CN107888059A - 一种浪涌抑制电路和浪涌抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浪涌抑制电路，包括保险丝、过零点检测电路、单片机、开关器件、整流电路和储能电容，过零点检测电路的输入端经保险丝与市电电源连接，对市电电源的电压波形进行过零点检测和方波波形转换，单片机与过零点检测电路连接，对过零点检测电路转换后的方波波形进行分析和周期计算并输出开关控制信号，开关器件的输入端经保险丝与市电电源连接，输出端与整流电路连接，控制端与单片机连接，并在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路整流后输入到储能电容进行存储。本发明提供一种浪涌抑制方法。本申请通过寻找市电过零点且在过零点连通市电电源，减少了浪涌电流对负载的影响，并使浪涌电流最小化。

Description

一种浪涌抑制电路和浪涌抑制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种浪涌抑制电路和浪涌抑制方法。

背景技术

许多测试设备在对测试对象进行测试时，需要向被测件供电。由于被测件的供电端往往都加有非常大的电容(＞10000uF)，当电源接通时，会产生非常大的浪涌冲击电流，导致供电电源瞬间进入过流保护状态，电源电压下降，致使测试设备掉电、复位、重启。不但造成用户使用不便，还降低了测试设备的可信度和可靠性。

为了减小浪涌冲击电流，传统的方法是在供电回路中串入负温度系数热敏电阻RT1，如图1所示，当负温度系数热敏电阻RT1在冷态时阻值较大，在开机瞬间可以对浪涌电流进行抑制，在正常工作时，由于负温度系数热敏电阻RT1中有电流流过，电阻体发热，电阻阻值变小，供电电源向用电设备正常供电。

但是，本发明的发明人经过研究发现，这种电路仍然存在以下问题：

1、电阻RT1的存在增加了额外功耗，系统可靠性降低：由于负温度系数热敏电阻RT1的电阻不可能无限小，因而在用电设备正常工作时仍会消耗一定的功率，维持负温度系数热敏电阻RT1的温度，由此不但造成能源的浪费，而且由于负温度系数热敏电阻RT1在较高温度工作时较易损坏，使系统的可靠性降低；

2、不适用于短时间内频繁开/关机电路：由于负温度系数热敏电阻RT1的热惰性，当测试系统需要频繁开/关被测件供电电路时，由于负温度系数热敏电阻RT1的阻值未恢复，起不到浪涌电流抑制作用，无法保证系统安全；

3、无法确定准确的浪涌电流抑制值：由于负温度系数热敏电阻RT1的阻值和温度的相关性以及负温度系数热敏电阻RT1制造时的工艺偏差，使得在浪涌抑制电路设计和调试时无法确定合理的浪涌电流抑制值，只能通过调试时具体验证，来确定负温度系数热敏电阻RT1的大致范围，并且当环境温度大范围变化时，这种电路根本无法满足要求。

发明内容

针对现有技术在供电回路中串入负温度系数热敏电阻RT1来减小浪涌冲击电流，而电阻的存在增加了额外功耗，系统可靠性降低，不适用于短时间内频繁开/关机电路，且无法确定准确浪涌电流抑制值的技术问题，本发明提供一种新型浪涌抑制电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种浪涌抑制电路，包括保险丝、过零点检测电路、单片机、开关器件、整流电路和储能电容；其中，

所述过零点检测电路的输入端经保险丝与市电电源的输出端连接，用于对所述市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换；

所述单片机与过零点检测电路的输出端连接，用于对所述过零点检测电路转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号；

所述开关器件的输入端经保险丝与市电电源的输出端连接，输出端与整流电路连接，控制端与单片机连接，所述开关器件用于在开关控制信号的控制下，将所述市电电源的输出电能直接输出到整流电路；

