CN112271695A - 智能安全保护电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能安全保护电源装置，其包括接地监测电路、电压保护判断电路、电流保护判断电路、继电器控制电路、警示电路和单片机系统电路，所述的接地监测电路用于判断设备是否接地；所述的电压保护判断电路用于判断设备是否过压；所述的电流保护判断电路用于判断设备是否过流；所述的继电器控制电路用于驱动继电器的开合；所述的警示电路用于指示设备不同的故障状态；所述的单片机系统电路用于判断设备的工作状态，从而输出控制信号。当出现接地不通、过流、过压等故障时，本发明装置会自动切断用电设备的工作电源，及时起到保护作用。

Description

智能安全保护电源装置
技术领域
本发明涉及一种保护电源装置，尤其涉及一种智能安全保护电源装置。
背景技术
电力试验的安全规范中要求设备必须做到安全可靠接地，否则在实验过程中一直存有安全隐患，当事故发生，轻则造成设备损坏，重则造成人员伤亡。
用电设备接地不通时，如果不能及时切断用电设备的工作电源，会造成设备损坏或用电事故发生。
当用电设备过载或者短路使供电电源的电流急剧增加，超过了设备的保护值或者当供电电压跳动，误将低压电源插到高压电源上，供电电源都需要及时进行切断，否则都存有安全隐患，会引起事故发生。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种智能安全保护电源装置，解决了现有技术中不能及时切断工作电源存在安全隐患的问题。
本发明的技术方案如下：
一种智能安全保护电源装置，包括接地监测电路、电压保护判断电路、电流保护判断电路、继电器控制电路、警示电路和单片机系统电路，所述的接地监测电路用于判断设备是否接地；所述的电压保护判断电路用于判断设备是否过压；所述的电流保护判断电路用于判断设备是否过流；所述的继电器控制电路用于驱动继电器的开合；所述的警示电路用于指示设备不同的故障状态；所述的单片机系统电路用于判断设备的工作状态，从而输出控制信号。
所述的接地监测电路分别设有三个输入接点和一个输出接点；输入接点L、输入接点N、输入接点G的一端分别用于接电源线的火线、零线以及地线；输入接点L的另一端依次与保护整流二极管D1、保护整流二极管D2、分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6电连接，分压电阻R6的引出端分别连接分压电阻R7和保护电阻R16，保护电阻R16的引出端连接电压比较器U1B的正极，电压比较器U1B的引出端分别连接上拉电阻R18和二极管D5的负极，二极管D5的正极分别连接上拉电阻R20和二极管D6的正极，上拉电阻R20的另一端连接输出接点；输入接点G连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接分压电阻R7、分压电阻R14；输入接点N依次连接保护整流二极管D3、保护整流二极管D4、分压电阻R8、分压电阻R9、分压电阻R10、分压电阻R11、分压电阻R12和分压电阻R13，分压电阻R13的另一端分别连接分压电阻R14和保护电阻R17，保护电阻R17的引出端与电压比较器U1A的正极相连，电压比较器U1A的引出端分别与二极管D6的负极和上拉电阻R19相连，上拉电阻R19和上拉电阻R18相连，电压比较器U1A和电压比较器U1B的负极之间连接有电位器R15。
所述的电压保护判断电路为，电压互感器PT的一侧端口分别连接火线L和零线N，电压互感器PT和零线N之间设有一次限流电阻R28，电压互感器PT的另一侧端口分别与整流二极管D9的正极和二次采样电阻R27相连，整流二极管D9的负极、二次采样电阻R27与电压比较器U1C的负极相连，电压比较器U1C的引出端分别与二极管D10的负极、上拉电阻R26连接，二极管D10的正极在引出端上连接有上拉电阻R31，上拉电阻R26连接电位器R25，电位器R25的引出端接地；电压比较器U1C的正极与电位器R25相连。
所述的电流保护判断电路为，电流互感器CT的其中一个引出端接地，电流互感器CT的另一个引出端连接整流二极管D7的正极，整流二极管D7的负极、二次采样电阻R21与电压比较器U1D的负极相连，二次采样电阻R21的另一端连接在电流互感器CT的接地端连线上；电压比较器U1D的引出端分别与上拉电阻R23、二极管D11的负极相连，上拉电阻R23与电位器R22连接，电位器R22接地；电压比较器U1D的正极与电位器R22连接；二极管D11的正极在引出端上连接有上拉电阻R31。
所述的继电器控制电路为，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的基极连接限流保护电阻R24，三极管Q3的发射极分别连接二极管D8的正极、继电器Q2的负极，二极管D8的负极与继电器Q2的正极连接。
所述的警示电路为，红绿双色灯LED分别连接限流电阻R29和限流电阻R30。
所述的单片机系统电路包括滤波电容C1、滤波电容C2、小功率电源Q1和单片机U2，滤波电容C1、滤波电容C2电连接，小功率电源Q1和单片机U2电连接。
本发明的优点效果如下：
该装置可以监测用电设备的接地情况，如果接地不通，此装置会自动切断用电设备的工作电源，及时起到保护作用。
另外该装置还增加了对过流、过压的故障保护，当用电设备过载或者短路使供电电源的电流急剧增加时，超过了设备的保护值时，供电电源会及时进行切断；当供电电压跳动时，或者误将低压电源插到高压电源上，供电电源也会及时进行切断，起到保护作用。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明接地监测电路的电路示意图。
图3为本发明电压保护判断电路的电路示意图。
图4为本发明电流保护判断电路的电路示意图。
图5a、5b为本发明继电器控制电路的电路示意图
图6为本发明警示电路的电路示意图.
