CN110994726B - 一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路 - Google Patents

一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，现有电容充电保护电路存在潜在危险并且不能实现真正的高压隔离，系统受温度影响较大，长时间工作会使系统可靠性与稳定性降低。高精度线性光耦U3、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电压比较器U5、低噪声低功耗线性稳压器U4、稳压二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9；本发利用电容的能量为高压隔离采集电路供电，采用高精度的线性光耦U3对电容电压进行隔离采集并且通过引入负反馈减小温度与非线性度对系统的影响。

Description

一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路
技术领域
本发明涉及一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，主要用于大功率电路中对电容的保护，属于电力电子领域。
背景技术
在很多大功率应用场合都要求电路能够提供较大的瞬时功率或者瞬时电流，而高耐压值的电解电容由于成本低廉、寿命高被广泛应用于这类电路中，通过电容的充放电构成的大功率驱动电路具有成本低、电路结构简单、可靠性高的特点。有些场合中电路会受到体积和成本的限制，这时需要减少并联电容的数量，由于电容数量减少只能将电容充电电压提高来维持足够的输出功率，实际电路需要用三相电给电容充电来提高放电电压提供足够的瞬时功率，这就需要对电容两端电压进行实时监测，防止其超过电容的耐压值而引发危险情况。现有的电容防过充保护电路大多数是基于单片机系统的软件保护，当系统受到强干扰或者意外情况导致单片机系统死机会使整个保护电路失效，从而使整个电路存在潜在危险，并且现有保护电路不能实现真正的隔离，长时间工作会使系统可靠性与稳定性降低。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路。
本发明包括高精度线性光耦U3、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电压比较器U5、低噪声低功耗线性稳压器U4、稳压二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9；
所述的高精度线性光耦U3型号为HCNR201；
所述的第一运算放大器U1型号为LM358；
所述的第二运算放大器U2型号为OPA333；
所述的电压比较器U5型号为LM393B；
所述的低噪声低功耗线性稳压器U4型号为TPS709B50DBVR；
所述的稳压二极管D1型号为1N4739；
所述的第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端与电解电容组的正极连接，第一电阻R1的另一端与稳压二极管D1的负极、第一电容C1的一端、线性稳压器U4的Vin脚连接，电解电容组的负极与稳压二极管D1的阳极、线性光耦U3的1脚、线性稳压器U4的GND脚、第一运算放大器U1的负供电端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1的同向输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第四电阻R4的另一端、线性光耦U3的4脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与线性光耦U3的2脚连接，第二电容C2的另一端与线性稳压器U4的Vo脚、第一运算放大器U1的正供电端、线性光耦U3的3脚连接，线性光耦U3的5脚接弱电侧的地，第二运算放大器U2的正供电端接+5V电压，第二运算放大器U2的负供电端接地，线性光耦U3的6脚与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与电压比较器U5的同向输入端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器U5的输出端、第六电阻R6的一端连接并作为控制电容充电继电器的控制信号，第六电阻R6的另一端接+5V，电压比较器U5的正供电端接+5V，电压比较器U5的负供电端接地，电压比较器U5的反向输入端接外部的基准电压Vref,线性稳压器U4的EN脚架空。
本发明的有益效果：硬件电路对电容两端电压实时监测，电路响应时间快，强电部分通过光耦隔离，长时间工作可靠性高，温度湿度对电路的影响小。
附图说明
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路包括低噪声低功耗稳压电路、高压隔离采样电路、运算放大器电路、电压比较器电路。
所述的低噪声低功耗稳压电路包括低噪声线性稳压器U4(TPS709B50DBVR)、第一电阻R1(20KΩ/20W)、稳压二极管D1(1N4739)、第一电容C1(100nF)、第二电容C2(10uF)；
所述的高压隔离采样电路包括高精度线性光耦U3(HCNR201)、第一运算放大器U1(LM358)、第二电阻R2(560KΩ/2W)、第三电阻R3(1KΩ)、第四电阻R4(10KΩ)、第五电阻R5(680Ω)；
所述的运算放大器电路包括第二运算放大器U2(OPA333)、第七电阻R7(10KΩ)；
所述的电压比较器电路包括电压比较器U5(LM393B)、第六电阻R6(1KΩ)、第八电阻R8(27KΩ)、第九电阻R9(3KΩ)；
电解电容组的正极与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端连接，第一电阻R1的另一端与稳压二极管D1的一端、第一电容C1的一端、低噪声线性稳压器U4的Vin脚连接，电解电容组的负极稳压二极管D1的另一端、高精度线性光耦U3的1脚、低噪声线性稳压器U4的GND脚、第一运算放大器的负供电端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1的同向输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第四电阻R4的另一端、线性光耦U3的4脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与线性光耦U3的2脚连接，第二电容C2的另一端与低噪声线性稳压器U4的Vo脚、第一运算放大器U1的正供电端、线性光耦U3的3脚连接，线性光耦U3的5脚接弱电侧的地，第二运算放大器U2的正供电端接+5V电压，第二运算放大器U2的负供电端接地，线性光耦U3的6脚与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与电压比较器U5的同向输入端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器U5的输出端、第六电阻R6的一端连接并作为控制电容充电继电器的控制信号，第六电阻R6的另一端接+5V，电压比较器U5的正供电端接+5V，电压比较器U5的负供电端接地，电压比较器U5的反向输入端接外部的基准电压Vref。
本发明利用电容的能量为高压隔离采集电路供电，当电容在充电的时候使第一电容C1两端电压迅速上升，使得线性稳压器U4输出稳定的电压给第一运算放大器U1和高精度线性光耦U3供电。在充电过程中，当电解电容组两端的电压上升到一定程度时，第二电阻R2和第三电阻R3所构成的电阻分压网络使得第一运算放大器U1的同向端输入电压不断升高，从而使得线性光耦U3的发光二极管中的电流增大，因此线性光耦中的电流也增大，由第二运算放大器U2与第七电阻R7组成的运算放大电路将电流信号转变为电压信号并作为电压比较器电路的输入信号，当该电压信号大于电压比较器U5的高电平阈值时电压比较器电路会输出高电平，而电压比较器电路的输出可以控制继电器隔离驱动电路使继电器强制断开停止对电解电容组继续充电，因此整个保护过程为硬件实时保护，不受软件死机等情况的影响。

