CN113346459A - 一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路 - Google Patents

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CN113346459A CN202110572428.3A CN202110572428A CN113346459A CN 113346459 A CN113346459 A CN 113346459A CN 202110572428 A CN202110572428 A CN 202110572428A CN 113346459 A CN113346459 A CN 113346459A
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Abstract

本发明提供一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，包括与电源连接的输入端以及与负载连接的输出端，还包括功率因数校正模块、浪涌保护模块、电压采样模块、微控制器、关断电路以及母线电压放电模块，所述电压采样模块以及关断电路均与所述微控制器连接，所述关断电路与所述功率因数校正模块连接。通过电压采样模块传入的信号，微控制器能够判断输入电压是否越限，如越限则启动预设的保护电路，直至电压采样模块传入的信号变为正常范围。本发明的实质性效果是：1）电路结构简单，易于集成；2）能够对抗多种电能质量下降状况。解决了现有电动汽车充电器无法长时间耐受电网暂升电压的技术问题。

Description

一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路
技术领域
本发明涉及用电安全领域，尤其涉及一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路。
背景技术
随着新能源汽车爆发式的增长，对车载充电机的需求也是大幅度增加。目前车载充电机输入端直接与电网相连给汽车电池充电，在某些情况下，充电装置的用电环境是十分恶劣的，电网会因为各种原因导致电能质量变差。例如当单相对地故障、大容量负荷甩开等或大容量电容器组增加都会引起电网电压暂升现象。电压暂升（Voltage Swell）是指工频条件下电压均方根值上升到1.1~1.8倍额定电压之间。
为了追求高效，目前车载充电机都是开关电源，由开关器件和高压电容组成，由于暂升电压幅值远远高于高压电容耐压值，长时间冲击后必然导致车载充电机损坏，严重的时候还会引起火灾，故需要一种能够防止长时间暂升电压冲击的防护电路，以解决上述问题。
公开号为CN111446851A的专利文献公开了一种带功率因素校正模块的电源输入浪涌电流抑制电路，涉及电路保护领域，其技术方案要点是包括用于对市电整流滤波并输出直流供电电压的电压输出模块、接收处理直流供电电压以抑制电路产生瞬间大电流的浪涌抑制模块、用于控制浪涌抑制模块工作与否的NTC开关模块、用于采样PFC模块输入电压并输出相应的PFC电压取样信号的PFC电压取样模块、用于输出交流取样信号的交流电整流取样模块、以及用于接收PFC电压取样信号和预设电压信号和交流取样信号并控制PFC模块工作与否和浪涌抑制模块短路与否的控制模块。其技术效果是既能保证在启动时电路依靠NTC抑制浪涌电流，又能确保不会长时间内有大电流流过NTC热敏电阻，确保NTC在启动时不会损坏。但该申请的电路结构十分复杂，增加了制造和安装成本，也没有考虑暂升电压来临时晶体管会流过浪涌电流和电容会过充电问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有电动汽车充电器无法长时间耐受电网暂升电压的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，包括与电源连接的输入端以及与负载连接的输出端，还包括功率因数校正模块、浪涌保护模块、电压采样模块、微控制器、关断电路以及母线电压放电模块，所述电压采样模块以及关断电路均与所述微控制器连接，所述关断电路与所述功率因数校正模块连接。通过电压采样模块传入的信号，微控制器能够判断输入电压是否越限，如越限则启动预设的保护电路，直至电压采样模块传入的信号变为正常范围。
作为优选，所述关断电路包括第一触点以及第二触点，第一触点与输入端第一端口连接，第二触点与输入端第二端口连接。第一端口和第二端口相当于是电压输入或输出所需要的两根导线。
作为优选，所述功率因数校正模块包括电感L1，晶体管Q1、晶体管Q2、二极管D1、二极管D2以及电容Cin，所述电感L1一端与所述第一触点连接另一端与所述晶体管Q1源极连接，所述晶体管Q1的漏极与输出端的第一端口连接，所述晶体管Q2的源极与输出端的第二端口连接，所述晶体管Q2的漏极与所述晶体管Q1的源极连接，所述晶体管Q1的栅极和所述晶体管Q2的栅极均与所述微控制器连接，所述二极管D1的阳极与所述第二触点连接，所述二极管D1的阴极与晶体管Q1的漏极连接，所述二极管D2的阳极与所述晶体管Q2的源极连接，所述二极管D2的阴极与二极管D1的阳极连接，所述电容Cin的两端分别与输出端两个端口连接。电容Cin的功能是作为储能模块，向电动车输出直流电压。
作为优选，所述浪涌保护模块包括二极管D3、二极管D4、以及电阻R2，所述电阻R2并联在第一触点两端，所述二极管D3的阳极与所述第一触点连接，所述二极管D3的阴极与输出端第一端口连接，所述二极管D4的阳极与输出端第二端口连接，所述二极管D4的阴极与二极管D3的阳极连接。
作为优选，所述电压采样模块包括交流电压采样模块以及直流电压采样模块，所述交流电压采样模块采集输入端电压并传入所述微控制器，所述直流电压采样模块采集输出端电压并传入所述微控制器。
作为优选，所述母线电压放电模块包括电阻R1以及晶体管Q3，所述电阻R1一端与输出端第一端口连接另一端与所述晶体管Q3的漏极连接，所述晶体管Q3的源极与二极管D2的阳极连接，所述晶体管Q3的栅极与所述微控制器连接。
