CN208571919U - 一种零相位启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种零相位启动电路，包括输入正端、输入负端、输出端、输入采样电路、防抖动电路和控制电路；输入采样电路的输入端连接零相位电路的输入正端和输出负端，输入采样电路的输出端连接控制电路的输入端和防抖动电路的输出端，控制电路的输出端即为零相位启动电路的输出端，防抖动电路的输入端连接零相位启动电路的输出端，零相位启动电路的输出端连接外接后级电路的开关控制器件；本申请适用于所有输入交流电源，特别是应用于电网环境的电源产品，电路简单可靠，成本低，EMC性能优越，设计灵活，可调节保护阀值。

Description

一种零相位启动电路

技术领域

本实用新型涉及电源领域，具体的，涉及一种用于三相四线和馈电网自动化电源系统中的零相位启动电路。

背景技术

在三相四线电力电表和馈电网自动化行业的开关电源中，电源会频繁的启动和关断，而在启动过程中，由于输入电压为正弦波，若电源在+90°或者-270°等高电压相位启动时，电网电压电流会超过开关电源所能承受的电压上限，极易造成开关电源损坏甚至起火，存在巨大安全隐患；

现有开关电源解决电网电压偏高问题的方法归纳起来主要有两种，一种是增加输入过压保护电路，另一种是提高电源所能承受的工作电压范围上限。其中，增加电源承受输入电压上限的方法，主要是采用高耐压器件或多级串并联方式，如采用串联开关型器件，其优点是输入过压时电路仍能正常工作，缺点是造成电路成本和体积增加，而且电源在+90°或者-270°高相位电压启动时，高电压电流会将电源模块中的开关器件MOS管击穿而导致电源炸机，并不能有效保护电源。

在三相四线电力电表和馈电网自动化行业中，如今市面上的开关电源针对以上问题并没有做保护，电源在+90°和-270°高相位电压启动时电解电容和开关管往往都是超规格硬抗，存在巨大安全隐患。因此，有必要对现有技术进行改进，设计一种在电网高电压+90°和-270°高相位电压启动时，也能安全可靠保护后级电路持续正常工作的低成本的电路。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种零相位启动电路，当输入为交流正弦信号的电压信号，电压绝对值在一个周期内经过0°、180°零点时，零相位启动电路控制后级电路导通，此时电源承受的电压电流都是最小值，能够有效保护电源，提高电源的可靠性。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种零相位启动电路，其特征在于：包括输入采样电路、防抖动电路和控制电路；输入采样电路的输入端作为零相位启动电路的输入端接收输入交流电压，输入采样电路的输出端连接控制电路的输入端和防抖动电路的输出端，控制电路的输出端即为零相位启动电路的输出端，防抖动电路的输入端连接零相位启动电路的输出端，零相位启动电路的输出端连接外接后级电路的开关控制器件；

输入采样电路用于采样输入交流电压并在输入采样电路的输出端产生一采样电压信号，控制电路用于接收该采样电压信号，并在控制电路的输出端输出一控制信号用于控制外接后级电路的开关控制器件的导通和截止；防抖动电路用于接收零相位启动电路的输出电压信号并在防抖动电路的输出端输出反馈信号回馈到控制电路的输入端。

优选地，作为上述方案的具体实施方案，输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端连接第三电阻的一端，第二电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第一电阻和第二电阻的连接节点作为输入采样电路的输出端，第三电阻的另一端连接地；第一电容并联连接在第三电阻的两端。

优选地，作为上述方案的另一种具体实施方案，输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一稳压管；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端通过第二电阻连接至第一稳压管的阴极；第三电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第三电阻的另一端通过第四电阻连接至第一稳压管的阴极，第一稳压管的阳极作为输入采样电路的输出端，第一稳压管的阳极还通过第五电阻连接地，第一电容并联连接在第五电阻的两端。

优选地，作为上述方案的另一种具体实施方案：输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一第一稳压管；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端依次通过第二电阻、第一电容连接地；第三电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第三电阻的另一端依次经过第四电阻、第五电阻连接地；第二电阻与第一电容的连接点、第四电阻与第五电阻的连接点连接，此节点作为输入采样电路的输出端，第一稳压管的阴极连接第五电阻的一端，第一稳压管的阳极连接地。

