CN104184111B - 一种高压输电线路地线取电的过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,它包括交流电流源输入模块、防雷模块、EMI滤波器、过压保护模块、整流模块和滤波模块,所述的过压保护模块包括两个结构对称的过压保护组件A和过压保护组件B,过压保护组件A和过压保护组件B之间通过各自的光电耦合电路互连,所述的过压保护组件A包括整流电路、比较电路、放大电路、基准电压电路、反馈控制电路、光电耦合电路和过压保护开关。本发明大大降低交流电流源过压保护时的功率损耗,过压保护点受温度影响很小,可以缩小供电设备体积,提高供电设备可靠性。还可以使交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值接近。

Description

一种高压输电线路地线取电的过压保护电路
技术领域
[0001]本发明涉及过压保护领域,特别是涉及一种高压输电线路地线取电的过压保护电路。
背景技术
[0002]智能电网是电网的发展方向,而在线监测是智能电网的一部分。而在线监测系统的供电部分,是在线监测系统能正常运行的基础。在输电网的地线上通过电磁感应取电,可以有效解决在线监测系统的供电问题。因为地线上只要有交流电流,通过铁芯由电磁感应原理就可以取得交流电流源,类似电流互感器,取得的交流电源的功率和负载电阻阻值成正比,根据公式P=I2*R,假设电流I恒定,则功率P正比于电阻R。所以,当电阻R增大时,输出功率增大,输出电电压也增大,当负载没有消耗功率或者开路这种极端情况时,取得的交流电输出电压会大大升高,会超过电路中元件器耐压极限而损坏元器件。所以,取得的交流电必须加上过压保护电路。
[0003]如图1所示,一种传统的典型交流电流源过压保护方案,该传统方案中采用双向可控硅实现交流电流源过压保护。
[0004]该传统方案的工作原理是:直流用电设备用电电流降低,等效为直流用电设备内阻增大,直流用电设备两端电压升高,交流电流源输出电压升高。此时,过压保护电路工作原理分交流电流源正半周和负半周两种情况分析。
[0005]该传统方案过压保护电路在交流源正半周工作原理:
[0006] 假设图1中A点电压相对B点电压为正,即Vab为正电压。C点相对B点为正电压,即Vcb为正电压。当Vcb逐步升高,达到双向二极管DBl的导通电压时,双向二极管DBl导通,电流从左到右流过双向二极管DBl、电阻R5后,给电容C2充电,然后G点电压相对B点电压为正,SPVgb为正电压,当Vgb达到双向可控硅VTI的正导通阀值电压时,双向可控硅VTI导通,电流从MT2流至MTl,相当于将交流电流源短路,交流电流源不再给直流用电设备供电,而由电容C3中存储的电能给直流用电设备供电。直到交流源负半周到来,此时Vab将由正转负,流过双向可控硅VTl的电流先减小,然后到零,再反向,双向可控硅VTl由于自身特性,会在电流过零时自动关断。
[0007 ]该传统方案过压保护电路在交流源负半周工作原理:
[0008] 假设图1中A点电压相对B点电压为负,即Vab为负电压。C点相对B点为负电压,S卩Vcb为负电压。当Vcb逐步降低,达到双向二极管DBl的导通电压时,双向二极管DBl导通,电流从右到左流过电阻R5,双向二极管DBl给C2放电(也可以认为反向充电),然后G点电压相对B点电压为负,即Vcb为负电压,当Vcb达到双向可控硅VTI的负导通阀值电压时,双向可控硅VTI导通,电流从MTl流至MT2,相当于将交流电流源短路,交流电流源不再给直流用电设备供电,而由电容C3中存储的电能给直流用电设备供电。直到交流源正半周到来,此时Vab将由负转正,流过双向可控硅VTl的电流先减小,然后到零,再反向,双向可控硅VTl由于自身特性,会在电流过零时自动关断。
