CN106941314B - 压缩机控制系统及开关电源的过压保护电路 - Google Patents

压缩机控制系统及开关电源的过压保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压缩机控制系统及开关电源的过压保护电路，所述电路包括：电压采样单元，电压采样单元与开关电源的输出端相连，用以采样开关电源的输出电压；可控开关，可控开关的第一端与开关电源的输入端相连；储能吸收单元，储能吸收单元与可控开关的第二端相连；控制单元，控制单元分别与可控开关的控制端和开关电源中功率开关管的控制端相连，控制单元对开关电源的输出电压进行判断，并在开关电源的输出电压大于预设电压时输出第一控制信号至功率开关管以降低开关电源的输出电压和输出第二控制信号至可控开关以控制储能吸收单元对开关电源的输入过电压进行吸收，从而有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性。

Description

压缩机控制系统及开关电源的过压保护电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种开关电源的过压保护电路和一种压缩机控制系统。
背景技术
开关电源因其效率高、体积小、可靠性高的特点而被广泛应用于电机和压缩机等领域中。开关电源作为系统供电单元，其工作性能的可靠性和稳定性至关重要。当开关电源的输入电压过高时，会造成开关电源损坏，严重影响电源的可靠性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种开关电源的过压保护电路，通过对开关电源的输出电压进行判断，并在开关电源的输出电压大于预设电压时，输出不同的控制信号至功率开关管和可控开关，以降低开关电源的输入或输出电压，从而有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性。
本发明的另一个目的在于提出一种压缩机控制系统。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种开关电源的过压保护电路，包括：电压采样单元，所述电压采样单元与所述开关电源的输出端相连，所述电压采样单元用以采样所述开关电源的输出电压；可控开关，所述可控开关的第一端与所述开关电源的输入端相连；储能吸收单元，所述储能吸收单元与所述可控开关的第二端相连；控制单元，所述控制单元分别与所述可控开关的控制端和所述开关电源中功率开关管的控制端相连，所述控制单元对所述开关电源的输出电压进行判断，并在所述开关电源的输出电压大于预设电压时输出第一控制信号至所述功率开关管以降低所述开关电源的输出电压和输出第二控制信号至所述可控开关以控制所述储能吸收单元对所述开关电源的输入过电压进行吸收。
根据本发明实施例的开关电源的过压保护电路，通过电压采样单元实时采样开关电源的输出电压，控制单元对开关电源的输出电压进行判断，并在开关电源的输出电压大于预设电压时，输出第一控制信号至功率开关管，以降低开关电源的输出电压，同时，控制单元输出第二控制信号至可控开关，以控制储能吸收单元对开关电源的输入过电压进行吸收，从而有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性。
根据本发明的一个实施例，上述的开关电源的过压保护电路还包括：钳位保护单元，所述钳位保护单元连接在所述可控开关的第二端与所述储能吸收单元之间，所述钳位保护单元对所述储能吸收单元进行钳位保护。
根据本发明的一个实施例，所述可控开关为三极管、MOS(Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体)管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
根据本发明的一个实施例，所述钳位保护单元包括第一电阻和钳位二极管，所述第一电阻的一端与所述钳位二极管的阳极相连且具有第一节点，所述第一电阻的另一端与所述钳位二极管的阴极相连且具有第二节点，所述第一节点与所述可控开关的第二端相连，所述第二节点与所述储能吸收单元相连。
根据本发明的一个实施例，所述储能吸收单元包括储能电容和第二电阻，所述储能电容的正极端与所述第二节点相连，所述储能电容的负极端接地，所述第二电阻与所述储能电容并联连接。
根据本发明的一个实施例，所述电压采样单元包括串联连接的第三电阻和第四电阻，所述串联连接的第三电阻和第四电阻之间具有第三节点，所述第三节点与所述控制单元相连。
根据本发明的一个实施例，所述功率开关管为第一MOS管，所述开关电源还包括第一电感和第一二极管，所述第一电感的一端作为所述开关电源的输入端，所述第一电感的另一端与所述第一二极管的阳极相连且具有第四节点，所述第一二极管的阴极作为所述开关电源的输出端，所述第四节点与所述第一MOS管的漏极相连，所述第一MOS管的栅极与所述控制单元相连，所述第一MOS管的源极接地。
根据本发明的一个实施例，所述第一控制信号与所述第二控制信号不同且相互独立。
根据本发明的一个实施例，所述第一控制信号为高频PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)信号，所述第二控制信号为低频开关信号。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元根据所述高频PWM信号对所述功率开关管的开关时间或占空比进行调节以降低所述开关电源的输出电压。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种压缩机控制系统，其包括上述的开关电源的过压保护电路。
根据本发明实施例的压缩机控制系统，通过上述的开关电源的过压保护电路，能够有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性，进而保证压缩机控制系统的工作可靠性。
