CN204578059U - 一种交流电流源过压保护电路 - Google Patents

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宋昌林
陈方春
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Abstract

本实用新型公开了一种交流电流源过压保护电路，它包括稳压单元和双向可控硅Q1，所述稳压单元的一端通过电阻R1与输入端INA连接，通过电容C1与输入端INB连接，稳压单元的另一端通过电阻R2与双向可控硅Q1的G极和电容C2连接，电容C2的另一端和双向可控硅Q1的T1极均与输入端INB连接，双向可控硅Q1的T2极与输入端INA连接；所述的稳压单元包括反向串联的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2。本实用新型采用两只稳压二极管代替传统双向可控硅过压保护电路中的双向二极管；可以确保过压保护电路的稳定可靠；可以确保正负半周过压保护触发值一致。

Description

一种交流电流源过压保护电路
技术领域
本实用新型涉及过压保护领域，特别是涉及一种交流电流源过压保护电路。
背景技术
智能电网是电网的发展方向，而在线监测是智能电网的一部分。而在线监测系统的供电部分，是在线监测系统能正常运行的基础。在输电网的地线上通过电磁感应取电，可以有效解决在线监测系统的供电问题。因为地线上只要有交流电流，通过铁芯由电磁感应原理就可以取得交流电流源，类似电流互感器，取得的交流电源的功率和负载电阻阻值成正比，根据公式P=I2*R，假设电流I恒定，则功率P正比于电阻R。所以，当电阻R增大时，输出功率增大，输出电电压也增大，当负载没有消耗功率或者开路这种极端情况时，取得的交流电输出电压会大大升高，会超过电路中元件器耐压极限而损坏元器件。所以，取得的交流电必须加上过压保护电路。
如图1所示，一种传统的典型交流电流源过压保护方案，该传统方案中采用双向可控硅实现交流电流源过压保护。
该传统方案的工作原理是：直流用电设备用电电流降低，等效为直流用电设备内阻增大，直流用电设备两端电压升高，交流电流源输出电压升高。此时，过压保护电路工作原理分交流电流源正半周和负半周两种情况分析。
该传统方案过压保护电路在交流源正半周工作原理：
假设图1中A点电压相对B点电压为正，即VAB为正电压。C点相对B点为正电压，即VCB为正电压。当VCB逐步升高，达到双向二极管DB1的导通电压时，双向二极管DB1导通，电流从左到右流过双向二极管DB1、电阻R5后，给电容C2充电，然后G点电压相对B点电压为正，即VGB为正电压，当VGB达到双向可控硅VT1的正导通阀值电压时，双向可控硅VT1导通，电流从MT2流至MT1，相当于将交流电流源短路，交流电流源不再给直流用电设备供电，而由电容C3中存储的电能给直流用电设备供电。直到交流源负半周到来，此时VAB将由正转负，流过双向可控硅VT1的电流先减小，然后到零，再反向，双向可控硅VT1由于自身特性，会在电流过零时自动关断。
该传统方案过压保护电路在交流源负半周工作原理：
假设图1中A点电压相对B点电压为负，即VAB为负电压。C点相对B点为负电压，即VCB为负电压。当VCB逐步降低，达到双向二极管DB1的导通电压时，双向二极管DB1导通，电流从右到左流过电阻R5，双向二极管DB1给C2放电（也可以认为反向充电），然后G点电压相对B点电压为负，即VGB为负电压，当VGB达到双向可控硅VT1的负导通阀值电压时，双向可控硅VT1导通，电流从MT1流至MT2，相当于将交流电流源短路，交流电流源不再给直流用电设备供电，而由电容C3中存储的电能给直流用电设备供电。直到交流源正半周到来，此时VAB将由负转正，流过双向可控硅VT1的电流先减小，然后到零，再反向，双向可控硅VT1由于自身特性，会在电流过零时自动关断。
现有技术的最大缺点是：
（1）双向二极管规格比较有限，且一般封装较小。实际工程应用，可能用到触发电流较大的大功率双向可控硅。此时，就存在双向二极管可以短时间流过的最大电流，还不能完全触发双向可控硅的情况。如果让双向二极管强制流过超过其额定电流来触发双向可控硅，则存在可靠性和寿命问题。
（2）双向二极管双向触发导通的触发电压一样大，而双向可控硅1、3象限的触发电压阀值不同，从而导致交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值不一致。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交流电流源过压保护电路，克服传统交流电流源过压保护方案过压保护时存在可靠性低，以及正负半周过压保护值不一致的问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种交流电流源过压保护电路，它包括稳压单元和双向可控硅Q1，所述稳压单元的一端通过电阻R1与输入端INA连接，通过电容C1与输入端INB连接，稳压单元的另一端通过电阻R2与双向可控硅Q1的G极和电容C2连接，电容C2的另一端和双向可控硅Q1的T1极均与输入端INB连接，双向可控硅Q1的T2极与输入端INA连接。
