CN106159889A - 一种基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路；其第二电容器与第二稳压二极管并联，对应第二稳压二极管阴极的并联端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连，对应第二稳压二极管阳极的并联端与第二半导体开关元件的阴极或源极相连；电压非线性元件与第四电阻器串联后一端与开关的一端连接，另一端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连；第一电阻器的一端与开关的一端相连，另一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连；本发明实现欠电压检测与控制，省去了运算放大器电路及其所需直流电源，也无需增加抗干扰设计，简化了电路结构，降低了制作成本，缩小了产品体积。

Description

一种基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路

技术领域

本发明涉及欠电压检测与开关电路，特别涉及一种基于电压非线性元件的欠电压检测与开关电路。

背景技术

电子设备必须在一定电源电压下运行，否则会影响电器设备正常运转甚至造成严重事故。当电源电压下降到额定电压的80％以下后，将导致电动机的转速明显下降，以致被迫停转，使电动机因堵转而烧毁。同时，过低的电源电压还将造成低压电器开关触点的释放，使控制电路不能正常工作，造成人身事故和机械设备的损坏。为此需采取必要的保护措施，将电源迅速切断，欠电压保护在电源系统必不可少。

采用电压检测电路，当检测电路检测到电源电压低于规定电压下限时，输出信号触发开关使电源断开，可减少损失，避免发生事故。

现有技术普遍采用运算放大器为基的电压比较电路对电压进行检测，但是这种电路存在下列不足：易受干扰，需要增加抗干扰设计；需要配置直流工作电源；制作成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种简单可靠、成本低廉的解决方案：利用电压非线性元件的伏安特性检测电源电压，根据电压高低触发或关断处于电源回路的半导体开关器件从而控制回路中的负载通断。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，包括第一半导体开关元件、第二半导体开关元件、电压非线性元件、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第一电容器、第二电容器以及开关；所述第二电容器与第二稳压二极管并联，对应第二稳压二极管阴极的并联端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连，对应第二稳压二极管阳极的并联端与第二半导体开关元件的阴极或源极相连；电压非线性元件与第四电阻器串联后一端与开关的一端连接，另一端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连；第一电阻器的一端与开关的一端相连，另一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连；第二电阻器的一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与第二半导体开关元件的阴极或源极相连；第三电阻器的一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与第一半导体开关元件的控制极或栅极相连；第一电容器与第一稳压二极管并联，对应第一稳压二极管阴极的并联端与第一半导体开关元件的控制极或栅极相连，对应第一稳压二极管阳极的并联端与第一半导体开关元件的阴极或源极相连；负载一端与第一半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与开关的一端连接；开关的另一端与电源一端连接，电源的另一端与第一半导体开关元件的阴极或源极相连；第一半导体开关元件的阴极或源极与第二半导体开关元件2阴极或源极相连。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述第一半导体开关元件和第二半导体开关元件都为单向可控硅、双向可控硅或场效应管。

优选地，所述电压非线性元件为压敏电阻或半导体瞬态电压抑制元件。

优选地，所述第一电阻器和第二电阻器组成分压器；当第二单向可控硅不导通时，第二电阻器上的分压大于第一单向可控硅的触发电压。

优选地，所述第三电阻器的阻值是第二电阻器的阻值的10倍。

优选地，所述第一单向可控硅的耐压指标大于电源电压峰值的2.0倍。

优选地，所述第一单向可控硅选取耐压指标大于800V的可控硅；第二单向可控硅选取耐压指标大于25V的可控硅。

优选地，所述半导体瞬态电压抑制元件为双向半导体瞬态抑制二极管。

优选地，所述双向半导体瞬态抑制二极管的导通电压为250V。

优选地，所述压敏电阻为氧化锌压敏电阻，氧化锌压敏电阻的压敏电压为240V。

本发明2只半导体开关元件中的1只(半导体开关元件1)与负载串接后连接在电源两端，另一只半导体开关元件(半导体开关元件2)的通断由所述电压非线性元件控制。

当电源电压不足以使电压非线性元件导通时，接通电源，第二半导体开关元件不导通，第一半导体开关元件经电阻分压电路获得触发电压而导通，从而使负载得电工作。

当电源电压达到一定值，接通电源，电压非线性元件导通，触发第二半导体开关元件导通，使得电阻分压电路分压比变化，使第一半导体开关元件的触发电压不足而截止，此时与半导体开关元件1串联的负载不能获得电压。