附图说明
图1是根据本发明实施例的开关电源的过压保护电路的方框示意图；
图2是根据本发明一个实施例的开关电源的过压保护电路图；以及
图3是根据本发明实施例的压缩机控制系统的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述本发明实施例提出的开关电源的过压保护电路和压缩机控制系统。
图1是根据本发明实施例的开关电源的过压保护电路的方框示意图。图2是根据本发明一个实施例的开关电源的过压保护电路图。如图1和图2所示，该开关电源的过压保护电路可包括：电压采样单元10、可控开关20、储能吸收单元30和控制单元40。
其中，电压采样单元10与开关电源50的输出端相连，电压采样单元10用以采样开关电源50的输出电压。可控开关20的第一端与开关电源50的输入端相连。储能吸收单元30与可控开关20的第二端相连。控制单元40分别与可控开关20的控制端和开关电源50中功率开关管Q1的控制端相连，控制单元40对开关电源50的输出电压进行判断，并在开关电源50的输出电压大于预设电压时输出第一控制信号至功率开关管Q1以降低开关电源50的输出电压和输出第二控制信号至可控开关20以控制储能吸收单元30对开关电源50的输入过电压进行吸收。其中，可控开关20可以为三极管、MOS管或IGBT，预设电压可根据实际情况进行标定。
根据本发明的一个实施例，功率开关管Q1可以为第一MOS管，开关电源50还可包括第一电感L1和第一二极管D1，第一电感L1的一端作为开关电源50的输入端，第一电感L1的另一端与第一二极管D1的阳极相连且具有第四节点J4，第一二极管D1的阴极作为开关电源50的输出端，第四节点J4与第一MOS管的漏极相连，第一MOS管的栅极与控制单元40相连，第一MOS管的源极接地GND。
根据本发明的一个实施例，第一控制信号与第二控制信号不同且相互独立，第一控制信号可以为高频PWM信号，第二控制信号可以为低频开关信号，该低频开关信号可以是高电平信号，也可以是低电平信号。
进一步地，根据本发明的一个实施例，控制单元40根据高频PWM信号对功率开关管Q1的开关时间或占空比进行调节以降低开关电源50的输出电压。
具体而言，在输入电压不稳定的情况下，包括电网的电源波动(如太阳能和风能发电等外界条件变动且不可控)和应用场合的负载变化，很可能导致开关电源50的输出电压超过正常输出电压范围，因此，在本发明的实施例中，以开关电源50的输出电压作为反馈信号，通过对开关电源50的输出电压进行实时采样，然后根据输出电压输出不同的控制信号至开关电源50和可控开关20，以降低开关电源50的输出电压和输入过电压，防止开关电源过压损坏。
具体地，如图2所示，交流电源V1输出的交流电压经过全桥整流电路70整流后变成直流电压，再经过由第一电感L1、第一二极管D1和功率开关管Q1构成的Boost型拓扑结构后，输出较高的直流电压。电压采样单元10采集升压后的输出电压，并将其反馈至控制单元40，控制单元40对该输出电压进行处理(如放大、滤波等)，并输出两路不同且相互独立的控制信号，分别控制开关电源50和可控开关20。
例如，当交流电压升高时，相应的全桥整流电路70输出的直流电压会升高，经过开关电源50产生的输出电压也会升高。当开关电源50的输出电压大于预设电压时，控制单元40输出第一控制信号(如高频PWM信号)至开关电源50中的功率开关管Q1，通过调节功率开关管Q1的开关时间或占空比来降低开关电源50的输出电压。同时，控制单元40输出第二控制信号(如低频开关信号)至可控开关20(如三极管、MOS管或IGBT)，通过控制可控开关20导通，使储能吸收单元30开始工作，以吸收开关电源50输入过电压(输入端过高的直流电压)，以使开关电源50输入过电压降低，防止开关电源过压损坏。
在本发明的实施例中，控制单元40内置电压比较单元、运放电路、施密特触发器、延时电路等，用以对电压采样单元10采集的输出电压进行处理，并输出不同的控制信号，以对可控开关20和开关电源50中的功率开关管Q1进行控制，降低开关电源50的输出和输入过电压，防止开关电源过压损坏。
因此，根据本发明实施例的开关电源的过压保护电路，控制单元在判断电压采样单元采集的输出电压超过预设电压时，根据输出电压输出两个不同的控制信号，通过第一控制信号调节脉冲频率或调节脉宽，来降低开关电源的输出电压，通过第二控制信号控制储能吸收单元的通断，来降低开关电源的输入过电压，以达到保护开关电源的目的。并且该电路适用于宽输入电源应用的情况，特别是输入电压不稳定，而输出电压要求却很高的情况。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的开关电源的过压保护电路还包括：钳位保护单元60。其中，钳位保护单元60连接在可控开关20的第二端与储能吸收单元30之间，钳位保护单元60对储能吸收单元30进行钳位保护。
进一步地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，钳位保护单元60可包括第一电阻R1和钳位二极管D2，第一电阻R1的一端与钳位二极管D2的阳极相连且具有第一节点J1，第一电阻R1的另一端与钳位二极管D2的阴极相连且具有第二节点J2，第一节点J1与可控开关20的第二端相连，第二节点J2与储能吸收单元30相连。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，储能吸收单元30可包括储能电容C1和第二电阻R2，储能电容C1的正极端与第二节点J2相连，储能电容C1的负极端接地GND，第二电阻R2与储能电容C1并联连接。
具体而言，当控制单元40判断开关电源50的输出电压大于预设电压时，控制单元40输出第二控制信号(如低频开关信号)至可控开关20，以使可控开关20导通，储能吸收单元30吸收开关电源50输入过电压，并通过钳位保护单元60中的第一电阻R1吸收或消耗电压突变产生的瞬间大电流，以降低对储能吸收单元30的冲击，同时钳位二极管D2可钳位电压方向，防止可控开关20过压损坏。