[0009]现有技术的最大缺点是:双向可控硅的VTM值一般都较大,VTM值为双向可控硅导通流过电流后,MT2引脚和MT I引脚间的电位差值,当双向可控硅导通流过较大电流时,损耗相当大。由于双向可控硅1、3象限的触发电压阀值不同,从而导致交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值不一致。
发明内容
[0010]本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,克服过压保护时损耗功率太大的问题。
[0011]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,它包括交流电流源输入模块、防雷模块、EMI滤波器、过压保护模块、整流模块和滤波模块,交流电流源输入模块与防雷模块连接,防雷模块与EMI滤波器连接,EMI滤波器与过压保护模块连接,过压保护模块与整流模块连接,整流模块与滤波模块连接,防雷模块的输入与交流电流源输出连接,滤波模块输出与直流用电设备连接。
[0012]所述的过压保护模块包括两个结构对称的过压保护组件A和过压保护组件B,过压保护组件A和过压保护组件B之间通过各自的光电耦合电路互连。
[0013]所述的过压保护组件A包括整流电路、比较电路、放大电路、基准电压电路、反馈控制电路、光电耦合电路和过压保护开关。
[0014]所述的整流电路将输入的交流电流转换为直流电流,整流电路的一路直流输出经稳压电路分别与比较电路电源端、放大电路的电源端,以及基准电压电路连接,整流电路的另一路直流输出经分压后与比较电路的同相输入端连接,基准电压电路的输出与比较电路的反相输入端连接,比较电路的输出分别与放大电路、光电親合电路连接,放大电路的输出与过压保护开关连接,反馈控制电路的一端与比较电路的输出端连接,反馈控制电路的另一端与比较电路的同相输入端连接,光电耦合电路与过压保护组件B的比较电路的同相输入端连接,反过来,过压保护组件B的光电耦合电路亦与过压保护组件A的比较电路的同相输入端连接。
[0015]所述的整流电路为半波整流电路,所述的半波整流电路包括整流二极管Dl和整流电容C5,所述的整流二极管Dl的阳极与交流输入端B连接,整流二极管Dl的阴极与整流电容C5的阳极连接,整流电容C5的阴极与交流输入端A连接,整流二极管DI和整流电容C5的中点输出直流电。
[0016] 所述的稳压电路包括电阻R7、稳压三极管Ql和稳压二极管Zl,所述的稳压三极管Ql的集电极与整流电路的直流输出连接,稳压三极管Ql的发射极与比较电路的电源端连接,稳压三极管Ql的基极与稳压二极管Zl的阴极连接,稳压二极管Zl的阳极与交流输入端A连接,稳压三极管Ql的发射极还通过电容C7与交流输入端A连接,电阻R7并联在稳压三极管Ql的集电极和基极之间。
[0017] 所述的分压电路包括分压电阻Rl和分压电阻R3,所述的分压电阻Rl和分压电阻R3串联连接,串联的一端与整流电路的直流输出连接,另一端与交流输入端A连接,串联的中点与比较电路的同相输入端连接,串联的中点还通过电容Cl与交流输入端A连接。
[0018]所述的比较电路包括运算放大器Ul,运算放大器Ul接地端与交流输入端A连接。
[0019]所述的放大电路为推挽放大电路,所述的推挽放大电路包括放大三极管Q3和放大三极管Q5,所述的放大三极管Q3的基极与放大三极管Q5的基极和运算放大器Ul的输出端连接,放大三极管Q3的集电极与稳压三极管Ql的发射极连接,放大三极管Q3的发射极与放大三极管Q5的发射极和过压保护开关连接,放大三极管Q5的集电极与交流输入端A连接。
[0020]所述的基准电压电路包括稳压管U3、电阻R9和电容C2,所述的稳压管U3为可控精密稳压源TL431,所述的稳压管U3的阳极与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极通过电阻R9与稳压三极管Ql的发射极连接,稳压管U3的阴极还通过电容C2与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极还与稳压管U3的参考极和运算放大器Ul的反向输入端连接。