所述的稳压单元包括反向串联的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2。
所述的稳压二极管Z1的正极与稳压二极管Z2的正极连接，稳压二极管Z1的负极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的负极与稳压单元的另一端连接。
或者，所述的稳压二极管Z1的负极与稳压二极管Z2的负极连接，稳压二极管Z1的正极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的正极与稳压单元的另一端连接。
所述的双向可控硅Q1为三象限双向可控硅。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的功率相同。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值可以相同。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值也可以不同。
本实用新型的有益效果是：
1）本实用新型采用两只稳压二极管代替传统双向可控硅过压保护电路中的双向二极管。
2）本实用新型可以确保过压保护电路的稳定可靠，提高供电设备可靠性。
3）本实用新型可以确保正负半周过压保护触发值一致，可以使交流电流源过压保护时正向和负向保护电压值接近。
附图说明
图1为传统典型交流电流源过压保护方案电路原理图。
图2为本实用新型智能电网的系统框图；
图3为本实用新型过压保护方案电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，智能电网中包括交流电流源输入模块、防雷模块、EMI滤波器、过压保护模块、整流模块和滤波模块，交流电流源输入模块与防雷模块连接，防雷模块与EMI滤波器连接，EMI滤波器与过压保护模块连接，过压保护模块与整流模块连接，整流模块与滤波模块连接，防雷模块的输入与交流电流源输出连接，滤波模块输出与直流用电设备连接。
1、交流电流源：在输电网络地线上流过交流电源，利用磁环电池感应的原理从地线上取电，类似电流互感器工作原理，短时间内取得的电可以等效为交流电流源。
2、防雷模块：用压敏电阻，气体放电管以及电感等元器件设计出的防雷电路，在一定程度上泄放感应雷击的能量，防止感应雷击的能量损坏后面电路中的元器件。
3、EMI滤波器：EMI滤波器为电磁干扰滤波器，是通过X电容、Y电容、共模电感和差模电感设计出的滤波器，防止外界的共模干扰和差模干扰影响后面用电设备的正常工作，也同时防止用电设备产生的差模和共模干扰通过导线传递出去，对通过导线相连的其他电子设备造成干扰。
4、过压保护模块：为本实用新型的核心部分，用反向串联的相同功率的两只稳压二极管管，来替代双向二极管。这样，可以通过选择功率足够大的稳压二极管，来保证稳压二极管流过的触发电流可以满足大功率双向可控硅触发电流的需求。可以通过调整这两只稳压管的稳压值，来匹配双向可控硅正负半周不一样的触发电压值，从而保证正负半周过压保护值比较一致。
5、整流模块：通过整流桥或者四只二极管，把交流电源整流为直流电源。
6、滤波模块：通过大容量铝电解电容，或者CLC滤波电路实现滤波，以获得更加理想的直流电。
7、直流用电设备：可以是实现一定功能的单元板，也可以是摄像机，传感器等用电设备。
如图3所示，一种交流电流源过压保护电路，它包括稳压单元和双向可控硅Q1，所述稳压单元的一端通过电阻R1与电流输入端INA连接，通过电容C1与电流输入端INB连接，稳压单元的另一端通过电阻R2与双向可控硅Q1的G极和电容C2连接，电容C2的另一端和双向可控硅Q1的T1极均与电流输入端INB连接，双向可控硅Q1的T2极与电流输入端INA连接。
所述的稳压单元包括反向串联的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2。
所述的稳压二极管Z1的正极与稳压二极管Z2的正极连接，稳压二极管Z1的负极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的负极与稳压单元的另一端连接。
或者，所述的稳压二极管Z1的负极与稳压二极管Z2的负极连接，稳压二极管Z1的正极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的正极与稳压单元的另一端连接。
