CN208156447U - 一种高抗干扰电子压力控制电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高抗干扰电子压力控制电源，包括继电器驱动电路、MCU处理电路，还包括电源降压电路，所述电源降压电路包括对输入电源进行整流的整流单元、对整流后电源进行滤波处理的滤波单元和实现输出电压的恒压、恒流的控制单元，所述的整流单元与滤波单元相连接，所述的滤波单元与控制单元相连接。本实用新型具有以下优点和效果：在较复杂的电磁感染环境下仍然能够正常使用。

Description

一种高抗干扰电子压力控制电源

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种高抗干扰电子压力控制电源。

背景技术

电子压力控制器是利用电子集成电路的水泵控制设备，能根据所检测到的水源状态、管道用水量和管道压力变化等数据去启动与停止水泵，能完全替代由压力罐、压力开关、缺水保护装置、止回阀四通等所构成的传统系统。带电部分与管道的完全隔离和高密封性的控制箱使该控制器拥有了传统技术所无法比拟的安全性，集成化的设计在安装时能节省更多的时间与材料。但同时高集成的电路设计也带来了一些弊端，电路干扰就是其中之一。由于电子压力开关通常用于水泵的控制系统中，其周围通常有许多水泵等感性设备，这些设备启动电流大，会对电网造成影响，而且会产生大量的电磁干扰，使水泵电子控制器的电子系统造成性能下降或不能工作的情况。常见的情况有水泵误动作，水泵不动作，无故报错，系统死机等，更严重的会造成水泵频繁启动，从而导致水温升高，管道破裂等严重危害。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高抗干扰电子压力控制电源，在较复杂的电磁感染环境下仍然能够正常使用。同时，其还具有过压保护，欠压锁定，环路开路保护，最大时间导通保护，线性电压补偿等特色功能。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高抗干扰电子压力控制电源，包括继电器驱动电路、MCU处理电路，还包括电源降压电路，所述电源降压电路包括对输入电源进行整流的整流单元、对整流后电压进行滤波处理的滤波单元和实现输出电压的恒压、恒流的控制单元，所述的整流单元与滤波单元相连接，所述的滤波单元与控制单元相连接。

通过采用上述技术方案，电源降压电路能将输入的交流电压AC220V转化为驱动继电器的DC12V电压及为MCU使用的DC5V电压，并且能保持输出电压、电流的稳定。继电器驱动电路能接收MCU输出信号，并通过三极管放大后，使继电器工作，直接控制水泵的启停控制。MCU控制电路则能将压力传感器和流量传感器信号反馈给MCU，通过MCU的逻辑运算，使能端输出信号给继电器驱动电路。电源降压电路中，其中整流单元能对输入的AC220V进行整流，经过控制单元后输出干净的DC12V电压；滤波单元具有多级滤波电路，能够有效抑制骚扰谐波和雷击电磁脉冲对本系统产生的干扰，还能有效地滤除3次谐波和奇次谐波干扰和高频脉冲干扰。

进一步设置为：所述控制单元中，电阻R2的一端连接电容C1的正极，该端同时连接电容C2的一端、电阻R1的一端及隔离变压器T1的1引脚，电容C1的负极接地,电阻R2的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端与芯片U1的1引脚相连，电容C2的另一端与电阻R1的另一端相连，该端同时连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极与芯片U1的5引脚及6引脚先连接，该端同时连接隔离变压器T1的2引脚，芯片U1的1引脚连接电容C25的正极，电容C25的负极与隔离变压器T1的6引脚相连且同时接地，隔离变压器T1的5引脚连接电阻R6的一端及二极管D2的阳极，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端，该端同时连接芯片U1的2引脚，电阻R7的另一端接地,二极管D2的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接芯片U1的1引脚，芯片U1的3引脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接芯片U1的7引脚且同时接地，芯片U1的4引脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地。

