CN107181240A - 整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统，涉及电路保护技术领域，能够为整流桥提供有效的过压保护，从而延长了整流桥的使用寿命。该整流桥保护电路中，包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器。其中，过压保护器件并联于全桥整流电路的每个二极管的两端；直流端保护器包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针，电容元件与金属氧化物避雷针串联后并联于全桥整流电路的直流输出端，所述电阻元件并联于所述电容元件的两端。

Description

整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，尤其是涉及一种整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统。

背景技术

目前，在电子电路中，整流桥作为重要的整流器件，得到了广泛的应用，整流整流桥电路是由四个二极管按照一定的方式进行连接，形成具有全波整流功能的电子器件。交流电经过整流桥电路整流后，通常需要接LC滤波电路，由于整流桥电路的输出端连接至LC滤波电路，在上电或浪涌瞬间，LC滤波电路中的扼流线国产生的瞬间反压可能会超过整流桥电路中二极管的最大承受电压，造成二极管过压击穿，进而导致整个整流桥的损坏，影响了整流桥在相关产品的使用。

因此，如何在实现对整流桥电路进行过压保护成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统，能够在发生过压时，对整流桥进行有效保护，延长了整流桥的使用寿命。

第一方面，本发明实施例提供了一种整流桥保护电路，包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器；

所述过压保护器件并联于所述全桥整流电路的每个二极管的两端；

所述直流端保护器包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针，所述电容元件与所述金属氧化物避雷针串联后并联于所述全桥整流电路的直流输出端，所述电阻元件并联于所述电容元件的两端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述过压保护器件包括电容、电阻、瞬态抑制二极管、放电管的至少一种。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该整流桥保护电路还包括过热保护元件，所述过热保护元件接入所述全桥整流电路的交流输入端或者直流输出端的任意一个端口，所述过热保护元件为温度保险丝或者NTC热敏电阻。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该整流桥保护电路还包括过流保护器件，所述过流保护元件接入所述全桥整流电路的交流输入端或者直流输出端的任意一个端口，所述过流保护器件为快速熔断器或者自复熔断器。

第二方面，本发明实施例提供了一种过压保护装置，包括感应线圈、保护芯片和第一方面及其可能的实施方式中任一项所述的整流桥保护电路；

所述感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，并产生交流感应信号；

所述整流桥保护电路连接在所述感应线圈与所述保护芯片之间，所述整流桥保护电路将所述交流感应信号整流为直流感应信号；

所述保护芯片接收所述直流感应信号，当所述直流感应信号超出预设值时，所述保护芯片输出断电信号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该过压保护装置还包括连接在所述整流桥保护电路与所述保护芯片之间的滤波电路和放大电路。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述保护芯片中包括比较器和触发器；

所述比较器接收所述直流感应信号，并将所述直流感应信号与所述预设值进行比较；

当所述直流感应信号超出预设值时，所述触发器输出断电信号。

第三方面，本发明实施例还提供一种供电系统，包括变压器以及第二方面及其可能的实施方式中任一项所述的过压保护装置；

所述变压器的初级线圈连接电网，次级线圈连接交流输出端；

所述过压保护装置中的感应线圈缠绕在变压器的次级铁芯。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，该供电系统还包括第一继电器、双向可控硅和限流电阻；

所述保护芯片的第一输出端通过所述双向可控硅连接所述第一继电器的控制线圈；

所述保护芯片的第二输出端通过限流电阻连接所述双向可控硅的控制端。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，该供电系统还包括第二继电器；

所述第一继电器的输出端与所述第二继电器的控制线圈串联，所述第二继电器的输出端与所述初级线圈串联。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的整流桥保护电路中，包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器。其中，过压保护器件并联于全桥整流电路的每个二极管的两端；直流端保护器包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针，电容元件与金属氧化物避雷针串联后并联于全桥整流电路的直流输出端，所述电阻元件并联于所述电容元件的两端。本发明实施例提供的整流桥保护电路，通过在全桥整流电路的每个二极管的两端并联过压保护器以及在全桥整流电路的直流输出端设置包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针的直流端保护器，能够为整流桥提供有效的过压保护，从而延长了整流桥的使用寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的整流桥保护电路的示意图；