所述整流电路用于对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容进行存储。

进一步，所述过零点检测电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一二极管的正极与市电电源的零线连接，负极经第一电阻与第一稳压二极管的负极和单片机的第一输入端连接，所述第二二极管的正极经保险丝与市电电源的火线连接，负极经第二电阻与第二稳压二极管的负极和单片机的第二输入端连接，所述第一稳压二极管的正极和第二稳压二极管的正极与单片机的地连接。

进一步，所述过零点检测电路包括第一恒流二极管、第二恒流二极管、光耦合器和上拉电阻，所述第一恒流二极管的正极经保险丝与市电电源的火线连接，负极经顺序串联的第二恒流二极管和光耦合器与单片机连接，所述上拉电阻的一端与光耦合器的输出端连接，另一端接上拉电源。

进一步，所述单片机采用MSP430F系列单片机。

进一步，所述开关器件为继电器，所述继电器的第一常开触点经保险丝与市电电源的火线连接，第二常开触点与整流电路连接，控制端与单片机连接。

本发明还提供一种浪涌抑制方法，所述浪涌抑制方法根据前述的浪涌抑制电路抑制，具体包括以下步骤：

S1、过零点检测电路对市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换；

S2、单片机对转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号；

S3、开关器件在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路；

S4、整流电路对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容进行存储。

进一步，所述步骤S2中，单片机在五个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号。

与现有技术相比，本发明提供的浪涌抑制电路和浪涌抑制方法中，采用过零点检测电路对市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换，即将市电电源输出电压的正弦波波形进行过零点检测，并将正弦波波形的正负半周分别转换成方波波形；单片机对转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号，即单片机可以自动判断识别出方波波形的上升沿和下降沿，据此计算出方波的周期，并在某一个过零点开始计时且能准确预测下一个过零点半周期时刻的到来，当下一个过零点半周期时刻到来时输出开关控制信号；开关器件在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路进行整流，整流后的直流电能输入到储能电容进行存储，通过储能电容向负载供电。本申请在供电回路中没有串入负温度系数热敏电阻RT1来减小浪涌冲击电流，即取消了负温度系数热敏电阻RT1，因而消除了采用负温度系数热敏电阻RT1所带来的问题；同时，本申请通过寻找市电过零点且在过零点连通市电电源，因而减少了浪涌电流对负载的影响，并使浪涌电流最小化。

附图说明

图1是现有的浪涌抑制电路的线路图。

图2是本发明提供的浪涌抑制电路的原理示意图。

图3是本发明提供的第一种浪涌抑制电路的实施线路图。

图4A是图3中的实施线路对市电电源正半周波形转换后的波形示意图。

图4B是图3中的实施线路对市电电源负半周波形转换后的波形示意图。

图5是本发明提供的第二种浪涌抑制电路的实施线路图。

图6是图5中的实施线路对市电电源波形转换后的波形示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。

请参考图2所示，本发明提供一种浪涌抑制电路，包括保险丝F1、过零点检测电路、单片机MCU1、开关器件K1、整流电路BD1和储能电容C1；其中，

所述过零点检测电路的输入端经保险丝F1与市电电源的输出端连接，用于对所述市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换，即将市电电源输出电压的正弦波波形进行过零点检测，并将正弦波波形的正负半周分别转换成方波波形；

所述单片机MCU1与过零点检测电路的输出端连接，用于对所述过零点检测电路转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号，即单片机MCU1可以自动判断识别出方波波形的上升沿和下降沿，据此计算出方波的周期，并在某一个过零点开始计时且能准确预测下一个过零点半周期时刻的到来，当下一个过零点半周期时刻到来时输出开关控制信号；

所述开关器件K1的输入端经保险丝F1与市电电源的输出端连接，输出端与整流电路BD1连接，控制端与单片机MCU1连接，所述开关器件K1用于在开关控制信号的控制下，将所述市电电源的输出电能直接输出到整流电路BD1；