通过采用上述技术方案，其中隔离变压器T1的5,6引脚提供芯片U1的供电电压，其值在0.3-27V之间均可使用。电容C4为线性补偿端，其作用是补偿输出电压在电缆上的压降。电阻R8与芯片U1的4引脚相连，为峰值电流采样端，用于限制芯片U1的最大输出电流。芯片U1的2引脚为电电压采样端，用于调节输出芯片U1的输出占空比。芯片U1的5,6引脚为芯片U1内部高压MOS管漏极。二极管D3为续流二极管，当内部高压MOS关断时，储存在变压器内部的能量可以通过电阻R1和电容C2消耗。电阻R6和电阻R7为两个分压电阻，通过调节电阻R6和电阻R7的阻值可以输出不同的电压。

进一步设置为：所述芯片U1为具有抖频功能的电源管理芯片。

通过采用上述技术方案，电源管理芯片具有抖频功能，可以有效地降低电路的EMI。即让开关频率在调制频率250Hz以下，抖频范围±2kHz内不断的变化，以减小在某一个单一频率的对外辐射。

进一步设置为：所述整流单元中，电阻R25一端接市电的火线L，电阻R25另一端接整流桥的输入端，整流桥的另一输入端接市电的零线N，整流桥的输出端负极接地，整流桥的输出端正极连接电容C1的正极，电容C1的负极接地。

通过采用上述技术方案，能将输入的市电AC220V进行整流，得到脉动直流电。

进一步设置为：所述滤波单元中，隔离变压器T1的4引脚连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极同时连接电容C3的正极、电阻R3的一端及电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接电容C18的正极、电容C19的一端及芯片U3的3引脚，隔离变压器T1的6引脚同时连接电容C3的负极、电阻R3的另一端、电容C18的负极、电容C19的另一端及芯片U3的2引脚且共同接地,芯片U3的1引脚连接电容C20的一端及电容C21的正极，电容C20的另一端与电容C21的负极相连且同时接地。

通过采用上述技术方案，隔离变压器T1能有效地抑制从电源线引入的骚扰谐波和雷击电磁脉冲对本系统产生的干扰，还能有效地滤除3次谐波和奇次谐波干扰。同时在隔离变压器T1的3、4引脚串联一个肖特基二极管D1，其反向恢复时间仅有数十ps,几乎不会产生反向EMI噪声。电容C3能够有效吸收电源波动所产生的瞬间大电压。电阻R3能够在负载断路时，消耗储存在变压器T1上的能量。同时电感L1能够有效地抑制电路中电流的变化，电容C18可以吸收电感所产生的震荡电压，电容C19可以吸收周围环境和线路板产生的高频电磁脉冲。

进一步设置为：所述继电器驱动电路中设置有继电器RL1，所述继电器RL1负载两端并联有压敏电阻RV21。

通过采用上述技术方案，由于继电器在吸和时会产生电弧，所以在继电器RL1触电两端并联一个压敏电阻RV21，吸收继电器断开时产生的狐压，减少继电器对其他元件的冲击，同时也保护了触点。

进一步设置为：所述MCU处理电路包括MCU及与MCU使能端连接的信号采集单元，所述采集单元连接有压力传感器及流量传感器。

通过采用上述技术方案，能够通过采集单元采集压力传感器及流量传感器的反馈信号。

进一步设置为：所述MCU处理电路中的MCU设置有烧录引脚，所述烧录引脚连接有接线端子P4，所述接线端子P4连接有程序烧录器。

通过采用上述技术方案，将程序烧录器对应连接烧录引脚，就能进行程序的烧写，为了方便烧写设置了接线端子，烧录引脚和接线端子连接，需要烧录程序时，将烧写器与接线端子连接即可。