优选地，作为上述方案的具体实施方案，控制电路包括第六电阻、第七电阻、第一三极管；第六电阻的一端作为控制电路的输入端，第六电阻的另一端连接第七电阻的一端和第一三极管的基极，第七电阻的另一端连接第一三极管的发射极并连接至地，第一三极管的集电极作为控制电路的输出端。

优选地，作为上述方案的具体实施方案，防抖动电路包括第八电阻、第九电阻、第二三极管、第二电容、第二稳压管、二极管；二极管的阳极作为防抖动电路的输入端，二极管的阴极依次通过第二稳压管的阴极、第二稳压管的阳极与第九电阻的一端、第二电容的一端连接，第二电容的另一端连接地，第九电阻的另一端与第二三极管的基极和第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第二三极管的发射极、地连接，第二三极管的集电极作为防抖动电路的输出端。

优选地，当第一三极管导通时，零相位启动电路的输出端输出为高电平，外接后级电路的开关控制器件导通；反之，当第一三极管截止时，零相位启动电路的输出端输出端输出为低电平，外接后级电路的开关控制器截止。

优选地，当零相位启动电路的输出端输出为高电平时，第二三极管导通，反之，当零相位启动电路输出为低电平时，第二三极管截止。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1)本方案解决了现有电源在高压启动时电源损坏的问题；

2)本方案的控制电路自带稳定供电电路，无需额外电源供电；

3)本方案电路简单可靠，成本低；

4)本实用新型拥有独特的EMC优化电路，EMC性能优越。

附图说明

图1为本实用新型零相位启动电路的原理框图；

图2为本实用新型第一实施例零相位启动电路的原理图；

图3为本实用新型第二实施例零相位启动电路的原理图；

图4为本实用新型第三实施例零相位启动电路的原理图。

具体实施例

本实用新型专利的构思为：当输入交流电压在较高相位启动时，输入采样电路实时检测采集高相位输入的交流电压信号，控制电路根据采集得到的输入交流电压信号控制外接电路的开关控制器件处于断开状态，防止过大的冲击电流损坏该开关控制器件；直到输入交流电压为较低相位输入，控制电路控制外接电路开关控制器件导通，此时输入交流电压信号的冲击电流较小，能够有效保护器件不受冲击电流影响而损坏，提高电源的可靠性，且后级电路能持续正常工作。同时，电路中的防抖动电路，能够在输入交流电压信号输入出现波动的情况下，能够有效可靠关断控制电路，使得外接电路开关控制器件稳定工作。

图1为本实用新型的一种零相位启动电路包括的原理框图，一种零相位启动电路，包括输入采样电路、防抖动电路和控制电路；输入采样电路的输入端作为零相位启动电路的输入端接收输入交流电压，输入采样电路的输出端连接控制电路的输入端和防抖动电路的输出端，控制电路的输出端即为零相位启动电路的输出端，防抖动电路的输入端连接零相位启动电路的输出端，零相位启动电路的输出端连接外接后级电路的开关控制器件；

输入采样电路用于采样输入交流电压并在输入采样电路的输出端产生一采样电压信号，控制电路用于接收该采样电压信号，并在控制电路的输出端输出一控制信号用于控制外接后级电路的开关控制器件的导通和截止；防抖动电路用于接收零相位启动电路的输出电压信号并在防抖动电路的输出端输出反馈信号回馈到控制电路的输入端。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，以下将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。

第一实施例

图2为本实用新型第一实施例零相位启动电路的原理图，如图所示：

输入采样电路，包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1；其连接关系为：电阻R1的一端连接输入端正VinL，电阻Rl的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2的一端连接输入端负VinN，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R1和电阻R2的连接节点作为输入采样电路的输出端，电阻R3的另一端连接地；电容C1并联连接在电阻R3的两端，其中电容C1为滤波电容。

控制电路，包括：电阻R6、电阻R7、三极管Q1；其连接关系为：电阻R6的一端连接电阻R1和电阻R2的连接点，即连接至输入采样电路的输出端，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端和三极管Q1的基极，电阻R7的另一端连接三极管Q1的发射极并连接至地，三极管Q1的集电极作为控制电路的输出端，即作为零相位启动电路的输出端Vg，零相位启动电路的输出端Vg连接外接后级电路的开关控制器件。

