CN112653089A - 输入过压保护系统及方法 - Google Patents

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刘建铨
王畅
胡炎申
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Abstract

本发明公开了一种输入过压保护系统及方法，系统包括：AC输入单元、整流单元、过压保护单元和VCC供电单元，AC输入单元的输出端接整流单元的输入端，整流单元的输出端接过压保护单元的输入端，过压保护单元的输出端连接VCC供电单元的输入端，过压保护单元用于采样整流单元的输出端电压值，并根据整流单元的输出端电压值控制VCC供电单元的开启和关闭。本方案通过过压保护单元实时采样整流单元输出端的实时电压值，并在实时电压值大于关断电压值时，通过该过压保护单元拉低VCC供电单元的输入端的输入电压，关断VCC供电单元以停止供电，以在电网波动较大的情况下保护电源。

Description

输入过压保护系统及方法
技术领域
本发明涉及电路保护领域，更具体地说是一种输入过压保护系统及方法。
背景技术
在一些大型设备附近或复杂电网的环境下，输入电压存在瞬态尖峰过高(超规格范围)的问题，容易出现电器中部分电源元器件超应力而损坏。
在LED驱动电源设计中，有时在复杂的电网环境下，由于电网输出波动较大，存在输入电压过高(瞬态尖峰)的问题，现有的LED驱动电源没有预设保护功能，容易导致LED驱动电源部分电源元器件超应力而损坏。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输入过压保护系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提出一种输入过压保护系统，包括AC输入单元、整流单元、过压保护单元和VCC供电单元，所述AC输入单元的输出端接所述整流单元的输入端，所述整流单元的输出端接所述过压保护单元的输入端，所述过压保护单元的输出端连接所述VCC供电单元的输入端，所述过压保护单元用于采样所述整流单元的输出端电压值，并根据所述整流单元的输出端电压值控制所述VCC供电单元的开启和关闭。
进一步地，所述过压保护单元包括分压滤波模块和开关保护模块，所述分压滤波模块的输入端连接所述整流单元的输出端，所述分压滤波模块的输出端连接所述过压保护模块的输入端，所述过压保护模块的输出端连接所述VCC供电单元的输入端，所述分压滤波模块用于采样所述整流单元的输出端电压值，所述开关保护模块用于根据所述整流单元的输出端电压值控制所述VCC供电单元的开启和关闭。
进一步地，所述分压滤波模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电容和第二电容，所述第一电阻的第一端连接所述整流单元的输出端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻和第一电容的第一端，所述第二电阻的第二端连接第三电阻和第二电容的第一端，以及所述开关保护模块的输入端，所述第三电阻、第一电容和第二电容的第二端接地。
进一步地，所述开关保护模块包括稳压二极管、Mos管、第四电阻、第五电阻和第三电容，所述稳压二极管的负极接所述第三电阻的第一端，所述稳压二极管的正极接第三电容和第四电阻的第一端，以及所述Mos管的G极，所述Mos管的S极接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接所述VCC供电单元的输入端，所述第四电阻和第三电容的第二端，以及所述Mos管的D极接地。
进一步地，所述整流单元为桥式整流电路。
进一步地，所述VCC单元包括快启模块和稳压模块，所述快启模块用于快速启动所述VCC单元为负载供电，所述稳压模块用于为负载稳定供电。
进一步地，还包括保险丝，所述保险丝的第一端连接所述AC输入单元，第二端连接所述整流单元。
第二方面，本发明还提出一种输入过压保护方法，基于上述的输入过压保护系统，包括以下步骤：
实时采样所述整流单元输出端的实时电压值；
判断所述实时电压值是否大于预设的关断电压值；
若所述实时电压值大于所述关断电压值，则通过所述过压保护单元拉低所述VCC供电单元的输入端的输入电压，关断所述VCC供电单元以停止供电。
进一步地，所述通过所述过压保护单元拉低所述VCC供电单元的输入端的输入电压，关断所述VCC供电单元以停止供电的步骤之后，还包括：