所述整流电路BD1用于对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容C1进行存储。

作为具体实施例，请参考图3、图4A和图4B所示，所述过零点检测电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压二极管D3和第二稳压二极管D4，所述第一二极管D1的正极与市电电源的零线N连接，负极经第一电阻R1与第一稳压二极管D3的负极和单片机MCU1的第一输入端INA连接，所述第二二极管D2的正极经保险丝F1与市电电源的火线L连接，负极经第二电阻R2与第二稳压二极管D4的负极和单片机MCU1的第二输入端INB连接，所述第一稳压二极管D3的正极和第二稳压二极管D4的正极与单片机MCU1的地GND连接。本实施例中过零点检测电路的工作原理为：当市电电源输出电压的正弦波波形处于正半周时，第二二极管D2、第二电阻R2和第二稳压二极管D4组成的支路导通，将正弦波正半周波形转换成第一方波波形并输入单片机第二输入端INB；当市电电源输出电压的正弦波波形处于负半周时，第一二极管D1、第一电阻R1和第一稳压二极管D3组成的支路导通，将正弦波负半周波形转换成第二方波波形并输入单片机第一输入端INA；而单片机MCU1可以对第一方波波形和第二方波波形的上升沿和下降沿识别判断，据此计算出方波波形的周期。

作为具体实施例，请参考图5和图6所示，所述过零点检测电路包括第一恒流二极管CRD1、第二恒流二极管CRD2、光耦合器PC1和上拉电阻R，所述第一恒流二极管CRD1的正极经保险丝F1与市电电源的火线L连接，负极经顺序串联的第二恒流二极管CRD2和光耦合器PC1与单片机MCU1连接，具体与单片机MCU1的第一输入端INA连接，所述上拉电阻R的一端与光耦合器PC1的输出端连接，另一端接上拉电源VCC2。本实施例中的过零点检测电路中，在市电电源输出电压的输入端和输出端设置了光耦合器PC1，因而可以较好地对输入和输出信号进行隔离，有效提升了输出端一侧的安全性。本实施例中过零点检测电路的工作原理为：当市电电源输出电压的正弦波波形处于正半周时，第一恒流二极管CRD1和第二恒流二极管CRD2组成的支路导通，从而使得光耦合器PC1的输入端和输出端导通，同时由于光耦合器PC1输出端的发射极接地，因而市电电源输出电压的正弦波正半周波形经光耦合器PC1后转换成低电平波形并输入单片机第一输入端INA；当市电电源输出电压的正弦波波形处于负半周时，第一恒流二极管CRD1和第二恒流二极管CRD2组成的支路截止，从而使得光耦合器PC1的输入端和输出端断开，同时由于光耦合器PC1输出端的发射极接地而集电极连接上拉电阻，因而市电电源输出电压的正弦波负半周波形经光耦合器PC1后转换成高电平波形并输入单片机第一输入端INA；而单片机MCU1可以对低电平和高电平组成的方波波形的上升沿和下降沿识别判断，据此计算出方波波形的周期。

作为具体实施例，所述单片机MCU1采用MSP430F系列单片机，该系列单片机具有处理能力强、运算速度快和超低功耗等特点，由此可以对转换后波形进行快速识别和周期计算，并准确输出开关控制信号。

作为具体实施例，所述开关器件K1为继电器，所述继电器K1的第一常开触点1经保险丝F1与市电电源的火线L连接，第二常开触点2与整流电路连接，控制端4与单片机MCU1连接；由此当单片机MCU1输出开关控制信号到控制端4时，继电器线圈通电，第一常开触点1和第二常开触点2闭合，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路BD1进行整流。当然，本领域的技术人员在前述继电器的基础上，还可以采用可控硅、IGBT、MOS管等其他开关器件。

本发明还提供一种浪涌抑制方法，所述浪涌抑制方法根据前述的浪涌抑制电路抑制，具体包括以下步骤：

S1、过零点检测电路对市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换，即将市电电源输出电压的正弦波波形进行过零点检测，并将正弦波波形的正负半周分别转换成方波波形；

