电容电压检测信号至控制电路，控制电路处理输入的交流输入电压检测信号和电解电容电压检测信号，生成控制信号用以控制高压防护主电路实现高压防护功能。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域中的交流输入高压保护装置。
背景技术
通信用电源通常组成各种容量的系统对负载供电，交流输入通过交流接触器或空气开关直接挂在交流电网上，当交流输入产生长期高压或三相掉零线时，虽然电源此时过压保护没有功率输出，但是其输入电路仍然没有脱离电网，如果电源或系统不采取措施，就会损坏整流桥后面输出滤波的电解电容(通常是450V/470μF)，造成电解电容爆裂，甚至引起电源起火，故障现象恶劣，造成通讯系统的中断。
由于成本或技术的问题，大多数电源对输入高压没有保护措施，目前电源的保护措施有以下二种：
系统保护，即：当检测到交流输入电压过高或三相掉零线时，利用系统的交流接触器断开交流输入，达到保护电源的目的。这种系统级别的高压防护的缺点：首先要增加一套与电网永久连接的控制电路，其本身就存在着高压防护和可靠性的问题，要求设计余量较大，成本很高。
电源本身保护(请参照图1)，当控制电路检测到整流桥后面电解电容C上的电压过压时，断开继电器K触点，在主回路中串入PTC电阻(正温度系数的热敏电阻)R，利用PTC电阻R发热阻值变高的特性来阻止交流输入给电解电容C充电，使得电解电容C得到保护。其缺点是：当电解电容C上的电压因过压保护后，由于损耗(如死负载或辅助电源用电)由过压恢复到正常电压，而此时交流输入电压仍然很高时，控制电路使得继电器K吸合给电解电容C充电，此时由于交流输入电压与电解电容上C的电压存在很大的电压差，且两者之间没有限流电阻，所以通过继电器K触点的电流会很大，触点多次动作后会损坏，其表现为，第一：继电器K的触点可能会因流过的电流太大而粘连不能自动断开时，此电路的功能就会失效，导致电解电容C损坏，第二：继电器K的触点可能会因流过的电流太大而部分损坏，导致触点的接触电阻增大，电源正常工作时继电器K的触点流过正常的负载电流，因接触电阻增大而持续发热，导致继电器K损坏，电源不能正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种交流输入高压保护装置，有效克服了现有技术电源高压输入时可靠性较差的缺点。
本发明提供的交流输入高压保护装置，包括高压防护主电路、电解电容电压检测电路、交流输入电压检测电路和控制电路，其中，高压防护主电路具有输入端和输出端，交流输入信号从输入端输入，从输出端输出，交流输入电压检测电路接收交流输入信号，经处理后输出交流输入电压检测信号至控制电路，电解电容电压检测电路接收电解电容的电压输出信号，经处理后输出电解电容电压检测信号至控制电路，控制电路处理输入的交流输入电压检测信号和电解电容电压检测信号，生成控制信号用以控制高压防护主电路实现高压防护功能。
其中，高压防护主电路包括一条火线与另一条与之并行的零线，火线的输入与输出端口之间依次串联一热敏电阻(R1)和第二电阻(R2)，一辅助继电器(K2)一端连接火线输入端口，另一端连接在热敏电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，一主继电器(K1)一端连接火线的输入端口，另一端连接火线的输出端口，一电容(C1)一端连接于火线输出端口，另一端连接于零线上，主继电器控制电路控制主继电器的断开和吸合状态，辅助继电器控制电路控制辅助继电器的断开和吸合状态。
本发明与现有技术相比，主继电器控制电路和辅助继电器控制电路通过检测交流输入电压和电解电容的电压状况从而控制主继电器和辅助继电器的断开和吸合状态，有效提高了电源防护的可靠性。
附图说明
图1是背景技术的电路电源本身保护电路图
图2是本发明交流输入高压防护保护装置的原理框图。
图3是图2中高压防护主电路与整流桥、电解电容的连接电路图。
图4是图2中辅助继电器控制电路图。
图5是图2中主继电器控制电路图。
图6是图2中电解电容电压检测电路图。
图7是图2中交流输入电压检测电路图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明的交流高压保护装置：
图2是本发明的原理框图：
交流输入电压检测电路交流输入经检测电路分压后得到一个与交流输入电压线性变化的电压信号，此信号与设定的基准信号进行比较，输出一个交流输入电压检测信号AC-H到主继电器控制电路和辅助继电器控制电路。