附图说明

图1为实施例的整体电路图；

图2为实施例的电源降压电路图；

图3为实施例继电器驱动电路图；

图4为实施例的MCU处理电路图；

图5为实施例的原理图。

图中：1、电源降压电路；2、继电器驱动电路；3、MCU处理电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参考图1，具体电路包括将输入的交流电压AC220V转化为驱动继电器的DC12V电压及为MCU使用的DC5V电压电源降压电路1、与水泵继电器相连的继电器驱动电路2，用于逻辑运算和切换控制模式的MCU处理电路3。其中电源降压电路1包括对输入电源进行整流的整流单元、对整流后电压进行滤波处理的滤波单元和实现输出电压的恒压、恒流的控制单元，所述的整流单元与滤波单元相连接，所述的滤波单元与控制单元相连接。继电器驱动电路2内设有继电器RL1，该继电器RL1负载两端并联有压敏电阻RV21。MCU处理电路3通过接线端子P7、接线端子P13分别与水泵中的流量传感器和压力传感器相连接，且MCU处理电路3中的MCU设置有烧录引脚，所述烧录引脚连接有接线端子P4，所述接线端子P4连接有程序烧录器，通过烧录器能够烧写程序。

参考图2,所述的整流单元包括电阻R25、整流桥D5，电容C1，隔离变压器T1；所述的滤波单元包括二极管D1，电容C3，C18，C19，C20，C21，电阻R,电感L1，三端集成稳压芯片U3；所述的控制单元包括集成IC芯片U1，快恢复二极管D2，D3，电容C2，C4，C25，电阻R1，R2，R4，R5，R6，R7，R8。所述的二极管D1选用SS120，所述的二极管D2及D3选用E1J。所述的芯片U1选用SD8583STR，所述的三端稳压芯片U3选用78L05。其中所述的电阻R25一端接市电的火线L，电阻R25另一端接整流桥的输入端，整流桥的另一输入端接市电的零线N，整流桥的输出端负极接地GND，整流桥的输出端正极连接电容C1的正极，该端同时连接电阻R2的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端及隔离变压器T1的1引脚，电容C1的负极接地GND,电阻R2的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端与芯片U1的1引脚相连，电容C2的另一端与电阻R1的另一端相连，该端同时连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极与芯片U1的5引脚及6引脚先连接，该端同时连接隔离变压器T1的2引脚，芯片U1的1引脚连接电容C25的正极，电容C25的负极与隔离变压器T1的6引脚相连且同时接地GND，隔离变压器T1的5引脚连接电阻R6的一端及二极管D2的阳极，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端，该端同时连接芯片U1的2引脚，电阻R7的另一端接地GND,二极管D2的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接芯片U1的1引脚，芯片U1的3引脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接芯片U1的7引脚且同时接地GND，芯片U1的4引脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地GND。隔离变压器T1的4引脚连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电容C3的正极，该端同时连接电阻R3的一端、电感L1的一端，电容C3的负极连接电阻R3的另一端且同时接地VSS，电感L1的另一端连接电容C18的正极，该端同时连接电容C19及芯片U3的3引脚，电容C18的负极连接电容C19的另一端及芯片U3的2引脚，且该端同时接地VSS，芯片U3的1引脚连接电容C20的一端及电容C21的正极，电容C20的另一端与电容C21的负极相连且同时接地VSS。

其中隔离变压器T1的5,6引脚提供芯片U1的供电电压，其值在0.3-27V之间均可使用。电容C4为线性补偿端，其作用是补偿输出电压在电缆上的压降。电阻R8与IC芯片的4引脚相连，为峰值电流采样端，用于限制IC芯片的最大输出电流。IC芯片的2引脚为电电压采样端，用于调节输出IC芯片的输出占空比。IC芯片的5,6引脚为IC芯片内部高压MOS管漏极。电容D3为续流二极管，当内部高压MOS关断时，储存在变压器内部的能量可以通过R1和C2消耗。电阻R6和R7为两个分压电阻，通过调节R6和R7的阻值可以输出不同的电压。

