CN115986677A - 一种交流电源欠压切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种交流电源欠压切换电路，电压互感采样电路将输入电压进行降压，并输入至电压跟随器与窗口差分放大电路进行放大，放大后的正弦信号经差分放大电路放大后输入至整流滤波电路，将正弦信号转换为直流信号，滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，并将比较结果信号输入至控制切换电路；将输入电压与控制切换电路的电压阈值比较，控制电路导通，为所述后续电压转换电路提供稳定工作电压，同时基准信号与电压互感采样电路一输出端连接，用于将交流信号抬升，便于后续滞回比较电路进行比较，本发明使用电压互感采样电路实现交流电源与后续保护电路的磁隔离，避免了交流电源干扰引入。

Description

一种交流电源欠压切换电路

技术领域

本发明涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种交流电源欠压切换电路。

背景技术

对于交流电源的欠压保护电路，目前常用方法为全桥或者半桥整流后变为直流电压，然后使用分压电阻将分压后的低电压信号通过比较器与基准电压进行比较，电压小于基准电压则认为交流电发生欠压事件，之后通过继电器断开交流电源与负载的连接，起到对负载的保护作用。

但是该方法存在两个问题：1)交流电源与欠压保护电路未实现电气隔离，容易因为雷电等干扰通过交流电引入欠压保护电路内造成电路失效，并且直接使用分压电阻采样的方式，分压电阻发热严重，分压后的低电压交流信号带负载能力弱，会造成采样电压与实际分压值不一致的情况，影响到欠压保护精度；2)由于全桥或半桥整流都使用整流二极管，稳压使用稳压管，而分立的半导体器件本身对温度敏感，且不带温度补偿，造成整流后的电压随温度变化较大，从而无法实现高精度欠压保护的能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明针提供了一种交流电源欠压切换电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种交流电源欠压切换电路，包括：电压互感采样电路、电压跟随器与窗口差分放大电路、整流滤波电路、滞回比较电路、控制切换电路；

所述电压互感采样电路用于采样输入电压并输出低电压交流信号，电压互感采样电路的输入端连接交流电源，电压互感采样电路输出端连接电压跟随器与窗口差分放大电路输入端和滞回电路输出端；

所述电压跟随器与窗口差分放大电路用于对低电压交流信号进行放大为正弦信号，所述电压跟随器与窗口差分放大电路包括电压跟随器和差分放大电路；电压跟随器连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，电压跟随器的输出端与所述差分放大电路的一输入端连接，差分放大电路的另一输入端与滞回电路输出端连接，差分放大电路的输出端与整流滤波电路输入端连接；

所述整流滤波电路用于将所述正弦信号转换为直流信号，整流滤波电路的输出端连接所述滞回电路一输入端；

所述滞回比较电路的另一个输入端输入基准信号，滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，滞回比较电路一输出端将比较结果信号输入至控制切换电路，滞回比较电路另一输出端连接电压互感采样电路输出端用于对电压互感采样电路输出的低电压交流信号进行抬升；

所述控制切换电路用于将输入电压与控制切换电路的电压阈值比较，控制电路导通，为所述后续电压转换电路提供稳定工作电压。

进一步地，所述电压互感采样电路包括电压互感器、第一电阻、第一电容、双极型瞬态电压抑制二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容，电压互感器一次侧的一输入端与第一电阻连接；电压互感器输出端一端串联有第三电阻，另一输出端串联有第四电阻，所述第一电容、双极型瞬态电压抑制二极管、第二电阻并接在电压互感器与第三电阻、第四电阻之间，第三电阻、第四电阻之后并接第二电容。

进一步地，所述电压跟随器包括第一运算放大器，第一运算放大器的负相端和引出端连接；第一运算放大器的正相端连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，第一运算放大器的引出端连接差分放大电路的一输入端。

进一步地，所述差分放大电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、和第二运算放大器；第二运算放大器的正相端通过第五电阻与所述第一运算放大器的引出端连接；所述第二运算放大器的引出端通过第八电阻与第二运算放大器的负相端连接；所述第二运算放大器的负相端通过第六电阻与所述滞回电路输出端连接；所述第二运算放大器的正相端通过第七电阻接地。