电解电容电压检测电路电解电容上的电压信号DC经检测电路分压后得到一个与电解电容上的电压线性变化的电压信号，此信号与设定的基准信号进行比较，输出一个电解电容电压检测信号DC-H到主继电器控制电路和辅助继电器控制电路。
主继电器控制电路把输入的交流输入电压检测信号AC-H和电解电容电压检测信号DC-H处理后送出一个控制主继电器吸合或断开的控制信号给高压防护主电路；
辅助继电器控制电路把输入的交流输入电压检测信号AC-H和电解电容电压检测信号DC-H处理后送出一个控制辅助继电器吸合或断开的控制信号给高压防护主电路；
主继电器控制电路和辅助继电器控制电路的输出信号都输入到高压防护主电路中，通过控制主继电器和辅助继电器的动作来控制PTC电阻和固定电阻是否串入主回路中，实现高压防护的功能。
高压防护主电路的交流输出经整流桥整流后给电解电容供电，为后面的变换提供一个直流源，此电解电容就是本电路所要保护的。
图3是图2中高压防护主电路与整流桥、电解电容的连接电路图，其具体实现如下：主继电器K1的一个触点、辅助继电器K2的一个触点、PTC电阻R1的一端与输入的交流火线L相连，辅助继电器K2的另一个触点、PTC电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端、主继电器K1的另一个触点、电容C1的一端与整流桥VD5的1脚相连，电容C1的另一端、整流桥VD5的3脚与交流零线N相连，整流器的2脚、与电解电容C2的正极相连，电压信号DC自2脚输出，整流器VD5的4脚、电解电容C2的负极与控制地GND相连，主继电器K1线包的一端、辅助继电器K2线包的一端与辅助电源VCC相连，主继电器K1线包的另一端与信号端CTL1相连，辅助继电器K2线包的另一端与信号端CTL2相连。
图4是辅助继电器K2控制电路，其具体实现如下：电解电容电压检测信号DC-H从电阻R3的一端输入，交流输入电压检测信号AC-H从电阻R4的一端输入，电阻R4的另一端、电阻R5的一端与三极管VT1的基极相连，电阻R5的另一端、三极管VT1的发射极与控制地GND相连，三极管VT1的集电极、电阻R3的另一端与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端、电阻R7的一端与三极管VT2的基极相连，电阻R7的另一端、三极管VT2的发射极与控制地GND相连，三极管VT2的集电极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端、二极管VD1的阳极与信号端CTL2相连，二极管VD1的阴极与辅助电源VCC相连。
图5是主继电器K1控制电路，其具体实现如下：电阻R9的一端与辅助电源VCC相连，电解电容电压检测信号DC-H从二极管VD2的阴极输入，交流输入电压检测信号AC-H从二极管VD3的阴极输入，电阻R9的另一端、二极管VD2的阳极、二极管VD3的阳极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电阻R11的一端与三极管VT3的基极相连，电阻R11的另一端、三极管VT3的发射极与控制地GND相连，三极管VT3的集电极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端、二极管VD4的阳极与信号端CTL1相连路，二极管VD4的阴极与辅助电源VCC相连。
图6是电解电容电压检测电路，其具体实现如下：电阻R13的一端与电解电容上的电压信号DC相连，电阻R13的另一端、电阻R14的一端和R15的一端相连，电阻R15的另一端与放大器D1A的2脚相连，电阻R14的另一端、放大器D1A的4脚与控制地GND相连，放大器D1A的8脚与辅助电源VCC相连，电阻R16的一端与第二电压基准信号V2相连，电阻R16的另一端、电阻R17的一端与放大器D1A的3脚相连，电阻R17的另一端、放大器D1A的1脚与电解电容电压检测信号DC-H相连。