当系统上电时，电路由高压直流母线通过启动电阻R2，R4对VCC管脚外置的电容C25充电，当芯片U1的1引脚的电压上升到17.8V，电路开始工作，在电路正常工作过程中，由启动电阻R2，R4和隔离变压器T1的辅助线圈共同供电来维持VCC电压，当VCC电压下降到8.8V时进入欠压锁定状态，启动电阻R2，R4对VCC电容C25充电，当芯片U1的1引脚的电压上升到17.8V时，电容启动重新工作。驱动为高电平时，MOS管导通，通过采样电阻检测R8检测到线性增大的原级线圈的的电流，当达到设定的电流限制值及峰值电流时，MOS管关断，达到调节最大电流的目的。当MOS管关断时反馈电压为正，在FB为正的2/3时间点进行采样，采样得到的电压经过恒压阈值V_CV的比较、放大、保持，产生恒压环路的管短时间T_OFF，从而实现输出的恒压。当芯片U1的2引脚负电平大于-1.1V时，则为环路开路状态，经过1.2uS保护延迟时间，如果系统的状态任然没有改变则进入环路开路保护状态：驱动关断，状态持续14.5ms后驱动重启。当芯片U1的4引脚悬空时，系统检测不到峰值电流，而实际的峰值电流可能异常增大并导致炸机，因此增加最大导通时间，当T_ONMAX＝35us时,电路进入最大导通时间保护，驱动关断，该状态持续14.5ms后驱动重启。芯片U1选用具有抖频功能的电源管理芯片，可以有效地降低电路的EMI。即让开关频率在调制频率250Hz以下，抖频范围±2kHz内不断的变化，以减小在某一个单一频率的对外辐射。

同时上述的隔离变压器T1能有效地抑制从电源线引入的骚扰谐波和雷击电磁脉冲对本系统产生的干扰，还能有效地滤除3次谐波和奇次谐波干扰。在隔离变压器T1的3,4引脚输出端串联一个肖特基二极管D1，其反向恢复时间仅有数十ps,几乎不会产生反向EMI噪声。电容C3能够有效吸收电源波动所产生的瞬间大电压。电阻R3能够在负载断路时，消耗储存在变压器T1上的能量。同时电感L1能够有效地抑制电路中电流的变化，电容C18可以吸收电感所产生的震荡电压，电容C19可以吸收周围环境和线路板产生的高频电磁脉冲。经过电容C3，C18，C19和电感L1的滤波作用，可以时电源输出干净的DC12V电压，用于给三端稳压器U3和继电器RL1供电，DC12V电压经过三端稳压器U3后，能输出DC5V的电压，经过电容C20和C21的滤波作用后，用于给MCU供电。所述的三端稳压器U3优选为78L05。

参考图3，其中电阻R30的一端接MCU的PUMP引脚，电阻R30的另一端接NPN三极管Q2的基极，三极管Q2的的发射极接地VSS，三极管Q2的集电极接继电器RL11控制端的一端，该端同时连接二极管D21的阳极，继电器RL11控制端的另一端与二极管D21的阴极及电阻R15的一端相连，电阻R15的接DC12V的电压,继电器R11负载端的一端连接市电的火线L及压敏电阻RV21的一端，继电器R11负载端的另一端连接压敏电阻RV21的另一端，该端同时通过接线端子连接负载，即水泵。

经过芯片U1降压并滤波的DC12V为继电器RL11提供控制电压。三极管Q2的基极连接MCU的使能端PUMP，通过MCU的程序使该端输出高电平或低电平，从而控制三极管Q2的导通，进而控制继电器RL11内触点的断开或吸合。由于继电器RL11线圈需要流过较大的电流(约50mA)才能使继电器RL11吸合，MCU的使能端拉电流只有10mA左右，无法驱动继电器RL11，因此需要一个三极管Q2进行驱动。二极管D21为续流二极管，可以选用1N4007，能够消除线圈断电时产生的反向感生电流，保护驱动继电器的半导体元、器件。同时由于继电器在吸和时会产生电弧，所以在继电器RL1触电两端并联一个压敏电阻RV21，吸收继电器断开时产生的狐压，减少继电器对其他元件的冲击，同时也保护了触点。

