CN201282326Y - 一种输入电源过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种输入电源过压保护电路，包括防反电路、共模电感滤波电路、TVS防瞬态过压电路、电容组滤波电路，所述的防反电路前端接电源、后端接共模电感电路，所述的TVS防瞬态过压电路前端接共模电感电路，后端接电容组滤波电路，所述的电容组滤波电路的后端接过压检测电路、控制信号产生电路和动作执行电路。本实用新型采用直接检测电阻分压值作为光耦的开通条件，从检测到电源过压到继电器产生关断动作的时间在十毫秒以内。本实用新型实现了保护电压等级的线性调节和电路保护功能的自动恢复，大大减少了电路的维护和维修。本实用新型采用无源器件，使得保护电路对电源的依赖性大大降低，从而使保护更加可靠。

Description

一种输入电源过压保护电路
技术领域
本实用新型涉及一种输入电源过压保护电路，特别是列车车辆控制系统中常用的24V输入电源过压保护电路。
背景技术
24V是列车车辆控制系统常见的一个电压等级。对于控制系统来讲，稳定的输入电源是保证系统安全可靠工作的基本条件，但在实际工况下，电源波动是一种正常的现象，过高或过低的电压会导致控制电路中的芯片出现异常甚至损毁，因此在一般的控制电路中都采用有隔离的稳压电源模块为系统供电。但这些电源模块本身也不能承受超范围的电压，因此，有必要设计一种输入电源过压保护电路对输入电源进行检测和保护。传统的输入保护电路功能比较简单，如附图1所示，电路的保护功能全靠瞬态电压抑制器TVS来实现，由于瞬态电压抑制器TVS的电压等级是固定的，不可能根据需要来进行任意调节，再加上瞬态电压抑制器TVS的保护具有不可恢复性即瞬态电压抑制器TVS在完成保护电路的使命后便烧毁，而在实际工作环境中，不可能做到随时更换烧毁的瞬态电压抑制器TVS，瞬态电压抑制器TVS一旦烧毁，此后的电路便处于无保护状态，这种情况对于电路来说是十分危险的。如果对输入电源有较高的要求，一种改进的保护电路是把输入电压降压处理后直接进行A/D采样并在控制芯片中对电压进行检测，如果电压超过保护值后芯片输出信号切断主电路，但这种办法需要用到有源芯片，有源芯片本身需要电源的支持，一旦电源电压超出芯片使用范围也会使芯片处于不稳定状态甚至烧毁。即使给芯片供电的是特定的稳压电源模块，电源模块的输入电压也是有范围的，换句话说就是采用有源芯片就对电源有了依赖。综上所述，现有技术存在的主要问题是：
1、采用瞬态电压抑制器TVS，保护电压的等级是固定的，不能根据需要进行线性调整。
2、由于瞬态电压抑制器TVS的保护功能是一次性的，烧毁后使被保护电路处于无保护的状态，在输入电压严重超范围的情况下保护电路本身就已经处于不可靠的状态，安全性和可靠性受到很大影响。
3、采用有源芯片仍然依赖输入电源。
发明内容
为克服现有输入电源过压保护电路的上述缺点，本实用新型要设计一种采用无源器件、既可以方便调节保护电压等级又可以自动恢复保护功能的输入电源过压保护电路。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种输入电源过压保护电路包括防反电路、共模电感滤波电路、TVS防瞬态过压电路、电容组滤波电路，所述的防反电路前端接电源、后端接共模电感电路，所述的TVS防瞬态过压电路前端接共模电感电路，后端接电容组滤波电路，所述的电容组滤波电路的后端接过压检测电路、控制信号产生电路和动作执行电路。
本实用新型所述的电压检测电路为桥式电路，由稳压管桥臂和电阻桥臂组成，所述的稳压管桥臂由一个电阻R1、两个稳压管VZ1、VZ2串联，电阻R1的一端连接到电源正线、另一端与稳压管VZ1相连，稳压管VZ2一端与稳压管VZ1相连、另一端接电源地线，在稳压管VZ2与稳压管VZ1的连接点引出一条线，连接到控制信号产生电路中光耦OT1的输入负端，所述的电阻桥臂由两个串联电阻R2、R3组成，电阻R2的一端与电源正线相连、另一端与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电源地线相连，在电阻R2与电阻R3的连接点引出一条线与一个限流电阻R4串联。
本实用新型所述的控制信号产生电路由一个四脚光耦OT1、一个限流电阻R4和一个稳压管VZ3组成，电阻R4与光耦OT1的输入正端连接，稳压管VZ3的阴极接光耦OT1的输入正端，阳极接光耦OT1的输入负端，光耦OT1的输出正端接动作执行电路中继电器K1线圈的负端，光耦OT1的输出负端接电源地线。