防抖动电路，包括：电阻R8、电阻R9、电容C2、稳压管Z1、二极管D1、三级管Q2；二极管D1的阳极作为防抖动电路的输入端连接零相位启动电路的输出端Vg，二极管D1的阴极通过稳压管Z1的阴极、稳压管Z1的阳极与电阻R9的一端、电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接地，电阻R9的另一端与三极管Q2的基极和电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与三极管Q2的发射极、地连接，三极管Q2的集电极作为防抖动电路的输出端连接电阻R1和电阻R2的连接点。

本实施例的工作原理：零相位启动电路的输入端正VinL和输入端负VinN输入交流电压信号，并经过电阻R1、电阻R2、电阻R3采样输出一采样电压信号，电容C1用于整流滤波，将采集得到交流电压信号转换为平滑的采样电压信号并传送给控制电路，控制电路接收该采样电压信号，其中，三极管Q1为开关型器件，当该采样电压信号低于三极管Q1的导通压降时，三极管Q1截止，根据三极管的特性，此时控制电路的输出端为高电平，即零相位启动电路的输出端Vg为高电平，与零相位启动电路的输出端外接的后级电路的开关器件导通，反之，当该采样电压信号高于三极管Q1的导通压降时，三极管Q1导通，此时控制电路的输出端为低电平，即零相位启动电路的输出端Vg为低电平，与零相位启动电路的输出端外接的后级电路的开关器件截止。

在输入交流电压不稳定的情况下，采样得到的输入交流电压信号将出现波动，为降低波动电压对后级电路的影响，此时就需要防抖动电路。当零相位启动电路的输出端输出为高电平时，防抖动电路接收该高电平信号，该高电平信号大于三极管Q2的导通压降，三极管Q2导通，如此输入采样电路的输出端采样得到的采样电压信号将被防抖动电路进一步拉低，从而使得三极管Q1可靠性关断，有效减少输入电压抖动对外接后级电路的开关控制器件的影响。

当输入为相位较高的交流电压信号，输入采样电路将采样得到的采样电压信号传输到控制电路，使得三极管Q1导通，此时零相位启动电路的输出端Vg为低电平，外接后级电路的开关控制器件截止；当输入交流电压信号慢慢减小，相位逐渐降低，采样得到的采样电压信号低于三极管Q1的导通压降，三极管Q1截止，零相位启动电路的输出端Vg为高电平，外接后级电路开关控制器件导通，此时输入到后级电路中开关控制器件的电压相位已经很小，该开关控制器件所承受的冲击电流很小，有效地避免高相位电压冲击后级电路的开关器件使得其遭受过大电流而损坏电源。且当输入交流电压信号不稳定时，输入采样电路采集得到的采样电压信号出现波动，为进一步降低电压波动对后级电路的开关控制器件的影响，当零相位启动电路的输出呈高电平，防抖动电路工作，使得二极管Q2导通，该采样电压信号被拉低，此时三极管Q1可靠性截止，后级电路的开关控制器件能够稳定工作。

第二实施例

图3为本实用新型第二实施例零相位启动电路的原理图，与第一实施例不同的是，输入采样电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、稳压管Z2、电容C1；电阻R2的一端通过电阻R1连接至零相位启动电路的输入端正，电阻R2的另一端连接至稳压管Z2的阴极，稳压管Z2的阴极还依次通过电阻R4、电阻R3连接至零相位启动电路的输入端负，稳压管Z2的阳极作为输入采样电路的输出端，稳压管Z2的阳极还通过电阻R5连接地，电容C1并联连接在电阻R5的两端。

本实施例中通过增加稳压管Z1，起到稳压作用，使采样得到的交流电压信号更加的平稳，降低对后级电路开关控制器件的影响，其他电路工作原理与第一实施例一致，不做累述。

第三实施例

图4为本实用新型第三实施例零相位启动电路的原理图，与第一实施例不同的是，输入采样电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、稳压管Z2；电阻R1的一端与零相位启动电路的输入端正连接，电阻R1的另一端依次经过电阻R2、电容C1连接地，电阻R3的一端与零相位启动电路的输入端负连接，电阻R3的另一端依次通过电阻R4、电阻R5连接地，电阻R2与C1的连接点、电阻R4与电阻R5的连接点连接，该节点作为输入采样电路的输出端，稳压管的阴极连接电阻R5的一端，稳压管的阳极连接地。

