CN104917152A - 三相大功率开关电源中的缺相保护电路 - Google Patents

三相大功率开关电源中的缺相保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相大功率开关电源中的缺相保护电路,在三相大功率开关电源的三相电输入线上分别串接一个电流互感取样模块,各电流互感取样模块输出端的电平取样信号分别送入一个电压比较器模块的输入端,各电压比较器模块的输出端分别与一个光电耦合触发模块的输入端相连接,各光电耦合触发模块的输出端均与三相大功率开关电源中的PWM控制芯片的使能控制端相连接;当三相输入电中有任一相或任二相缺相时,与其它未缺相的输入线相连接的电压比较器模块输出端的电平信号翻转而使对应的光电耦合触发模块导通输出低电平,从而使PWM控制芯片的二个输出脚无PWM信号输出,进而达到保护开关电源的目的。

Description

三相大功率开关电源中的缺相保护电路
技术领域
本发明涉及到三相大功率开关电源中三相电缺相时的保护技术领域。
背景技术
三相大功率开关电源中通常使用PWM控制芯片来控制和驱动由一对功率开关管(通常为MOS管)构成的主电路的正常工作,PWM控制芯片——如英飞凌科技有限公司生产的ICE1HS01G芯片上有一个使能控制端,当该使能控制端为高电平时,PWM控制芯片的二个输出脚能正常输出PWM信号,主电路中的一对功率开关管能正常工作,主电路正常输出;当该使能控制端为低电平时,PWM控制芯片的二个输出脚则无PWM信号输出,主电路中的一对功率开关管关断不工作,主电路不能正常工作而无输出。在目前所采用的三相大功率开关电源中一般都没有设置缺相保护电路,当三相电突然受外力或内部输入电路故障等原因出现缺相或三相严重不平衡时,就会导致其中二相或单相超负荷工作,这样就会造成开关电源损坏、甚至引发火灾而损害人身安全。
发明内容
本发明的目的是:提供一种缺相时能起保护作用的三相大功率开关电源中的缺相保护电路。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案。
三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特点是:在三相大功率开关电源的三相电输入线上分别串接一个电流互感取样模块,各电流互感取样模块输出端的电平取样信号分别送入一个电压比较器模块的输入端,各电压比较器模块的输出端分别与一个光电耦合触发模块的输入端相连接,各光电耦合触发模块的输出端均与三相大功率开关电源中的PWM控制芯片的使能控制端相连接;当三相电均衡输入时,各电压比较器模块输出端输出的低电平信号使各光电耦合触发模块截止,从而使得PWM控制芯片的二个输出脚正常输出PWM信号;当三相电中任一相或任二相缺相时,与其它未缺相的输入线相连接的电压比较器模块输出端的电平信号翻转而使对应的光电耦合触发模块导通、从而使PWM控制芯片的二个输出脚无PWM信号输出。
进一步的,前述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其中,所述的电流互感取样模块的具体结构为:电流互感器的初级线圈串联于三相电源的输入线中,电流互感器的次级线圈上并联一个电阻,并且次级线圈的一端与整流二极管的正极相连接,整流二极管的负极接一个电阻后接地,次级线圈的另一端也接地,整流二极管的负极为电流互感取样模块的输出端。
进一步的,前述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其中,电压比较器模块的具体结构为:包括一个运算放大器,运算放大器的反相输入端接基准电平,运算放大器的同相输入端与电流互感取样模块的输出端相连接,运算放大器的输出端为电压比较器模块的输出端。
进一步的,前述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其中,光电耦合触发模块的具体结构为:包括一个NPN型三极管和一个光电耦合器,电压比较器模块的输出端与三极管的基极相连接,三极管的发射极接地,三极管的集电极与光电耦合器中发光二极体的负极相连接,发光二极体的正极串联一个电阻后接电源正极,光电耦合器中的光敏三极管的发射极接地,光敏三极管的集电极为光电耦合触发模块的输出端,该输出端与PWM控制芯片的使能控制端相连接。
更进一步的,前述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其中,光敏三极管与PWM控制芯片共地。
本发明的有益效果是:当三相输入电中有任一相或任二相缺相时,与其它未缺相的输入线相连接的电压比较器模块输出端的电平信号翻转而使对应的光电耦合触发模块导通,从而使PWM控制芯片的二个输出脚无PWM信号输出,进而实现主电路无输出而达到保护开关电源的目的,彻底杜绝了因缺相而导致严重灾害的可能性。
附图说明
图1是本发明所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路的结构原理示意图。
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描述。
如图1所示,三相大功率开关电源中的缺相保护电路,在三相大功率开关电源的三相电输入线B1、B2和B3上分别串接一个电流互感取样模块111、112和113,在实际应用中还可以在三相电输入线B1、B2和B3上分别串接一个保险丝F1、F2和F3,各电流互感取样模块111、112和113的输出端A1、A2和A3的电平取样信号分别送入一个电压比较器模块221、222和223的输入端,各电压比较器模块221、222和223的输出端分别与一个光电耦合触发模块331、332和333的输入端相连接,各光电耦合触发模块331、332和333的输出端均与三相大功率开关电源中的PWM控制芯片U5的使能控制端FB相连接;在实际应用中,可选购英飞凌科技有限公司生产的ICE1HS01G芯片。当三相电均衡输入时,各电压比较器模块221、222和223输出端输出的电平信号使各光电耦合触发模块331、332和333均截止,从而使得PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG正常输出PWM信号;当三相电中缺任一相或缺任二相时,与其它未缺相的输入线相连接的电压比较器模块输出端输出的电平信号翻转而使对应的光电耦合触发模块导通输出低电平,从而使PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG无PWM信号输出。