参考图4，其中MCU的1引脚连接DC5V的输入电压端及电容C27的一端，MCU的8引脚连接地VSS及电容C27的另一端，MCU的7引脚连接接线端子P4的4引脚，MCU的6引脚连接接线端子P4的5引脚，MCU的4引脚连接接线端子P4的1引脚，该端同时连接电阻R29的一端，电阻R29的另一端连接接线端子P4的2引脚，该端同时连接DC5V的输入电压。MCU的3引脚连接电阻R23的一端，电阻R23的另一端连接电阻R22的一端及接线端子P7的1引脚，电阻R22的另一端接DC5V的输入电压，接线端子P7的2引脚接地VSS,MCU的5引脚连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接电阻R27的一端及接线端子P13的2引脚，电阻R27的另一端连接接线端子P13的1引脚，该端同时连接DC5V的输入电压，接线端子P13的3引脚接地VSS。所述的MCU选用PIC12F509。

MCU能通过3引脚及5引脚分别采集到流量传感器与压力传感器的反馈信号，进行内部逻辑运算后从MCU的2引脚输出信号给继电器驱动电路2，从而控制水泵的启停。MCU的7引脚为ICSPDAT,用作编程下载时钟信号口；MCU的6引脚为ICSPCLK，用作编程下载时钟信号口；MCU的4引脚为MCLR，用作编程电压口。所述接线端子P4与烧录器连接，可以通过烧录器对MCU进行程序烧写。

参考图5，电源降压电路1能将输入的交流电压AC220V转化为驱动继电器的DC12V电压及为MCU使用的DC5V，MCU处理电路3接收到水泵中的流量传感器和压力传感器的反馈信号并进行处理后，输出信号到继电器驱动回路2，继电器驱动回路2通过继电器控制水泵的启停。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型技术作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的技术或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：包括继电器驱动电路(2)、MCU处理电路(3)，还包括电源降压电路(1)，所述电源降压电路(1)包括对输入电源进行整流的整流单元、对整流后电压进行滤波处理的滤波单元和实现输出电压的恒压、恒流的控制单元，所述的整流单元与滤波单元相连接，所述的滤波单元与控制单元相连接；

所述继电器驱动电路(2)中设置有继电器RL1，所述继电器RL1负载两端并联有压敏电阻RV21。

2.根据权利要求1所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述控制单元中，电阻R2的一端连接电容C1的正极，该端同时连接电容C2的一端、电阻R1的一端及隔离变压器T1的1引脚，电容C1的负极接地,电阻R2的另一端连接电阻R4，电阻R4的另一端与芯片U1的1引脚相连，电容C2的另一端与电阻R1的另一端相连，该端同时连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极与芯片U1的5引脚及6引脚先连接，该端同时连接隔离变压器T1的2引脚，芯片U1的1引脚连接电容C25的正极，电容C25的负极与隔离变压器T1的6引脚相连且同时接地，隔离变压器T1的5引脚连接电阻R6的一端及二极管D2的阳极，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端，该端同时连接芯片U1的2引脚，电阻R7的另一端接地,二极管D2的阴极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接芯片U1的1引脚，芯片U1的3引脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接芯片U1的7引脚且同时接地，芯片U1的4引脚连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述芯片U1为具有抖频功能的电源管理芯片。

4.根据权利要求1所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述整流单元中，电阻R25一端接市电的火线L，电阻R25另一端接整流桥的输入端，整流桥的另一输入端接市电的零线N，整流桥的输出端负极接地，整流桥的输出端正极连接电容C1的正极，电容C1的负极接地。

5.根据权利要求1所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述滤波单元中，隔离变压器T1的4引脚连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极同时连接电容C3的正极、电阻R3的一端及电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接电容C18的正极、电容C19的一端及芯片U3的3引脚，隔离变压器T1的6引脚同时连接电容C3的负极、电阻R3的另一端、电容C18的负极、电容C19的另一端及芯片U3的2引脚且共同接地,芯片U3的1引脚连接电容C20的一端及电容C21的正极，电容C20的另一端与电容C21的负极相连且同时接地。

6.根据权利要求1所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述MCU处理电路(3)包括MCU及与MCU使能端连接的信号采集单元，所述采集单元连接有压力传感器及流量传感器。

7.根据权利要求6所述的一种高抗干扰电子压力控制电源，其特征在于：所述MCU处理电路(3)中的MCU设置有烧录引脚，所述烧录引脚连接有接线端子P4，所述接线端子P4连接有程序烧录器。