CN104466900A - 一种输入电压过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入电压过压保护电路，包括：过零检测模块、过压检测模块、保护控制模块和切换器；过零检测模块用于检测所述交流电源提供的输入电压是否处于过零时段；所述过压检测模块用于检测所述交流电源提供的输入电压是否过压；所述保护控制模块用于当所述输入电压过压时，控制所述切换器断开；并在输入电压不过压且处于过零时段时，控制所述切换器恢复导通。本发明实施例提供的保护电路，当输入电压过压时，控制切换器断开，并在输入电压不过压且处于过零时段时，重新控制切换器导通，由于切换器重新导通时，输入电压处于过零时段，因此避免了切换器重新复位时因输入电压过高致使电路损坏，从而可以安全有效地实现输入电压的过压保护。

Description

一种输入电压过压保护电路

技术领域

本发明及过压保护领域，特别是涉及一种输入电压过压保护电路。

背景技术

电源工作在高压输入环境中时，电源中的电解电容、主功率开关管容易出现应力不足，从而引起严重发热，若电路中不具备过压保护功能，容易引发火灾，常规的过压保护电路由过压检测模块、保护控制模块和继电器组成，过压检测模块用于检测输入电压，当输入电压达到过压检测基准值后，保护控制模块发出信号关断继电器，但是断开继电器后需要重新复位时，输入的交流电压可能刚好处于峰值，此时在输入回路中将会产生很高的浪涌电流，电路安全难以得到保障。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种输入电压过压保护电路，所述保护电路设置在交流电源和开关电源之间，包括：过零检测模块、过压检测模块、保护控制模块和切换器；

所述过零检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压瞬时值与预设过零基准电压相比较，产生第一信号；

所述过压检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压幅值与预设过压基准电压相比较，产生第二信号；

所述保护控制模块的输入端分别与所述过零检测模块的输出端、所述过压检测模块的输出端相连接，所述切换器的控制端与所述保护控制模块的输出端相连接，其余两端串联在所述交流电源和所述开关电源之间；

所述保护控制模块用于，当所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值大于所述预设过压基准电压时，控制所述切换器断开；并在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，控制所述切换器恢复导通。

上述的保护电路，优选的，所述预设过压基准电压高于交流电压正常工作时的幅值；所述过零基准电压低于交流电压正常工作时的幅值。

上述的保护电路，优选的，还包括：高压防雷器；

所述高压防雷器设置在所述交流电源和所述切换器之间，其输入端与所述交流电源的输出端相连接；其输出端与所述过零检测模块、过压检测模块的输入端与所述切换器相连接。

上述的保护电路，优选的，所述切换器为可控开关器件。

上述的保护电路，优选的，所述可控开关器件为继电器或开关管。

上述的保护电路，优选的，所述保护控制模块包括：第一比较器U1；第二比较器U2和滞环电路；所述滞环电路的一端接所述第二比较器U2的正向输入端，另一端接所述第二比较器U2的输出端；第一信号V1输入到第一比较器U1的正相输入端，第二信号V2输入到第二比较器U2的正相输入端；

还包括：延时电路、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、电阻R1、第三比较器U3、自锁电路和开关管S1；