图2为本发明实施例二提供的过压保护装置的示意图；

图3为本发明实施例二提供的过压保护装置的示意图；

图4为本发明实施例二提供的过压保护装置中保护芯片的示意图；

图5为本发明实施例三提供的供电系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前，在电子电路中，整流桥作为重要的整流器件，得到了广泛的应用，整流整流桥电路是由四个二极管按照一定的方式进行连接，形成具有全波整流功能的电子器件。交流电经过整流桥电路整流后，通常需要接LC滤波电路，由于整流桥电路的输出端连接至LC滤波电路，在上电或浪涌瞬间，LC滤波电路中的扼流线国产生的瞬间反压可能会超过整流桥电路中二极管的最大承受电压，造成二极管过压击穿，进而导致整个整流桥的损坏，影响了整流桥在相关产品的使用。基于此，本发明的目的在于提供一种整流桥保护电路、过压保护装置以及供电系统，能够在发生过压时，对整流桥进行有效保护，延长了整流桥的使用寿命。

实施例一：

本发明实施例提供一种整流桥保护电路，如图1所示，该整流桥保护电路包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器。

其中，全桥整流电路具体由四个二极管D1、D2、D3、D4以桥式连接的方式构成。过压保护器件并联于全桥整流电路的每个二极管的两端，过压保护器件包括电容、电阻(例如普通电阻、压敏电阻等)、瞬态抑制二极管、放电管的至少一种。优选的是，过压保护器件包括电容，或者电容与电阻串联形成的RC电路具体的，本发明实施例中采用的过压保护器件采用电容，即，四个电容C11、C12、C13、C14分别并联在四个二极管D1、D2、D3、D4的两端，直流端保护器与全桥整流电路的正、负两个输出端相连接，直流端保护器包括电容元件C、电阻元件R和金属氧化物避雷针MOV，电容元件C与金属氧化物避雷针MOV串联后并联于全桥整流电路的直流正、负两个输出端，电阻元件R并联于电容元件C的两端。

考虑到现有的整流桥一般不具备温度保护功能，抗浪涌电流能力较差。而一般使用整流桥通过的电流都比较大，特别是一些大的浪涌电流流过时，整流桥很可能会因为电流过大或者过热导致内部元件烧毁，影响整流桥的使用寿命。

进一步的，整流桥保护电路还包括过热保护元件和/或过流保护器件，过热保护元件和/或过流保护器件接入全桥整流电路的交流输入端或者直流输出端的任意一个端口。其中，过热保护元件为温度保险丝或者NTC热敏电阻，过流保护器件为快速熔断器或者自复熔断器。

综合考虑成本、环境等因素，优选的，本发明实施例中采用过热保护元件，节约成本的同时，能够起到防止温度过高或者电流过大引起的过热等造成整流桥内部元件损坏的作用，具体的，过热保护元件采用温度保险丝FT，温度保险丝FT接在全桥整流电路的D1和D2之间的交流输入端口上，温度保险丝FT采用双金属片(例如钠金属片)制成的，并且具有自恢复功能。当温度升高达到预定值(熔点)或者有大的电流到来(过热熔化)时，双金属片温度保险丝产生形变而断开电路，当温度降低到一定范围时双金属片温度保险丝可以自动恢复到接通状态，有效地保护了整流桥和应用整流桥的整个产品而不至于被击穿损坏的故障现象。

本发明实施例提供的整流桥保护电路中，包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器。其中，过压保护器件并联于全桥整流电路的每个二极管的两端；直流端保护器包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针，电容元件与金属氧化物避雷针串联后并联于全桥整流电路的直流输出端，所述电阻元件并联于所述电容元件的两端。本发明实施例提供的整流桥保护电路，通过在全桥整流电路的每个二极管的两端并联过压保护器以及在全桥整流电路的直流输出端设置包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针的直流端保护器，能够为整流桥提供有效的过压保护，从而延长了整流桥的使用寿命。

实施例二：

考虑到目前的过压保护器通常是采用空气开关或继电器等方式，对市电的输出线路的电压进行监测。当输出线路的电压过大时，利用空气开关或继电器断开等方式，切断输出线路的供电，以实现线路及用电设备的保护。但是，现有的过压保护器的灵敏度较低，在发生过压时不能有效对线路进行保护。

基于此，本发明实施例还提供一种过压保护装置，可应用于家庭、办公、工厂等供电场景。如图2和图3所示，该过压保护装置包括感应线圈L1、整流桥保护电路和保护芯片。

其中，感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，通过感应变压器的初级铁芯的磁场变化情况，产生交流感应信号。整流桥保护电路连接在感应线圈L1与保护芯片之间，用于将感应线圈L1感应到的交流感应信号整流为直流感应信号。保护芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，保护芯片输出断电信号，断开输电线路的电源。

本发明实施例提供的过压保护装置，利用感应线圈L1对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L1的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提供电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