在本实施例中,所述的电流互感取样模块111的具体结构为:电流互感器L1的初级线圈串联于三相电源的一根输入线B1中,电流互感器L1的次级线圈上并联一个电阻R1,并且次级线圈的一端与整流二极管D1的正极相连接,整流二极管D1的负极接一个电阻R2后接地,次级线圈的另一端也接地,整流二极管D1的负极为电流互感取样模块111的输出端A1。所述的电流互感取样模块112的具体结构为:电流互感器L2的初级线圈串联于三相电源的一根输入线B2中,电流互感器L2的次级线圈上并联一个电阻R3,并且次级线圈的一端与整流二极管D2的正极相连接,整流二极管D2的负极接一个电阻R4后接地,次级线圈的另一端也接地,整流二极管D2的负极为电流互感取样模块112的输出端A2。所述的电流互感取样模块113的具体结构为:电流互感器L3的初级线圈串联于三相电源的一根输入线B3中,电流互感器L3的次级线圈上并联一个电阻R5,并且次级线圈的一端与整流二极管D3的正极相连接,整流二极管D3的负极接一个电阻R6后接地,次级线圈的另一端也接地,整流二极管D3的负极为电流互感取样模块113的输出端A3。在实际应用中,在电流互感取样模块111、112和113后还联接有由三相整流桥BR1、电容C1、C2以及电阻R11、R12组成的三相整流滤波模块511。
本实施例中,所述的电压比较器模块221的具体结构为:包括一个运算放大器U2A,运算放大器U2A的反相输入端接基准电平,运算放大器U2A的同相输入端与电流互感取样模块111的输出端A1相连接,运算放大器U2A的输出端为电压比较器模块221的输出端。所述的电压比较器模块222的具体结构为:包括一个运算放大器U2B,运算放大器U2B的反相输入端接基准电平,运算放大器U2B的同相输入端与电流互感取样模块112的输出端A2相连接,运算放大器U2B的输出端为电压比较器模块222的输出端。所述的电压比较器模块223的具体结构为:包括一个运算放大器U2C,运算放大器U2C的反相输入端接基准电平,运算放大器U2C的同相输入端与电流互感取样模块113的输出端A3相连接,运算放大器U2C的输出端为电压比较器模块223的输出端。在实际应用中,基准电平可以由采用电阻R8和可调式三端稳压器U4构成的稳压模块411提供。
本实施例中,所述的光电耦合触发模块331的具体结构为:包括一个NPN型三极管Q1和一个光电耦合器U3A,电压比较器模块221的输出端与三极管Q1的基极相连接,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极与光电耦合器U3A中的发光二极体的负极相连接,发光二极体的正极串联一个电阻R7后接电源正极,光电耦合器U3A中的光敏三极管的发射极接地,光敏三极管的集电极为光电耦合触发模块331的输出端,该输出端与PWM控制芯片U5的使能控制端FB相连接。所述的光电耦合触发模块332的具体结构为:包括一个NPN型三极管Q2和一个光电耦合器U3B,电压比较器模块222的输出端与三极管Q2的基极相连接,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的集电极与光电耦合器U3B中的发光二极体的负极相连接,发光二极体的正极串联一个电阻R9后接电源正极,光电耦合器U3B中的光敏三极管的发射极接地,光敏三极管的集电极为光电耦合触发模块332的输出端,该输出端与PWM控制芯片U5的使能控制端FB相连接。所述的光电耦合触发模块333的具体结构为:包括一个NPN型三极管Q3和一个光电耦合器U3C,电压比较器模块223的输出端与三极管Q3的基极相连接,三极管Q3的发射极接地,三极管Q3的集电极与光电耦合器U3C中的发光二极体的负极相连接,发光二极体的正极串联一个电阻R10后接电源正极,光电耦合器U3C中的光敏三极管的发射极接地,光敏三极管的集电极为光电耦合触发模块333的输出端,该输出端与PWM控制芯片U5的使能控制端FB相连接。另外,本实施例中,光敏三极管与PWM控制芯片U5共地。在实际应用中,PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG连接有主要由一对功率开关管Q4和Q5(通常为MOS管)、驱动变压器T1、主变压器T2、谐振电容C4等元器件构成的DC-DC逆变模块611,逆变模块611后还连接有由整流桥BR2、滤波电容C3和负载RL组成的输出模块711。
本发明所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路的工作原理如下。
当三相电B1、B2和B3均衡输入时,各电流互感取样模块111、112和113的输出电位相同,此时各电压比较器模块221、222和223中的运算放大器U2A、U2B和U2C的同相输入端电压均低于其反相输入端电压,使得各电压比较器模块221、222和223的输出端均输出低电平,此时各光电耦合触发模块331、332和333中的三极管Q1、Q2和Q3均截止,使各光电耦合触发模块331、332和333均截止,从而使得PWM控制芯片U5的使能控制端FB得到的是高电平,PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG就能正常输出PWM信号,从而使得三相大功率开关电源中的DC-DC逆变模块611、输出模块711能正常输出。
当三相电中缺任意一相——例如B1缺相时,必然导致其它二相B2和B3的电流增加,这会使得连接于B2和B3上的电流互感取样模块112和113输出的电位升高,从而使电压比较器模块222和223中的运算放大器U2B和U2C的同相输入端电压分别高于其反相输入端电压,此时电压比较器模块222和223的输出端电平翻转而输出高电平,使得光电耦合触发模块332和333中的三极管Q2和Q3均导通,使光电耦合触发模块332和333中的光敏三极管均导通,此时光电耦合触发模块332和333的输出端变成低电平,从而使得PWM控制芯片U5的使能控制端FB得到的是低电平, PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG就无PWM信号输出,从而使得三相大功率开关电源中的DC-DC逆变模块611、输出模块711不工作而无输出,最终实现保护开关电源的目的。
当三相电中缺任意二相——例如B1、B2缺相时,必然导致其余一相B3的电流增加,这会使得连接于B3上的电流互感取样模块113输出的电位升高,从而使电压比较器模块223中的运算放大器U2C的同相输入端电压高于其反相输入端电压,此时电压比较器模块223的输出端电平翻转而输出高电平,使得光电耦合触发模块333中的三极管Q3导通,使光电耦合触发模块333中的光敏三极管导通,此时光电耦合触发模块333的输出端变成低电平,从而使得PWM控制芯片U5的使能控制端FB得到的是低电平, PWM控制芯片U5的二个输出脚HG、LG就无PWM信号输出,从而使得三相大功率开关电源中的DC-DC逆变模块611、输出模块711不工作而无输出,最终实现保护开关电源的目的。

