CN103390879A - 一种交流电源输入高压防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电源输入高压防护装置，避免交流输入高压启动时电解电容损坏，包括高压防护电路、交流输入电压检测电路、电解电容电压检测电路和控制电路，其中：高压防护电路包括主电路和辅电路，主电路根据控制电路的控制仅在交流输入电压未超过交流电压过压保护点以及待保护电解电容电压未超过电解电容过压保护点时导通，辅电路根据控制电路的控制在符合条件时导通；控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果分别控制主电路和辅电路的导通和断开；交流输入电压检测电路用于检测交流输入电压是否超过交流电压过压保护点；电解电容电压检测电路用于检测待保护电解电容电压是否超过电解电容过压保护点。

Description

一种交流电源输入高压防护装置

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及交流电源输入高压防护装置。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，对于电源供电系统的要求日益增高。根据各种应用的实际需要，电源通常组成各种容量的系统对负载供电，如在通信用电源中，交流输入通过交流接触器或者空气开关直接挂在交流电网上，当交流输入长期处于输入高压或者三相掉零线时，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/470uF)，从而造成电容爆裂，甚至引起电源起火，故障现象恶劣，造成通信系统的中断。

由于成本及技术问题，多数电源系统对输入高压没有保护措施，如图1所示，当输入高压时，高压直接通过整流桥加到电容C1上，超过电容的耐压规格时，将会引起电容损坏或者电源起火的恶性故障。目前电源保护措施有以下两种：

系统保护，即：当检测到交流输入过压或者交流输入三相掉零线时，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为：首先需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等相关问题，要求设计余量较大，成本很高。

电源本身保护，当数字控制电路检测到整流桥电路后面电解电容C1上的电压过压时，断开辅助继电器K2，实现数控交流电源输入高压防护。同时，为了有效防止辅助电源正式建立前，交流输入高压窜入整流桥后面的电解电容C1；在电路缓启动，辅助电源正式建立前，由硬件保护电路控制辅助继电器K2的断开与吸合（如图2所示），达到交流输入高压防护目的。该电路存在如下缺点：

(一)交流输入高压启动时，由于缓启动电阻的阻值恒定，交流输入电压按比例经过整流电路后加到整流桥后面的电解电容上，硬件过压保护电路检测到电解电容过压后，立即发出过压保护信号，但是实际的继电器触点脱离时间为毫秒级(一般为5~15毫秒)，交流输入高压在继电器触点完全脱开前，由整流桥后面的电解电容C1承受，超过电解电容450V的最大耐压值，引起整流桥后面的电解电容炸毁。同时，在电源高压输入启动的瞬间，母线电容电压为0，交流输入和母线电容之间的压差全部加到缓启动电阻上面，缓启动电阻需要具有很大的功率，增加了缓启动电路的体积和成本。

(二)交流持续高压输入或者交流输入长期三相掉零线时，辅助继电器K2触点断开，交流输入和整流滤波电路隔离，辅助电源VCC给电解电容C1放电，整流桥后面电解电容C1上电压逐渐下降。当电解电容C1上的电压下降到辅助电源关机电压后，辅助电源停电，辅助继电器K2恢复到初始常闭状态，交流输入高压再一次进入整流滤波电路，造成交流电源在持续高压输入时，不停地进行来电、停电切换，影响交流电源的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种交流电源输入高压防护装置，有效克服现有技术中存在的交流输入高压启动时电解电容损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交流电源输入高压防护装置，包括整流桥和待保护电解电容，以及高压防护电路、交流输入电压检测电路、电解电容电压检测电路和控制电路，高压防护电路的第一端设置为与火线连接，高压防护电路的第二端与整流桥的交流输入端相连，整流桥的交流输出端设置为与零线相连，待保护电解电容的两端分别与整流桥的直流输入端和直流输出端相连，所述整流桥的直流输入端设置为与直流电源相连，整流桥的直流输出端设置为接地，其中：