进一步地，所述整流滤波电路包括第一整流二极管、第三电容、第九电阻，所述第一整流二极管阳极接入电压跟随器与窗口差分放大电路输出端，所述第一整流二极管阴极连接并联的第三电容和第九电阻，所述并联的第三电容和第九电阻的另一端接地。

进一步地，所述滞回比较电路包括比较器、电压基准芯片、第二整流二极管、第十电阻、第十一电阻，所述电压基准芯片的IN端接入第一电源；所述电压基准芯片的OUT端连接第二整流二极管的阳极，所述第二整流二极管的阴极连接比较器的正相端，比较器的负相端与所述电压跟随器与窗口差分放大电路输出端连接，比较器的引出端与控制切换电路连接；所述电压基准芯片的GND端串联第十一电阻与电压互感采样电路输出端连接，所述电压基准芯片的GND端串联第十电阻与差分放大电路负相端连接；所述所述电压基准芯片的GND端接地。

进一步地，所述控制切换电路包括继电器、第十二电阻、第十三电阻、第四整流二极管、三极管，所述三极管基极通过第十二电阻连接所述比较器的引出端，所述三极管的基极通过第十三电阻连接第二电源，所述三极管的发射极连接第二电源，所述三极管的集电极连接第四整流二极管的阴极，所述第四整流二极管的阳极接地；所述三极管的集电极连接继电器的1脚，所述第四整流二极管的阳极连接继电器的12脚。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明使用电压互感采样电路实现交流电源与后续保护电路的磁隔离，避免了交流电源干扰引入，保证电路工作的稳定可靠；另一方面对整流二极管做温度补偿，同时使用电压跟随与窗口差分放大技术，基本上可以忽略整流二极管电压随温度变化产生的影响，从而做到高精度欠压保护。

附图说明

图1为本发明交流电源欠压切换电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1为本发明一种交流电源欠压切换电路的电路图。如图1所示，一种交流电源欠压切换电路，包括：电压互感采样电路、电压跟随器与窗口差分放大电路、整流滤波电路、滞回比较电路、控制切换电路。

电压互感采样电路用于采样输入电压并输出低电压交流信号，电压互感采样电路的输入端连接交流电源，电压互感采样电路输出端连接电压跟随器与窗口差分放大电路输入端和滞回电路输出端。

所述电压跟随器与窗口差分放大电路用于对低电压交流信号进行放大为正弦信号，所述电压跟随器与窗口差分放大电路包括电压跟随器和差分放大电路；电压跟随器连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，电压跟随器的输出端与所述差分放大电路的一输入端连接，差分放大电路的另一输入端与滞回电路输出端连接，差分放大电路的输出端与整流滤波电路输入端连接。

整流滤波电路用于将所述正弦信号转换为直流信号，整流滤波电路的输出端连接所述滞回电路一输入端。

滞回比较电路的另一个输入端输入基准信号，滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，滞回比较电路一输出端将比较结果信号输入至控制切换电路，滞回比较电路另一输出端连接电压互感采样电路输出端用于对电压互感采样电路输出的低电压交流信号进行抬升。

所述控制切换电路用于将输入电压与控制切换电路的电压阈值比较，控制电路导通，为所述后续电压转换电路提供稳定工作电压。

该发明电路的原理如下：电压互感采样电路将输入交流电源进行降压，转变为低电压交流信号，所述低电压交流信号输入至电压跟随器与窗口差分放大电路，对低电压交流信号进行放大，放大后的正弦信号经差分放大电路放大后输入至整流滤波电路，将正弦信号转换为直流信号，直流信号作为滞回比较电路的一个输入端，滞回比较电路的另一个输入端输入基准信号，滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，并将比较结果信号输入至控制切换电路；将输入电压与控制切换电路的电压阈值比较，控制电路导通，为所述后续电压转换电路提供稳定工作电压，同时基准信号与所述电压互感采样电路一输出端连接，用于将所述电压互感采样电路输出的低电压交流信号抬升，便于后续滞回比较电路进行比较。