本发明第一稳压二极管和第二稳压二极管分别用于保护第一半导体开关元件和第二半导体开关元件，以免触发电压过高使半导体开关元件失效。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明利用电压非线性元件的强非线性特性，实现欠电压检测与控制，与现有技术相比，由于省去了运算放大器电路及其所需直流电源，也无需增加抗干扰设计，所以简化了电路结构，降低了制作成本，缩小了产品体积。

附图说明

图1为实施例1的基于电压非线性元件的欠电压检测与开关电路连接示意图。

图2为实施例2的基于电压非线性元件的欠电压检测与开关电路连接示意图。

图3为实施例3的基于电压非线性元件的欠电压检测与开关电路连接示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种基于电压非线性元件的欠电压检测与开关电路，包括第一单向可控硅SCR1、第二单向可控硅SCR2、压敏电阻Rv、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第一电容器C1、第二电容器C2以及开关K。各电路元件连接方式为：第二电容器C2与第二稳压二极管D2并联，对应第二稳压二极管D2阴极的并联端与第二单向可控硅SCR2的控制极相连，对应第二稳压二极管D2阳极的并联端与第二单向可控硅SCR2的阴极相连；压敏电阻Rv与第四电阻器R4串联后一端与开关K的一端连接，另一端与第二单向可控硅SCR2的控制极相连；第一电阻器R1的一端与开关K的一端相连，另一端与第二单向可控硅SCR2的阳极相连；第二电阻器R2的一端与第二单向可控硅SCR2的阳极相连，另一端与第二单向可控硅SCR2的阴极相连；第三电阻器R3的一端与第二单向可控硅SCR2的阳极相连，另一端与第一单向可控硅SCR1的控制极相连；第一电容器C1与第一稳压二极管D1并联，对应第一稳压二极管D1阴极的并联端与第一单向可控硅SCR1的控制极相连，对应第一稳压二极管D1阳极的并联端与第一单向可控硅SCR1的阴极相连；负载一端与第一单向可控硅SCR1的阳极相连，另一端与开关K的一端连接；开关K的另一端与电源一端连接，电源的另一端与第一单向可控硅SCR1的阴极相连；第一单向可控硅SCR1的阴极与第二单向可控硅SCR2的阴极相连。

图1中，第一电阻器R1和第二电阻器R2组成分压器，并且，将分压比调整为当第二单向可控硅SCR2不导通时，第二电阻器R2上的分压大于第一单向可控硅SCR1的触发电压。第三电阻器R3的阻值是第二电阻器R2的阻值的10倍，使第三电阻器R3作为第一单向可控硅SCR1的触发电流通路，同时对第一电阻器R1和第二电阻器R2组成分压器回路参数影响很小。第四电阻器R4与压敏电阻Rv串联起限流作用，以保护压敏电阻Rv。第一电容器C1与第一稳压二极管D1并联在第一单向可控硅控制极和阴极之间，一方面限制触发信号电压，保护第一单向可控硅SCR1，另一方面可吸收干扰信号防止误触发。第二电容器C2与第二稳压二极管D2并联在第二单向可控硅SCR2控制极和阴极之间，一方面限制触发信号电压，保护第二单向可控硅SCR2，另一方面可吸收干扰信号防止误触发。第一单向可控硅SCR1耐压指标应大于电源电压峰值的2.0倍。本实施例采用耐压800V可控硅；第二单向可控硅SCR2选取耐压指标大于25V的可控硅即可。