所述高压防护电路包括主电路和辅电路，主电路根据所述控制电路的控制仅在交流输入电压未超过交流电压过压保护点，以及待保护电解电容电压未超过电解电容过压保护点时导通，辅电路根据所述控制电路的控制在符合条件时导通；

所述控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果分别控制主电路和辅电路的导通和断开；

所述交流输入电压检测电路，设置为并联在火线与零线之间，用于检测交流输入电压是否超过交流电压过压保护点；

所述电解电容电压检测电路，设置为与待保护电解电容并联，用于检测待保护电解电容电压是否超过电解电容过压保护点。

进一步地，所述高压防护电路的主电路包括主继电器，所述高压防护电路的辅电路包括辅助继电器和热敏电阻，所述辅助继电器和热敏电阻串联连接，主继电器与串联连接的辅助继电器和热敏电阻并联，主继电器与热敏电阻连接的一端为高压防护电路的第一端，设置为与火线相连，主继电器与辅助继电器连接的一端为高压防护电路的第二端，设置为与整流桥相连。

进一步地，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

进一步地，所述控制电路包括数字控制电路，主继电器控制电路和辅助继电器控制电路，其中：

数字控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号；

所述主继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第一数字控制信号控制主继电器的开通和关断；

所述辅助继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第二数字控制信号控制辅助继电器的开通和关断。

进一步地，所述主继电器控制电路包括电阻R11，电阻R12、三极管VT10，二极管VD11以及第一电源端，所述数字控制电路发出的第一数字控制信号从电阻R11的第一端输入，电阻R11的第二端、电阻R12的第一端与三极管VT10的基极相连，电阻R12的第二端、三极管VT10的发射极与控制地GND相连，三极管VT10的集电极、主继电器控制电路输出端与二极管VD11的阳极相连，二极管VD11的阴极与第一电源端相连。

进一步地，所述辅助继电器控制电路包括电阻R13，电阻R14、三极管VT11，二极管VD12以及第二电源端，所述数字控制电路发出的第二数字控制信号从电阻R13的第一端输入，电阻R13的第二端、电阻R14的第一端与三极管VT11的基极相连，电阻R14的第二端、三极管VT11的发射极与控制地GND相连，三极管VT11的集电极、辅助继电器控制电路输出端与二极管VD12的阳极相连，二极管VD12的阴极与第二电源端相连。

进一步地，所述主继电器为常开继电器，辅助继电器为常闭继电器；

所述数字控制电路是用于采用以下方式根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号：

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为低电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压小于预设阈值时，所述预设阈值小于电解电容保护电压下限，在预设保护时间范围内，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平。

进一步地，当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

进一步地，当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

进一步地，辅电路根据所述控制电路的控制在符合条件时导通，包括：

所述辅电路在交流输入电压超过交流电压过压保护点，以及电解电容电压低于电解电容过压保护点时导通；或者

所述辅电路在交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时导通；或者

所述辅电路在交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时导通。

进一步地，所述装置还包括：电源供电电路，用于分别为主继电器控制电路和辅助继电器控制电路供电。

进一步地，所述交流输入电压检测电路包括二极管VD13，二极管VD14，电阻R15和电阻R16，所述二极管VD13的阳极设置为与火线相连，二极管VD14的阳极设置为与零线相连，二极管VD13的阴极、二极管VD14的阴极与电阻R15第一端相连，电阻R15的第二端、交流输入电压检测电路输出端与电阻R16的第一端相连，电阻R16的第二端与控制地GND相连，该交流输入电压检测电路输出端输出交流输入电压检测信号。