本实用新型所述的动作执行电路由继电器K1、防止继电器K1线圈反向供电的防反二极管VD2、继电器K1线圈尖峰电压吸收电容C4、继电器K1输出尖峰电压吸收电阻R5和吸收电容C5组成，所述的继电器K1线圈正端接电源的正线、负端接控制信号产生电路中光耦OT1的输出正端，防反二极管VD2的阴极接继电器K1线圈正端，阳极接继电器K1线圈负端，电容C4与防反二极管VD2并联，继电器K1的常闭触点的动触点接电源的正线、静触点引出线为被保护电路的电源正线，常开触点为继电器K1状态检测端，电阻R5与电容C5串联接到继电器K1的两个开触点上，电阻R5的一端接继电器K1的常开触点静触点、另一端与电容C5串联，电容C5的另一端接继电器K1的常开触点动触点。
与现有技术比较，本实用新型具有以下有益效果：
1、由于本实用新型采用直接检测电阻分压值作为光耦的开通条件，用光耦控制继电器、继电器控制电源的开通和关断，从检测到电源过压到继电器产生关断动作的时间在十毫秒以内，而现有技术的处理速度往往需要几十毫秒甚至上百毫秒，可见本实用新型的响应速度要比现有技术快几倍甚至十几倍。
2、由于本实用新型采用稳压二极管的稳压值作为参考电压，电阻分压取得的电压作为比较电压，两电压的差值作为光耦的开通电压。电阻取得的分压值完全取决于两个分压电阻的比例。由此可以看出，只需调节两个分压电阻的比例就可以随意调节电路的保护电压等级，实现了保护电压等级的线性调节。
3、由于本实用新型检测到电源过压后就会使继电器动作切断电路，当电源电压恢复到保护电压等级以下时，继电器动作恢复供电，再次故障时重复上述动作，实现了电路保护功能的自动恢复，大大减少了电路的维护和维修。
4、由于本实用新型采用的器件均是无源器件，使得保护电路对电源的依赖性大大降低，从而使保护更加可靠。
附图说明
本实用新型共有附图两张，其中：
图1是现有输入电源过压保护电路示意图。
图2是本实用新型的输入电源过压保护电路示意图。
图中，1、防反电路，2、共模电感滤波电路，3、防瞬态过压电路，4、电容滤组波电路，5、过压检测电路，6、控制信号产生电路，7、动作执行电路，8、稳压管桥臂，9、电阻桥臂。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步的说明。如图2所示，一种输入电源过压保护电路包括防反电路1、共模电感滤波电路2、TVS防瞬态过压电路3、电容组滤波电路4，所述的防反电路1前端接电源、后端接共模电感电路2，所述的TVS防瞬态过压电路3前端接共模电感电路2，后端接电容组滤波电路4，所述的电容组滤波电路4的后端接过压检测电路5、控制信号产生电路6和动作执行电路7。所述的电压检测电路5为桥式电路，由稳压管桥臂8和电阻桥臂9组成，所述的稳压管桥臂8由一个电阻R1、两个稳压管VZ1、VZ2串联，电阻R1的一端连接到电源正线、另一端与稳压管VZ1相连，稳压管VZ2一端与稳压管VZ1相连、另一端接电源地线，在稳压管VZ2与稳压管VZ1的连接点引出一条线，连接到控制信号产生电路6中光耦OT1的输入负端，所述的电阻桥臂9由两个串联电阻R2、R3组成，电阻R2的一端与电源正线相连、另一端与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电源地线相连，在电阻R2与电阻R3的连接点引出一条线与一个限流电阻R4串联。所述的控制信号产生电路6由一个四脚光耦OT1、一个限流电阻R4和一个稳压管VZ3组成，电阻R4与光耦OT1的输入正端连接，稳压管VZ3的阴极接光耦OT1的输入正端，阳极接光耦OT1的输入负端，光耦OT1的输出正端接动作执行电路7中继电器K1线圈的负端，光耦OT1的输出负端接电源地线。所述的动作执行电路7由继电器K1、防止继电器K1线圈反向供电的防反二极管VD2、继电器K1线圈尖峰电压吸收电容C4、继电器K1输出尖峰电压吸收电阻R5和吸收电容C5组成，所述的继电器K1线圈正端接电源的正线、负端接控制信号产生电路6中光耦OT1的输出正端，防反二极管VD2的阴极接继电器K1线圈正端，阳极接继电器K1线圈负端，电容C4与防反二极管VD2并联，继电器K1的常闭触点的动触点接电源的正线、静触点引出线为被保护电路的电源正线，常开触点为继电器K1状态检测端，电阻R5与电容C5串联接到继电器K1的两个开触点上，电阻R5的一端接继电器K1的常开触点静触点、另一端与电容C5串联，电容C5的另一端接继电器K1的常开触点动触点。