本实施例中电源端连接工频可调电源，采用的压敏电阻Rv的压敏电压为240V，当将工频可调电源电压调节到175VAC以下时，接通电源(开关K合闸)，压敏电阻Rv漏电流很小(不导通)，第二单向可控硅SCR2不导通，第二电阻器R2上的分压触发第一单向可控硅SCR1导通，与第一单向可控硅SCR1串联的负载得电而工作。

当将工频可调电源电压调节到178V以上时，接通电源(开关K合闸)，流过压敏电阻Rv的漏电流使可控硅第二单向可控硅SCR2导通，第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压比因第二单向可控硅SCR2的导通而改变，第二电阻器R2上的分压低于第一单向可控硅SCR1的触发电压，此时，第一单向可控硅SCR1处于截止状态，与第一单向可控硅SCR1串联的负载不能获得工作电压。

当电源电压调节到175～178VAC范围时，接通电源(开关K合闸)，第二单向可控硅SCR2的通断状态不确定，第一单向可控硅SCR1的通断状态也不确定，这个不确定电压范围决定于两只可控硅的参数分散性及工作重复性等因素。电源电压在175～178VAC范围为本实施例欠压保护临界电压范围。

本实施例实现了电源欠电压的检测与控制，当电源电压低于设计的下限电压时，负载得电，负载可以是继电器或断路器线圈，当电源电压过低时利用继电器或断路器切断电源回路以保护用电设备。

实施例2

如图2所示，本实施例的电路连接方式与实施例1相同，但是，本实施例以双向可控硅TRIAC代替实施例1中的第一单向可控硅SCR1，以双向半导体瞬态抑制二极管TVS代替实施例1中的压敏电阻Rv。

本实施例中双向可控硅TRIAC的耐压指标与实施例1中的第一单向可控硅SCR1相同；双向半导体瞬态抑制二极管TVS的导通电压为250V；其他元件与实施例1相同。

本实施例的电源端连接工频可调电源。

当将工频可调电源电压调节到183VAC以下时，接通电源(开关K合闸)，双向半导体瞬态抑制二极管TVS漏电流很小(不导通)，单向可控硅SCR2不导通，第二电阻器R2上的分压大于双向可控硅TRIAC的触发电压，此时，双向可控硅TRIAC导通，与双向可控硅TRIAC串联的负载得电而工作。

当将工频可调电源电压调节到187V以上时，接通电源(开关K合闸)，流过半导体瞬态抑制二极管TVS的漏电流使单向可控硅SCR2导通，第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压比因单向可控硅SCR2的导通而改变，第二电阻器R2上的分压低于双向可控硅TRIAC的触发电压，双向可控硅TRIAC截止，与双向可控硅TRIAC串联的负载不能获得工作电压。

当电源电压调节到183～187VAC范围时，接通电源(开关K合闸)，单向可控硅SCR2的通断状态不确定，双向可控硅TRIAC的通断状态也不确定，这个不确定电压范围决定于两只可控硅的参数分散性及工作重复性等因素。电源电压在183～187VAC范围为本实施例欠压保护临界电压范围。

与实施例1一样，本实施例也实现了电源欠电压的检测与控制，当电源电压低于设计的下限电压时，负载得电，负载可以是继电器或断路器线圈，当电源电压过低时利用继电器或断路器切断电源回路以保护用电设备。

实施例3

如图3所示，本实施例的电路连接方式与实施例1相同，但是，本实施例以N沟道场效应管NMOS代替实施例1中的第二单向可控硅SCR2。替换连接方式为：本实施例的N沟道场效应管NMOS的源极S、漏极D、栅极G分别对应实施例1中第二单向可控硅SCR2的阴极、阳极、控制极。