判断所述实时电压值是否小于预设的恢复电压值；
若所述实时电压值小于所述恢复电压值，则通过所述过压保护单元拉高所述VCC供电单元的输入端的输入电压，启动所述VCC供电单元以正常供电。
进一步地，所述关断电压值大于所述恢复电压值，且所述关断电压值与所述恢复电压值的差值大于指定值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的一种输入过压保护系统，通过过压保护单元实时采样整流单元输出端的实时电压值，并在实时电压值大于关断电压值时，通过该过压保护单元拉低VCC供电单元的输入端的输入电压，关断VCC供电单元以停止供电，以在电网波动较大的情况下保护电源；通过采样整流单元输出端的实时电压值，可以提高实时电压采样的时效性，以实现快速关断VCC供电单元；通过拉低VCC供电单元的输入端的输入电压，能够同时拉低VCC单元内的快启模块和稳压模块，实现统一控制。
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技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一种输入过压保护系统具体实施例的电路原理框图；
图2为本发明的一种输入过压保护系统具体实施例的电路图；
图3为本发明的一种输入过压保护方法具体实施例的流程图；
图4为本发明的一种输入过压保护方法另一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
参考图1-2，本发明提出一种输入过压保护系统，包括AC输入单元10、整流单元20、过压保护单元30和VCC供电单元40，AC输入单元10的输出端接整流单元20的输入端，整流单元20的输出端接过压保护单元30的输入端，过压保护单元30的输出端连接VCC供电单元40的输入端，过压保护单元30用于采样整流单元20的输出端电压值，并根据整流单元20的输出端电压值控制VCC供电单元40的开启和关闭。本方案通过该过压保护单元30实时采样整流单元20输出端的实时电压值，并在实时电压值大于关断电压值时，通过该过压保护单元30拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，关断VCC供电单元40以停止供电，以在电网波动较大的情况下保护电源；通过过压保护单元30采样整流单元20输出端的实时电压值，可以提高实时电压采样的时效性，以实现快速关断VCC供电单元40；通过拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，能够同时拉低VCC单元内的快启模块和稳压模块，实现统一控制。
在本实施例中，过压保护单元30包括分压滤波模块31和开关保护模块32，分压滤波模块31的输入端连接整流单元20的输出端，分压滤波模块31的输出端连接过压保护模块的输入端，过压保护模块的输出端连接VCC供电单元40的输入端，分压滤波模块31用于采样整流单元20的输出端电压值，开关保护模块32用于根据整流单元20的输出端电压值控制VCC供电单元40的开启和关闭。在分压滤波模块31采样到整流单元20的输出端电压值超过设定的关断电压值时，通过开关保护模块32拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，关断VCC供电单元40以停止供电；以及，在分压滤波模块31采样到整流单元20的输出端电压值小于恢复电压值时，通过开关保护模块32拉高VCC供电单元40的输入端的输入电压，启动VCC供电单元40以正常供电。
具体的，分压滤波模块31包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电容和第二电容，第一电阻的第一端连接整流单元20的输出端，第一电阻的第二端连接第二电阻和第一电容的第一端，第二电阻的第二端连接第三电阻和第二电容的第一端，以及开关保护模块32的输入端，第三电阻、第一电容和第二电容的第二端接地，其中，第一电阻、第二电阻和第三电阻依次串联组成分压回路，整流单元20的输出端的输出电压变化时，分配到第一电阻、第二电阻和第三电阻上的电压值根据其各自的电阻值对应变化，根据第三电阻上的电压值变化，可以实现对整流单元20的输出端的输出电压的实时监测；第一电容和第二电容用于对电路电流进行滤波。
参考图2，在本实施例中，第一电阻为电阻R7和电阻R8串接，第二电阻为电阻R26，第三电阻为电阻R27和电阻R37串接，第一电容为电容C23，第二电容为电容C26和电容C8并接，其中，第一电阻、第三电阻和第二电容也可以采用相应参数的单个电阻或单个电容。