[0021] 所述的反馈控制电路包括二极管D3和电阻R13,二极管D3的阳极与运算放大器Ul的输出端连接,二极管D3的阴极通过电阻R13与运算放大器Ul的同向输入端连接。
[0022] 所述的光电親合电路包括光电親合器U5、电阻RlO和电阻R15,所述的光电親合器U5输入端阴极与运算放大器Ul的输出端连接,光电耦合器U5输入端阳极通过电阻RlO与交流输入端A连接,光电耦合器U5输出端发射极通过电阻R15与和运算放大器Ul所对称的运算放大器U2的同向输入端连接,光电親合器U5输出端集电极与和稳压三极管Ql所对称的稳压三极管Q2的发射极连接。
[0023] 所述的过压保护开关包括开关MOS管Q7、二极管D5、分压电阻R17、分压电阻R4和稳压二极管Z3,所述的开关MOS管Q7的源极与交流输入端A连接,开关MOS管Q7的漏极与和开关MOS管Q7的所对称的开关MOS管Q8的漏极连接,开关MOS管Q7的栅极通过分压电阻R17与放大三极管Q3的发射极和放大三极管Q5的发射极连接,开关MOS管Q7的栅极还通过并联的分压电阻R4和稳压二极管Z3与交流输入端A连接,稳压二极管Z3的阴极与开关MOS管Q7的栅极连接,二极管D5的阳极与开关MOS管Q7的源极连接,二极管D5的阴极与开关MOS管Q7的漏极连接。
[0024]本发明的有益效果是:本发明采用两只N沟道MOSFET实现交流电流源过压保护,可以大大降低交流电流源过压保护时的功率损耗,过压保护点受温度影响很小,可以缩小供电设备体积,提高供电设备可靠性。还可以使交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值接近。
附图说明
[0025]图1为传统典型交流电流源过压保护方案电路原理图;
[0026]图2为本发明系统框图;
[0027]图3为本发明过压保护方案电路原理图;
[0028]图4为双向可控硅工作时电流与电压的关系图;
[0029]图5为本发明过压保护系统的仿真实现结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0031]智能电网是电网的发展方向,而在线监测是智能电网的一部分。而在线监测系统的供电部分,是在线监测系统能正常运行的基础。在输电网的地线上通过电磁感应取电,可以有效解决在线监测系统的供电问题。因为地线上只要有交流电流,通过铁芯由电磁感应原理就可以取得交流电流源。类似电流互感器,取得的交流电源的功率和负载电阻阻值成正比,根据公式P=I2*R,假设电流I恒定,则功率P正比于电阻R。所以,当电阻R增大时,输出功率增大,输出电电压也增大,当负载没有消耗功率或者开路这种极端情况时,取得的交流电输出电压会大大升高,会超过电路中元件器耐压极限而损坏元器件。所以,取得的交流电必须加上过压保护电路。
[0032]本发明采用两只N沟道MOSFET替代双向可控硅实现交流电流源过压保护,可以大大降低交流电流源过压保护时的功率损耗,可以缩小供电设备体积,提高供电设备可靠性。还可以使交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值接近。
[0033]如图2所示,一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,它包括交流电流源输入模块、防雷模块、EMI滤波器、过压保护模块、整流模块和滤波模块,交流电流源输入模块与防雷模块连接,防雷模块与EMI滤波器连接,EMI滤波器与过压保护模块连接,过压保护模块与整流模块连接,整流模块与滤波模块连接,防雷模块的输入与交流电流源输出连接,滤波模块输出与直流用电设备连接。
[0034] 1、交流电流源:在输电网络地线上流过交流电源,利用磁环电池感应的原理从地线上取电,类似电流互感器工作原理,短时间内取得的电可以等效为交流电流源。
