CN110635457B - 新型交流电压检测保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种新型交流电压检测保护电路，包括开关电源电路、保护电路及控制电路，所述开关电源电路具有与交流电网连接的输入端，所述保护电路包括处理模块及供电模块；所述开关电源电路输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块，所述处理模块将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块运行，当所述第二电压值大于所述预设电压值时，所述供电模块不导通从而不给所述开关电源电路供电，同时所述控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路。本申请结构简单，且具有全隔离、低成本、高可靠性及可扩展性强的特点。

Description

新型交流电压检测保护电路及方法

技术领域

本发明涉及一种新型交流电压检测保护电路及方法。

背景技术

交流电压检测保护电路，都是由电压采集电路、比较电路或A/D转换电路和执行电路构成，往往无法兼顾性能与成本两个方面；低成本的交流电压检测保护电路一般都是执行电路与采集电路无法做到完全电气隔离，电路本身不耐高电压，因此安全系数低；而性能优良的交流电压检测保护电路往往要用到电压互感器、高精度的运放、高品质的供电电压等，最终导致成本居高不下。现有交流电压检测保护电路，为实现对交流电压的测量，必须进行步骤为：降压或变送转换>整流>滤波>放大>比较器比较或A/D转换>执行器输出。整个步骤较多，对应步骤都会要对应的电路处理，成本高、电路复杂、故障率较高、维修复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型交流电压检测保护电路及方法，其结构简单，且具有全隔离、低成本、高可靠性及可扩展性强的特点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型交流电压检测保护电路，包括开关电源电路、保护电路及控制电路，所述开关电源电路具有与交流电网连接的输入端，所述保护电路包括处理模块及供电模块；所述开关电源电路输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块，所述处理模块将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块运行，当所述第二电压值大于所述预设电压值时，所述供电模块不导通从而不给所述开关电源电路供电，同时所述控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路。

进一步地，所述供电模块包括供电模块包括高压场效应三极管，所述高压场效应三极管的耐压范围为90-560V。

进一步地，所述控制电路包括与所述供电模块连接的检测模块，所述检测模块用以检测所述高压场效应三极管的漏极与源极之间的电压差。

进一步地，所述检测模块包括光耦；所述检测模块读取所述供电模块导通状态，并检测所述漏极与源极之间的电压差以判断该电压差小于或大于预设范围值，当电压差大于预设范围值时，则所述光耦导通。

进一步地，所述控制电路还包括与所述检测模块连接的转换模块，所述转换模块用以读取所述光耦的通断脉冲间隔时间，并将所述通断脉冲间隔时间隔转换为电压值以输出第三电压值。

进一步地，所述控制电路还包括与所述转换模块连接的保护电路动作执行模块，所述保护电路动作执行模块用以接收所述转换模块输出的第三电压值并将所述第三电压值输出。

进一步地，所述处理模块包括用以将所述第一电压值分压以得到所述第二电压值的分压模块、及预设电压值且将所述第二电压值与所述预设电压值比对的判断模块。

本发明还提供了一种新型交流电压检测保护方法，采用如上所述的新型交流电压检测保护电路，所述方法包括如下步骤：

所述开关电源电路输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块；

所述处理模块将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块运行，同时所述控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路。

本发明的有益效果在于：开关电源电路与交流电网连接并输出第一电压值，保护电路将第一电压值处理后得到第二电压值并根据第二电压值判断是否驱动供电模块运动以给开关电源电路供电，同时控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以输出第三电压值，即开关电源电路的输入与输出光电隔离，提高使用安全性；保护电路可在极宽电压范围内工作，承受高压；

通过设置有用以读取所述光耦的通断脉冲间隔时间的转换模块，转换模块将光耦的通断脉冲间隔时间隔转换为电压值以输出第三电压值，从而实现保护输出。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的新型交流电压检测保护电路的模块结构示意图

图2为本发明的新型交流电压检测保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种新型交流电压检测保护电路，包括开关电源电路2、保护电路3及控制电路1，其中，所述保护电路3包括处理模块31及供电模块32；所述开关电源电路2输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块31，所述处理模块31将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块32运行，当所述第二电压值大于所述预设电压值时，所述供电模块32不导通从而不给所述开关电源电路2供电，同时所述控制电路1读取供电模块32的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路2。

