CN109818331A - 一种辅助电源过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辅助电源过压保护电路。该电路包括电压监控芯片、控制开关以及分压支路，分压支路上串设有第一电阻模块和第二电阻模块，第一电阻模块和第二电阻模块的连接点连接电压监控芯片的输入端，该连接点通过第三电阻模块连接电压监控芯片的输出端，电压监控芯片的输出端连接控制开关的控制端，控制开关设置在辅助电源控制设备的供电电源与地之间。该电路在工作过程中，当电压正常时，电压监控芯片输出低电平，控制开关断开，不影响供电；当电压过压时，电压监控芯片输出高阻状态，控制开关导通，将供电电源拉到欠压保护状态，达到保护的目的，直至过压消失后，才允许供电电源供电。该电路在取电电源过压时电流小，因此损耗非常小。

Description

一种辅助电源过压保护电路

技术领域

本发明涉及一种辅助电源过压保护电路。

背景技术

在高压直流输电、柔性直流输电、高压静态无功补偿装置以及高压岸电电源技术领域中，大都采用链式的H桥级联结构，每个H桥的IGBT一般为3300V或4500V，每个H桥都需要一个驱动和控制高压辅助电源，功率100W左右。这种辅助电源通常从每个H桥的直流母线上取电，正常工作时，母线电压是2200V或2800V，供电系统启动或故障时，母线电压的变化范围可达0～3600V或0～4500V，有时甚至会超过4500V，当电压超过4500V以上时，需要辅助电源自己进入保护状态。

现有的过压保护方案有两种，一种保护方案是用辅助电源自己产生的电压去给保护电路供电，有一个问题就是过压动作时，辅助电源自己没电了，保护电路也没有电，辅助电源进入启动状态，启动完毕后保护电路又判断出过压，然后关断再启动，这样不停地关断与启动容易造成辅助电源的损坏，因此一般采用另外一种保护方案，该保护方案是保护电路的供电电源用TVS管和稳压管串联从直流母线取电，可是一般稳压管的工作电流需要1mA左右，这样5000V左右的过压保护电路的损耗就有5W左右，能量损耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助电源过压保护电路，用于解决现有的保护电路通过TVS管和稳压管串联取电，能量损耗较大的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种辅助电源过压保护电路，包括电压监控芯片、控制开关以及用于连接取电电源和地的分压支路，分压支路上串设有第一电阻模块和第二电阻模块，第一电阻模块和第二电阻模块的连接点连接电压监控芯片的输入端，第一电阻模块和第二电阻模块的连接点通过第三电阻模块连接电压监控芯片的输出端，电压监控芯片的输出端连接控制开关的控制端，控制开关设置在辅助电源控制设备的供电电源与地之间。

该电路在工作过程中，当取电电源的电压正常时，第一电阻模块与第二电阻模块连接点的电压低于电压监控芯片的启动电压，电压监控芯片处于复位状态，输出低电平，控制开关断开，不影响辅助电源控制设备的供电；当取电电源的电压过压时，第一电阻模块与第二电阻模块连接点的电压高于电压监控芯片的启动电压，电压监控芯片处于正常状态，输出高阻状态，控制开关导通，辅助电源控制设备的供电电源与地连接，将辅助电源控制设备的供电电源拉到欠压保护状态，使得辅助电源控制设备无法启动，达到保护的目的，直至过压消失后，才允许辅助电源控制设备的供电电源向辅助电源控制设备供电。电压监控芯片可以在极小的电流下工作，因此，该电路在取电电源过压时，损耗非常小。而且该电路设置有第三电阻模块，用于设置滞回电压，通过第三电阻模块可以防止该电路在过压点附近抖动。

进一步的，第一电阻模块由至少两个电阻串联构成。

通过设置至少两个电阻串联，然后与第二电阻模块进行分压，提供电压监控芯片的工作电流，可以进一步的调节工作电流的大小，进而进一步的减小损耗。

进一步的，控制开关为MOSFET管。

采用MOSFET管作为控制开关，使得控制辅助电源控制设备的供电电源更加准确可靠。

进一步的，第二电阻模块并联设置有滤波电容。

滤波电容用于滤波，避免干扰，使得第一电阻模块与第二电阻模块连接点的电压更加准确。

进一步的，电压监控芯片的型号为NCP301LSN40T1G。

NCP301LSN40T1G的工作电流极小，进一步的减小过压损耗。

附图说明

图1为本发明辅助电源过压保护电路的原理图；

图2为本发明MOSFET管的开关模型；

图3为本发明正常输入时MOSFET管的门极电压波形图；

图4为本发明过压输入时MOSFET管的门极电压波形图；

图5为本发明过压恢复时MOSFET管的门极电压波形图。

具体实施方式

辅助电源过压保护电路实施例：

本实施例提出的辅助电源过压保护电路，如图1所示，包括电压监控芯片(即图1中U1)、控制开关以及分压支路。分压支路用于连接取电电源(即图1中VDC)和地(即图1中GND)，分压支路上串设有第一电阻模块(即图1中R1、R2、……、Rn)和第二电阻模块(即图1中RS)，第一电阻模块和第二电阻模块的连接点(以下简称连接点)连接电压监控芯片的输入端(即图1中U1的IN端)，第一电阻模块和第二电阻模块的连接点通过第三电阻模块(即图1中RH)连接电压监控芯片的输出端(即图1中U1的OUT端)，电压监控芯片的输出端连接控制开关的控制端，控制开关设置在辅助电源控制设备的供电电源(即图1中VCC)与地(即图1中GND)之间，电压监控芯片的接地端(即图1中U1的GND端)与地连接。