[0035] 2、防雷模块:用压敏电阻,气体放电管以及电感等元器件设计出的防雷电路,在一定程度上泄放感应雷击的能量,防止感应雷击的能量损坏后面电路中的元器件。
[0036] 3、EMI滤波器:EMI滤波器为电磁干扰滤波器,是通过X电容、Y电容、共模电感和差模电感设计出的滤波器,防止外界的共模干扰和差模干扰影响后面用电设备的正常工作,也同时防止用电设备产生的差模和共模干扰通过导线传递出去,对通过导线相连的其他电子设备造成干扰。
[0037] 4、过压保护模块:由上下两部分完全一样的电路构成,上下两部分电路的工作原理完全一样。
[0038] 5、整流模块:通过整流桥或者四只二极管,把交流电源整流为直流电源。
[0039] 6、滤波模块:通过大容量铝电解电容,或者CLC滤波电路实现滤波,以获得更加理想的直流电。
[0040] 7、直流用电设备:可以是实现一定功能的单元板,也可以是摄像机,传感器等用电设备。
[0041]如图3所示,所述的过压保护模块包括两个结构对称的过压保护组件A和过压保护组件B,过压保护组件A和过压保护组件B之间通过各自的光电耦合电路互连。
[0042]所述的过压保护组件A包括整流电路、比较电路、放大电路、基准电压电路、反馈控制电路、光电耦合电路和过压保护开关。
[0043]所述的整流电路将输入的交流电流转换为直流电流,整流电路的一路直流输出经稳压电路分别与比较电路电源端、放大电路的电源端,以及基准电压电路连接,整流电路的另一路直流输出经分压后与比较电路的同相输入端连接,基准电压电路的输出与比较电路的反相输入端连接,比较电路的输出分别与放大电路、光电親合电路连接,放大电路的输出与过压保护开关连接,反馈控制电路的一端与比较电路的输出端连接,反馈控制电路的另一端与比较电路的同相输入端连接,光电耦合电路与过压保护组件B的比较电路的同相输入端连接,反过来,过压保护组件B的光电耦合电路亦与过压保护组件A的比较电路的同相输入端连接。
[0044]所述的整流电路为半波整流电路,所述的半波整流电路包括整流二极管Dl和整流电容C5,所述的整流二极管Dl的阳极与交流输入端B连接,整流二极管Dl的阴极与整流电容C5的阳极连接,整流电容C5的阴极与交流输入端A连接,整流二极管DI和整流电容C5的中点输出直流电。
[0045] 所述的稳压电路包括电阻R7、稳压三极管Ql和稳压二极管Zl,所述的稳压三极管Ql的集电极与整流电路的直流输出连接,稳压三极管Ql的发射极与比较电路的电源端连接,稳压三极管Ql的基极与稳压二极管Zl的阴极连接,稳压二极管Zl的阳极与交流输入端A连接,稳压三极管Ql的发射极还通过电容C7与交流输入端A连接,电阻R7并联在稳压三极管Ql的集电极和基极之间。
[0046] 所述的分压电路包括分压电阻Rl和分压电阻R3,所述的分压电阻Rl和分压电阻R3串联连接,串联的一端与整流电路的直流输出连接,另一端与交流输入端A连接,串联的中点与比较电路的同相输入端连接,串联的中点还通过电容Cl与交流输入端A连接。
[0047]所述的比较电路包括运算放大器Ul,运算放大器Ul接地端与交流输入端A连接。
[0048]所述的放大电路为推挽放大电路,所述的推挽放大电路包括放大三极管Q3和放大三极管Q5,所述的放大三极管Q3的基极与放大三极管Q5的基极和运算放大器Ul的输出端连接,放大三极管Q3的集电极与稳压三极管Ql的发射极连接,放大三极管Q3的发射极与放大三极管Q5的发射极和过压保护开关连接,放大三极管Q5的集电极与交流输入端A连接。
[0049]所述的基准电压电路包括稳压管U3、电阻R9和电容C2,所述的稳压管U3为可控精密稳压源TL431,所述的稳压管U3的阳极与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极通过电阻R9与稳压三极管Ql的发射极连接,稳压管U3的阴极还通过电容C2与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极还与稳压管U3的参考极和运算放大器Ul的反向输入端连接。