Claims (5)

1.三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特征在于:在三相大功率开关电源的三相电输入线上分别串接一个电流互感取样模块,各电流互感取样模块输出端的电平取样信号分别送入一个电压比较器模块的输入端,各电压比较器模块的输出端分别与一个光电耦合触发模块的输入端相连接,各光电耦合触发模块的输出端均与三相大功率开关电源中的PWM控制芯片的使能控制端相连接;当三相电均衡输入时,各电压比较器模块输出端输出的低电平信号使各光电耦合触发模块截止,从而使得PWM控制芯片的二个输出脚正常输出PWM信号;当三相电中任一相或任二相缺相时,与其它未缺相的输入线相连接的电压比较器模块输出端的电平信号翻转而使对应的光电耦合触发模块导通、从而使PWM控制芯片的二个输出脚无PWM信号输出。
2.根据权利要求1所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特征在于:所述的电流互感取样模块的具体结构为:电流互感器的初级线圈串联于三相电源的输入线中,电流互感器的次级线圈上并联一个电阻,并且次级线圈的一端与整流二极管的正极相连接,整流二极管的负极接一个电阻后接地,次级线圈的另一端也接地,整流二极管的负极为电流互感取样模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特征在于:电压比较器模块的具体结构为:包括一个运算放大器,运算放大器的反相输入端接基准电平,运算放大器的同相输入端与电流互感取样模块的输出端相连接,运算放大器的输出端为电压比较器模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特征在于:光电耦合触发模块的具体结构为:包括一个NPN型三极管和一个光电耦合器,电压比较器模块的输出端与三极管的基极相连接,三极管的发射极接地,三极管的集电极与光电耦合器中发光二极体的负极相连接,发光二极体的正极串联一个电阻后接电源正极,光电耦合器中的光敏三极管的发射极接地,光敏三极管的集电极为光电耦合触发模块的输出端,该输出端与PWM控制芯片的使能控制端相连接。
5.根据权利要求4所述的三相大功率开关电源中的缺相保护电路,其特征在于:光敏三极管与PWM控制芯片共地。
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