CN102769271A

CN102769271A - 一种交流电源输出保护电路

Info

Publication number: CN102769271A
Application number: CN2012102357349A
Authority: CN
Inventors: 潘世高; 罗蜂; 黄敏
Original assignee: FOSHAN BURKE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Aerospace Berk (Guangdong) Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN102769271B

Abstract

本发明公开了一种交流电源输出保护电路，包括辅助电源、浪涌保护器、检测电路和控制电路，所述交流电源经浪涌保护器吸收浪涌电压，所述辅助电源给检测电路和控制电路供电，所述检测电路检测交流电源的电压、电流获得采样信号后输入控制电路，所述检测电路包括用于交流电源缺相、各相相位检测的相位检测电路、用于交流电源各相峰值电压检测的峰值电压检测电路和用于交流电源各相的直流分量检测的直流分量检测电路，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输出端分别对应连接控制电路的相应检测输入端，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输入端接入交流电源。本发明的电路结构简单，工作可靠且成本低。

Description

一种交流电源输出保护电路

技术领域

本发明涉及电源保护电路，具体涉及一种交流电源输出保护电路。

背景技术

PWM交流稳压器、UPS电源、变频电源等都是通过变流装置输出，正常时可输出高质量的供电，但当出现异常时，将输出直流分量大、半波、缺相、瞬时浪涌等情况，直接影响交流负载的安全性。而现有的电源保护电路普遍结构复杂，成本高，而且性能不够稳定，保护不可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种交流电源输出保护电路，其电路结构简单，工作可靠且成本低。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种交流电源输出保护电路，包括辅助电源、浪涌保护器、检测电路和控制电路，所述交流电源经浪涌保护器吸收浪涌电压，所述辅助电源给检测电路和控制电路供电，所述检测电路检测交流电源的电压、电流获得采样信号后输入控制电路，其特征在于：所述检测电路包括用于交流电源缺相、各相相位检测的相位检测电路、用于交流电源各相峰值电压检测的峰值电压检测电路和用于交流电源各相的直流分量检测的直流分量检测电路，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输出端分别对应连接控制电路的相应检测输入端，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输入端接入交流电源；

通过相位检测电路检测交流电源的缺陷和各相相位，输出相位采样信号至控制电路，同时通过峰值电压检测电路检测交流电源的峰值电压，输出电压采样信号至控制电路，再同时通过直流分量检测电路检测交流电源的直流分量，输出直流分量采样信号至控制电路，山控制电路根据各采样信号控制断开交流电源的输出，实现保护负载。

在上述基础上，本发明可作如下改进：

本发明所述辅助电源包括浪涌保护电路和整流滤波电路，所述浪涌保护电路的输入端接入交流电源，浪涌保护电路的输出端与整流滤波电路的输入端相连，所述整流滤波电路的电源输出端分别与控制电路的电源输入端、检测电路的相应电源输入端相连。

本发明所述控制电路为单片机控制电路，所述单片机具有用于控制交流电源输出的通断的控制端。

本发明所述单片机控制电路的单片机芯片型号为M054LAN。

本发明所述控制电路的控制端与负载之间设有交流接触器和开关管，所述开关管的基极与控制电路的控制端相连，开关管的集电极经交流接触器的线圈后接入整流滤波电路电源输出端的正极，开关管的发射极接地；所述交流接触器具有三个触点，各个触点分别串接在交流电源输出回路的各个相线上。

本发明所述采样信号的零点为2.5V。

本发明相比于现有技术的有益效果：

本发明的交流电源输出保护电路可检测交流电源是否缺相、相位顺序是否正确、检测交流电源各相的峰值电压、检测交流电源各项的直流分量，根据检测获得的采样信号由控制电路控制交流电源输出的接通与断开，实现对负载的可靠保护，并且本保护电路结构简单、成本低廉、性能稳定，实现可靠保护。

附图说明

图1是本发明交流电源输出保护电路的连接示意框图；

图2是本发明辅助电路的电路原理示意图；

图3是本发明的A相检测电路的电路原理示意图；

图4是本发明的B相检测电路的电路原理示意图；

图5是本发明的C相检测电路的电路原理示意图；

图6是本发明控制电路及交流接触器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的一种交流电源输出保护电路，包括辅助电源、浪涌保护器MOV1、检测电路和控制电路，交流电源经浪涌保护器吸收浪涌电压，辅助电源给检测电路和控制电路供电，检测电路检测交流电源的电压、电流获得采样信号后输入控制电路，再由控制电路根据采样信号控制交流电源的输出，实现保护负载。