[0050] 所述的反馈控制电路包括二极管D3和电阻R13,二极管D3的阳极与运算放大器Ul的输出端连接,二极管D3的阴极通过电阻R13与运算放大器Ul的同向输入端连接。
[0051 ] 所述的光电親合电路包括光电親合器U5、电阻RlO和电阻R15,所述的光电親合器U5输入端阴极与运算放大器Ul的输出端连接,光电耦合器U5输入端阳极通过电阻RlO与交流输入端A连接,光电耦合器U5输出端发射极通过电阻R15与和运算放大器Ul所对称的运算放大器U2的同向输入端连接,光电親合器U5输出端集电极与和稳压三极管Ql所对称的稳压三极管Q2的发射极连接。
[0052] 所述的过压保护开关包括开关MOS管Q7、二极管D5、分压电阻R17、分压电阻R4和稳压二极管Z3,所述的开关MOS管Q7的源极与交流输入端A连接,开关MOS管Q7的漏极与和开关MOS管Q7的所对称的开关MOS管Q8的漏极连接,开关MOS管Q7的栅极通过分压电阻R17与放大三极管Q3的发射极和放大三极管Q5的发射极连接,开关MOS管Q7的栅极还通过并联的分压电阻R4和稳压二极管Z3与交流输入端A连接,稳压二极管Z3的阴极与开关MOS管Q7的栅极连接,二极管D5的阳极与开关MOS管Q7的源极连接,二极管D5的阴极与开关MOS管Q7的漏极连接。
[0053] 其中,稳压三极管Q1、Q2和放大三极管Q3、Q4为NPN三极管,放大三极管Q5、Q6为PNP三极管,开关MOS管Q7、Q8为NMOS管。
[0054]本发明中的过压保护模块包括两个结构对称的过压保护组件A和过压保护组件B,其元器件组成和电路结构相同,即本发明过压保护模块由上下两部分完全一样的电路构成,上下两部分电路的工作原理也完全一样。
[0055]下面就过压保护模块下部分电路的工作原理进行说明,即对过压保护组件B的工作原理进行说明,根据过压保护组件B的工作原理可知过压保护组件A的工作原理。
[0056]当交流输入端A相对与交流输入端B为正时。
[0057] 整流二极管Dl不导通,整流二极管D2导通,电流给整流电容C6充电,整流电容C6两端的电压,通过分压电阻R2和分压电阻R5分压,分压电阻R2和分压电阻R5的中点为运算放大器U2同向输入端的输入电压,该输入电压记为分压电压Vins。
[0058] 整流电容C6的正极,再经电阻R8、稳压二极管Z2和NPN稳压三极管Q2组成的稳压电路给运算放大器U2供电,连接至运算放大器U2的第8脚工作电压输入端VCC,VCC电压由稳压二极管Z2的电压值决定。
[0059] VCC电压经过电阻Rll流过电流至稳压管U4,稳压管U4为TL431,稳压管U4的参考极R和阴极K极短路,这样稳压管U4的作用就是一只具有温度补偿功能的高精度2.5V稳压管,提供2.5V参考电压给运算放大器U2的第2脚反相输入A-端。
[0060]运算放大器U2的第I脚输出端Aout通过二极管D4和电阻R16连接至运算放大器U2的第3脚同向输入A+端,实现正反馈控制。
[0061 ]同时运算放大器U2的第I脚输出端Aout通过三极管Q4和三极管Q6的推挽放大,来驱动开关MOS关Q8,开关MOS关Q8为N沟道MOSFET。
[0062]另外,运算放大器U2第I脚输出端Aout串联光电耦合器U6的输入端,经过电阻R12到交流输入端B低电位,这样,一旦运算放大器U2的第I脚输出端Aout输出高电平,那么光电耦合器U6的输入端流过电流,光电耦合器U6的输出端导通,电流从运算放大器Ul第8脚工作电压输入端VCC,流过光电耦合器U6的输出端,并通过电阻R14流至运算放大器Ul的第3脚同相输入A+端,从而提高运算放大器Ul第3脚同相输入A+端电压。
[0063]过压保护模块电路的工作状态有两种:
[0064] (I)正常工作状态