进一步地，所述电解电容电压检测电路包括电阻R17、电阻R18，电解电容上的电压信号与电阻R17的第一端相连，电阻R17的第二端、电解电容电压检测电路输出端与电阻R18的第一端相连，电阻R18的第二端与控制地GND相连，该电解电容电压检测电路输出端输出电解电容电压采样信号。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(一)交流高压输入启动时，当辅助继电器触点因为物理延时未完全脱开时，正温度系数热敏电阻R10由于承受高压持续发热，其本身阻值不断上升，分压增大，整流桥后电解电容电压缓慢上升，随着时间的加长，整流桥后电解电容电压逐渐下降，从而有效保护了整流桥后的电解电容。高压防护电路完全由数字控制电路控制，无需另外附加模拟控制母线过压保护电路，控制更加简单、方便。同时，通过选用合适耐压值的PTC电阻，减小了体积、降低了成本。

(二)当交流持续为高压输入时，正温度系数热敏电阻R10持续发热，母线电容电压(即电解电容C10上的电压)不断下降，经过数字控制电路的监测和判断，给主继电器K10和辅助继电器K11提供控制信号，在任意可设置保护时间范围内完全切断主功率回路，有效保护交流电源，提高交流电源的使用寿命。

附图说明

图1是背景技术中的电源本身高压防护电路图；

图2是背景技术中的模拟控制母线过压保护电路图；

图3是交流输入高压防护装置结构示意图；

图4是高压防护电路与整流桥、电解电容的连接电路图；

图5是主继电器K10控制电路电路图；

图6是辅助继电器K11控制电路电路图；

图7是交流输入电压检测电路电路图；

图8是电解电容电压检测电路电路图；

图9是辅助继电器控制电路直流电源供电电路图。

具体实施方式

本文提供的交流输入高压防护装置，包括整流桥和待保护电解电容，此外还包括高压防护电路、交流输入电压检测电路、电解电容电压检测电路和控制电路，高压防护电路的第一端设置为与火线（交流输入火线）连接，高压防护电路的第二端与整流桥的交流输入端相连，整流桥的交流输出端设置为与零线相连，待保护电解电容的两端分别与整流桥的直流输入端和直流输出端相连，所述整流桥的直流输入端设置为与直流电源相连，整流桥的直流输出端设置为接地，其中：

该高压防护电路包括主电路和辅电路，主电路根据所述控制电路的控制仅在交流输入电压未超过交流电压过压保护点，以及待保护电解电容电压未超过电解电容过压保护点时导通，辅电路根据所述控制电路的控制在符合条件时导通；

该控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果分别控制主电路和辅电路的导通和断开；

该交流输入电压检测电路，设置为并联在火线与零线之间，用于检测交流输入电压是否超过交流电压过压保护点；

该电解电容电压检测电路，设置为与待保护电解电容并联，用于检测待保护电解电容电压是否超过电解电容过压保护点。

上述高压防护电路的主电路包括主继电器，高压防护电路的辅电路包括辅助继电器和热敏电阻，辅助继电器和热敏电阻串联连接，主继电器与串联连接的辅助继电器和热敏电阻并联，主继电器与热敏电阻连接的一端为高压防护电路的第一端，设置为与火线相连，主继电器与辅助继电器连接的一端为高压防护电路的第二端，设置为与整流桥相连。优选地，该热敏电阻为正温度系数热敏电阻（PTC）。

上述控制电路包括数字控制电路，主继电器控制电路和辅助继电器控制电路，其中：

数字控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号；

主继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第一数字控制信号控制主继电器的开通和关断；

辅助继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第二数字控制信号控制辅助继电器的开通和关断。

优选地，上述主继电器是常开继电器，辅助继电器是常闭继电器。数字控制电路结合交流输入电压和电解电容电压同时做控制。具体地，数字控制电路是用于采用以下方式根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号：

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为低电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压小于预设阈值时，所述预设阈值小于电解电容保护电压下限，在预设保护时间范围内，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平。

优选地，当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

优选地，当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

该辅电路导通的条件包括：

交流输入电压超过交流电压过压保护点，以及电解电容电压低于电解电容过压保护点；或者

交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时；或者

交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图3是本文所述交流输入高压防护装置的结构示意图：

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AC-SENSE，此信号送至数字控制电路进行相关的运算与控制；

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DC-SENSE，此信号送至数字控制电路进行相关的运算与控制；