作为优选，当交流电压采样电路检测到电压高于设定值时，所述微控制器定时等待10mS,同时确认第一触点和第二触点断开后，发出指令开通晶体管Q3，通过电阻R1给电容Cin放电。
本发明的实质性效果是：1）电路结构简单，易于集成；2）能够对抗多种电能质量下降状况。解决了现有电动汽车充电器无法长时间耐受电网暂升电压的技术问题。
附图说明
图1是实施例一电路结构示意图。
图2是实施例一保护效果示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，实施例一包括图腾柱无桥PFC（功率因数校正）电路，由 L1、Q1、Q2、D1、D2、Cin组成；
浪涌电流保护电路，由D3、D4、R2组成；
直流电压采样电路；
交流电压采样电路；
微控制器；
关断电路，由第一触点Relay1、第二触点Relay2组成；
母线电压放电电路，由R1、Q3组成。
晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3的栅极均与微控制器连接。
实施例一能够产生的技术效果如图2所示，生效步骤如下：
第一步：当交流电压采样电路检测到电压高于400V时，微控制器发出信号同时关断Q1和Q2，原本流过L1、Q1(Q2)的电流从D3(D4)流过，防止Q1(Q2)体二极管被瞬间浪涌电流击穿（交流电压为正半周时，D3导通;负半周时，D4导通）
第二步：微控制器发出指令同时断开Realy1和Relay2；
第三步：微控制器定时等待10mS,同时确认Relay1和Relay2断开后，发出指令开通Q3，通过R1给Cin放电；
第四步：直流电压采样电路检测到直流电压低于200V后,微控制器发出指令关断Q3，停止放电；
第五步：交流电压采样电路检测到交流电压恢复正常后,微控制器发出指令闭合Relay2，通过R3限制充电电流，流经D3给Cin充电，以防止Q1体二极管被瞬间浪涌电流击穿。（交流电压为正半周时，D3导通;负半周时，D4导通）
第六步：直流电压采样电路检测到母线电压Cin充满电后,微控制器发出指令闭合Relay1，PFC电路开始工作。
本发明降低了电路的复杂度，建模简单，易于调整电路达到电路的设计要求。
以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，包括与电源连接的输入端以及与负载连接的输出端，其特征在于：还包括功率因数校正模块、浪涌保护模块、电压采样模块、微控制器、关断电路以及母线电压放电模块，所述电压采样模块以及关断电路均与所述微控制器连接，所述关断电路与所述功率因数校正模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：所述关断电路包括第一触点以及第二触点，第一触点与输入端第一端口连接，第二触点与输入端第二端口连接。
3.根据权利要求2所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：所述功率因数校正模块包括电感L1，晶体管Q1、晶体管Q2、二极管D1、二极管D2以及电容Cin，所述电感L1一端与所述第一触点连接另一端与所述晶体管Q1源极连接，所述晶体管Q1的漏极与输出端的第一端口连接，所述晶体管Q2的源极与输出端的第二端口连接，所述晶体管Q2的漏极与所述晶体管Q1的源极连接，所述晶体管Q1的栅极和所述晶体管Q2的栅极均与所述微控制器连接，所述二极管D1的阳极与所述第二触点连接，所述二极管D1的阴极与晶体管Q1的漏极连接，所述二极管D2的阳极与所述晶体管Q2的源极连接，所述二极管D2的阴极与二极管D1的阳极连接，所述电容Cin的两端分别与输出端两个端口连接。
4.根据权利要求3所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：所述浪涌保护模块包括二极管D3、二极管D4、以及电阻R2，所述电阻R2并联在第一触点两端，所述二极管D3的阳极与所述第一触点连接，所述二极管D3的阴极与输出端第一端口连接，所述二极管D4的阳极与输出端第二端口连接，所述二极管D4的阴极与二极管D3的阳极连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：所述电压采样模块包括交流电压采样模块以及直流电压采样模块，所述交流电压采样模块采集输入端电压并传入所述微控制器，所述直流电压采样模块采集输出端电压并传入所述微控制器。
6.根据权利要求4所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：所述母线电压放电模块包括电阻R1以及晶体管Q3，所述电阻R1一端与输出端第一端口连接另一端与所述晶体管Q3的漏极连接，所述晶体管Q3的源极与二极管D2的阳极连接，所述晶体管Q3的栅极与所述微控制器连接。
7.根据权利要求5所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：当交流电压采样电路检测到电压高于设定值时，所述微控制器定时等待10ms,同时确认第一触点和第二触点断开后，发出指令开通晶体管Q3，通过电阻R1给电容Cin放电。
8.根据权利要求6所述的一种防止长时间暂升电压冲击的防护电路，其特征在于：防暂升电压冲击的控制包括：
S1. 当交流电压采样电路检测到电压高于400V时，微控制器发出信号同时关断Q1和Q2;
S2. 微控制器发出指令同时断开Realy1和Relay2；
S3. 微控制器定时等待10mS,同时确认Relay1和Relay2断开后，发出指令开通Q3，通过R1给Cin放电；
S4. 直流电压采样电路检测到直流电压低于200V后,微控制器发出指令关断Q3，停止放电；
S5. 交流电压采样电路检测到交流电压恢复正常后,微控制器发出指令闭合Relay2，通过R3限制充电电流，流经D3给Cin充电；
S6. 直流电压采样电路检测到母线电压Cin充满电后,微控制器发出指令闭合Relay1，PFC电路开始工作。
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