[0065]当分压电压Vins小于2.5V参考电压时,运算放大器U2的同向输入端电压小于反向输入端电压,运算放大器U2的第I脚输出端Aout输出为低电平,二极管D4、放大三极管Q4、光电耦合器U6都处于关断状态,放大三极管Q6导通,开关MOS管Q8的栅极电压被拉低至接近源极电压,所以开关MOS管Q8关断,此时整个过压保护电路相对于交流输入端A和交流输入端B是开路状态,这是没有产生保护时的状态。
[0066] 此时,过压保护电路中分压电阻R2和分压电阻R5的分压电压Vins做为运算放大器U2的同相输入,由于分压电阻R2、电阻R15和电阻R16并联,所以R2//R15//R16的电阻必定小于R2,所以分压电阻R2的电压会上升,这个就是正反馈的作用,保证运算放大器U2的第I脚输出高电平会持续一段时间,防止开关MOS管Q7和开关MOS管Q8刚开通又立即关断,提高系统的稳定性。
[0067] (2)过压保护状态
[0068]当分压电压Vins大于2.5V参考电压时,运算放大器U2的同向输入端电压大于反向输入端电压,那么运算放大器U2的第I脚输出端Aout输出为高电平,二极管D4、放大三极管Q4、光电親合器U6都处于导通状态,放大三极管Q6关闭,开关MOS管Q8的栅极电压瞬间升高至接近运算放大器U2的VCC电压,所以开关MOS管Q8瞬间导通。
[0069]同时,由于光电親合器U6输入端导通,光电親合器U6输出端将运算放大器Ul的VCC电压正反馈传递至运算放大器Ul的第3脚同相输入端。
[0070]同理,开关M0s管Q7瞬间导通。开关MOS管Q7和开关MOS管Q8同时导通后,交流输入端A和交流输入端B被导通的开关MOS管Q7和开关MOS管Q8短路,实现过压保护功能。
[0071]开关MOS管Q7和开关MOS管Q8导通后,整流电容C6两端的电压被整流二极管D2钳位,保持一定的电压,由于过压保护电路工作需要的电能由整流电容C6提供,所以整流电容C6正负两端的电压会线性下降,一直降到运算放大器U2第3脚同向输入端的电压小于2.5V参考电压,此时,运算放大器U2的第I脚输出低电平,由于正反馈,运算放大器U2第3脚同向输入端的电压会被瞬间拉低一定电压,防止开关MOS管Q7和开关MOS管Q8刚关断又立即开通。
[0072]需要指出的是:从运算放大器U2第I脚输出高电平由正反馈使运算放大器1]2第3脚同向输入端电压上升超过2.5V参考电平的时刻,到运算放大器U2第3脚同向输入端电压线性下降到小于2.5V参考电平时刻,在这段时间,运算放大器U2的第I脚一直输出高电平,使开关MOS管Q7和开关MOS管Q8在这段时间一直处于导通状态。
[0073] 若开关MOS管Q7和开关MOS管Q8刚开通又立即关断,或者,开关MOS管Q7和开关MOS管Q8刚关断又立即开通,致使系统进入不稳定的工作状态,可能导致开关MOS管Q7和开关MOS管Q8因不稳定的原因损耗过大,结温过高而损坏。
[0074]由于过压保护组件A和过压保护组件B结构上相互对称,其元器件组成和电路结构相同,当交流输入端A相对于交流输入B为负时的工作原理和上述分析同理。
[0075]下面根据实际例子来说明,本发明方案有效克服过压保护时损耗功率太大的问题。
[0076] 如图1所示,用双向可控硅做过压保护时,假设双向可控硅采用HQ6025RH5这个型号,从其数据手册中,得到双向可控硅工作时电流与电压的关系图,如下图4所示。
[0077] 如下图4所示,当该双向可控硅流过1A电流时,MT I和MT2脚的电压降典型值约1.025V,此时双向可控硅的损耗功率根据公式P=I*V,可以算出双向可控硅的损耗功率为10.251
[0078] 本发明方案中,假设开关MOS管Q7和开关MOS管Q8采用IPP045N10N3G这颗M0SFET,根据其数据手册可知,其导通电阻典型值为4.2πιΩ。那么,开关MOS管Q7串联开关MOS管Q8导通后,开关MOS管Q7源极和开关MOS管Q8源极之间的电阻为8.4mΩ。