辅助电源供电电路：辅助电源供电电路包括第一辅助电源供电电路和第二辅助电源供电电路，第一辅助电源供电电路将电解电容电压DC作为输入电压，通过直流变换，输出直流电压信号VCC1，给主继电器控制电路和辅助继电器控制电路提供直流电源；第二辅助电源供电电路将系统电池电压作为输入电压，通过直流变换，输出直流电压信号VCC2，给辅助继电器控制电路提供直流电源；

数字控制电路接收交流输入电压采样信号AC-SENSE，电解电容电压采样信号DC-SENSE，经过数字控制器的运算后，输出主继电器数字控制信号RELAY10和辅助继电器数字控制信号RELAY11；

主继电器控制电路对数字控制电路发出的主继电器数字控制信号RELAY10进行相关处理，送出一个控制主继电器吸合或断开的控制信号CTRL10给高压防护电路；

辅助继电器控制电路对数字控制电路发出的辅助继电器数字控制信号RELAY11进行相关处理，送出一个控制辅助继电器吸合或断开的控制信号CTRL11给高压防护电路；

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电路中，通过控制主继电器和辅助继电器的动作来控制交流输入与主功率回路的连通与断开，实现高压防护功能。

高压防护电路的交流输出经整流桥整流后给输出电解电容供电，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。

下面以热敏电阻为正温度系数热敏电路，主继电器为常开继电器，辅助继电器为常闭继电器为例进行说明。

图4是图3中高压防护电路与整流桥、电解电容的连接电路图，其具体实现如下：主继电器K10的第一触点、PTC电阻R10的第一端与输入的交流火线L相连，PTC电阻R10的第二端与辅助继电器K11的第一触点相连，主继电器K10的第二触点、辅助继电器K11的第二触点与整流桥VD10的第一连接端相连，整流桥VD10的第二连接端与电解电容C10的正极相连，电解电容C10的负极、整流桥VD10的第四连接端与控制地GND相连，整流桥VD10的第三连接端与交流零线N相连，主继电器K10线圈的一端与直流电压信号VCC1相连，主继电器K10线圈的另一端与信号端CTRL10相连，辅助继电器K11线圈的一端与直流电压信号VCC3相连，辅助继电器K11线包的另一端与信号端CTRL11相连。其中：主继电器是常开继电器，辅助继电器是常闭继电器。

图5是主继电器K10控制电路，其具体实现如下：数字控制电路发出的主继电器数字控制信号RELAY10从电阻R11的第一端输入，电阻R11的第二端、电阻R12的第一端与三极管VT10的基极相连，电阻R12的第二端、三极管VT10的发射极与控制地GND相连，三极管VT10的集电极、信号端CTRL10与二极管VD11的阳极相连，二极管VD11的阴极与直流电源VCC1(VCC1为高压防护电路和主继电器控制电路的共用直流电源)相连。

图6是辅助继电器K11控制电路，其具体实现如下：数字控制电路发出的辅助继电器数字控制信号RELAY11从电阻R13的第一端输入，电阻R13的第二端、电阻R14的第一端与三极管VT11的基极相连，电阻R14的第二端、三极管VT11的发射极与控制地GND相连，三极管VT11的集电极、信号端CTRL11与二极管VD12的阳极相连，二极管VD12的阴极与直流电压信号VCC3(VCC3为高压防护电路和辅助继电器控制电路的共用直流电源)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VD13的阳极与交流输入火线L相连，二极管VD14的阳极与交流输入零线N相连，二极管VD13的阴极、二极管VD14的阴极与电阻R15第一端相连，电阻R15的第二端、交流输入电压检测信号AC-SENSE与电阻R16的第一端相连，电阻R16的第二端与控制地GND相连。

图8是电解电容电压检测电路，其具体实现如下：电解电容上的电压信号DC与R17的第一端相连，R17的第二端、电解电容电压采样信号DC-SENSE与电阻R18的第一端相连，电阻R18的第二端与控制地GND相连。