第一电阻模块和第二电阻模块用于将VDC进行分压，进而设置过压保护点，当取电电源的电压超过过压保护点的电压时，U1进行工作，U1用于控制控制开关的断开与连接以起到保护作用。

本实施例中，第一电阻模块为25个2MΩ-1206的电阻串联而成，分别为R1、R2、R3、……、R25；RS为40kΩ-1206的电阻；RH为1MΩ-1206的电阻；U1的型号为NCP301LSN40T1G；控制开关为如图2所示的30V低压MOSFET管(即图1中Q1)，具体型号为irlml0030，U1的OUT端连接MOSFET管的G极(即门极)，MOSFET管的D极(即漏极)连接VCC，MOSFET管的S极(即源极)接地。作为其他实施方式，第一电阻模块中电阻的数量不做限制，但是为了保证低功耗，电阻的数量和电阻的阻值要对应；同理RS与RH的阻值本发明也不做限制，可以根据需要调节。而且控制开关也可以是普通的三极管或者简单的开关，只是采用MOSFET管更加稳定、可靠。

为了进一步的连接点电压的准确性，在RS两端并联有滤波电容C1，作为其他实施方式，保证电压准确的情况下，滤波电容C1也可以没有。

本发明以过压保护点的电压为5000V为例对该电路的保护过程进行详细描述：

当VDC小于5000V时，通过R1、R2、R3、……、R25和RS分压得到连接点的电压低于4V，此时U1处于复位状态，输出低电平，此时MOSFET管的G极电压的波形如图3所示，MOSFET管的G极拉到低电平上，MOSFET管的D极和S极之间的沟道呈现高阻状态，对VCC的供电没有影响。

当VDC大于等于5000V(即过压状态)时，通过R1、R2、R3、……、R25和RS分压得到连接点的电压高于4V，此时U1处于正常状态，输出高阻状态，通过R1、R2、R3、……、R25和RH给MOSFET的门极电容Cgs充电，门极电压一旦超过MOSFET的门限电压(2V左右)，MOSFET的D极和S极之间的沟道开始导通，直到门极电压升到4V左右，MOSFET的D极和S极之间的沟道完全导通，门极电压波形如图4所示，MOSFET的D极和S极之间呈现很低的电阻，VCC与地连接，直接把VCC拉到欠压保护状态(即无法供电，使得VCC处于VCC-OFF状态)，当过压没有消除时，MOSFET管的D极和S极之间一直导通，VCC一直处于欠压保护状态，无法向辅助电源控制设备供电，辅助电源控制设备的重启动不能进行，就锁定在过压保护状态。

当VDC从5000V以上开始降低，直至降低到比5000V低一个滞回电压时，连接点的电压低于4V，此时U1又进入复位状态，输出低电平，MOSFET管的门极电容Cgs开始放电，当门极电压低于门限电压(2V左右)时，MOSFET管的D极和S极之间沟道开始关闭，待门极电容Cgs放电到门极电压为0V左右时，MOSFET管的D极和S极之间又进入高阻抗状态，门极电压波形如图5所示，对VCC的供电没有影响。

上述所说的滞回电压是因为设置有第三电阻模块RH(也可以叫做上拉电阻)，当VDC正常(低于5000V)时，RH和RS是并联的，此时连接点的电压比单个RS连接点的电压低，当VDC进入过压状态，RH所在支路进入高阻抗状态，连接点的电压由RH和RS是并联的电压变为单个RS的电压，使得连接点的电压变高，因此，当VDC从过压状态开始下降时，需要VDC的电压降到比5000V稍低的值，才能使U1进入复位状态，此时比5000V电压低的差值是一个滞回电压。设置RH可以防止电路在过压保护点附近抖动，而且通过调整RH的值，可以得到不同的滞回电压。

采用本电路，工作电流只有100uA左右，过压时损耗只有0.5W，是采用TVS管和稳压管方案的损耗的十分之一左右，大大减小了损耗，而且电路简单，可靠。

Claims (5)

1.一种辅助电源过压保护电路，其特征在于，包括电压监控芯片、控制开关以及用于连接取电电源和地的分压支路，所述分压支路上串设有第一电阻模块和第二电阻模块，所述第一电阻模块和第二电阻模块的连接点连接所述电压监控芯片的输入端，所述第一电阻模块和第二电阻模块的连接点通过第三电阻模块连接所述电压监控芯片的输出端，所述电压监控芯片的输出端连接所述控制开关的控制端，所述控制开关设置在辅助电源控制设备的供电电源与地之间。

2.根据权利要求1所述的辅助电源过压保护电路，其特征在于，所述第一电阻模块由至少两个电阻串联构成。

3.根据权利要求1或2所述的辅助电源过压保护电路，其特征在于，所述控制开关为MOSFET管。

4.根据权利要求1或2所述的辅助电源过压保护电路，其特征在于，所述第二电阻模块并联设置有滤波电容。

5.根据权利要求1或2所述的辅助电源过压保护电路，其特征在于，所述电压监控芯片的型号为NCP301LSN40T1G。