其中：

所述第一三极管Q1的基极通过所述延时电路与所述第一比较器U1的输出端相连接，集电极与所述第二三极管Q2的基极相连接，发射极与所述开关管S1相连接并接地；

所述第二三极管Q2的集电极与所述第二比较器U2的输出端相连接，发射极通过所述电阻R1与所述开关管S1相连接；

所述第一二极管D1的阳极与所述第二三极管Q2的发射极相连接，阴极通过所述第二二极管D2与所述第二比较器U2的输出端相连接；

所述自锁电路与所述第三比较器U3并联，所述第三比较器U3的正向输入端与所述第二二极管D2的阳极相连接，所述第三比较器U3的输出端与所述开关管S1相连接。

上述的保护电路，优选的，所述切换器为常开型继电器；

所述切换器的控制端为所述继电器的线圈；

所述线圈一端连接辅助供电电源Vcc，另一端与所述开关管S1相连接。

上述的保护电路，优选的，所述保护控制模块为模拟控制电路或数字控制电路。

上述的保护电路，优选的，所述的延时电路为RC延时电路。

上述的保护电路，优选的，所述高压防雷器与所述开关电源整体封装。

本发明提供一种输入电压过压保护电路，所述保护电路设置在交流电源和开关电源之间，包括：过零检测模块、过压检测模块、保护控制模块和切换器；所述过零检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压瞬时值与预设过零基准电压相比较，产生第一信号；所述过压检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压幅值与预设过压基准电压相比较，产生第二信号；所述保护控制模块的输入端分别与所述过零检测模块的输出端、所述过压检测模块的输出端相连接，所述切换器的控制端与所述保护控制模块的输出端相连接，其余两端串联在所述交流电源和所述开关电源之间；所述保护控制模块用于，当所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值大于所述预设过压基准电压时，控制所述切换器断开；并在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，控制所述切换器恢复导通。

本发明实施例提供的保护电路，当交流电源提供的输入电压过压时，控制切换器断开，并在交流电源提供输入电压不过压且低于预设过零基准电压时，恢复控制切换器导通，由于切换器恢复导通时，交流电源的输入电压瞬时值不大于预设的过零基准电压，因此避免了切换器重新复位时因输入电压过高致使输入电路中产生很高的浪涌电流损坏电路，从而可以安全有效地实现输入电压的过压保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种输入电压过压保护电路的结构示意图；

图2为本发明一种输入电压过压保护电路的又一结构示意图；

图3为本发明一种输入电压过压保护电路的信号图；

图4为本发明一种输入电压过压保护电路的控制逻辑框图；

图5为本发明一种输入电压过压保护电路的又一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于提供一种输入电压过压保护电路，所述保护电路设置在交流电源和开关电源之间，包括：过零检测模块101、过压检测模块102、保护控制模块103和切换器104；

所述过零检测模块101与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压瞬时值与预设过零基准电压相比较，产生第一信号；

所述过压检测模块102与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压幅值与预设过压基准电压相比较，产生第二信号；

所述保护控制模块103的输入端分别与所述过零检测模块101的输出端、所述过压检测模块102的输出端相连接，所述切换器104的控制端与所述保护控制模块103的输出端相连接，其余两端串联在所述交流电源和所述开关电源之间；

所述保护控制模块104用于，当所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值大于所述预设过压基准电压时，控制所述切换器104断开；并在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，控制所述切换器104恢复导通。

需要说明的是，所述切换器104恢复导通是指，在保护控制模块104控制其恢复导通前，该切换器104处于断开状态；也即，所述保护控制模块104在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，若此时刻前切换器104处于断开状态，则控制切换器104导通。

本发明实施例中，保护控制模块当所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值大于所述预设过压基准电压时，控制所述切换器断开；并在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，控制所述切换器恢复导通。由于切换器重新导通时，交流电源的输入电压瞬时值不大于预设的过零基准电压，也即交流输入电压此时处于过零时段为很低的电压值，因此避免了切换器重新复位时因输入电压过高致使输入电路中产生很高的浪涌电流损坏电路，从而可以安全有效地实现输入电压的过压保护。

所述预设过压基准电压高于交流电压正常工作时的幅值，这样当交流电压输入的幅值异常、即高于正常工作时的幅值时，保护控制模块控制切换器断开，以保护后级电源以免过压损坏；所述过零基准电压低于交流电压正常工作时的幅值，具体实施时一般低于交流电压幅值的一半，这样在保护控制模块控制切换器恢复导通时不至于交流电压瞬时值过高而产生浪涌电流。

本发明实施例中，在同一电路结构的基础上，还可以下述优选方案实现，所述的过零检测模块101检测交流电源提供的输入电压，将所述输入电压与预先设定的过零基准电压相比较，根据比较结果产生第一信号，本发明实施例中，首先预设一个过零基准电压，过零基准电压的幅值可以根据输入电压的幅值而设定，所述检测为实时检测，当输入电压瞬时值不大于预先设定的过零基准信号时认为此时处于过零时段，例如，当交流电源为220V电网电压时，设定过零基准电压为10V，当输入电压的瞬时值不大于10V的时间段认定为过零时段，利用第一信号指示是否处于过零状态。