图9是辅助继电器直流电源供电电路，辅助电源供电电路可采用现有技术实现，其具体实现如下：第一辅助电源供电电路输出的直流电压信号VCC1与二极管VD15阳极相连，第二辅助电源供电电路输出的直流电压信号VCC2与二极管VD16阳极相连，二极管VD15的阴极、二极管VD16的阴极与直流电压信号VCC3相连。

此装置可以在电源交流输入高压时对电解电容C10进行保护，本发明所述的数控交流电源输入高压防护装置有五种工作状态：

第一种工作状态：当交流输入电压和电解电容电压都正常时，即交流输入电压AC<ACHigh(ACHigh为交流电压过压保护点)，电解电容电压DC<DCHigh(DCHigh为电解电容电压过压保护点)，主继电器数字控制信号RELAY10为高电平，主继电器控制电路中的三极管VT10导通，主继电器K10吸合，辅助继电器数字控制信号RELAY11为高电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11导通，辅助继电器K11断开，这时主继电器K10的触点把PTC电阻R10和辅助继电器K11短路，电源正常工作。

第二种工作状态：当交流输入高压但电解电容电压正常时，即交流输入电压AC≥ACHigh，电解电容电压DC<DCHigh，主继电器数字控制信号RELAY10为低电平，主继电器控制电路中的三极管VT10不通，主继电器K10断开，辅助继电器数字控制信号RELAY11为低电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11不通，辅助继电器K11吸合，交流电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，此时电源处于保护状态。

第三种工作状态：当交流输入电压和电解电容电压都过高时，即交流输入电压AC≥ACHigh，电解电容电压DC≥DCHigh，主继电器数字控制信号RELAY10为低电平，主继电器控制电路中的三极管VT10不通，主继电器K10断开，辅助继电器数字控制信号RELAY11为高电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11导通，辅助继电器K11断开，交流电压不能给电解电容C10充电，辅助电源给电解电容C10放电，电解电容C10上的电压逐渐降低，此时交流输入电压的状态维持不变，即AC≥ACHigh，当电解电容上的电压小于电解电容保护电压下限时，即DC<DCLow(DCLow为电解电容保护电压下限值)，辅助继电器数字控制信号RELAY11为低电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11不通，辅助继电器K11吸合，交流输入电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，此时电源处于保护状态。

同理，在第二种工作状态时，当AC≥ACHigh，而电解电容上的电压持续下降，小于电解电容保护电压下限即DC<DCLow时，主继电器数字控制信号RELAY10和辅助继电器数字控制信号RELAY11均为低电平。

第四种工作状态：当交流输入电压正常电解电容电压过高时，即交流输入电压AC<ACHigh，电解电容电压DC≥DCHigh，主继电器数字控制信号RELAY10为低电平，主继电器控制电路的三极管VT10不通，主继电器K10断开，辅助继电器数字控制信号REALY11为高电平，辅助继电器控制电路的三极管VT11导通，辅助继电器K11断开，交流电压不能给电解电容C10充电，电解电容C10上的电压逐渐降低，此时交流输入电压的状态维持不变，即AC<ACHigh，当电解电容上的电压小于电解电容保护电压下限时，即DC<DCLow，辅助继电器数字控制信号RELAY11为低电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11不通，辅助继电器K11吸合，交流电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，电源处于保护状态。

同理，在第一种工作状态时，当AC<ACHigh，而电解电容上的电压持续下降，小于电解电容保护电压下限即DC<DCLow时，主继电器数字控制信号RELAY10和辅助继电器数字控制信号RELAY11均为低电平。