Claims (4)

1.一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，包括线性光耦U3、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电压比较器U5、线性稳压器U4、稳压二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9；
所述的第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端与电解电容组的正极连接，第一电阻R1的另一端与稳压二极管D1的负极、第一电容C1的一端、线性稳压器U4的Vin脚连接，电解电容组的负极与稳压二极管D1的阳极、线性光耦U3的1脚、线性稳压器U4的GND脚、第一运算放大器U1的负供电端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的另一端、第一运算放大器U1的同向输入端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第四电阻R4的另一端、线性光耦U3的4脚连接，第一运算放大器U1的输出端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与线性光耦U3的2脚连接，第二电容C2的另一端与线性稳压器U4的Vo脚、第一运算放大器U1的正供电端、线性光耦U3的3脚连接，线性光耦U3的5脚接地，第二运算放大器U2的正供电端接+5V电压，第二运算放大器U2的负供电端接地，线性光耦U3的6脚与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器U2的输出端、第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与电压比较器U5的同向输入端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器U5的输出端、第六电阻R6的一端连接并作为控制电容充电继电器的控制信号，第六电阻R6的另一端接+5V，电压比较器U5的正供电端接+5V，电压比较器U5的负供电端接地，电压比较器U5的反向输入端接外部的基准电压Vref, 线性稳压器U4的EN脚架空；线性光耦U3的型号为HCNR201。
2.根据权利要求1所述的一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，其特征在于：低噪声线性稳压器U4的型号为TPS709B50DBVR。
3.根据权利要求1所述的一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，其特征在于：第一运算放大器U1型号为LM358。
4.根据权利要求1所述的一种防止电容过充的高压隔离硬件保护电路，其特征在于：电压比较器U5的型号为LM393B。
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