[0079] 如果短路后流过的电流同样为采用双向可控硅时的10A,那么开关MOS管Q7和开关MOS管Q8上的总损耗为:P=10*10*8.4=840(mW),即总损耗功率为0.84W。
[0080] 而采用双向可控硅的损耗是10.25W,可见,双向可控硅方案的损耗约是本发明方案的12倍。
[0081]如图5所示,对本发明过压保护系统进行仿真实验,实验中,输入一路峰值为96V的交流电,设置过压保护值为45V,来判断该系统是否能有效的进行保护隔离。由仿真结果图可知,峰值为96V的交流电输入本发明过压保护系统后,仅输出-46.8V〜46.0V低压段,而高压段全部得到有效地隔离,从而达到了过压保护的目的。
[0082]从图5还可知,当过压保护系统从过压保护状态到正常工作状态时,过压保护系统并没有马上进入正常工作状态,而是持续过压保护状态,一段时间后,再进入正常工作状态,这完全符合本发明的设计方案,不允许开关MOS管刚关断又重新导通,防止开关MOS管因不稳定的原因损耗过大,导致结温过高而损坏。
[0083]通过实验仿真可知,本发明过压保护系统具有可行性和有效性。
[0084] 本发明采用两只N沟道MOSFET替代双向可控硅实现交流电流源过压保护,采用运算放大器和光电耦合器实现两只N沟道MOSFET的同时导通或同时关断,采用运放正反馈及供电电容放电来控制两只N沟道MOSFET的导通时间。
[0085]本发明采用两只N沟道M0SFET,可以大大降低交流电流源过压保护时的功率损耗,可以缩小供电设备体积,提高供电设备可靠性。还可以使交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值接近。
[0086]本发明的过压保护点受温度影响很小,由于产生2.5V参考基准电压的稳压管U3和稳压管U4是TL431,具有温度补偿功能,在高低温相差很大的情况下,都可以提供稳定的参考电压。
[0087]本发明在过压保护时,可以使功率器件快速导通和关断,降低开关损耗,提高功率器件的可靠性。

Claims (10)

1.一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,它包括交流电流源输入模块、防雷模块、EMI滤波器、过压保护模块、整流模块和滤波模块,交流电流源输入模块与防雷模块连接,防雷模块与EMI滤波器连接,EMI滤波器与过压保护模块连接,过压保护模块与整流模块连接,整流模块与滤波模块连接,防雷模块的输入与交流电流源输出连接,滤波模块输出与直流用电设备连接,其特征在于: 所述的过压保护模块包括两个结构对称的过压保护组件A和过压保护组件B,过压保护组件A和过压保护组件B之间通过各自的光电耦合电路互连; 所述的过压保护组件A包括整流电路、比较电路、放大电路、基准电压电路、反馈控制电路、光电耦合电路和过压保护开关; 所述的整流电路将输入的交流电流转换为直流电流,整流电路的一路直流输出经稳压电路分别与比较电路电源端、放大电路的电源端,以及基准电压电路连接,整流电路的另一路直流输出经分压后与比较电路的同相输入端连接,基准电压电路的输出与比较电路的反相输入端连接,比较电路的输出分别与放大电路、光电耦合电路连接,放大电路的输出与过压保护开关连接,反馈控制电路的一端与比较电路的输出端连接,反馈控制电路的另一端与比较电路的同相输入端连接,光电耦合电路与过压保护组件B的比较电路的同相输入端连接,反过来,过压保护组件B的光电耦合电路亦与过压保护组件A的比较电路的同相输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的整流电路为半波整流电路,所述的半波整流电路包括整流二极管DI和整流电容C5,所述的整流二极管DI的阳极与交流输入端B连接,整流二极管DI的阴极与整流电容C5的阳极连接,整流电容C5的阴极与交流输入端A连接,整流二极管Dl和整流电容C5的中点输出直流电。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的稳压电路包括电阻R7、稳压三极管Ql和稳压二极管Zl,所述的稳压三极管Ql的集电极与整流电路的直流输出连接,稳压三极管Ql的发射极与比较电路的电源端连接,稳压三极管Ql的基极与稳压二极管Zl的阴极连接,稳压二极管Zl的阳极与交流输入端A连接,稳压三极管Ql的发射极还通过电容C7与交流输入端A连接,电阻R7并联在稳压三极管Ql的集电极和基极之间。