请结合图2，图2示出了本发明的新型交流电压检测保护电路的电路结构示意图，其中，开关电源电路2包括接口P1、二极管D2～D5、D7～D10、Z2、电容C1～C3、C5～C10、控制芯片IC3、光耦IC4及电阻R9～R14。接口P1为两脚接口，二极管D2～D5并联后与P1连接，二极管D2～D5并联后的第一控制端与保护电路3及电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电容C9、控制芯片IC3及变压器T1连接，电容C9的另一端与光耦IC4的第一输入端连接，光耦IC4的第二输入端与电容C10及控制芯片IC3连接，电容C10的另一端也与控制芯片IC3连接。光耦IC4的第一输出端与电阻R11连接，光耦IC4的第二输出端与电阻R12及电容C8连接，电阻R11及R12连接后与二极管Z2的一端连接，二极管Z2的另一端接电源。控制芯片IC3与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与二极管D10的一端连接，D10的另一端接入变压器T1的原边线圈。控制芯片IC3的四个引脚连接后分别与二极管D9的一端连接及变压器T1的原边线圈连接，二极管D9的另一端与电容C2及电阻R9连接，电容C2的另一端与电阻R9的另一端连接后接入变压器T1的原边线圈，同时，变压器T1的副边线圈分别连接二极管D2、D3及电容C3、C5、C6、C7及C8的一端，二极管D2的另一端与电容C3与C8的另一端连接，二极管D3的另一端分别连接电容C5、C6及C7的另一端，电容C3的另一端接地，电容C8的另一端还接电源，该电源的电压为8V。所述开关电源电路2具有与交流电网4连接的输入端21，该输入端21为接口P1。当开关电源电路2通过P1接入到交流电网4后，交流电网4的电压值经过二极管D4、D5、D7、D8组成的的整流模块整流后获得第一电压值并传输至所述保护电路3的处理模块31。

保护电路3包括电阻R6、R7及R8、电容C4、二极管D6及Z1、场效应三极管BG2，其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与二极管D6及Z1的一端连接后接入场效应三极管BG2的栅极，电阻R6的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管Z1连接接入场效应三极管BG2的源极，场效应三极管BG2的漏极接入控制电路1及开关电源电路2。所述处理模块31包括用以将所述第一电压值分压以得到所述第二电压值的分压模块311、及预设电压值且将所述第二电压值与所述预设电压值比对的判断模块312，判断模块312与供电模块32连接。在本实施例中，所述供电模块32包括供电模块32包括高压场效应三极管BG2，所述高压场效应三极管的耐压范围为90-560V。其中，电阻R6和R7组成了分压模块311，而电容C4、二极管D6及Z1组成了判断模块312。当处理模块31接收第一电压值，并将第一电压值经过R6和R7分压后，获得第二电压值，并将第二电压值发送至所述判断模块312。所述判断模块312内有预设电压值，在本实施例中，该预设电压值为2.5V。当第二电压值超过2.5V时，二极管D6被导通，则高压场效应三极管BG2被截止。此时，开关电源电路2依赖其电路中的充电电容C1内的电压继续工作。当第二电压值小于2.5V时，极管D6停止导通，则高压场效应三极管BG2回复给所述开关电源电路2供电。诚然，在其他实施例中，预设电压值也可为其他，根据实际情况而定，在此不做具体限定。比如，可通过调整电阻R7的阻值，既可调整第二电压值的大小，从而调整预设电压值的大小。

保护电路3中所采用的各种器件可用于AC197.5V以上的交流电压的超压保护，因此开关电源电路2可在高压场效应三极管BG2的电压耐受范围内安全工作。

请再结合图2，在本实施例中，控制电路1包括控制芯片IC1、电阻R1、R3～R5、光耦IC2、三极管BG1、二极管D1及继电器J1。其中，光耦IC2的第一输入端接入开关电源电路2，光耦IC2的第二输入端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接入保护电路3，光耦IC2的第一输出端与电阻R3的一端连接后接地，光耦IC2的第二输出端与电阻R3及R5控制端连接且接入控制芯片IC1的INT1引脚，电阻R5的另一端接地。控制芯片IC1的引脚与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管BG1的第一端连接，三极管BG1的第二端与控制芯片IC1的GND引脚连接且接地，三极管BG1的第三端与二极管D1连接且与继电器J1连接，继电器J1的另一端与二极管D1的另一端连接后接电源，该电源的电压为9V。所述控制电路1包括与所述供电模块32连接的检测模块11，所述检测模块11用以检测所述高压场效应三极管BG2的漏极与源极之间的电压差。所述检测模块11包括光耦IC2及电阻R3～R5；所述检测模块11读取所述供电模块32导通状态，并检测所述漏极与源极之间的电压差以判断该电压差小于或大于预设范围值，当电压差大于预设范围值时，则所述光耦导通。其中，预设范围值为1～7V。当高压场效应三极管BG2导通时，高压场效应三极管BG2的漏极与源极之间的电压小于1V，光耦IC2不导通；当高压场效应三极管BG2截止时，高压场效应三极管BG2的漏极与源极之间的电压差会随正弦波的变化而上升，压差上升到7V以上，光耦IC2导通。诚然，在其他实施例中，该预设范围值也可为其他，根据实际情况而定，在此不做具体限定。