第五种工作状态，当交流输入电压持续过高时，即交流输入电压AC≥ACHigh，交流输入电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，持续充电一段时间后，PTC电阻温度上升，阻值增大，导致电解电容C10上的电压缓慢下降，当电解电容上的电压小于设定的阈值(DC<DCLevel)（此时交流输入电压的状态维持不变，即AC≥ACHigh）时，且此设定的阈值小于电解电容保护电压下限值(DCLevel<DCLow)，通过软件算法，设置保护时间为tset(tset可任意设置)，在保护时间范围内，主继电器数字控制信号RELAY10为低电平，主继电器控制电路的三极管VT10不通，主继电器K10断开，辅助继电器数字控制信号RELAY11置为高电平，辅助继电器控制电路中的三极管VT11导通，辅助继电器K11断开，交流电压完全与主功率电路隔离，保护交流电源。此时，第二辅助电源供电电路给辅助继电器控制电路提供直流供电电源。

五种工作状态不是孤立的，电源正常工作时，此电路工作在第一工作状态；当交流输入过压时，电源进入第二种工作状态，PTC电阻R10串入主功率回路，交流电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，当电解电容电压充到过压保护点(DCHigh)时，电源进入第三种工作状态，此时，主继电器K10、辅助继电器K11断开，辅助电源给电解电容C10放电，当电解电容上的电压降到设定的保护电压下限(DC<DCLow)时，电源进入第二种工作状态，如此循环，确保电解电容上的电压在安全的范围内，并且能确保辅助电源能正常工作，电源不会死机。当交流电压和电解电容电压都恢复正常后，电源进入第一种工作状态，由于电解电容上一直是有正常电压的，所以主继电器K10吸合时的冲击电流不大，不会损坏主继电器。

当交流输入电压由高压变为低压时，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，此时，主继电器K10断开、辅助继电器K11断开，辅助电源给电解电容C10放电，当电解电容上的电压降到设定的保护电压下限(DC<DCLow)时，辅助继电器K11吸合，交流电压通过PTC电阻R10给电解电容C10充电，待母线电容电压恢复到正常水平时，电路进入第一种工作状态。

当交流输入电压持续为高压或者三相供电系统中掉零线时，电路将进入第二种工作状态，交流输入电压通过PTC电阻R10给电解电容C10持续充电一段时间后，电路进入第五种工作状态，交流输入完全同主功率回路断开，有效保护交流电源。保护时间tset结束后，数字控制电路根据交流输入和电解电容的实际检测电压，确定高压防护电路的工作状态。

本发明所述的数控交流电源输入高压防护装置，通过检测交流输入电压和整流桥后输出滤波电容电压实现电源的交流输入高压防护，使用具有合适耐压值的PTC电阻，节省了体积，降低了成本，解决了交流输入高压启动时，因继电器触点动作物理延时导致的电解电容损坏问题；完全使用数字控制，具有控制简单、成本低等优点，大大提高了交流电源的可靠性。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

虽然本文实施例以热敏电阻为正温度系数热敏电路，主继电器为常开继电器，辅助继电器为常闭继电器等为例进行说明，但基于本发明思想，本领域技术人员可以更换实施例中的元器件，并对上述实施例中电路进行相应调整，以实现高压保护。

Claims (13)

1.一种交流电源输入高压防护装置，包括整流桥和待保护电解电容，其特征在于，还包括：高压防护电路、交流输入电压检测电路、电解电容电压检测电路和控制电路，高压防护电路的第一端设置为与火线连接，高压防护电路的第二端与整流桥的交流输入端相连，整流桥的交流输出端设置为与零线相连，待保护电解电容的两端分别与整流桥的直流输入端和直流输出端相连，所述整流桥的直流输入端设置为与直流电源相连，整流桥的直流输出端设置为接地，其中：

所述高压防护电路包括主电路和辅电路，主电路根据所述控制电路的控制仅在交流输入电压未超过交流电压过压保护点，以及待保护电解电容电压未超过电解电容过压保护点时导通，辅电路根据所述控制电路的控制在符合条件时导通；