所述的过压检测模块102检测交流电源提供的输入电压，将所述输入电压与预先设定的过压基准电压相比较，根据比较结果产生第二信号，首先预设一个过压基准电压，过压基准电压的幅值可以根据输入电压的幅值而设定，当输入电压大于预先设定的过压基准电压时认为此时处于过压状态，例如，当交流电源为220V电网电压时，设定过压基准电压为250V，当输入电压的瞬时值达到或大于250V时处于过压状态，利用第二信号指示是否处于过压状态；

应用本发明提供的输入电压过压保护电路，所述的保护控制模块103根据第一信号与第二信号产生判断输入电压状态的第三信号，并通过第三信号控制切换器104，使切换器104在输入电压过压时处于断开状态，此后当检测到输入电压不过压且处于过零时段时控制切换器重新处于导通状态，避免切换器104重新复位时因输入电压过高致使输入电路中产生很高的浪涌电流而损坏电路，从而可以安全有效地实现输入电压的过压保护。

如图2所示，为本发明输入电压过压保护电路一具体实施例的结构示意图，与图1相对应，所述切换器采用继电器来实现，所述继电器204可以为常闭型继电器或者为常开型继电器，也可以使用开关管等，只要为可控的开关器件即可，另外，在开关电源和交流电源之间还设置了高压防雷器205，采用独立的外置结构，与开关电源分别独立封装，也可以采用内置结构，与开关电源封装在一起。

本发明实施例中，所述高压防雷器设置在所述交流电源和所述切换器之间，其输入端与所述交流电源的输出端相连接；输出端分别与所述过零检测模块、过压检测模块的输入端和所述切换器相连接。也即，所述过零检测模块和所述过压检测模块的检测交流输入电压时，通过检测高压防雷器输出端的电压得到交流输入电压。

本发明实施例中，过零检测模块101检测输入电压，与预先设定的过零基准电压相比较，根据比较结果产生第一信号V1，过压检测模块102检测输入电压，与预先设定的过压基准电压相比较，根据比较结果产生第二信号V2，保护控制模块103根据第一信号V1与第二信号V2产生判断输入电压状态的第三信号V3，V1、V2和V3的输出信号示意图如图4所示，V1的高电平表示输入电压瞬时值不高于预设的过零基准电压，过零检测模块检测到当前电压处于过零状态，V2的高电平表示输入电压幅值低于预设的过压基准电压，过压检测模块检测到当前电压不过压，V3的高电平时保护控制模块103控制继电器204处于导通状态，保护控制模块103以过压检测模块产生的信号V2为第一优先级，以过零检测模块产生的信号V1为第二优先级，即过压时不论是否过零均控制继电器204断开。

本实施例具体的控制逻辑框图如图4所示，以交流电源为220V电网电压，预设的过零基准电压为10V，预设的过压基准电压为250V为例：其中，V1高电平表示输入电压处于过零时段，V1低电平表示输入电压处于不过零时段；V2高电平表示输入电压处于不过压状态，V2低电平表示输入电压处于过压状态。

状态S1时，V1低电平，V2低电平，此时输入电压过压不过零，即输入电压幅值大于250V且输入电压瞬时值大于10V，V3处于低电平，保护控制模块103控制继电器204断开；

状态S2时，V1高电平，V2低电平，此时输入电压过压且过零，即输入电压幅值大于250V且输入电压瞬时值不大于10V，根据V2的第一优先级，V3为低电平，保护控制模块103控制继电器204断开；

状态S3时，V1低电平，V2高电平，此时输入电压不过压但是也不过零，即输入电压幅值小于250V且输入电压瞬时值大于10V，且当前继电器204处于断开状态，为避免产生浪涌电流，不能恢复继电器204的导通，因此V3处于低电平，故此时保护控制模块103继续控制继电器204保持断开状态；

状态S4时，V1高电平，V2高电平，此时输入电压不过压但是过零，即输入电压幅值小于250V且输入电压瞬时值不大于10V，此时可以恢复继电器204的导通，V3为高电平，保护控制模块103控制继电器204导通；