辅助电源包括浪涌保护电路和整流滤波电路，浪涌保护电路的输入端接入交流电源，浪涌保护电路的输出端与整流滤波电路的输入端相连，整流滤波电路的电源输出端分别与控制电路的电源输入端、检测电路的相应电源输入端相连。

本实施例中，辅助电源如图2所示，L、N分别为交流电源的火线和零线，压敏电阻器R5并联在火线L和零线N之间，与热敏电阻R1构成浪涌保护电路，用于吸收交流电源电流的中的浪涌电压；电容C5、C6、C8、电感FL1构成EMI滤波器，其中电容C5为EMI滤波器的共模电容，电感FL1为共模电感，电容C5、C6为差模电容；二极管D5、D6、D8、D9构成桥式整流电路，用于整流；电容C6为滤波电容，构成前级EMI滤波整流电路，EMI滤波整流电路将整流的电压滤成平滑的直流电供给后级的高频变换、整流滤波电路部分。

整流滤波后的直流电连接到变压器T1的初级绕组上，通过控制芯片U2内部的PWM变换，变压器T1耦合，变压器T1的次级绕组经二极管D1整流、电容C1、C2滤波后输出+12V直流电，然后通过控制芯片U1稳压输出+5V供电给控制电路电路。变压器T1次级的另一个绕组经二极管D4整流、电容C3、C4滤波后输出-12V直流电，供电给检测电路和控制电路。其中，控制芯片U2采用ST公司型号为VIPER22的PWM专用芯片，其内部集成了PWM发生器，误差放大器，基准电源，高压MOSFET开关管一体，具有简单可靠性高的优点。

变压器T1次级反馈绕组经二极管D7整流后，经电容C10滤波输出15V 直流电反馈供电给控制芯片U2。基准源Q1和光耦U3组成反馈电路，基准源Q1为精密基准，内部含有2.5V的基准，电阻R3和电阻R9分压后和内部基准进行比较，通过内部的误差放大器控制光耦U3，当输出电压高于12V时基准源Q1导通，光耦U3导通，控制芯片U2的3脚电压升高，使输出PWM的宽度减小，输出电压降低，反之则调宽输出的脉冲，使输出电压稳定。

检测电路包括用于交流电源缺相、各相相位检测的相位检测电路、用于交流电源各相峰值电压检测的峰值电压检测电路和用于交流电源各相的直流分量检测的直流分量检测电路，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输出端分别对应连接控制电路的相应检测输入端，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输入端接入交流电源；通过相位检测电路检测交流电源的缺陷和各相相位，输出相位采样信号至控制电路，同时通过峰值电压检测电路检测交流电源的峰值电压，输出电压采样信号至控制电路，再同时通过直流分量检测电路检测交流电源的直流分量，输出直流分量采样信号至控制电路，由控制电路根据各采样信号控制断开交流电源的输出，实现保护负载。

本实施例中，检测电路如图3～5所示，交流电源的各相线均接入各自的检测电路，A-INPUT为交流电源A相的相线电压，B-INPUT为交流电源B相的相线电压，C-INPUT为交流电源C相的相线电压，N为中性线。

如图3所示，A相的电压经电阻R14、R19、R21、R23分压，将输入高压降为低电压，然后通过由运算放大器U5A和电阻R15、R16、R24、R26组成的差分放大器，输出再经电阻R20、R22将交流信号电位提升2.5V，再经运算放大器U5B组成的电压跟随器，其输出经电阻R25和电容C15滤波后输出A-in，送到控制电路的相应A/D转换脚进行交流电压峰值、缺相和各相相位的测量。另外，运算放大器U4A和电阻R17、R10、R11、C13组成的积分放大器，滤除交流分量，测量出交流电源信号中的直流分量，然后通过电阻R12、R13将交流电源信号电位提升2.5V，再经运算放大器U4B组成的电压跟随器，其输出经电阻R18和电容C14滤波后输出A-in-dc，送到控制电路的相应A/D转换脚进行交流电压信号中的直流分量采样。

如图4～5所示，B相、C相的检测采样与A相的检测采样原理相同，其中，B相检测电路输出B-in至控制电路进行进行交流电压峰值、缺相和各相相位的测量，输出B-in-dc至控制电路进行进行交流电压信号中的直流分量采样测量；C相检测电路输出C-in至控制电路进行进行交流电压峰值和相位的测量，输出C-in-dc至控制电路进行进行交流电压信号中的直流分量采样测量。