在本发明的一些实施例中，所述电压互感采样电路包括电压互感器T、第一电阻R1、第一电容C1、双极型瞬态电压抑制二极管V1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2，电压互感器T一次侧的一输入端与第一电阻R1连接；电压互感器T输出端一端串联有第三电阻R3，另一端串联有第四电阻R4，所述第一电容C1、双极型瞬态电压抑制二极管V1、第二电阻R2并接在电压互感器与第三电阻R3、第四电阻R4之间，第三电阻R3、第四电阻R4之后并接第二电容C2。使用电压互感器实现交流电源与后续保护电路的磁隔离，避免交流电源干扰引入，保证电路工作的稳定可靠。具体的，第二电容C2的1端连接电压跟随器的输入端，第二电容C2的2端连接滞回比较电路的输出端，即第二电容C2的2端电压来自滞回比较电路的电压基准芯片，将交流信号抬高，使第二电容C2的1端产生没有负极的正弦波信号，便于后续单电源供电的比较器进行比较。

在本发明的一些实施例中，所述电压跟随器包括第一运算放大器D1，第一运算放大器D1的负相端和引出端连接；第一运算放大器D1的正相端连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，第一运算放大器D1的引出端连接差分放大电路的一输入端。电压跟随器在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用；且由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响。

在本发明的一些实施例中，所述差分放大电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第二运算放大器D2；第二运算放大器D2的正相端通过第五电阻R5与所述第一运算放大器D1的引出端连接；所述第二运算放大器D2的引出端通过第八电阻R8与第二运算放大器D2的负相端连接；所述第二运算放大器D2的负相端通过第六电阻R6与所述滞回电路输出端连接；所述第二运算放大器D2的正相端通过第七电阻R7接地。差分放大电路把两个输入电压的差值加以放大，即放大差分信号，抑制共模信号。

在本发明的一些实施例中，所述整流滤波电路包括第一整流二极管、第三电容C3、第九电阻R9，所述第一整流二极管V2-1阳极接入电压跟随器与窗口差分放大电路输出端，所述第一整流二极管V2-1阴极连接并联的第三电容C3和第九电阻R9，所述并联的第三电容C3和第九电阻R9的另一端接地。第九电阻R9起到泄放第三电容C3上电压的作用，避免输入电压降低时，第三电容C3上电压不降的问题。

在本发明的一些实施例中，所述滞回比较电路包括比较器、电压基准芯片、第二整流二极管V2-2、第十电阻R10、第十一电阻R11，所述电压基准芯片的IN端接入第一电源；所述电压基准芯片的OUT端连接第二整流二极管V2-2的阳极，所述第二整流二极管V2-2的阴极连接比较器的正相端，比较器D3的负相端与所述电压跟随器与窗口差分放大电路输出端连接，比较器D3的引出端与控制切换电路连接；所述电压基准芯片的GND端串联第十一电阻R11与电压互感采样电路输出端连接，所述电压基准芯片的GND端串联第十电阻R10与差分放大电路负相端连接；所述所述电压基准芯片的GND端接地。其中，所述电压基准芯片的型号为REF3130AIDBZ。滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，滞回比较电路一输出端将比较结果信号输入至控制切换电路，滞回比较电路另一输出端连接电压互感采样电路输出端用于对电压互感采样电路输出的低电压交流信号进行抬升。

在本发明的一些实施例中，所述控制切换电路包括继电器J1、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四整流二极管V4、三极管V3，所述三极管V3基极b通过第十二电阻R12连接所述比较器D3的引出端，所述三极管V3的基极b通过第十三电阻R13连接第二电源，所述三极管V3的发射极e连接第二电源，所述三极管V3的集电极c连接第四整流二极管V4的阴极，所述第四整流二极管V4的阳极接地；所述三极管V3的集电极c连接继电器的1脚，所述第四整流二极管V4的阳极连接继电器J1的12脚。其中，继电器J1的型号为TX2-5V，继电器J1中5脚为L1、8脚为N1、4脚为L、9脚为N、3脚为L2、10脚为N2，其中，L1/N1与L2/N2为两路输入电源，L/N为输出电源为AC/DC电源模块供电。当L1/N1与L2/N2都有220V电压时，继电器J1触脚4、触脚5导通，触脚8、触脚9导通，则L/N的电压来自L1/N1；当L1/N1电压低于阈值则发生欠压保护事件，此时继电器J1触脚4、触脚5断开，触脚8、触脚9断开，则L/N的电压来自L2/N2，从而实现L1/N1欠压时切换到L2/N2供电。