4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的整流电路的另一路直流输出经分压电路分压后与比较电路的同相输入端连接,分压电路包括分压电阻Rl和分压电阻R3,所述的分压电阻Rl和分压电阻R3串联连接,串联的一端与整流电路的直流输出连接,另一端与交流输入端A连接,串联的中点与比较电路的同相输入端连接,串联的中点还通过电容Cl与交流输入端A连接。
5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的比较电路包括运算放大器Ul,运算放大器Ul接地端与交流输入端A连接。
6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的放大电路为推挽放大电路,所述的推挽放大电路包括放大三极管Q3和放大三极管Q5,所述的放大三极管Q3的基极与放大三极管Q5的基极和运算放大器Ul的输出端连接,放大三极管Q3的集电极与稳压三极管Ql的发射极连接,放大三极管Q3的发射极与放大三极管Q5的发射极和过压保护开关连接,放大三极管Q5的集电极与交流输入端A连接。
7.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的基准电压电路包括稳压管U3、电阻R9和电容C2,所述的稳压管U3为可控精密稳压源TL431,所述的稳压管U3的阳极与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极通过电阻R9与稳压三极管Ql的发射极连接,稳压管U3的阴极还通过电容C2与交流输入端A连接,稳压管U3的阴极还与稳压管U3的参考极和运算放大器Ul的反向输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的反馈控制电路包括二极管D3和电阻R13,二极管D3的阳极与运算放大器Ul的输出端连接,二极管D3的阴极通过电阻R13与运算放大器Ul的同向输入端连接。
9.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的光电親合电路包括光电親合器U5、电阻Rl O和电阻Rl 5,所述的光电親合器U5输入端阴极与运算放大器Ul的输出端连接,光电耦合器U5输入端阳极通过电阻RlO与交流输入端A连接,光电耦合器U5输出端发射极通过电阻R15与和运算放大器Ul所对称的运算放大器U2的同向输入端连接,光电耦合器U5输出端集电极与和稳压三极管Ql所对称的稳压三极管Q2的发射极连接。
10.根据权利要求1所述的一种高压输电线路地线取电的过压保护电路,其特征在于:所述的过压保护开关包括开关MOS管Q7、二极管D5、分压电阻R17、分压电阻R4和稳压二极管Z3,所述的开关MOS管Q7的源极与交流输入端A连接,开关MOS管Q7的漏极与和开关MOS管Q7的所对称的开关MOS管Q8的漏极连接,开关MOS管Q7的栅极通过分压电阻R17与放大三极管Q3的发射极和放大三极管Q5的发射极连接,开关MOS管Q7的栅极还通过并联的分压电阻R4和稳压二极管Z3与交流输入端A连接,稳压二极管Z3的阴极与开关MOS管Q7的栅极连接,二极管D5的阳极与开关MOS管Q7的源极连接,二极管D5的阴极与开关MOS管Q7的漏极连接。
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