状态S5时，V1低电平，V2高电平，此时输入电压不过压但是也不过零，但由于当前继电器204处于导通状态，因此可以保持继电器204的导通状态，V3高电平，保护控制模块103继续控制继电器204保持导通，并且在这个时间段进行自锁，保证输入供电的通路状态，S5状态为输入电压的自锁状态。

由于输入电压一般呈正弦波状态变化，输入电压的幅值产生变化时，依据上述状态进行判断可以实现输入电压过压保护的功能。

如图5所示，为本发明输入电压过压保护电路中，保护控制模块的具体实施例的结构示意图，设定第一信号V1为输入电压过零检测信号，第二信号V2为输入电压过压检测信号，RLY1为常开型继电器；其中，V1的高电平表示输入电压瞬时值不高于预设的过零基准电压，过零检测模块检测到当前电压处于过零时段，V2的高电平表示输入电压幅值低于预设的过压基准电压，过压检测模块检测到当前电压不过压；也即V1低电平表示输入电压处于非过零时段，V2低电平表示输入电压处于过压状态。

所述的高压防雷器串联在开关电源输入端；所述的开关电源包括防雷及EMC滤波模块、整流模块、主功率模块及反馈电路。

所述保护控制模块包括：第一比较器U1；第二比较器U2和滞环电路；所述滞环电路的一端接所述第二比较器U2的正向输入端，另一端接所述第二比较器U2的输出端；第一信号V1输入到第一比较器U1的正相输入端，第二信号V2输入到第二比较器U2的正相输入端，

还包括：延时电路、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、电阻R1、第三比较器U3、自锁电路和开关管S1；

其中：

所述第一三极管Q1的基极通过所述延时电路与所述第一比较器U1的输出端相连接，集电极与所述第二三极管Q2的基极相连接，发射极与所述开关管S1相连接并接地；

所述第二三极管Q2的集电极与所述第二比较器U2的输出端相连接，发射极通过所述电阻R1与所述开关管S1相连接；

所述第一二极管D1的阳极与所述第二三极管Q2的发射极相连接，阴极通过所述第二二极管D2与所述第二比较器U2的输出端相连接；

所述自锁电路与所述第三比较器U3并联，所述第三比较器U3的正向输入端与所述第二二极管D2的阳极相连接，所述第三比较器U3的输出端与所述开关管S1相连接。

本发明实施例中，通过模拟电子电路来实现对继电器的控制，包括延时电路、滞环电路、自锁电路、继电器RLY1、绕组供电电源Vcc、电压比较器U1、U2、U3、三极管Q1、Q2、二极管D1、D2、电阻R1和开关管S1，其中Vref1、Vref2、Vref3为参考电压，Vref1为预设的过零基准信号，Vref2为预设的过压基准信号。

当第二信号V2为低电平(也即表征输入电压处于过压状态)，其小于Vref2，比较器U2输出低电平，此时通过二极管D2将比较器U3同相输入端拉低，无论第一信号V1大于Vref1还是小于Vref1，比较器U3一直处于低电平，开关管S1断开，继电器断开，实现对电路的保护。

当第二信号V2为高电平(也即表征输入电压处于不过压状态)，其大于Vref1，比较器U2输出高电平，此时二极管D2截止，比较器U3的输出端的电平高低由二极管D1决定；此时分两种情况讨论：

1、第一当信号V1为高电平时(也即表征输入电压处于过零时段)，大于Vref1，电压比较器U1输出高电平，该高电平经过延时电路后，驱动三极管Q1导通，将三极管Q2的基极电压拉低，三极管Q2导通，二极管D1阳极高电平而导通，比较器U3正相输入端高电平，使其输出高电平，开关管S1导通，继电器闭合。

当比较器U3输出高电平时，通过自锁电路将比较器U3同相输入端置高，比较器U3一直处于高电平，保持输入电压的供电导通状态，开关管S1维持闭合，继电器维持闭合；比较器U3输出高电平之后，在自锁电路的作用下都维持高电平，此后无论第一信号V1为高电平还是低电平，比较器U3都输出高电平使开关管S1闭合、继电器闭合；直至第二信号V2变为低电平(也即表征输入电压处于过压状态)，比较器U2输出低电平，此时通过二极管D2将比较器U3同相输入端拉低，比较器U3才会输出低电平。