本实施例中N沟道场效应管NMOS的耐压指标与实施例1中的第二单向可控硅SCR2相同，其他元件与实施例1相同。

本实施例的电源端连接工频可调电源，与实施例1一样，本实施例采用的压敏电阻Rv的压敏电压仍为240V。

当将工频可调电源电压调节到175VAC以下时，接通电源(开关K合闸)，压敏电阻Rv漏电流很小(不导通)，N沟道场效应管NMOS不导通，第一电阻器R1和第二电阻器R2组成分压器，第二电阻器R2上的分压大于可控硅SCR1的触发电压，可控硅SCR1导通，与可控硅SCR1串联的负载得电而工作。

当将工频可调电源电压调节到178V以上时，接通电源(开关K合闸)，流过压敏电阻Rv的漏电流使N沟道场效应管NMOS导通，第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压比因N沟道场效应管NMOS的导通而改变，第二电阻器R2上的分压低于可控硅SCR1的触发电压，可控硅SCR1截止，与可控硅SCR1串联的负载不能获得工作电压。

当电源电压调节到175～178VAC范围时，接通电源(开关K合闸)，N沟道场效应管NMOS的通断状态不确定，可控硅SCR1的通断状态也不确定，这个不确定电压范围决定于可控硅SCR1和N沟道场效应管NMOS的参数分散性及工作重复性等因素。电源电压在175～178VAC范围为本实施例欠压保护临界电压范围。

与实施例1一样，本实施例也实现了电源欠电压的检测与控制，当电源电压低于设计的下限电压时，负载得电，负载可以是继电器或断路器线圈，当电源电压过低时利用继电器或断路器切断电源回路以保护用电设备。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于包括第一半导体开关元件、第二半导体开关元件、电压非线性元件、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第一电容器、第二电容器以及开关；所述第二电容器与第二稳压二极管并联，对应第二稳压二极管阴极的并联端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连，对应第二稳压二极管阳极的并联端与第二半导体开关元件的阴极或源极相连；电压非线性元件与第四电阻器串联后一端与开关的一端连接，另一端与第二半导体开关元件的控制极或栅极相连；第一电阻器的一端与开关的一端相连，另一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连；第二电阻器的一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与第二半导体开关元件的阴极或源极相连；第三电阻器的一端与第二半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与第一半导体开关元件的控制极或栅极相连；第一电容器与第一稳压二极管并联，对应第一稳压二极管阴极的并联端与第一半导体开关元件的控制极或栅极相连，对应第一稳压二极管阳极的并联端与第一半导体开关元件的阴极或源极相连；负载一端与第一半导体开关元件的阳极或漏极相连，另一端与开关的一端连接；开关的另一端与电源一端连接，电源的另一端与第一半导体开关元件的阴极或源极相连；第一半导体开关元件的阴极或源极与第二半导体开关元件阴极或源极相连。

2.根据权利要求1所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述第一半导体开关元件和第二半导体开关元件都为单向可控硅、双向可控硅或场效应管。

3.根据权利要求1所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述电压非线性元件为压敏电阻或半导体瞬态电压抑制元件。

4.根据权利要求2所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述第一电阻器和第二电阻器组成分压器；当第二单向可控硅不导通时，第二电阻器上的分压大于第一单向可控硅的触发电压。

5.根据权利要求1所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述第三电阻器的阻值是第二电阻器的阻值的10倍。

6.根据权利要求2所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述第一单向可控硅的耐压指标大于电源电压峰值的2.0倍。

7.根据权利要求1所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述第一单向可控硅选取耐压指标大于800V的可控硅；第二单向可控硅选取耐压指标大于25V的可控硅。

8.根据权利要求3所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述半导体瞬态电压抑制元件为双向半导体瞬态抑制二极管。

9.根据权利要求1所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述双向半导体瞬态抑制二极管的导通电压为250V。

10.根据权利要求3所述的基于电压非线性元件的欠电压检测开关电路，其特征在于，所述压敏电阻为氧化锌压敏电阻，氧化锌压敏电阻的压敏电压为240V。