图7a、7b为本发明单片机系统电路的电路示意图。
具体实施方式
以下参照附图，结合具体实施例，详细描述本发明。
实施例
一种智能安全保护电源装置，包括接地监测电路、电压保护判断电路、电流保护判断电路、继电器控制电路、警示电路和单片机系统电路，所述的接地监测电路用于判断设备是否接地；所述的电压保护判断电路用于判断设备是否过压；所述的电流保护判断电路用于判断设备是否过流；所述的继电器控制电路用于驱动继电器的开合；所述的警示电路用于指示设备不同的故障状态；所述的单片机系统电路用于判断设备的工作状态，从而输出控制信号。
所述的接地监测电路分别设有三个输入接点和一个输出接点；输入接点L、输入接点N、输入接点G的一端分别用于接电源线的火线、零线以及地线；输入接点L的另一端依次与保护整流二极管D1、保护整流二极管D2、分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6电连接，分压电阻R6的引出端分别连接分压电阻R7和保护电阻R16，保护电阻R16的引出端连接电压比较器U1B的正极，电压比较器U1B的引出端分别连接上拉电阻R18和二极管D5的负极，二极管D5的正极分别连接上拉电阻R20和二极管D6的正极，上拉电阻R20的另一端连接输出接点；输入接点G连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接分压电阻R7、分压电阻R14；输入接点N依次连接保护整流二极管D3、保护整流二极管D4、分压电阻R8、分压电阻R9、分压电阻R10、分压电阻R11、分压电阻R12和分压电阻R13，分压电阻R13的另一端分别连接分压电阻R14和保护电阻R17，保护电阻R17的引出端与电压比较器U1A的正极相连，电压比较器U1A的引出端分别与二极管D6的负极和上拉电阻R19相连，上拉电阻R19和上拉电阻R18相连，电压比较器U1A和电压比较器U1B的负极之间连接有电位器R15。
当未接地时,无论交流的正半周期还是负半周期，均无电流流过分压电阻，分压电阻R7、分压电阻R14端电压均为0V，电压比较器持续输出低电平。当接地时，在正半周期，分压电阻R7上分得部分电压V1，电压V1大于参考电压Vf1时，电压比较器U1B输出高电平，当电压V1小于参考电压Vf1时，电压比较器U1B输出高电平。同理，负半周期，分压电阻R14上分得电压V2，电压V2大于参考电压Vf1时，电压比较器U1A输出高电平，当电压V2小于参考电压Vf1时，电压比较器U1A输出高电平。通过二极管D5、二极管D6组成的或门电路输出频率为50hz的方波。因此单片机通过检查此电路输出的是方波还是低电平来判断是否接地。
所述的电压保护判断电路为，电压互感器PT的一侧端口分别连接火线L和零线N，电压互感器PT和零线N之间设有一次限流电阻R28，电压互感器PT的另一侧端口分别与整流二极管D9的正极和二次采样电阻R27相连，整流二极管D9的负极、二次采样电阻R27与电压比较器U1C的负极相连，电压比较器U1C的引出端分别与二极管D10的负极、上拉电阻R26连接，二极管D10的正极在引出端上连接有上拉电阻R31，上拉电阻R26连接电位器R25，电位器R25的引出端接地；电压比较器U1C的正极与电位器R25相连。
当输入电压正常时，采样电阻电压V1峰值小于标准电压Vf2，电路输出高电平。当输入电压过压时，采样电阻电压升高为V2，电压V2峰值大于标准电压Vf2，电路比较器输出50Hz的方波。因此单片机通过检查此电路输出的是方波还是高电平来判断是否过压。
所述的电流保护判断电路为，电流互感器CT的其中一个引出端接地，电流互感器CT的另一个引出端连接整流二极管D7的正极，整流二极管D7的负极、二次采样电阻R21与电压比较器U1D的负极相连，二次采样电阻R21的另一端连接在电流互感器CT的接地端连线上；电压比较器U1D的引出端分别与上拉电阻R23、二极管D11的负极相连，上拉电阻R23与电位器R22连接，电位器R22接地；电压比较器U1D的正极与电位器R22连接；二极管D11的正极在引出端上连接有上拉电阻R31。
当工作电流在正常范围时，采样电阻电压V1峰值小于标准电压Vf3，电路输出高电平。当工作电流超过额定电流时，采样电阻电压升高为V2，V2峰值大于标准电压Vf3的额定电压，电路比较器输出50Hz的方波。因此单片机通过检查此电路输出的是方波还是高电平来判断是否过流。
所述的继电器控制电路为，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的基极连接限流保护电阻R24，三极管Q3的发射极分别连接二极管D8的正极、继电器Q2的负极，二极管D8的负极与继电器Q2的正极连接。
接收控制信号KOU，当出现未接地、过压、过流等故障时断开电路输出。
所述的警示电路为，红绿双色灯LED分别连接限流电阻R29和限流电阻R30。
当接地正常时，绿灯常亮，当未接地时，红灯常亮，当出现过流过压故障时红灯闪烁。
