CN108173448A - 交流全防护高温单脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交流全防护高温单脉冲电源，涉及单脉冲电源领域；解决现有高温单脉冲电源能防护的交流电范围很窄的问题，解决现有高温单脉冲电源在接入高电压交流电时易发送爆炸的问题，解决现有高温单脉冲电源无法在高温下实现交流防护的问题；本发明电源包括整流滤波电路、交流防护电路、逆变单元和升压单元，其主要对交流防护电路进行了改进。本发明对交流异常电压进行防护，其在0～380Vac整个范围内，都起到防护作用，工作温度可达225℃。

Description

交流全防护高温单脉冲电源

技术领域

本发明涉及单脉冲电源领域，尤其是涉及一种交流全防护高温单脉冲电源。

背景技术

高温单脉冲电源是一种在其输入端接入200～230Vdc的额定直流电压时，其会输出高电压、大电流的脉冲能量。这种电源工作环境温度高(最高可达225℃)、现场供电情况复杂(有其它各种设备需要各电压等级的交流/直流电压，交流电压范围：0～380Vac，直流电压范围：0～300Vdc)、输入端电缆长(可达10km)且与其它电缆混在一起。

当这种电源产品由于接线错误，或由于输入电缆之间绝缘层破损造成产品输入端接入了异常的交流电压时(这个电压可能是交流0～380Vac任意值)，产品将不能工作、且非常容易损坏，因此这种产品通常都需要增加对异常交流电压的防护功能。

图1提供了一种现有产品的交流保护电路，其工作原理如下：

当输入端接入交流176～310V电压，经D1’整流、C1’滤波后的直流电压为250～450Vdc，这超过了产品的工作电压(160～250Vdc)。C1’两端电压经R1’、R2’分压后得到的采样电压将大于预先设定的基准电压Vref。U1’输出高电平，Q2’导通，拉低Q1’门极电压，Q1’就会关断，主电路得不到电压，不能工作。

该电路缺点：

1、因为在这个线路中，要使采样电压比较稳定，C1’须要较大的容量，只有选择电解电容。而电解电容耐压有限，最高只有450V，而且电解电容使用温度低，最高只有150℃。因此，该产品仅对176～310Vac这个范围的交流有防护作用，且应用的环境温度最高只能到150℃，而产品实际工作温度往往都不到225℃，此时产品将无法防护。

2、如果输入端接入了310～380Vac的交流电压，经D1’整流后的直流电源在450～540Vdc之间，电解电容C1’就会爆炸。

3、如果输入端接入的交流电压在113～176Vac这个范围内，经D1’整流后，C1’两端的电压在160～250Vdc之间，经R1’、R2’分压后的得到的采样小于预先设定的基准电压Vref，U1’输出低电平，Q2’断开，Q1’门极电压为高，Q1’开通，产品主电路得到160～250Vdc电压，产品工作，保护电路完全失去作用。

4、如果环境温度达到225℃时，电解电容C1’也会漏液、损坏，造成产品失效。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种交流全防护高温单脉冲电源，解决现有高温单脉冲电源能防护的交流电范围很窄的问题，解决现有高温单脉冲电源在接入高电压交流电时易发送爆炸的问题，解决现有高温单脉冲电源无法在高温下实现交流防护的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种交流全防护高温单脉冲电源，该电源包括整流滤波电路、交流防护电路、逆变单元和升压单元，其特征在于，所述整流滤波电路包括电容C9和二极管D7，所述交流防护电路包括电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15、电阻R18、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1，所述电容C9并联在电源的两端，所述二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接逆变单元，所述电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极，所述二极管D9的正极连接电源负极，所述二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间，所述电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接电源负极，所述电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间，所述MOS管Q2的源极连接到电源负极、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间，所述MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到电源负极、漏极连接到逆变单元。

作为进一步方案，所述二极管D7为反向耐压大于600V的二极管；所述电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容；所述电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容；所述电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

作为进一步方案，所述电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’，所述电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。

作为进一步方案，所述电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

作为进一步方案，该电源还包括直流过压保护电路，所述直流过压保护电路包括稳压管ZD1’、电阻R16和稳压管ZD4，所述稳压管ZD1’的正极连接二极管D7的负极端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极，所述稳压管ZD4的负极连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间。