本实施例与实施例一相比，同样通过增加稳压管Z1，对采样电压起到稳压作用，使得采样得到的交流电压信号更加的平稳。其他电路工作原理与第一实施例一致，不做累述。

以上公开的仅为本实用新型的优选实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员在未脱离本实用新型的核心思想的前提下对本实用新型进行的若干修饰均应该落在本实用新型权利要求的保护范围之类。本实用新型的保护范围以权利要求书的内容为准。

Claims (8)

1.一种零相位启动电路，其特征在于：包括输入采样电路、防抖动电路和控制电路；输入采样电路的输入端作为零相位启动电路的输入端接收输入交流电压，输入采样电路的输出端连接控制电路的输入端和防抖动电路的输出端，控制电路的输出端即为零相位启动电路的输出端，防抖动电路的输入端连接零相位启动电路的输出端，零相位启动电路的输出端连接外接后级电路的开关控制器件；

输入采样电路用于采样输入交流电压并在输入采样电路的输出端产生一采样电压信号，控制电路用于接收该采样电压信号，并在控制电路的输出端输出一控制信号用于控制外接后级电路的开关控制器件的导通和截止；防抖动电路用于接收零相位启动电路的输出电压信号并在防抖动电路的输出端输出反馈信号回馈到控制电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种零相位启动电路，其特征在于：输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端连接第三电阻的一端，第二电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第一电阻和第二电阻的连接节点作为输入采样电路的输出端，第三电阻的另一端连接地；第一电容并联连接在第三电阻的两端。

3.根据权利要求1所述的一种零相位启动电路，其特征在于：输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一稳压管；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端通过第二电阻连接至第一稳压管的阴极；第三电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第三电阻的另一端通过第四电阻连接至第一稳压管的阴极，第一稳压管的阳极作为输入采样电路的输出端，第一稳压管的阳极还通过第五电阻连接地，第一电容并联连接在第五电阻的两端。

4.根据权利要求1所述的一种零相位启动电路，其特征在于：输入采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第一第一稳压管；第一电阻的一端作为输入采样电路的输入正连接零相位启动电路的输入端正，第一电阻的另一端依次通过第二电阻、第一电容连接地；第三电阻的一端作为输入采样电路的输入负连接零相位启动电路的输入端负，第三电阻的另一端依次经过第四电阻、第五电阻连接地；第二电阻与第一电容的连接点、第四电阻与第五电阻的连接点连接，此节点作为输入采样电路的输出端，第一稳压管的阴极连接第五电阻的一端，第一稳压管的阳极连接地。

5.根据权利要求2至4任一所述的一种零相位启动电路，其特征在于：控制电路包括第六电阻、第七电阻、第一三极管；第六电阻的一端作为控制电路的输入端，第六电阻的另一端连接第七电阻的一端和第一三极管的基极，第七电阻的另一端连接第一三极管的发射极并连接至地，第一三极管的集电极作为控制电路的输出端。

6.根据权利要求2至4任一所述的一种零相位启动电路，其特征在于：防抖动电路包括第八电阻、第九电阻、第二三极管、第二电容、第二稳压管、二极管；二极管的阳极作为防抖动电路的输入端，二极管的阴极依次通过第二稳压管的阴极、第二稳压管的阳极与第九电阻的一端、第二电容的一端连接，第二电容的另一端连接地，第九电阻的另一端与第二三极管的基极和第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第二三极管的发射极、地连接，第二三极管的集电极作为防抖动电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的零相位启动电路，其特征在于：当第一三极管导通时，零相位启动电路的输出端输出为高电平，外接后级电路的开关控制器件导通；反之，当第一三极管截止时，零相位启动电路的输出端输出端输出为低电平，外接后级电路的开关控制器截止。

8.根据权利要求7所述的零相位启动电路，其特征在于：当零相位启动电路的输出端输出为高电平时，第二三极管导通，反之，当零相位启动电路输出为低电平时，第二三极管截止。