CN116914750A - 一种配电柜安全保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电柜安全保护电路，涉及安全供电领域，该配电柜安全保护电路包括：供电开关模块，用于将输入电压供给后级负载；开关控制模块，用于控制供电开关模块的内置开关闭合与否，来控制供电开关模块是否导通；并控制是否为电压上升模块、检测输出模块供电；电压上升模块，用于输出逐渐增大的电压，供给方波输出模块；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置电压上升模块、方波输出模块，来控制供电开关模块的双向可控硅单位导通时间由低至高，防止供电开关模块内置开关闭合时产生瞬间大电流，出现电火花；设置检测输出模块，驱动双向可控硅在单位时间内完全导通，避免输出给后级负载的电压降低。

Description

一种配电柜安全保护电路

技术领域

本发明涉及安全供电领域，具体是一种配电柜安全保护电路。

背景技术

配电柜是配电系统的末级设备，通过控制内置开关，来选择为后级负载进行供电。在使用机械式开关控制是否为后级负载供电的时候，闭合会产生电火花。长期会对开关触点造成腐蚀损坏，并有可能导致火灾或者爆炸。

因此，需要对现有的配电柜开关控制进行改进，避免或减小开关闭合时产生电火花。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电柜安全保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种配电柜安全保护电路，包括：

供电开关模块，用于将输入电压供给后级负载；

开关控制模块，用于控制供电开关模块的内置开关闭合与否，来控制供电开关模块是否导通；并控制是否为电压上升模块、检测输出模块供电；

电压上升模块，用于输出逐渐增大的电压，供给方波输出模块；

方波输出模块，用于根据逐渐增大的电压，输出单位时间内占空比减小的方波信号，改变供电开关模块的导通程度；

检测输出模块，用于检测方波信号，在方波信号单位时间内占空比减小至设定值时，驱动供电开关模块完全导通；

开关控制模块的第一输出端连接供电开关模块的第一输入端，开关控制模块的第二输出端连接电压上升模块的输入端、检测输出模块的第一输入端，电压上升模块的输出端连接方波输出模块的输入端，方波输出模块的第一输出端连接检测输出模块的第二输入端，方波输出模块的第二输出端连接供电开关模块的第二输入端，检测输出模块的输出端连接供电开关模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：供电开关模块包括第三开关、第四开关、第一可控硅、第二可控硅、第一电阻、第二电阻，第三开关的一端连接火线，第三开关的另一端连接第一可控硅的第一端、第一电阻的一端，第一可控硅的第二端连接第一电阻的另一端、负载，第四开关的一端连接零线，第四开关的另一端连接第二可控硅的第一端、第二电阻的一端，第二可控硅的第二端连接第二电阻的另一端、负载，第一可控硅的第三端连接方波输出模块的第二输出端、检测输出模块的输出端，第二可控硅的第三端连接方波输出模块的第二输出端、检测输出模块的输出端。

作为本发明再进一步的方案：开关控制模块包括第一开关、第二开关、第三电阻、第一二极管、继电器，第一开关的一端连接第二开关的一端、供电电压，第二开关的另一端连接电压上升模块的输入端、检测输出模块的第一输入端，第一开关的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一二极管的负极、继电器的一端，继电器的另一端接地，第一二极管的正极接地。

作为本发明再进一步的方案：电压上升模块包括第一电位器、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一三极管、第六电阻，第一电位器的一端连接开关控制模块的第二输出端、第五电阻的一端，第一电位器的另一端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第一电容的一端、第一三极管的基极，第一电容的另一端接地，第一三极管的集电极连接第五电阻的另一端，第一三极管的发射极连接第六电阻的一端、方波输出模块的输入端，第六电阻的另一端接地。

作为本发明再进一步的方案：方波输出模块包括第二电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、放大器、反相器、第二二极管，放大器的同相电源端连接电压上升模块的输出端，放大器的同相端连接第七电阻的一端、第八电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第八电阻的另一端连接第九电阻的一端、第十电阻的一端、反相器的输入端，第九电阻的另一端连接放大器的输出端，放大器的反相端连接第十电阻的另一端、第二电容的一端，第二电容的另一端接地，反相器的输出端连接检测输出模块的第二输入端、第二二极管的正极，第二二极管的负极连接供电开关模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：检测输出模块包括：