储能吸收单元30中的储能电容C1可以为电解电容，用以存储开关电源50的输入过电压，同时，储能吸收单元30中的第二电阻R2也可以消耗和吸收输入过电压，以降低开关电源50的输入过电压，达到保护开关电源的目的。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，电压采样单元10可包括串联连接的第三电阻R3和第四电阻R4，串联连接的第三电阻R3和第四电阻R4之间具有第三节点J3，第三节点J3与控制单元40相连。
也就是说，在本发明的实施例中，可以直接采用电阻分压法来采集开关电源50的输出电压(即第三节点J3处的电压值)，并将其反馈至控制单元40，以通过控制单元40进行处理，并输出不同的控制信号对开关电源50和可控开关20进行控制。
另外，在本发明的实施例中，上述的开关电源的过压保护电路还可包括电压滤电路80，其中，电压滤波电路80可包括电解电容C2，用以尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。
综上所述，根据本发明实施例的开关电源的过压保护电路，通过电压采样单元实时采样开关电源的输出电压，控制单元对开关电源的输出电压进行判断，并在开关电源的输出电压大于预设电压时，输出第一控制信号至功率开关管，以降低开关电源的输出电压，同时，控制单元输出第二控制信号至可控开关，以控制储能吸收单元对开关电源的输入过电压进行吸收，从而有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性。
图3是根据本发明实施例的压缩机控制系统的方框示意图。如图3所示，该压缩机控制系统1000可包括：上述的开关电源的过压保护电路100。
根据本发明实施例的压缩机控制系统，通过上述的开关电源的过压保护电路，能够有效防止开关电源过压损坏，保证开关电源的可靠性，进而保证压缩机控制系统的工作可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种开关电源的过压保护电路，其特征在于，包括：
电压采样单元，所述电压采样单元与所述开关电源的输出端相连，所述电压采样单元用以采样所述开关电源的输出电压；
可控开关，所述可控开关的第一端与所述开关电源的输入端相连；
储能吸收单元，所述储能吸收单元与所述可控开关的第二端相连；
控制单元，所述控制单元分别与所述可控开关的控制端和所述开关电源中的功率开关管的控制端相连，所述控制单元对所述开关电源的输出电压进行判断，并在所述开关电源的输出电压大于预设电压时输出第一控制信号至所述功率开关管以降低所述开关电源的输出电压和输出第二控制信号至所述可控开关以控制所述储能吸收单元对所述开关电源的输入过电压进行吸收；所述控制单元，用于对电压采样单元采集的输出电压进行处理，并输出不同的控制信号，以对可控开关和开关电源中的功率开关管进行控制，降低开关电源的输出电压和输入过电压，防止开关电源过压损坏，其中，所述第一控制信号为高频PWM信号，所述第二控制信号为低频开关信号。
2.如权利要求1所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，还包括：
钳位保护单元，所述钳位保护单元连接在所述可控开关的第二端与所述储能吸收单元之间，所述钳位保护单元对所述储能吸收单元进行钳位保护。
3.如权利要求1或2所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述可控开关为三极管、MOS管或IGBT。
4.如权利要求2所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述钳位保护单元包括第一电阻和钳位二极管，所述第一电阻的一端与所述钳位二极管的阳极相连且具有第一节点，所述第一电阻的另一端与所述钳位二极管的阴极相连且具有第二节点，所述第一节点与所述可控开关的第二端相连，所述第二节点与所述储能吸收单元相连。
5.如权利要求4所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述储能吸收单元包括储能电容和第二电阻，所述储能电容的正极端与所述第二节点相连，所述储能电容的负极端接地，所述第二电阻与所述储能电容并联连接。
6.如权利要求1所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述电压采样单元包括串联连接的第三电阻和第四电阻，所述串联连接的第三电阻和第四电阻之间具有第三节点，所述第三节点与所述控制单元相连。
7.如权利要求1所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述功率开关管为第一MOS管，所述开关电源还包括第一电感和第一二极管，所述第一电感的一端作为所述开关电源的输入端，所述第一电感的另一端与所述第一二极管的阳极相连且具有第四节点，所述第一二极管的阴极作为所述开关电源的输出端，所述第四节点与所述第一MOS管的漏极相连，所述第一MOS管的栅极与所述控制单元相连，所述第一MOS管的源极接地。
8.如权利要求1所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述第一控制信号与所述第二控制信号不同且相互独立。
9.如权利要求8所述的开关电源的过压保护电路，其特征在于，所述控制单元根据所述高频PWM信号对所述功率开关管的开关时间或占空比进行调节以降低所述开关电源的输出电压。
10.一种压缩机控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的开关电源的过压保护电路。
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