S2、单片机对转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号，即单片机自动判断识别出方波波形的上升沿和下降沿，据此计算出方波的周期，并在某一个过零点开始计时且能准确预测下一个过零点半周期时刻的到来，当下一个过零点半周期时刻到来时输出开关控制信号；

S3、开关器件在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路；

S4、整流电路对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容进行存储，以向负载供电。

作为具体实施例，所述步骤S2中，单片机在五个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号，由此可以让单片机对于转换后的方波波形判断识别和周期计算更加准确，以便能更准确预测下一个过零点半周期时刻的到来并输出对应的开关控制信号，从而使浪涌电流的影响最小化。

与现有技术相比，本发明提供的浪涌抑制电路和浪涌抑制方法中，采用过零点检测电路对市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换，即将市电电源输出电压的正弦波波形进行过零点检测，并将正弦波波形的正负半周分别转换成方波波形；单片机对转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号，即单片机可以自动判断识别出方波波形的上升沿和下降沿，据此计算出方波的周期，并在某一个过零点开始计时且能准确预测下一个过零点半周期时刻的到来，当下一个过零点半周期时刻到来时输出开关控制信号；开关器件在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路进行整流，整流后的直流电能输入到储能电容进行存储，通过储能电容向负载供电。本申请在供电回路中没有串入负温度系数热敏电阻RT1来减小浪涌冲击电流，即取消了负温度系数热敏电阻RT1，因而消除了采用负温度系数热敏电阻RT1所带来的问题；同时，本申请通过寻找市电过零点且在过零点连通市电电源，因而减少了浪涌电流对负载的影响，并使浪涌电流最小化。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种浪涌抑制电路，其特征在于，包括保险丝、过零点检测电路、单片机、开关器件、整流电路和储能电容；其中，

所述过零点检测电路的输入端经保险丝与市电电源的输出端连接，用于对所述市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换；

所述单片机与过零点检测电路的输出端连接，用于对所述过零点检测电路转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号；

所述开关器件的输入端经保险丝与市电电源的输出端连接，输出端与整流电路连接，控制端与单片机连接，所述开关器件用于在开关控制信号的控制下，将所述市电电源的输出电能直接输出到整流电路；

所述整流电路用于对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容进行存储。

2.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述过零点检测电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一二极管的正极与市电电源的零线连接，负极经第一电阻与第一稳压二极管的负极和单片机的第一输入端连接，所述第二二极管的正极经保险丝与市电电源的火线连接，负极经第二电阻与第二稳压二极管的负极和单片机的第二输入端连接，所述第一稳压二极管的正极和第二稳压二极管的正极与单片机的地连接。

3.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述过零点检测电路包括第一恒流二极管、第二恒流二极管、光耦合器和上拉电阻，所述第一恒流二极管的正极经保险丝与市电电源的火线连接，负极经顺序串联的第二恒流二极管和光耦合器与单片机连接，所述上拉电阻的一端与光耦合器的输出端连接，另一端接上拉电源。

4.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述单片机采用MSP430F系列单片机。

5.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述开关器件为继电器，所述继电器的第一常开触点经保险丝与市电电源的火线连接，第二常开触点与整流电路连接，控制端与单片机连接。

6.一种浪涌抑制方法，其特征在于，所述浪涌抑制方法根据权利要求1-5中任一项所述的浪涌抑制电路抑制，具体包括以下步骤：

S1、过零点检测电路对市电电源的输出电压波形进行过零点检测和方波波形转换；

S2、单片机对转换后的方波波形进行分析，得出方波波形的周期，并在至少一个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号；

S3、开关器件在开关控制信号的控制下，将市电电源的输出电能直接输出到整流电路；

S4、整流电路对输入的市电电源交流电能进行整流，并将整流后的直流电能输入到储能电容进行存储。

7.根据权利要求6所述的浪涌抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中，单片机在五个方波波形周期后的任意一个过零点半周期时刻输出开关控制信号。