占空比检测单元，用于检测方波信号单位时间内占空比是否达到设定值，达到时为驱动输出单元提供触发信号；

驱动输出单元，用于接收到触发信号时，持续输出电压供给供电开关模块；

占空比检测单元的输入端连接方波输出模块的第一输出端，占空比检测单元的输出端连接驱动输出单元的输入端，驱动输出单元的输出端连接供电开关模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：占空比检测单元包括第三二极管、第三电容、第十一电阻、第二电位器、第十二电阻、第四二极管，第三二极管的正极连接方波输出模块的第一输出端，第三二极管的负极连接第三电容的一端、第十一电阻的一端、第二电位器的一端，第三电容的另一端接地，第十一电阻的另一端接地，第二电位器的另一端连接第十二电阻的一端，第十二电阻的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接驱动输出单元的输入端。

作为本发明再进一步的方案：驱动输出单元包括第十三电阻、第三可控硅、第五二极管，第十三电阻的一端连接开关控制模块的第二输出端，第十三电阻的另一端连接第三可控硅的第一端，第三可控硅的第二端连接第五二极管的正极，第五二极管的负极连接供电开关模块的第二输入端，第三可控硅的第三端连接占空比检测单元的输出端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置电压上升模块、方波输出模块，来控制供电开关模块的双向可控硅单位导通时间由低至高，防止供电开关模块内置开关闭合时产生瞬间大电流，出现电火花；设置检测输出模块，驱动双向可控硅在单位时间内完全导通，避免输出给后级负载的电压降低。

附图说明

图1为一种配电柜安全保护电路的原理图。

图2为供电开关模块的电路图。

图3为开关控制模块的电路图。

图4为电压上升模块的电路图。

图5为方波输出模块和检测输出模块的电路图。

具体实施方式

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，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1，一种配电柜安全保护电路，包括：

供电开关模块1，用于将输入电压供给后级负载；

开关控制模块2，用于控制供电开关模块1的内置开关闭合与否，来控制供电开关模块1是否导通；并控制是否为电压上升模块3、检测输出模块5供电；

电压上升模块3，用于输出逐渐增大的电压，供给方波输出模块4；

方波输出模块4，用于根据逐渐增大的电压，输出单位时间内占空比减小的方波信号，改变供电开关模块1的导通程度；

检测输出模块5，用于检测方波信号，在方波信号单位时间内占空比减小至设定值时，驱动供电开关模块1完全导通；

开关控制模块2的第一输出端连接供电开关模块1的第一输入端，开关控制模块2的第二输出端连接电压上升模块3的输入端、检测输出模块5的第一输入端，电压上升模块3的输出端连接方波输出模块4的输入端，方波输出模块4的第一输出端连接检测输出模块5的第二输入端，方波输出模块4的第二输出端连接供电开关模块1的第二输入端，检测输出模块5的输出端连接供电开关模块1的第二输入端。

在本实施例中：请参阅图2，供电开关模块1包括第三开关S3、第四开关S4、第一可控硅Z1、第二可控硅Z2、第一电阻R1、第二电阻R2，第三开关S3的一端连接火线L，第三开关S3的另一端连接第一可控硅Z1的第一端、第一电阻R1的一端，第一可控硅Z1的第二端连接第一电阻R1的另一端、负载，第四开关S4的一端连接零线N，第四开关S4的另一端连接第二可控硅Z2的第一端、第二电阻R2的一端，第二可控硅Z2的第二端连接第二电阻R2的另一端、负载，第一可控硅Z1的第三端连接方波输出模块4的第二输出端、检测输出模块5的输出端，第二可控硅Z2的第三端连接方波输出模块4的第二输出端、检测输出模块5的输出端。

常规状况下第三开关S3、第四开关S4弹开，火线L、零线N的电压不通过供电开关模块1输出给后级负载；接收到开关控制模块2的控制后，第三开关S3、第四开关S4闭合，电压通过供电开关模块1供给后级负载。