所述的单片机系统电路包括滤波电容C1、滤波电容C2、小功率电源Q1和单片机U2，滤波电容C1、滤波电容C2电连接，小功率电源Q1和单片机U2电连接。
接通电源后，首先通过接地监测电路的输出信号来判断是否接地，如果未接地，继电器断开，并且红灯常亮。如果接地良好，继电器闭合给后路输出220V交流电，并绿灯常亮。在输出电压后。持续监测电压保护判断电路及电流保护判断电路的输出信号，当出现异常信号时，立即断开继电器，断开后路的电压输出，并红灯闪烁，提示使用者。
对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。

Claims (7)

1.一种智能安全保护电源装置，其特征在于包括接地监测电路、电压保护判断电路、电流保护判断电路、继电器控制电路、警示电路和单片机系统电路，所述的接地监测电路用于判断设备是否接地；所述的电压保护判断电路用于判断设备是否过压；所述的电流保护判断电路用于判断设备是否过流；所述的继电器控制电路用于驱动继电器的开合；所述的警示电路用于指示设备不同的故障状态；所述的单片机系统电路用于判断设备的工作状态，从而输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的接地监测电路分别设有三个输入接点和一个输出接点；输入接点L、输入接点N、输入接点G的一端分别用于接电源线的火线、零线以及地线；输入接点L的另一端依次与保护整流二极管D1、保护整流二极管D2、分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6电连接，分压电阻R6的引出端分别连接分压电阻R7和保护电阻R16，保护电阻R16的引出端连接电压比较器U1B的正极，电压比较器U1B的引出端分别连接上拉电阻R18和二极管D5的负极，二极管D5的正极分别连接上拉电阻R20和二极管D6的正极，上拉电阻R20的另一端连接输出接点；输入接点G连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接分压电阻R7、分压电阻R14；输入接点N依次连接保护整流二极管D3、保护整流二极管D4、分压电阻R8、分压电阻R9、分压电阻R10、分压电阻R11、分压电阻R12和分压电阻R13，分压电阻R13的另一端分别连接分压电阻R14和保护电阻R17，保护电阻R17的引出端与电压比较器U1A的正极相连，电压比较器U1A的引出端分别与二极管D6的负极和上拉电阻R19相连，上拉电阻R19和上拉电阻R18相连，电压比较器U1A和电压比较器U1B的负极之间连接有电位器R15。
3.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的电压保护判断电路为，电压互感器PT的一侧端口分别连接火线L和零线N，电压互感器PT和零线N之间设有一次限流电阻R28，电压互感器PT的另一侧端口分别与整流二极管D9的正极和二次采样电阻R27相连，整流二极管D9的负极、二次采样电阻R27与电压比较器U1C的负极相连，电压比较器U1C的引出端分别与二极管D10的负极、上拉电阻R26连接，二极管D10的正极在引出端上连接有上拉电阻R31，上拉电阻R26连接电位器R25，电位器R25的引出端接地；电压比较器U1C的正极与电位器R25相连。
4.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的电流保护判断电路为，电流互感器CT的其中一个引出端接地，电流互感器CT的另一个引出端连接整流二极管D7的正极，整流二极管D7的负极、二次采样电阻R21与电压比较器U1D的负极相连，二次采样电阻R21的另一端连接在电流互感器CT的接地端连线上；电压比较器U1D的引出端分别与上拉电阻R23、二极管D11的负极相连，上拉电阻R23与电位器R22连接，电位器R22接地；电压比较器U1D的正极与电位器R22连接；二极管D11的正极在引出端上连接有上拉电阻R31。
5.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的继电器控制电路为，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的基极连接限流保护电阻R24，三极管Q3的发射极分别连接二极管D8的正极、继电器Q2的负极，二极管D8的负极与继电器Q2的正极连接。
6.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的警示电路为，红绿双色灯LED分别连接限流电阻R29和限流电阻R30。
7.根据权利要求1所述的一种智能安全保护电源装置，其特征在于所述的单片机系统电路包括滤波电容C1、滤波电容C2、小功率电源Q1和单片机U2，滤波电容C1、滤波电容C2电连接，小功率电源Q1和单片机U2电连接。
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