所述控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果分别控制主电路和辅电路的导通和断开；

所述交流输入电压检测电路，设置为并联在火线与零线之间，用于检测交流输入电压是否超过交流电压过压保护点；

所述电解电容电压检测电路，设置为与待保护电解电容并联，用于检测待保护电解电容电压是否超过电解电容过压保护点。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述高压防护电路的主电路包括主继电器，所述高压防护电路的辅电路包括辅助继电器和热敏电阻，所述辅助继电器和热敏电阻串联连接，主继电器与串联连接的辅助继电器和热敏电阻并联，主继电器与热敏电阻连接的一端为高压防护电路的第一端，设置为与火线相连，主继电器与辅助继电器连接的一端为高压防护电路的第二端，设置为与整流桥相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：

所述控制电路包括数字控制电路，主继电器控制电路和辅助继电器控制电路，其中：

数字控制电路用于根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号；

所述主继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第一数字控制信号控制主继电器的开通和关断；

所述辅助继电器控制电路用于根据数字控制电路输入的第二数字控制信号控制辅助继电器的开通和关断。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述主继电器控制电路包括电阻R11，电阻R12、三极管VT10，二极管VD11以及第一电源端，所述数字控制电路发出的第一数字控制信号从电阻R11的第一端输入，电阻R11的第二端、电阻R12的第一端与三极管VT10的基极相连，电阻R12的第二端、三极管VT10的发射极与控制地GND相连，三极管VT10的集电极、主继电器控制电路输出端与二极管VD11的阳极相连，二极管VD11的阴极与第一电源端相连。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：

所述辅助继电器控制电路包括电阻R13，电阻R14、三极管VT11，二极管VD12以及第二电源端，所述数字控制电路发出的第二数字控制信号从电阻R13的第一端输入，电阻R13的第二端、电阻R14的第一端与三极管VT11的基极相连，电阻R14的第二端、三极管VT11的发射极与控制地GND相连，三极管VT11的集电极、辅助继电器控制电路输出端与二极管VD12的阳极相连，二极管VD12的阴极与第二电源端相连。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述主继电器为常开继电器，辅助继电器为常闭继电器；

所述数字控制电路是用于采用以下方式根据交流输入电压检测电路和电解电容电压检测电路的输出结果向主继电器控制电路发送第一数字控制信号，向辅助继电器控制电路发送第二数字控制信号：

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号和第二数字控制信号均为低电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压超过电解电容过压保护点时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平；或者

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，电解电容电压检测电路检测电解电容电压小于预设阈值时，所述预设阈值小于电解电容保护电压下限，在预设保护时间范围内，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为高电平。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

当交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

当交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时，输出第一数字控制信号为低电平，输出第二数字控制信号为低电平。

10.如权利要求1或2或7或8或9所述的装置，其特征在于：

辅电路根据所述控制电路的控制在符合条件时导通，包括：

所述辅电路在交流输入电压超过交流电压过压保护点，以及电解电容电压低于电解电容过压保护点时导通；或者

所述辅电路在交流输入电压检测电路检测输入电压超过交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时导通；或者

所述辅电路在交流输入电压检测电路检测输入电压低于交流电压过压保护点，而电解电容电压检测电路检测电解电容电压低于电解电容保护电压下限值时导通。

11.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述装置还包括：电源供电电路，用于分别为主继电器控制电路和辅助继电器控制电路供电。

12.如权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于：

所述交流输入电压检测电路包括二极管VD13，二极管VD14，电阻R15和电阻R16，所述二极管VD13的阳极设置为与火线相连，二极管VD14的阳极设置为与零线相连，二极管VD13的阴极、二极管VD14的阴极与电阻R15第一端相连，电阻R15的第二端、交流输入电压检测电路输出端与电阻R16的第一端相连，电阻R16的第二端与控制地GND相连，该交流输入电压检测电路输出端输出交流输入电压检测信号。

13.如权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于：

所述电解电容电压检测电路包括电阻R17、电阻R18，电解电容上的电压信号与电阻R17的第一端相连，电阻R17的第二端、电解电容电压检测电路输出端与电阻R18的第一端相连，电阻R18的第二端与控制地GND相连，该电解电容电压检测电路输出端输出电解电容电压采样信号。

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