在另一个实施例中：这里举例为火线L和零线N供电，也可以为直流电供电、三相交流电供电。

在本实施例中：请参阅图3，开关控制模块2包括第一开关S1、第二开关S2、第三电阻R3、第一二极管D1、继电器J3，第一开关S1的一端连接第二开关S2的一端、供电电压，第二开关S2的另一端连接电压上升模块3的输入端、检测输出模块5的第一输入端，第一开关S1的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一二极管D1的负极、继电器J3的一端，继电器J3的另一端接地，第一二极管D1的正极接地。

第一开关S1和第二开关S2为双刀双掷开关，一起闭合或者一起弹开，闭合后，继电器J3得电工作，控制第三开关S3、第四开关S4闭合，同时供电电压通过第二开关S2为后级电路供给电压VCC。

在另一个实施例中：第一开关S1、第二开关S2也可为独立开关，这样使用者使用时，需要分别控制两个开关。

在本实施例中：请参阅图4，电压上升模块3包括第一电位器RP1、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第一三极管V1、第六电阻R6，第一电位器RP1的一端连接开关控制模块2的第二输出端、第五电阻R5的一端，第一电位器RP1的另一端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第一电容C1的一端、第一三极管V1的基极，第一电容C1的另一端接地，第一三极管V1的集电极连接第五电阻R5的另一端，第一三极管V1的发射极连接第六电阻R6的一端、方波输出模块4的输入端，第六电阻R6的另一端接地。

电压VCC输入，经过第一电位器RP1、第四电阻R4为第一电容C1充电，随着第一电容C1充电，第一三极管V1的导通程度增加，使得流经第六电阻R6的电流增大，第六电阻R6上的电压VDD也会逐渐增大。将随着时间逐渐增大的电压VDD输出给方波输出模块4。

在另一个实施例中：可将第一电位器RP1换成普通电阻，这样将无法调节电压VDD的改变速度。

在本实施例中：请参阅图5，方波输出模块4包括第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、放大器U1、反相器U2、第二二极管D2，放大器U1的同相电源端连接电压上升模块3的输出端，放大器U1的同相端连接第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端，第七电阻R7的另一端接地，第八电阻R8的另一端连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端、反相器U2的输入端，第九电阻R9的另一端连接放大器U1的输出端，放大器U1的反相端连接第十电阻R10的另一端、第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地，反相器U2的输出端连接检测输出模块5的第二输入端、第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接供电开关模块1的第二输入端。

放大器U1的同相端电压高于反相端电压时，放大器U1输出电压VDD，经过第九电阻R9、第十电阻R10为第二电容C2充电，随着第二电容C2充电的进行，放大器U1反相端电压高于同相端电压，放大器U1的反相电源端接地，使得放大器U1输出低电平，此时第二电容C2通过第十电阻R10放电，第二电容C2放电使得放大器U1反相端电压低于同相端电压时，放大器U1再次输出高电平为第二电容C2充电，往复如此，形成方波信号，基于电压VDD随着时间逐渐增大，使得第二电容C2充电时间减少，放电时间不变，形成的方波信号随着时间占空比增大，经过反相器U2，输出的方波信号随着时间占空比减小，输出给第一可控硅Z1、第二可控硅Z2，使得第一可控硅Z1、第二可控硅Z2在单位时间内导通的时间增加。

即在第一开关S1、第二开关S2按下后，第三开关S3、第四开关S4闭合，通过公共点A输出随着时间占空比减小的方波信号来控制第一可控硅Z1、第二可控硅Z2导通，即随着时间第一可控硅Z1、第二可控硅Z2单位时间内导通的时间增加，火线L和零线N输出电压经过供电开关模块1输出给后级负载的电压随着时间增加，来避免瞬间闭合开关产生大电流，出现电火花。