本发明中第二电容C2的2端电压来自电压基准芯片，将交流信号抬高，使第二电容C2的1端产生没有负极的正弦波信号，便于后续单电源供电的比较器进行比较；第一整流二极管V2-1与第二整流二极管V2-2集成于同一芯片内温度参数相同，故当第一整流二极管V2-1因温度变化时，第二整流二极管V2-2也向同一方向变化，起到稳定补偿作用，从而使比较器D3两个输入端电压差基本不变，即使补偿后随温度变化会有有微弱电压，相比于放大后的输入信号该电压也可忽略不计。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，包括：电压互感采样电路、电压跟随器与窗口差分放大电路、整流滤波电路、滞回比较电路、控制切换电路；

所述电压互感采样电路用于采样输入电压并输出低电压交流信号，电压互感采样电路的输入端连接输入交流电源，电压互感采样电路输出端连接电压跟随器与窗口差分放大电路输入端和滞回电路输出端；

所述电压跟随器与窗口差分放大电路用于对低电压交流信号进行放大为正弦信号，所述电压跟随器与窗口差分放大电路包括电压跟随器和差分放大电路；电压跟随器连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，电压跟随器的输出端与所述差分放大电路的一输入端连接，差分放大电路的另一输入端与滞回电路输出端连接，差分放大电路的输出端与整流滤波电路输入端连接；

所述整流滤波电路用于将所述正弦信号转换为直流信号，整流滤波电路的输出端连接所述滞回电路一输入端；

所述滞回比较电路的另一个输入端输入基准信号，滞回比较电路对整流滤波电路后的直流信号和基准信号进行比较，滞回比较电路一输出端将比较结果信号输入至控制切换电路，滞回比较电路另一输出端连接电压互感采样电路输出端用于对电压互感采样电路输出的低电压交流信号进行抬升；

所述控制切换电路用于将输入电压与控制切换电路的电压阈值比较，控制电路导通，为所述后续电压转换电路提供稳定工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述电压互感采样电路包括电压互感器、第一电阻、第一电容、双极型瞬态电压抑制二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻，电压互感器一次侧的一输入端与第一电阻连接；电压互感器输出端一端串联有第三电阻，另一端第四电阻，所述第一电容、双极型瞬态电压抑制二极管、第二电阻并接在电压互感器与第三电阻、第四电阻之间，第三电阻、第四电阻之后并接第二电容。

3.根据权利要求1所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述电压跟随器包括第一运算放大器，第一运算放大器的负相端和引出端连接；第一运算放大器的正相端连接电压互感采样电路输出端和滞回电路输出端，第一运算放大器的引出端连接差分放大电路的一输入端。

4.根据权利要求3所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、和第二运算放大器；第二运算放大器的正相端通过第五电阻与所述第一运算放大器的引出端连接；所述第二运算放大器的引出端通过第八电阻与第二运算放大器的负相端连接；所述第二运算放大器的负相端通过第六电阻与所述滞回电路输出端连接；所述第二运算放大器的正相端通过第七电阻接地。

5.根据权利要求1所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述整流滤波电路包括第一整流二极管、第三电容、第九电阻，所述第一整流二极管阳极接入电压跟随器与窗口差分放大电路输出端，所述第一整流二极管阴极连接并联的第三电容和第九电阻，所述并联的第三电容和第九电阻的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述滞回比较电路包括比较器、电压基准芯片、第二整流二极管、第十电阻、第十一电阻，所述电压基准芯片的IN端接入第一电源；所述电压基准芯片的OUT端连接第二整流二极管的阳极，所述第二整流二极管的阴极连接比较器的正相端，比较器的负相端与所述电压跟随器与窗口差分放大电路输出端连接，比较器的引出端与控制切换电路连接；所述电压基准芯片的GND端串联第十一电阻与电压互感采样电路输出端连接，所述电压基准芯片的GND端串联第十电阻与差分放大电路负相端连接；所述所述电压基准芯片的GND端接地。

7.根据权利要求6所述的一种交流电源欠压切换电路，其特征在于，所述控制切换电路包括继电器、第十二电阻、第十三电阻、第四整流二极管、三极管，所述三极管基极通过第十二电阻连接所述比较器的引出端，所述三极管的基极通过第十三电阻连接第二电源，所述三极管的发射极连接第二电源，所述三极管的集电极连接第四整流二极管的阴极，所述第四整流二极管的阳极接地；

所述三极管的集电极连接继电器的1脚，所述第四整流二极管的阳极连接继电器的12脚。

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