本实用新型的工作过程如下：当输入电源电压不超过设定电压时，输入电源经过防反二极管VD1、共模电感TL1连接到继电器常闭触点的动作触点，从稳压管取得的稳压值记作U1，从分压电阻取得的电压记作U2，由于此时电源电压没有过压，U1>U2，光耦OT1不导通，继电器K1线圈没有回路即继电器K1处于失电状态。此时继电器K1的常闭触点处于闭合状态，因此输入电源跟后面的电路是相连的，即电路可以正常工作。电容C1、C2、C3和共模电感TL1作为电源的滤波电路以改善电源的供电质量。
当输入电源超过设定电压时，U1<U2，光耦OT1导通，继电器K1线圈与光耦OT1构成回路，继电器K1得电，常闭触点断开常开触点闭合，输入电源与被保护电路断开。电容C4在动作期间吸收继电器K1线圈通电瞬间的尖峰电压以保护线圈。
当输入电源从过压状态恢复正常电压状态时，U1>U2，光耦OT1从开通状态转换到闭合，继电器K1线圈回路被光耦OT1切断，继电器K1由得电状态转到失电状态，继电器K1常闭触点闭合，被保护电路与电源重新连接，恢复正常工作。防反二极管VD2在继电器K1线圈断电瞬间为继电器K1线圈续流，以保护继电器K1线圈和光耦OT1不受冲击。
本实用新型电路的主要参数计算方法如下：假定保护电压值为Umax，光耦OT1开通电压为UOT1，则分压电阻比例为：R2/R3＝[Umax/(UVZ2+UOT1)-1]，且R2/R3>＝24/UVZ2-1，电阻R2、R3的具体值要根据保护电压等级的具体值和光耦OT1的具体型号来定。

Claims (4)

1、一种输入电源过压保护电路，包括防反电路(1)、共模电感滤波电路(2)、TVS防瞬态过压电路(3)、电容组滤波电路(4)，所述的防反电路(1)前端接电源、后端接共模电感电路(2)，所述的TVS防瞬态过压电路(3)前端接共模电感电路(2)，后端接电容组滤波电路(4)，其特征在于：所述的电容组滤波电路(4)的后端接过压检测电路(5)、控制信号产生电路(6)和动作执行电路(7)。
2、根据权利要求1所述的输入电源过压保护电路，其特征在于：所述的电压检测电路(5)为桥式电路，由稳压管桥臂(8)和电阻桥臂(9)组成，所述的稳压管桥臂(8)由一个电阻R1、两个稳压管VZ1、VZ2串联，电阻R1的一端连接到电源正线、另一端与稳压管VZ1相连，稳压管VZ2一端与稳压管VZ1相连、另一端接电源地线，在稳压管VZ2与稳压管VZ1的连接点引出一条线，连接到控制信号产生电路(6)中光耦OT1的输入负端，所述的电阻桥臂(9)由两个串联电阻R2、R3组成，电阻R2的一端与电源正线相连、另一端与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电源地线相连，在电阻R2与电阻R3的连接点引出一条线与一个限流电阻R4串联。
3、根据权利要求1所述的输入电源过压保护电路，其特征在于：所述的控制信号产生电路(6)由一个四脚光耦OT1、一个限流电阻R4和一个稳压管VZ3组成，电阻R4与光耦OT1的输入正端连接，稳压管VZ3的阴极接光耦OT1的输入正端，阳极接光耦OT1的输入负端，光耦OT1的输出正端接动作执行电路(7)中继电器K1线圈的负端，光耦OT1的输出负端接电源地线。
4、根据权利要求1所述的输入电源过压保护电路，其特征在于：所述的动作执行电路(7)由继电器K1、防止继电器K1线圈反向供电的防反二极管VD2、继电器K1线圈尖峰电压吸收电容C4、继电器K1输出尖峰电压吸收电阻R5和吸收电容C5组成，所述的继电器K1线圈正端接电源的正线、负端接控制信号产生电路(6)中光耦OT1的输出正端，防反二极管VD2的阴极接继电器K1线圈正端，阳极接继电器K1线圈负端，电容C4与防反二极管VD2并联，继电器K1的常闭触点的动触点接电源的正线、静触点引出线为被保护电路的电源正线，常开触点为继电器K1状态检测端，电阻R5与电容C5串联接到继电器K1的两个开触点上，电阻R5的一端接继电器K1的常开触点静触点、另一端与电容C5串联，电容C5的另一端接继电器K1的常开触点动触点。
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