图7是交流输入电压检测电路，其具体实现如下：二极管VD6的阳极与交流输入的火线L相连，二极管VD7与交流零线N相连，二极管VD6的阴极、二极管VD7的阴极和电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端、电阻R19的一端、电阻R20的一端与电容C3的一端相连，电阻R19的另一端、电容C3的另一端与控制地GND相连，电阻R20的另一端与放大器D1B的6脚相连，电阻R21的一端与第一电压基准信号V1相连，电阻R21的另一端、电阻R22的一端与放大器D1B的5脚相连，电阻R22的另一端、放大器D1B的7脚与交流输入电压检测信号AC-H相连。
此电路可以在电源交流输入高压时对电解电容C2进行保护，交流输入电压检测信号AC-H和电解电容电压检测信号DC-H的电平表示如下：电解电容C2上的电压正常时，电解电容电压检测信号DC-H的电平为高，电解电容C2上的电压过高时电解电容电压检测信号DC-H的电平为低；交流输入电压正常时交流输入电压检测信号AC-H电平为高，交流输入电压过压时交流输入电压检测信号AC-H电平为低。高电平为“1”，低电平为“0”。
其工作原理如下表：
| 工作状态 | AC-H | DC-H | 主继电器 | 辅助继电器 |
| 1 | 1 | 1 | 吸合 | 断开 |
| 2 | 0 | 1 | 断开 | 吸合 |
| 3 | 0 | 0 | 断开 | 断开 |
| 4 | 1 | 0 | 断开 | 断开 |
第一种工作状态：在交流输入电压和电解电容电压都正常时，主继电器K1控制电路中的三极管VT3导通，主继电器K1吸合，辅助继电器K2控制电路中的三极管VT1导通，三极管VT2不通，辅助继电器K2断开，这时主继电器K1的触点把PTC电阻R1和电阻R2短路，电源正常工作。
第二种工作状态：在交流输入高压但电解电容电压正常时，主继电器K1控制电路中的三极管VT3不通，主继电器K1断开，辅助继电器K2控制电路中的三极管VT1不通，三极管VT2导通，辅助继电器K2吸合，这时辅助继电器K2的触点把PTC电阻R1短路，电阻R2串入主回路，交流电压通过电阻R2给电解电容充电，充电的电流由电阻R2限制，所以辅助继电器K2吸合时电流不大，不会损坏辅助继电器K2，其目的是防止电解电容的能量不足以提供辅助电源VCC需要，导致电源死机，此时电源处于保护状态。
第三种工作状态：在交流输入电压和电解电容电压都过高时，主继电器K1控制电路中的三极管VT3不通，主继电器K1断开，辅助继电器K2控制电路中的三极管VT1不通，三极管VT2也不通，辅助继电器K2断开，这时PTC电阻R1和电阻R2都串入主回路中，利用电容C1给PTC电阻R1提供一个交流通路，使得PTC电阻R1在允许的时间内热起来，阻值变得很大，从而切断交流给电解电容充电，而此时辅助电源VCC给电解电容放电，电源处于保护状态。
第四种工作状态：在交流输入电压正常但电解电容电压过高时，主继电器控制电路中的三极管VT3不通，主继电器K1断开，辅助继电器K2控制电路中的三极管VT1导通，三极管VT2不通，辅助继电器K2断开，这时电路的工作如第三种状态，电源处于保护状态。
四种工作状态不是孤立的，电源正常工作时，此电路工作在第一种状态；当交流输入过压时，电源进入第三种工作状态，PTC电阻R1和电阻R2串入主回路，在这期间辅助电源VCC给电解电容放电；当电解电容上的电压降到设定的下限，电源就进入第二种工作状态，利用辅助继电器K2短路PTC电阻R1，只把电阻R2串入主回路，给电解电容充电，当电解电容的电压充到设定的上限时，电压又进入第三种工作状态，如此循环，确保电解电容上的电压在安全的范围内，又确保辅助电源VCC能正常工作，所以电源不会死机；当交流输入电压和电解电容的电压都恢复正常后，电源进入第一种工作状态，因电解电容上一直是有正常电压的，所以主继电器K1在吸合时触点的冲击电流不大，不会损坏主继电器K1。
由于交流输入电压不是很稳定，可能是周期性的高低变化，就可能出现第四种工作状态，交流输入电压在由高压变为低电压后，电解电容的电压仍然为高电压，电源就进入第四种工作状态，如果没有这个状态，当交流输入电压在由高压变为低电压后，电解电容的电压仍然为高电压时吸合主继电器K1，此时交流输入电压又变为高压，因控制电路和主继电器K1反应有一定的延时，在这段很短的时间内电解电容的电压就会充电到很高的电压，交流电压不停周期变化时电解电容上的电压就可能一直维持在高压，在三相供电系统中缺零线时就会出现这种情况。
此电路中C1的选取方法是：在电路工作在第三种工作状态时，电容C1上流过的电流应大于维持PTC电阻R1发热的最小电流。