参考图2，开关保护模块32包括稳压二极管、Mos管、第四电阻、第五电阻和第三电容，稳压二极管的负极接第三电阻的第一端，稳压二极管的正极接第三电容和第四电阻的第一端，以及Mos管的G极，Mos管的S极接第五电阻的第一端，第五电阻的第二端接VCC供电单元40的输入端，第四电阻和第三电容的第二端，以及Mos管的D极接地。
稳压二极管、Mos管、第四电阻、第五电阻和第三电容组成开关保护模块32。其中，当整流单元20的输出电压超过关断电压值(也就是允许最大电压值)之后，输出电压经过稳压二极管分压后第四电阻上电压超过Mos管的导通电压(Vgs)时MOS管导通,将VCC电压拉低至接近0V，同时电源IC关闭驱动停止工作，从而达到保护电源不受损坏；当输入电压回落到低于恢复电压值时，MOS管关断(不导通)，VCC供电单元40的输入端的电压重新被拉高,电源IC重启正常工作。
参考图2，在本实施例中，稳压二极管为稳压二极管ZD6，Mos管为Mos管Q3，第四电阻为电阻R46，第五电阻为电阻R36，第三电容为电容C15。
如图2所示，整流单元20为桥式整流电路，由四个二极管BD1两两对接构成，将AC输入单元10输入的交流电整流成直流电后输入给过压保护单元30，具有整流效率高，稳定性好的优点。同时，通过在整流单元20的输出端设置过压采样点，以采样整流单元20输出端的实时电压值，可以提高实时电压采样的时效性，以实现快速关断VCC供电单元40。
在本实施例中，VCC单元包括快启模块和稳压模块，快启模块用于快速启动VCC单元为负载供电，稳压模块用于为负载稳定供电，本方案通过拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，能够实现对VCC供电单元40整体的关断和恢复，不仅只能关断快启模块或稳压模块，不管VCC供电单元40当前处于何种输出状态，均可实现快速的关断，并停止供电，更好的保护电源。
参考图2，本发明一种输入过压保护系统还包括保险丝，保险丝的第一端连接AC输入单元10，第二端连接整流单元20，保险丝在输入电流值大于指定电流值时断开，以保护整个输入过压保护系统。
本发明提供的一种输入过压保护系统，通过该过压保护单元30实时采样整流单元20输出端的实时电压值，并在实时电压值大于关断电压值时，通过该过压保护单元30拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，关断VCC供电单元40以停止供电，以在电网波动较大的情况下保护电源；通过采样整流单元20输出端的实时电压值，可以提高实时电压采样的时效性，以实现快速关断VCC供电单元40；通过拉低VCC供电单元40的输入端的输入电压，能够同时拉低VCC单元内的快启模块和稳压模块，实现统一控制。
参考图3，在一实施例中，本发明还提出一种输入过压保护方法，基于如上实施例所述的输入过压保护系统，包括步骤S110-S130。
S110、实时采样整流单元输出端的实时电压值。
在本实施例中，过压保护单元用于采样整流单元的输出端电压值，并根据整流单元的输出端电压值控制VCC供电单元的开启和关闭，通过在整流单元的输出端设置过压采样点，以采样整流单元输出端的实时电压值，可以提高实时电压采样的时效性，以实现快速关断VCC供电单元。
S120、判断实时电压值是否大于预设的关断电压值。
S130、若实时电压值大于关断电压值，则通过过压保护单元拉低VCC供电单元的输入端的输入电压，关断VCC供电单元以停止供电。
在本实施例中，在实际应用时，根据电源设备实际能够负载的电压大小预先设定一个用于保护电源设备的关断电压值，在实时电压值超过该关断电压值时就拉低VCC供电单元的输入端的输入电压接近0V，关断VCC供电单元以停止供电以保护电源，避免电源设备的电压超过其能负载的最大电压，损坏电源设备，以在电网波动较大的情况下保护电源设备。
图4，是本发明另一实施例提供的一种输入过压保护方法的流程示意图。如图4所示，本实施例的输入过压保护方法包括步骤S210-S250。其中步骤S210-S230与上述实施例中的步骤S110-S130类似，在此不再赘述。下面详细说明本实施例中所增加的步骤S240和S250。
S240、判断实时电压值是否小于预设的恢复电压值。
S250、若实时电压值小于恢复电压值，则通过过压保护单元拉高VCC供电单元的输入端的输入电压，启动VCC供电单元以正常供电。