在另一个实施例中：可以将反相器U2换成PMOS管（G极连接方波信号，S极连接供电电压，D极连接第二二极管D2）来输出电压驱动第一可控硅Z1、第二可控硅Z2。

在本实施例中：请参阅图5，检测输出模块5包括：

占空比检测单元，用于检测方波信号单位时间内占空比是否达到设定值，达到时为驱动输出单元提供触发信号；

驱动输出单元，用于接收到触发信号时，持续输出电压供给供电开关模块1；

占空比检测单元的输入端连接方波输出模块4的第一输出端，占空比检测单元的输出端连接驱动输出单元的输入端，驱动输出单元的输出端连接供电开关模块1的第二输入端。

在本实施例中：请参阅图5，占空比检测单元包括第三二极管D3、第三电容C3、第十一电阻R11、第二电位器RP2、第十二电阻R12、第四二极管D4，第三二极管D3的正极连接方波输出模块4的第一输出端，第三二极管D3的负极连接第三电容C3的一端、第十一电阻R11的一端、第二电位器RP2的一端，第三电容C3的另一端接地，第十一电阻R11的另一端接地，第二电位器RP2的另一端连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接第四二极管D4的负极，第四二极管D4的正极连接驱动输出单元的输入端。

检测经过反相器U2的方波信号，在方波信号占空比达到设定值时，经过第三二极管D3、第三电容C3在第十一电阻R11上形成的电压较大，足以通过第二电位器RP2、第十二电阻R12导通第四二极管D4（稳压二极管），为驱动输出单元提供高电平。

在另一个实施例中：可以将第二电位器RP2换成电阻，这样将无法调节触发第四二极管D4导通的方波信号占空比设定值。

在本实施例中：请参阅图5，驱动输出单元包括第十三电阻R13、第三可控硅Z3、第五二极管D5，第十三电阻R13的一端连接开关控制模块2的第二输出端，第十三电阻R13的另一端连接第三可控硅Z3的第一端，第三可控硅Z3的第二端连接第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极连接供电开关模块1的第二输入端，第三可控硅Z3的第三端连接占空比检测单元的输出端。

高电平输入至第三可控硅Z3的第三端，第三可控硅Z3导通，电压VCC通过第三可控硅Z3、第五二极管D5为第一可控硅Z1、第二可控硅Z2的第三端持续提供高电平，第一可控硅Z1、第二可控硅Z2完全导通，火线L和零线N的电压通过第三开关S3、第四开关S4、第一可控硅Z1、第二可控硅Z2（此时第一可控硅Z1、第二可控硅Z2完全导通，电流不通过第一电阻R1、第二电阻R2）为后级负载供电，第三开关S3、第四开关S4、第一可控硅Z1、第二可控硅Z2压降很小，减少电流传输损失。

综上，第一开关S1、第二开关S2闭合后，第三开关S3、第四开关S4闭合，第一可控硅Z1、第二可控硅Z2导通程度由低至高逐渐上升（避免瞬间大电流），随着导通程度达到设定值时，第三可控硅Z3导通，驱动第一可控硅Z1、第二可控硅Z2完全导通，来保障经过供电开关模块1的压降很小。

在另一个实施例中：可略去第十三电阻R13，第十三电阻R13用于限流，第三可控硅Z3、第五二极管D5压降小，略去后导致输出至第一可控硅Z1、第二可控硅Z2的电流较大。

本发明的工作原理是：供电开关模块1用于将输入电压供给后级负载；开关控制模块2用于控制供电开关模块1的内置开关闭合与否，来控制供电开关模块1是否导通；并控制是否为电压上升模块3、检测输出模块5供电；电压上升模块3用于输出逐渐增大的电压，供给方波输出模块4；方波输出模块4用于根据逐渐增大的电压，输出单位时间内占空比减小的方波信号，改变供电开关模块1的导通程度；检测输出模块5用于检测方波信号，在方波信号单位时间内占空比减小至设定值时，驱动供电开关模块1完全导通。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。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，本发明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囊括在本发明内。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，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种配电柜安全保护电路，其特征在于：