所述控制电路1还包括与所述检测模块11连接的转换模块12，所述转换模块12用以读取所述光耦IC2的通断脉冲间隔时间，并将所述通断脉冲间隔时间隔转换为电压值以输出第三电压值。在本实施例中，转换模块12包括控制芯片IC1，其可以将光耦的通断脉冲间隔时间转换为电压值的同时，也可扩展显示、通讯、物联网等功能，即可以与显示器等装置进行连接，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

所述控制电路1还包括与所述转换模块12连接的保护电路3动作执行模块13，所述保护电路3动作执行模块13用以接收所述转换模块12输出的第三电压值并将所述第三电压值输出。在本实施例中，所述保护电路3动作执行模块13包括电阻R1、三极管BG1、二极管D1及继电器J1。控制电路1利用被测量电压与基准电压之间的压差驱动光耦IC2，通过测量光耦IC2方波的脉冲宽度测量正弦波的电压，从而实现保护输出。

本实施例中的新型交流电压检测保护电路无需设置有运放电路、A/D电路、比较器等模拟、模数转换芯片，结构简单，输入输出完全隔离，高低压情况下都可正常工作，成本极低，安全可靠，维护十分方便。

本发明还提供了一种新型交流电压检测保护方法，采用如上所述的新型交流电压检测保护电路，所述方法包括如下步骤：

所述开关电源电路2输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块31；

所述处理模块31将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块32运行，同时所述控制电路1读取供电模块32的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路2。

综上所述：开关电源电路2与交流电网4连接并输出第一电压值，保护电路3将第一电压值处理后得到第二电压值并根据第二电压值判断是否驱动供电模块32运动以给开关电源电路2供电，同时控制电路1读取供电模块32的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以输出第三电压值，即开关电源电路2的输入与输出光电隔离，提高使用安全性；保护电路3可在极宽电压范围内工作，承受高压；

通过设置有用以读取所述光耦的通断脉冲间隔时间的转换模块12，转换模块12将光耦的通断脉冲间隔时间隔转换为电压值以输出第三电压值，从而实现保护输出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种新型交流电压检测保护电路，其特征在于，包括开关电源电路、保护电路及控制电路，所述开关电源电路具有与交流电网连接的输入端，所述保护电路包括处理模块及供电模块；所述开关电源电路输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块，所述处理模块将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块运行，当所述第二电压值大于所述预设电压值时，所述供电模块不导通从而不给所述开关电源电路供电，同时所述控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路；

所述供电模块包括高压场效应三极管，所述控制电路包括与所述供电模块连接的检测模块，所述检测模块用以检测所述高压场效应三极管的漏极与源极之间的电压差；

所述检测模块包括光耦；所述检测模块读取所述供电模块导通状态，并检测所述漏极与源极之间的电压差以判断该电压差小于或大于预设范围值，当电压差大于预设范围值时，则所述光耦导通；

所述控制电路还包括与所述检测模块连接的转换模块，所述转换模块用以读取所述光耦的通断脉冲间隔时间，并将所述通断脉冲间隔时间转换为电压值以输出第三电压值；

所述控制电路还包括与所述转换模块连接的保护电路动作执行模块，所述保护电路动作执行模块用以接收所述转换模块输出的第三电压值并将所述第三电压值输出。

2.如权利要求1所述的新型交流电压检测保护电路，其特征在于，所述高压场效应三极管的耐压范围为90-560V。

3.如权利要求1所述的新型交流电压检测保护电路，其特征在于，所述处理模块包括用以将所述第一电压值分压以得到所述第二电压值的分压模块、及将所述第二电压值与预设电压值比对的判断模块。

4.一种新型交流电压检测保护方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一项所述的新型交流电压检测保护电路，所述方法包括如下步骤：

所述开关电源电路输出第一电压值并将所述第一电压值发送至所述处理模块；

所述处理模块将所述第一电压值处理后以得到第二电压值，并将所述第二电压值与预设电压值比对以判定是否驱动所述供电模块运行，同时所述控制电路读取供电模块的导通状态并根据其导通状态判断是否执行保护动作以保护所述开关电源电路。

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