在本实施例中，当实时电压值一直高于关断电压值时，则VCC供电单元持续保持关断状态，当实时电压回落到低于或小于恢复电压值时，Mos管关断(不导通)，VCC供电单元的输入端的输入电压重新被拉高,电源IC重启正常工作，启动VCC供电单元以正常供电，在保护电源设备的同时，也能够保证电源设备在适合的电压快速恢复工作。
其中，关断电压值大于恢复电压值，且关断电压值与恢复电压值的差值大于指定值，以使关断电压值与恢复电压值之间存在足够的余量，有利于更好的保护电源，避免断电压值与恢复电压值相差较小时，VCC供电单元在电压小幅波动时快速关断或恢复，影响VCC供电单元使用寿命。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种输入过压保护系统，其特征在于，包括AC输入单元、整流单元、过压保护单元和VCC供电单元，所述AC输入单元的输出端接所述整流单元的输入端，所述整流单元的输出端接所述过压保护单元的输入端，所述过压保护单元的输出端连接所述VCC供电单元的输入端，所述过压保护单元用于采样所述整流单元的输出端电压值，并根据所述整流单元的输出端电压值控制所述VCC供电单元的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的输入过压保护系统，其特征在于，所述过压保护单元包括分压滤波模块和开关保护模块，所述分压滤波模块的输入端连接所述整流单元的输出端，所述分压滤波模块的输出端连接所述过压保护模块的输入端，所述过压保护模块的输出端连接所述VCC供电单元的输入端，所述分压滤波模块用于采样所述整流单元的输出端电压值，所述开关保护模块用于根据所述整流单元的输出端电压值控制所述VCC供电单元的开启和关闭。
3.根据权利要求2所述的输入过压保护系统，其特征在于，所述分压滤波模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电容和第二电容，所述第一电阻的第一端连接所述整流单元的输出端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻和第一电容的第一端，所述第二电阻的第二端连接第三电阻和第二电容的第一端，以及所述开关保护模块的输入端，所述第三电阻、第一电容和第二电容的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的输入过压保护系统，其特征在于，所述开关保护模块包括稳压二极管、Mos管、第四电阻、第五电阻和第三电容，所述稳压二极管的负极接所述第三电阻的第一端，所述稳压二极管的正极接第三电容和第四电阻的第一端，以及所述Mos管的G极，所述Mos管的S极接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端接所述VCC供电单元的输入端，所述第四电阻和第三电容的第二端，以及所述Mos管的D极接地。
5.根据权利要求1所述的输入过压保护系统，其特征在于，所述整流单元为桥式整流电路。
6.根据权利要求1所述的输入过压保护系统，其特征在于，所述VCC单元包括快启模块和稳压模块，所述快启模块用于快速启动所述VCC单元为负载供电，所述稳压模块用于为负载稳定供电。
7.根据权利要求1所述的输入过压保护系统，其特征在于，还包括保险丝，所述保险丝的第一端连接所述AC输入单元，第二端连接所述整流单元。
8.一种输入过压保护方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的输入过压保护系统，包括以下步骤：
实时采样所述整流单元输出端的实时电压值；
判断所述实时电压值是否大于预设的关断电压值；
若所述实时电压值大于所述关断电压值，则通过所述过压保护单元拉低所述VCC供电单元的输入端的输入电压，关断所述VCC供电单元以停止供电。
9.根据权利要求8所述的输入过压保护方法，其特征在于，所述通过所述过压保护单元拉低所述VCC供电单元的输入端的输入电压，关断所述VCC供电单元以停止供电的步骤之后，还包括：
判断所述实时电压值是否小于预设的恢复电压值；
若所述实时电压值小于所述恢复电压值，则通过所述过压保护单元拉高所述VCC供电单元的输入端的输入电压，启动所述VCC供电单元以正常供电。
10.根据权利要求9所述的输入过压保护方法，其特征在于，所述关断电压值大于所述恢复电压值，且所述关断电压值与所述恢复电压值的差值大于指定值。
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