该配电柜安全保护电路包括：

供电开关模块，用于将输入电压供给后级负载；

开关控制模块，用于控制供电开关模块的内置开关闭合与否，来控制供电开关模块是否导通；并控制是否为电压上升模块、检测输出模块供电；

电压上升模块，用于输出逐渐增大的电压，供给方波输出模块；

方波输出模块，用于根据逐渐增大的电压，输出单位时间内占空比减小的方波信号，改变供电开关模块的导通程度；

检测输出模块，用于检测方波信号，在方波信号单位时间内占空比减小至设定值时，驱动供电开关模块完全导通；

开关控制模块的第一输出端连接供电开关模块的第一输入端，开关控制模块的第二输出端连接电压上升模块的输入端、检测输出模块的第一输入端，电压上升模块的输出端连接方波输出模块的输入端，方波输出模块的第一输出端连接检测输出模块的第二输入端，方波输出模块的第二输出端连接供电开关模块的第二输入端，检测输出模块的输出端连接供电开关模块的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，供电开关模块包括第三开关、第四开关、第一可控硅、第二可控硅、第一电阻、第二电阻，第三开关的一端连接火线，第三开关的另一端连接第一可控硅的第一端、第一电阻的一端，第一可控硅的第二端连接第一电阻的另一端、负载，第四开关的一端连接零线，第四开关的另一端连接第二可控硅的第一端、第二电阻的一端，第二可控硅的第二端连接第二电阻的另一端、负载，第一可控硅的第三端连接方波输出模块的第二输出端、检测输出模块的输出端，第二可控硅的第三端连接方波输出模块的第二输出端、检测输出模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，开关控制模块包括第一开关、第二开关、第三电阻、第一二极管、继电器，第一开关的一端连接第二开关的一端、供电电压，第二开关的另一端连接电压上升模块的输入端、检测输出模块的第一输入端，第一开关的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一二极管的负极、继电器的一端，继电器的另一端接地，第一二极管的正极接地。

4.根据权利要求1所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，电压上升模块包括第一电位器、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一三极管、第六电阻，第一电位器的一端连接开关控制模块的第二输出端、第五电阻的一端，第一电位器的另一端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第一电容的一端、第一三极管的基极，第一电容的另一端接地，第一三极管的集电极连接第五电阻的另一端，第一三极管的发射极连接第六电阻的一端、方波输出模块的输入端，第六电阻的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，方波输出模块包括第二电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、放大器、反相器、第二二极管，放大器的同相电源端连接电压上升模块的输出端，放大器的同相端连接第七电阻的一端、第八电阻的一端，第七电阻的另一端接地，第八电阻的另一端连接第九电阻的一端、第十电阻的一端、反相器的输入端，第九电阻的另一端连接放大器的输出端，放大器的反相端连接第十电阻的另一端、第二电容的一端，第二电容的另一端接地，反相器的输出端连接检测输出模块的第二输入端、第二二极管的正极，第二二极管的负极连接供电开关模块的第二输入端。

6.根据权利要求1所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，检测输出模块包括：

占空比检测单元，用于检测方波信号单位时间内占空比是否达到设定值，达到时为驱动输出单元提供触发信号；

驱动输出单元，用于接收到触发信号时，持续输出电压供给供电开关模块；

占空比检测单元的输入端连接方波输出模块的第一输出端，占空比检测单元的输出端连接驱动输出单元的输入端，驱动输出单元的输出端连接供电开关模块的第二输入端。

7.根据权利要求6所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，占空比检测单元包括第三二极管、第三电容、第十一电阻、第二电位器、第十二电阻、第四二极管，第三二极管的正极连接方波输出模块的第一输出端，第三二极管的负极连接第三电容的一端、第十一电阻的一端、第二电位器的一端，第三电容的另一端接地，第十一电阻的另一端接地，第二电位器的另一端连接第十二电阻的一端，第十二电阻的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接驱动输出单元的输入端。

8.根据权利要求6或7所述的配电柜安全保护电路，其特征在于，驱动输出单元包括第十三电阻、第三可控硅、第五二极管，第十三电阻的一端连接开关控制模块的第二输出端，第十三电阻的另一端连接第三可控硅的第一端，第三可控硅的第二端连接第五二极管的正极，第五二极管的负极连接供电开关模块的第二输入端，第三可控硅的第三端连接占空比检测单元的输出端。