本发明实施例中，通过设置整流桥保护电路，即可实现对感应线圈L1感应到的交流感应信号进行整流，形成周期性的直流感应信号。

本发明实施例提供的过压保护装置中，还包括连接在整流桥保护电路与保护芯片之间的滤波电路。考虑到现有整流桥后边大多数采用阻容进行滤波，此方法由于电元件性能所限，电阻、电容体积较大，而且价格昂贵，本发明实施例采用的滤波电路由一个滤波电容C1构成，实现滤波的同时还能降低成本以及缩小产品体积，滤波电容C1是并联在整流桥保护电路的输出端，用以降低交流脉动波纹系数、平滑直流输出的一种储能器件。在使用将交流转换为直流供电的电子电路中，滤波电容C1不仅使电源直流输出平稳，降低了交变脉动波纹对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定。需要说明的是，滤波电容C1还能够滤除电网内其他用电器形成的高频杂波污染信号，防止进入该过压保护电路造成干扰；二是防止该过压保护电路工作中产生的的高频杂波信号进入电网，防止对电网环境造成污染。

通过滤波电容C1实现对直流感应信号进行滤波，使直流感应信号的电压限制在一定范围之内。

此外，滤波电路的输出端还通过连接保护芯片的电源端V+、V-，为保护芯片提供电源。

进一步，本发明实施例提供的过压保护装置中，还包括连接在滤波电路与保护芯片之间的放大电路。放大电路主要由第一可变电阻W1和PNP型三极管T1构成，直流感应信号通过三极管T1的放大作用，可生成较大的电流信号，该电流信号经过电阻R3后转换为感应电压信号，并输入保护芯片的第一输入端a1。与第一可变电阻W1串联的稳压二极管D5和电阻R2，分别起到稳压和限流的作用。

此外，该放大电路中还包括第二可变电阻W2，第二可变电阻W2用于将直流感应信号转换为参考电压信号，输入保护芯片的第二输入端a2。

本实施例中，可变电阻W1、W2的阻值均可在0至5.1kΩ之间调节，可变电阻W1、W2具体的阻值可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

保护芯片主要对第一输入端a1接收到的感应电压信号进行监测，并根据感应电压信号的变化输出断电信号。同时，保护芯片也可以对第二输入端a2接收到的参考电压信号进行监测，当参考电压信号出现异常时也可以输出断电信号。

如图4所示，本实施例中的保护芯片中具体包括比较器和触发器。比较器接收直流感应信号(即感应电压信号和参考电压信号)，并将感应电压信号和参考电压信号与相对应的预设值进行比较。当感应电压信号超出相对应的预设值，或参考电压信号超出相对应的预设值时，触发器就会输出断电信号，断开输电线路的电源。

作为一个优选方案，触发器为多稳态触发器，当直流感应信号超出预设值时，多稳态触发器输出断电信号。多稳态触发器也称为n稳态触发器，是双稳态触器的进一步发展。如果n个放大级的每一级的输入与其余各级的输出端之间有直流耦合，则在一定条下可得到n个稳态，并且在每一个稳态时只有一级导通，而其余的均截止。在非二进制计数线路中，采用多态触发器能够实现多种不同状态下的快速响应，因此比双稳态触发器的响应速度更快。

本发明实施例中通过采用具有高灵敏度的比较单元和触发单元，并且在触发单元中设置多稳态触发器，使保护芯片能够在0.1秒以内响应，从而在极短的时间内断开供电电源，有效保护用电设备和供电线路。

本发明实施例提供的过压保护装置，利用感应线圈L1对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L1的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提供电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

实施例二：

如图5所示，本发明实施例提供一种供电系统，包括变压器TB以及上述实施例二所提供的过压保护装置。其中，变压器TB的初级线圈L3连接电网，次级线圈L2连接交流输出端，作为交流输出端，为用电设备提供交流电源。过压保护装置中的感应线圈L1缠绕在变压器的次级铁芯。

本发明实施例提供的供电系统中，还包括第一继电器J1、双向可控硅BG和限流电阻R4，保护芯片的输出端连接第一继电器J1的控制端。

具体的，本实施例中的保护芯片具有两个输出端b1、b2。其中，保护芯片的第一输出端b1通过双向可控硅BG连接第一继电器J1的控制线圈；保护芯片的第二输出端b2通过限流电阻R4连接至双向可控硅BG的控制端。

可控硅BG也称为晶闸管(Silicon Controlled Rectifier，简称SCR)，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。本实施例中的可控硅BG为双向晶闸管，双向晶闸管和双向二极管一样，是一种双向导电的器件，不同点是多了一个控制段，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。当向双向晶闸管的控制端输入电平信号时，阴极和阳极才会导通。

保护芯片的第二输出端b2输出的电平传输至双向可控硅BG的控制端，使双向可控硅BG的导通。同时，保护芯片的第一输出端b1输出的电平通过双向可控硅BG输出至第一继电器J1的控制线圈，使第一继电器J1输出端断开，从而实现供电线路的保护。