所述的双向可控硅Q1为三象限双向可控硅。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的功率相同。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值可以相同。
所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值也可以不同。
假设稳压二极管Z1的稳压值为VZ1，稳压二极管Z2的稳压值为VZ2，稳压二极管Z1的正向导通电压为VF1，稳压二极管Z2的正向导通电压为VF2，双向可控硅Q1的一象限门限触发电压值（即T1极的门限触发电压）为VG1，双向可控硅的三象限门限触发电压值（即G极的门限触发电压）为VG3。
输入过压保护分以下两种情况
（1）输入电压INA大于输入电压INB时。
当输入电压INA大于输入电压INB时，电流流过电阻R1，给滤波电容C1充电。
C点电位（即稳压二极管Z1的正极、电阻R1和电容C1间的交点）相对于INB电位的电位差逐步升高，当C电位和INB电位间的电位差大于VF1与VZ2之和时，电流依次流过稳压二极管Z1、稳压二极管Z2和电阻R2，给电容C2充电，特别的是，此时稳压二极管Z1两端压降为VF1，而稳压二极管Z2两端压降为VZ2。
D点电位（即电阻R2、电容C2和双向可控硅Q1的G极间的交点）相对于INB电位的电位差逐步升高，当D电位和INB电位间的电位差大于双向可控硅Q1的一象限门限触发电压值VG1时，双向可控硅Q1的T1极和T2极导通，电流依次流过双向可控硅Q1的T2极和T1极，实现输入过压保护功能。
（2）输入电压INB大于输入电压INA时。
当输入电压INB大于输入电压INA时，电流流过电阻R1，滤波电容C1放电。
C点电位相对于INB电位的电位差逐步降低，当C电位和INB电位间的电位差大于VZ1与VF2之和时，电流依次流过稳压二极管Z1、稳压二极管Z2和电阻R2，给电容C2充电，特别的是，此时稳压二极管Z1两端压降为VZ1，而稳压二极管Z2两端压降为VF2。
D点电位相对于INB电位的电位差逐步降低，当D电位和INB电位间的电位差等于双向可控硅Q1的第三象限门限触发电压值VG3时，双向可控硅Q1的T1极和T2极导通，电流依次流过双向可控硅Q1的T1极和T2极，实现输入过压保护功能。
由于一般情况下，大功率的双向可控硅的门极触发电流更大，因此在本实用新型中，需选择功率足够大的稳压二极管，这样就可以稳定可靠的触发大功率的双向可控硅。
通过稳压二极管Z1、稳压二极管Z2和双向可控硅的一三象限门极触发配对，就可以保证正向和负向的过压保护值一致，即，使VZ2+VG1=VZ1+VG2。

Claims (7)

1.一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：它包括稳压单元和双向可控硅Q1，所述稳压单元的一端通过电阻R1与输入端INA连接，通过电容C1与输入端INB连接，稳压单元的另一端通过电阻R2与双向可控硅Q1的G极和电容C2连接，电容C2的另一端和双向可控硅Q1的T1极均与输入端INB连接，双向可控硅Q1的T2极与输入端INA连接；
所述的稳压单元包括反向串联的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2。
2.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的稳压二极管Z1的负极与稳压二极管Z2的负极连接，稳压二极管Z1的正极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的正极与稳压单元的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的稳压二极管Z1的正极与稳压二极管Z2的正极连接，稳压二极管Z1的负极与稳压单元的一端连接，稳压二极管Z2的负极与稳压单元的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的双向可控硅Q1为三象限双向可控硅。
5.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的功率相同。
6.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值相同。
7.根据权利要求1所述的一种交流电流源过压保护电路，其特征在于：所述的稳压二极管Z1和稳压二极管Z2的稳压值不同。
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