本发明所述的装置通过检测交流输入电压和整流桥后输出滤波电解电容的电压状况实现电源的交流输入高压防护，实现简单、可靠，成本低，大大提高了电源的可靠性。同时此保护装置不仅适用于电源，同时可以用在各种使用交流输入的电器产品中对电解电容的保护。
Claims (7)
1.一种交流输入高压保护装置，用于保护电解电容，其特征在于：该交流输入高压保护装置包括高压防护主电路、电解电容电压检测电路、交流输入电压检测电路和控制电路，其中，
高压防护主电路具有输入端和输出端，交流输入信号从输入端输入，从输出端输出，
交流输入电压检测电路接收交流输入信号，经处理后输出交流输入电压检测信号至控制电路，
电解电容电压检测电路接收电解电容的电压输出信号，经处理后输出电解电容电压检测信号至控制电路，
控制电路处理输入的交流输入电压检测信号和电解电容电压检测信号，生成控制信号用以控制高压防护主电路实现高压防护功能。
2.如权利要求1所述的交流输入高压保护装置，其中该高压防护主电路包含一主继电器和一辅助继电器，该控制电路包括一主继电器控制电路和一辅助继电器控制电路，该主继电器控制电路根据交流输入电压检测信号和电解电容电压检测信号来控制主继电器的断开和吸合状态，该辅助继电器控制电路根据交流输入电压电压检测信号和电解电容电压检测信号来控制辅助继电器的断开和吸合状态，该高压防护主电路利用主继电器和辅助继电器的断开和吸合状态来实现高压防护功能。
3.如权利要求2所述的交流输入高压保护装置，其中高压防护主电路包括一条火线与另一条与之并行的零线，火线的输入与输出端口之间依次串联一热敏电阻(R1)和第二电阻(R2)，一辅助继电器(K2)一端连接火线输入端口，另一端连接在热敏电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，一主继电器(K1)一端连接火线的输入端口，另一端连接火线的输出端口，一电容(C1)一端连接于火线输出端口，另一端连接在零线上。
4.如权利要求3所述的交流输入高压保护装置，其中所述交流输入电压检测信号或电解电容电压检测信号为过压信号时，主继电器(K1)都断开，两者电压都正常时，主继电器(K1)吸合。
5.如权利要求4所述的交流输入高压保护装置，其中所述主继电器控制电路包括一由第九电阻(R9)和第十电阻(R10)串联而成的主回路，其中第九电阻(R9)远离第十电阻(R10)的一端连接辅助电源，另一端连接一第二二极管(VD2)的阳极，第二二极管(VD2)的阴极接收电解电容电压检测信号(DC-H)，第三二极管(VD3)的阳极连接第二二极管(VD2)的阳极，第三二极管(VD3)的阴极接收交流输入电压检测信号(AC-H)，第十电阻(R10)远离第九电阻(R9)的一端连接第三三极管(VT3)的基极，第十一电阻(R11)连接第三三极管(VT3)的基极和发射极，第三三极管(VT3)的发射极接地，第三三极管(VT3)的集电极连接第十二电阻(R12)的一端，第十二电阻(R12)的另一端连接第四二极管(VD4)的阳极，第四二极管(VD4)的阴极连接辅助电源，第四二极管的阳极连接第一信号输出端(CTL1)。
6.如权利要求3所述的交流输入高压保护装置，其中所述电解电容的电压检测为过压时，辅助继电器(K2)断开，当电解电容的电压正常且交流输入电压检测为过压时，辅助继电器(K2)吸合。
7.如权利要求6所述的交流输入高压保护装置，其中所述的辅助继电器控制电路包括一由第三电阻(R3)和第六电阻(R6)串联而成的主回路，其中第三电阻(R3)远离第六电阻(R6)的一端接收电解电容电压检测信号(DC-H)，另一端连接第一三极管(VT1)的集电极，第一三极管(VT1)的基极连接第四电阻(R4)的一端，第四电阻(R4)的另一端接收交流输入电压检测信号(AC-H)，第一三极管(VT1)的基极与发射极之间串联第五电阻(R5)，且第一三极管(VT1)的发射极接地，第六电阻(R6)远离第三电阻(R3)的一端连接第二三极管(VT2)的基极，第二三极管(VT2)的基极与发射极之间串联第七电阻(R7)，第二三极管(VT2)的发射极接地，第二三极管(VT2)的集电极连接第八电阻(R8)的一端，第八电阻(R8)的另一端连接第一二极管(VD1)的阳极，第一二极管(VD1)的阴极连接辅助电源，第一二极管(VD1)的阳极连接第二信号输出端(CTL2)。
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