如图6所示，本实施例的控制电路为单片机控制电路，该单片机控制电路的单片机芯片采用新唐公司的型号是M054LAN的芯片，该单片机为ARM内核的32位高速单片机，其具有用于控制交流电源输出的通断的控制端(脚25)，该控制电路的控制端与负载之间设有交流接触器和开关管Q2，开关管Q2的基极与控制电路的控制端相连，开关管Q2的集电极经交流接触器的线圈KM1后接入整流滤波电路电源输出端的正极，为+12V电压，开关管Q2的发射极接地；交流接触器具有三个触点，各个触点分别串接在交流电源输出回路的各个相线上。

单片机控制电路是对从检测电路获得的采样信号进行采样检测和运算，输出控制信号，控制交流接触器。交流电源正常时，交流接触器导通，交流电源正常输出给负载；交流电源异常时，单片机控制电路控制交流接触器断开，实现保护功能。

A-in、B-in、C-in为三相交流电压、相位采样信号，分别接至单片机的43、44、45脚，交流电压采样信号的零点为2.5V，5V为正半周的最大峰值，0V为负半周的最大峰值，A/D采样比为512∶2.5，最大的峰值为512V，可测量最大交流有效值362VAC。保护电路设计保护电压为220V+15％，即253VAC有效值，峰值358V，即当采样值超过358V时，单片机控制输出交流接触器控制信号，断开输出，保护负载不会过电压损坏。交流的相位和相序则是通过对采样信号的零点采样来计算的，即采样值的2.5V点；当测量三相的相序错误或缺相时，单片机控制交流接触器断开实现保护。

A-in-dc、B-in-dc、C-in-dc为三相交流电压直流分量采样信号，分别接至单片机的1、2、3脚，本保护电路中测量到超过额定电压的0.5％时保护。

A-input、B-input、C-input为三相交流电的各相线输入，N为交流电的中性线，PE为保护接地。浪涌保护器MOV1吸收交流电中的浪涌尖峰电压，保护输出负载。A-output、B-output、C-output为通过保护输出给负载的各相线输出。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的变化与变型，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种交流电源输出保护电路，包括辅助电源、浪涌保护器、检测电路和控制电路，所述交流电源经浪涌保护器吸收浪涌电压，所述辅助电源给检测电路和控制电路供电，所述检测电路检测交流电源的电压、电流获得采样信号后输入控制电路，其特征在于：所述检测电路包括用于交流电源缺相、各相相位检测的相位检测电路、用于交流电源各相峰值电压检测的峰值电压检测电路和用于交流电源各相的直流分量检测的直流分量检测电路，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输出端分别对应连接控制电路的相应检测输入端，相位检测电路、峰值电压检测电路、直流分量检测电路的输入端接入交流电源；

通过相位检测电路检测交流电源的缺陷和各相相位，输出相位采样信号至控制电路，同时通过峰值电压检测电路检测交流电源的峰值电压，输出电压采样信号至控制电路，再同时通过直流分量检测电路检测交流电源的直流分量，输出直流分量采样信号至控制电路，由控制电路根据各采样信号控制断开交流电源的输出，实现保护负载。

2.根据权利要1所述的交流电源输出保护电路，其特征在于：所述辅助电源包括浪涌保护电路和整流滤波电路，所述浪涌保护电路的输入端接入交流电源，浪涌保护电路的输出端与整流滤波电路的输入端相连，所述整流滤波电路的电源输出端分别与控制电路的电源输入端、检测电路的相应电源输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的交流电源输出保护电路，其特征在于：所述控制电路为单片机控制电路，所述单片机具有用于控制交流电源输出的通断的控制端。

4.根据权利要求3所述的交流电源输出保护电路，其特征在于：所述单片机控制电路的单片机芯片的型号为M054LAN。

5.根据权利要求3所述的交流电源输出保护电路，其特征在于：所述控制电路的控制端与负载之间设有交流接触器和开关管，所述开关管的基极与控制电路的控制端相连，开关管的集电极经交流接触器的线圈后接入整流滤波电路电源输出端的正极，开关管的发射极接地；所述交流接触器具有三个触点，各个触点分别串接在交流电源输出回路的各个相线上。

6.根据权利要求1所述的交流电源输出保护电路，其特征在于：所述采样信号的零点为2.5V。