另外，保护芯片的第二输出端b1与双向可控硅BG之间还串联有电阻R5和发光二极管D6，当保护芯片发生故障时，故障电流会使发光二极管D6发出报警灯光，提醒用户及时排除故障。

进一步，本发明实施例提供的供电系统还包括第二继电器J2。第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的控制线圈串联，第二继电器J2的输出端与变压器TB的初级线圈L3串联。

作为一个优选方案，第一继电器J1为常闭型继电器，即控制线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于闭合状态。同时，第二继电器J2为常开型继电器，即控制线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于断开状态。

在供电系统正常供电的情况下，第一继电器J1的控制线圈不通电，第一继电器J1的输出端处于闭合状态，因此控制电源可通过第一继电器J1向第二继电器J2的控制线圈供电。第二继电器J2的控制线圈在通电的情况下，其输出端处于闭合状态，以维持变压器TB的初级线圈L3持续供电。同时，保护芯片的第一输出端b1和第二输出端b2无电平信号输出。

当保护芯片中的触发单元发出断电信号时，第一继电器J1的控制线圈通电，使第一继电器J1的输出端断开。由于第一继电器J1的输出端断开，因此第二继电器J2的控制线圈断电，使第二继电器J2的输出端断开，从而切断电网与变压器TB的初级线圈L3的连接，以切断供电系统的供电，实现供电线路的保护。

本实施例中，第一继电器J1采用常闭型继电器，第二继电器J2采用常开型继电器还具有以下优点：在实际的供电系统中，可以在第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的控制线圈之间串联多个不同用途的继电器，比如用于电弧保护的继电器、过压保护的继电器，以及用于短路保护的继电器。这些继电器也都采用常闭型继电器，并且每个继电器的输出端都与第二继电器J2的控制线圈串联，则其中任意一个继电器断开时，都可以使第二继电器J2的控制线圈断电，从而切断电力系统的供电。

本发明实施例提供的过压保护装置以及供电系统，与上述实施例一提供的整流桥保护电路，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种整流桥保护电路，其特征在于，包括全桥整流电路、过压保护器件以及直流端保护器；

所述过压保护器件并联于所述全桥整流电路的每个二极管的两端；

所述直流端保护器包括电容元件、电阻元件和金属氧化物避雷针，所述电容元件与所述金属氧化物避雷针串联后并联于所述全桥整流电路的直流输出端，所述电阻元件并联于所述电容元件的两端。

2.根据权利要求1所述的整流桥保护电路，其特征在于，所述过压保护器件包括电容、电阻、瞬态抑制二极管、放电管的至少一种。

3.根据权利要求1所述的整流桥保护电路，其特征在于，还包括过热保护元件，所述过热保护元件接入所述全桥整流电路的交流输入端或者直流输出端的任意一个端口，所述过热保护元件为温度保险丝或者NTC热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的整流桥保护电路，其特征在于，还包括过流保护器件，所述过流保护元件接入所述全桥整流电路的交流输入端或者直流输出端的任意一个端口，所述过流保护器件为快速熔断器或者自复熔断器。

5.一种过压保护装置，其特征在于，包括感应线圈、保护芯片和如权利要求1-4任一项所述的整流桥保护电路；

所述感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，并产生交流感应信号；

所述整流桥保护电路连接在所述感应线圈与所述保护芯片之间，所述整流桥保护电路将所述交流感应信号整流为直流感应信号；

所述保护芯片接收所述直流感应信号，当所述直流感应信号超出预设值时，所述保护芯片输出断电信号。

6.根据权利要求5所述的过压保护装置，其特征在于，还包括连接在所述整流桥保护电路与所述保护芯片之间的滤波电路和放大电路。

7.根据权利要求5所述的过压保护装置，其特征在于，所述保护芯片中包括比较器和触发器；

所述比较器接收所述直流感应信号，并将所述直流感应信号与所述预设值进行比较；

当所述直流感应信号超出预设值时，所述触发器输出断电信号。

8.一种供电系统，其特征在于，包括变压器以及如权利要求5至7任一项所述的过压保护装置；

所述变压器的初级线圈连接电网，次级线圈连接交流输出端；

所述过压保护装置中的感应线圈缠绕在所述变压器的次级铁芯。

9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，还包括第一继电器、双向可控硅和限流电阻；

所述保护芯片的第一输出端通过所述双向可控硅连接所述第一继电器的控制线圈；

所述保护芯片的第二输出端通过限流电阻连接所述双向可控硅的控制端。

10.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，还包括第二继电器；

所述第一继电器的输出端与所述第二继电器的控制线圈串联，所述第二继电器的输出端与所述初级线圈串联。