作为进一步方案，所述稳压管ZD1’的稳压值为225V～230V，该稳压管ZD1’由1～50个稳压管串联而成。

作为进一步方案，所述稳压管ZD4的稳压值为10V～24V，该稳压管ZD4由1～30个稳压管串联而成。

作为进一步方案，该电源还包括直流欠压保护电路，所述直流欠压保护电路包括稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16，所述逆变单元包括控制IC和MOS管Q3，所述升压单元包括初级线圈和次级线圈，所述稳压管ZD5’的正极连接二极管D7的负极端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到MOS管Q1的漏极，所述控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极，所述MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接二极管D7的负极端，所述电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接MOS管Q1的漏极。

作为进一步方案，所述稳压管ZD5’的稳压值为150V～160V，该稳压管ZD5’由1～10个稳压管串联而成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明对交流异常电压进行防护，其在0～380Vac整个范围内，都起到防护作用，工作温度可达225℃；

2、本发明还可以对直流欠电压进行防护，其在输入欠压时，不给控制IC供电，在额定电压范围加大了给控制IC的供电电流，使产品在高温情况下也能可靠启动；

3、本发明还可以对直流过压进行防护，其采用稳压管加采样电阻的方式，在输入电压过压时，可在采样电阻上产生较大的电流，在高温下也能可靠工作。

附图说明

图1为现有高温单脉冲电源的交流保护电路图；

图2为本发明的交流保护电路图；

图3为在本发明的基础上增加直流防护的电路图；

图4为带交流、直流防护的本发明的具体电路图；

图5为另一种带交流、直流防护的本发明的具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种交流全防护高温单脉冲电源，如图2所示，该电源主要由整流滤波电路、交流防护电路、逆变单元、升压单元、整流单元、储能单元组成。其中，升压单元主要由初级线圈和次级线圈组成。交流防护电路的电源输入端连接整流滤波电路。交流防护电路的输出端连接逆变单元。逆变单元连接升压单元。升压单元连接整流单元。储能单元连接整流单元。储能单元通过开关连接负载。

整流滤波电路主要由电容C9和二极管D7组成。交流防护电路主要由电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15、电阻R18、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1组成。电容C9并联在电源的两端。二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接逆变单元。电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极(由于串联，二极管D9和电阻R14的位置可交换)。二极管D9的正极连接电源负极。二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极。MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间。电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接电源负极。电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间。MOS管Q2的源极连接到电源负极、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间。MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到电源负极、漏极连接到逆变单元。

二极管D7选择1N4007、FR107、BYV26E等反向耐压大于600V的二极管。电阻R17’也可以有几个电阻串联而成，本实施例采用电阻R17和电阻R20串联组成。电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容。电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容。电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

本实施例中，由于线路中C20要求耐压高而容量小，C21要求容量大而耐压低，所以C20和C321均可使用耐高温的陶瓷电容。C20可选用0.01uF/1kV贴片电容，C21可选用0.47uF/50V贴片电容。即使输入端交流电压为380Vac(峰值电压540V)，也能可靠工作。

当输入端误接入交流电压时，在交流电压上升时(正弦波形0°～90°)，电流经电容C20、二极管D8、电阻R15、电容C21，对电容C20和电容C21充电。在交流电压下降时(正弦波形90°～270°)，电流经二极管D9、电阻R14、电容C20，对电容C20放电。再次上升时(正弦波形270°～2π+90°)，又对电容C20和电容C21充电。这样周而复始，电容C21两端会维持一个电压，使MOS管Q2导通，拉低MOS管Q1门极电压，MOS管Q1关断，主电路不工作，从而起到交流防护作用。

实施例2

本实施例是基于实施例1的改进，其电路结构如图5所示，主要将电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’。电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上增加了直流过压保护，其余组成与实施例1一致。本实施例的结构图参见图3所示，直流过压保护电路包括稳压管ZD1’、电阻R16和稳压管ZD4。该直流过压保护电路与交流防护电路共用电容C21。稳压管ZD1’的正极连接二极管D7的负极端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极。稳压管ZD4的负极连接电源负极。MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间。

本发明的稳压管ZD1’可以由1～50个稳压管串联而成，只要单个或串联后的稳压值之和在225V～230V之间即可。稳压管ZD4也可以由1～30个稳压管串联而，只要单个或串联后的稳压值为10V～24V即可。