2、当第一信号V1为低电平时(也即表征输入电压处于非过零时段)，小于Vref1，电压比较器U1输出低电平，三极管Q1截止，导致三极管Q2基极无电流而截止；若此时刻前开关管S1为断开状态，即继电器为断开状态，则自锁电路不作用，导致比较器U3仍然输出低电平，开关管S1也将维持断开状态，继电器断开。

需要说明的是：

所述的开关管S1可以为任何开关管，如三极管、MOS管、IGBT等；

所述的延时电路，可以为RC延时电路，也可以为任意的延时电路；

所述的Vref1、Vref2、Vref3之间没有联系，可以相等，也可以不相等；

保护控制模块也可以利用数字电子电路来实现其控制的功能，并不拘泥于以上的模拟电子电路的电路设计。

应用本发明的具体实施例，可以实现在输入电压过压时控制继电器的断开，也可以实现输入电压不处于过压状态之后在过零状态时恢复继电器的连通，避免继电器重新复位时因输入电压过高致使输入电路中产生很高的浪涌电流，从而可以安全有效地实现输入电压的过压保护。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种输入电压过压保护电路，其特征在于，所述保护电路设置在交流电源和开关电源之间，包括：过零检测模块、过压检测模块、保护控制模块和切换器；

所述过零检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压瞬时值与预设过零基准电压相比较，产生第一信号；

所述过压检测模块与所述交流电源相连接，用于将所述交流电源提供的输入电压幅值与预设过压基准电压相比较，产生第二信号；

所述保护控制模块的输入端分别与所述过零检测模块的输出端、所述过压检测模块的输出端相连接，所述切换器的控制端与所述保护控制模块的输出端相连接，其余两端串联在所述交流电源和所述开关电源之间；

所述保护控制模块用于，当所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值大于所述预设过压基准电压时，控制所述切换器断开；并在所述第二信号表征所述交流电源提供的输入电压幅值小于所述预设过压基准电压且所述第一信号表征所述交流电源提供的输入电压瞬时值不大于所述预设过零基准电压时，控制所述切换器恢复导通。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述预设过压基准电压高于交流电压正常工作时的幅值；所述过零基准电压低于交流电压正常工作时的幅值。

3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括：高压防雷器；

所述高压防雷器设置在所述交流电源和所述切换器之间，其输入端与所述交流电源的输出端相连接；其输出端与所述过零检测模块、过压检测模块的输入端与所述切换器相连接。

4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述切换器为可控开关器件。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述可控开关器件为继电器或开关管。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护控制模块包括：第一比较器U1；第二比较器U2和滞环电路；所述滞环电路的一端接所述第二比较器U2的正向输入端，另一端接所述第二比较器U2的输出端；第一信号V1输入到第一比较器U1的正相输入端，第二信号V2输入到第二比较器U2的正相输入端；

还包括：延时电路、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、电阻R1、第三比较器U3、自锁电路和开关管S1；

其中：

所述第一三极管Q1的基极通过所述延时电路与所述第一比较器U1的输出端相连接，集电极与所述第二三极管Q2的基极相连接，发射极与所述开关管S1相连接并接地；

所述第二三极管Q2的集电极与所述第二比较器U2的输出端相连接，发射极通过所述电阻R1与所述开关管S1相连接；

所述第一二极管D1的阳极与所述第二三极管Q2的发射极相连接，阴极通过所述第二二极管D2与所述第二比较器U2的输出端相连接；

所述自锁电路与所述第三比较器U3并联，所述第三比较器U3的正向输入端与所述第二二极管D2的阳极相连接，所述第三比较器U3的输出端与所述开关管S1相连接。

7.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述切换器为常开型继电器；

所述切换器的控制端为所述继电器的线圈；

所述线圈一端连接辅助供电电源Vcc，另一端与所述开关管S1相连接。

8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护控制模块为模拟控制电路或数字控制电路。

9.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述的延时电路为RC延时电路。

10.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述高压防雷器与所述开关电源整体封装。