本实施例中，稳压管ZD1’的稳压值取225V(实际线路中可由3个稳压管ZD1、ZD2、ZD3串联而成)，当输入直流电压大于230Vdc时，稳压管ZD1’击穿，电阻R16对电容C21充电，当电容C21两端电压超过MOS管Q2门限电压时，MOS管Q2导通，拉低MOS管Q1门极电压，MOS管Q1关断，主电路不工作。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上增加了直流欠压保护，其余组成与实施例1一致。直流欠压保护电路主要由稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16组成。逆变单元包括控制IC和MOS管Q3。升压单元包括初级线圈和次级线圈。稳压管ZD5’的正极连接二极管D7的负极端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到MOS管Q1的漏极。控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极。MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端。MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接二极管D7的负极端。电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接MOS管Q1的漏极。

本发明的稳压管ZD5’可以由1～10个稳压管串联而成，只要单个或串联后的稳压值之和在150V～160V之间即可。本发明的电阻R10’通过电阻R10和一个与其他电路共用的电阻R11共同构成。

本实施例中，稳压管ZD5’的稳压值取150V(实际线路中可由2个稳压管ZD5、ZD65串联而成)，当输入直流电压小于150Vdc时，稳压管ZD5’没有击穿，控制IC无启动电压，不能工作。当输入直流电压大于150Vdc时，稳压管ZD5’击穿，电阻R2对电容C16充电，当电容C16两端电压超过控制IC的启动门限电压后，控制IC启动，主电路工作。线路设计为当输入额定直流电压(200～230Vdc)时，电阻R2对电容C16的充电电流为15～25mA。这样，即使在高温225℃情况下，控制IC的漏电流达到10mA，控制IC也能启动。

实施例5

本实施例在实施例3的基础上增加了直流欠压保护，其余组成与实施例3一致。直流欠压保护电路主要由稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16组成。逆变单元包括控制IC和MOS管Q3。升压单元包括初级线圈和次级线圈。稳压管ZD5’的正极连接二极管D7的负极端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到MOS管Q1的漏极。控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极。MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端。MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接二极管D7的负极端。电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接MOS管Q1的漏极。

本发明的稳压管ZD5’可以由1～10个稳压管串联而成，只要单个或串联后的稳压值之和在150V～160V之间即可。本发明的电阻R10’通过电阻R10和一个与其他电路共用的电阻R11共同构成。

本实施例中，稳压管ZD5’的稳压值取150V(实际线路中可由2个稳压管ZD5、ZD65串联而成)，当输入直流电压小于150Vdc时，稳压管ZD5’没有击穿，控制IC无启动电压，不能工作。当输入直流电压大于150Vdc时，稳压管ZD5’击穿，电阻R2对电容C16充电，当电容C16两端电压超过控制IC的启动门限电压后，控制IC启动，主电路工作。线路设计为当输入额定直流电压(200～230Vdc)时，电阻R2对电容C16的充电电流为15～25mA。这样，即使在高温225℃情况下，控制IC的漏电流达到10mA，控制IC也能启动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种交流全防护高温单脉冲电源，该电源包括整流滤波电路、交流防护电路、逆变单元和升压单元，其特征在于，所述整流滤波电路包括电容C9和二极管D7，所述交流防护电路包括电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15、电阻R18、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1，所述电容C9并联在电源的两端，所述二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接逆变单元，所述电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极，所述二极管D9的正极连接电源负极，所述二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间，所述电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接电源负极，所述电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间，所述MOS管Q2的源极连接到电源负极、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间，所述MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到电源负极、漏极连接到逆变单元。

2.根据权利要求1所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述二极管D7为反向耐压大于600V的二极管；所述电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容；所述电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容；所述电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

3.根据权利要求1所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’，所述电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。

4.根据权利要求3所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

5.根据权利要求1所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，该电源还包括直流过压保护电路，所述直流过压保护电路包括稳压管ZD1’、电阻R16和稳压管ZD4，所述稳压管ZD1’的正极连接二极管D7的负极端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极，所述稳压管ZD4的负极连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间。

6.根据权利要求5所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD1’的稳压值为225V～230V，该稳压管ZD1’由1～50个稳压管串联而成。

7.根据权利要求5所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD4的稳压值为10V～24V，该稳压管ZD4由1～30个稳压管串联而成。

8.根据权利要求1所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，该电源还包括直流欠压保护电路，所述直流欠压保护电路包括稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16，所述逆变单元包括控制IC和MOS管Q3，所述升压单元包括初级线圈和次级线圈，所述稳压管ZD5’的正极连接二极管D7的负极端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到MOS管Q1的漏极，所述控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极，所述MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接二极管D7的负极端，所述电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接MOS管Q1的漏极。

9.根据权利要求8所述的一种交流全防护高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD5’的稳压值为150V～160V，该稳压管ZD5’由1～10个稳压管串联而成。