CN209787143U - 一种外接开关自锁后交流上电保护控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外接开关自锁后交流上电保护控制器，包括开关、放电功率半导体器件、开关通断监测电路、放电控制回路和放电功率半导体器件驱动电路；开关通断监测电路由两个电阻、一个电容、一个晶体管、一个半波整流二极管、两个二极管组成；放电控制回路由四个电阻、两个电容、一个半波整流二极管、一个稳压二极管和一个晶体管组成；放电功率半导体器件驱动电路由两个电阻和一个光耦组成。本实用新型实现了交流大功率电机在开关闭合后再接入电源时的误启动保护功能，不仅可以防止因误操作或者其它因素带来安全隐患，避免人员与作业对象的损伤，提高产品的用电安全性，而且节约能耗，延长交流电器设备的使用寿命。

Description

一种外接开关自锁后交流上电保护控制器

技术领域

本实用新型属于上电保护技术领域，涉及一种上电保护电路，具体涉及一种外接开关自锁后交流上电保护控制器。

背景技术

有些特殊的交流电器设备，如交流角磨处在开关闭合的状态下直接接通交流电源，或者在电机正常工作的状态下多次插拔交流电源的情况时，不仅会对作业对象造成损伤，而且很可能会因为误操作或者其它因素给操作人员或者交流电器设备本身带来安全隐患，影响交流电器设备的使用寿命。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型旨在提供一种外接开关自锁后交流上电保护控制器，以满足交流大功率产品的用电安全需求，提高用电安全性，避免造成安全隐患，延长设备的使用寿命。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种外接开关自锁后交流上电保护控制器，包括开关、放电功率半导体器件、开关通断监测电路、放电控制回路和放电功率半导体器件驱动电路；

所述开关通断监测电路、所述放电控制回路和所述放电功率半导体器件驱动电路均是在不使用逻辑控制芯片的条件下，采用分立器件搭建而成；所述开关通断监测电路由第十电阻、第十一电阻、第五电容、第三晶体管、第二半波整流二极管、第四二极管和第五二极管组成；所述放电控制回路由第四电阻、第五电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容、第六电容、第一半波整流二极管、第三稳压二极管和第一晶体管组成；所述放电功率半导体器件驱动电路由第二电阻、第三电阻和第一光耦组成；

所述开关的一端连接火线，所述开关的另一端连接输出端正极，所述放电功率半导体器件的一端连接输出端负极，所述放电功率半导体器件的另一端连接接地端；

所述第一晶体管的发射极连接零线和所述接地端，所述第一晶体管的集电极经所述第九电阻、所述第四电阻、所述第五电阻、第一半波整流二极管连接所述火线，所述第一半波整流二极管从所述火线至所述第五电阻单向导通，所述第一半波整流二极管在交流正半轴为所述放电控制回路供电，所述第三电容的一端连接在所述第五电阻与所述第一半波整流二极管之间，所述第三电容的一端连接所述零线和所述接地端，所述第一半波整流二极管在交流正半轴为所述第三电容充电蓄能，所述第三电容在交流负半轴为所述所述放电控制回路供电，所述第三稳压二极管的阴极连接在所述第五电阻与所述第四电阻之间，所述第三稳压二极管的阳极连接所述零线和所述接地端，所述第六电容的一端经过所述第八电阻连接在所述第四电阻与所述第五电阻之间，所述第六电容的另一端连接所述零线和所述接地端，电流依次通过所述第一半波整流二极管、所述第五电阻和所述第八电阻为所述第六电容充电，所述第一晶体管的基极连接在所述第八电阻与所述第六电容之间，所述第六电容控制所述第一晶体管的基极；

所述第二半波整流二极管、所述第十电阻、所述第五电容连接在所述输出端正极与所述零线之间，同时连接所述接地端，所述第二半波整流二极管为所述开关通断监测电路供电，电流经所述第十电阻向所述第五电容充电，所述第二半波整流二极管从所述输出端正极至所述第十电阻单向导通，所述第三晶体管的集电极连接在所述第八电阻与所述第六电容之间，所述第三晶体管的发射极连接所述零线和所述接地端，所述第三晶体管的基极通过所述第五二极管、所述第四二极管连接在所述第九电阻与所述第一晶体管的集电极之间，所述第十一电阻的一端连接在所述第十电阻与所述第五电容之间，所述第十一电阻的另一端连接在所述第五二极管与所述第四二极管之间，所述第五二极管从所述第十一电阻至所述第三晶体管的基极单向导通，所述第五电容通过所述第十一电阻和所述第五二极管控制所述第三晶体管的基极，所述第四二极管从所述第十一电阻至所述第九电阻与所述第一晶体管的集电极之间单向导通，所述第四二极管导通时，所述第三晶体管的基极的电压被钳位至低电平，所述第三晶体管处于关断状态；

所述第一光耦的1脚连接在所述第四电阻与所述第五电阻之间，所述第一光耦的2脚连接在所述第四电阻与所述第九电阻之间，所述第一晶体管通过所述第四电阻和所述第九电阻分压限流后控制所述第一光耦正常工作，所述第一光耦的4脚直接与所述放电功率半导体器件连接，同时所述第一光耦的4脚经过所述第二电阻连接所述输出端负极，所述第一光耦的6脚经过所述第三电阻连接所述接地端。

进一步的，当所述开关闭合后再接入电源时，所述第三晶体管先于所述第一晶体管导通，控制器处于上电保护状态；反之，当先接入电源后再闭合所述开关时，所述第一晶体管先于所述第三晶体管导通，所述开关闭合后，控制器正常导通。

进一步的，当所述第一晶体管先于所述第三晶体管导通时，所述第一晶体管对所述第五电容电压钳位，当所述第三晶体管先于所述第一晶体管导通时，所述第三晶体管对所述第六电容电压钳位，所述第一晶体管和第三晶体管实现互锁。

进一步的，当控制器处于保护状态时，反复断开、接入电源，控制器的保护状态维持有效，即当电机正常工作且开关闭合时拔去交流供电电源，重新上电后控制器进入保护状态，再次拔去交流供电电源，此时所述第三电容的放电速度大于所述第五电容的放电速度，所述第三晶体管可以维持导通至所述第三电容放电至低电平，防止所述第三晶体管关断后所述第三电容有足够电压使所述第一晶体管导通，防止第二次上电保护失效，从而避免了因交流供电电源抖动引起的保护失效问题。

本实用新型的工作原理如下：

当开关断开再接入交流供电电源时，开关通断监测电路因未接入火线，所以第五电容无法充电，开关通断监测电路不工作，电流经第一半波整流二极管、第五电阻、第八电阻对第六电容充电至第一晶体管导通，第一晶体管导通后第一光耦的1脚、2脚对接地端（火线）形成放电回路，第一光耦工作并驱动双向可控硅导通；同时在交流正半轴时，电流经第一半波整流二极管对第三电容充电蓄能，当交流负半轴时第三电容放电维持第一晶体管导通，保证后半个周波可控硅导通工作；同时当第一晶体管导通后，如果开关闭合，那么电流经第二半波整流二极管、第十电阻、第十一电阻、第四二极管、第一晶体管对接地端形成回路，第三晶体管的基极被钳位在低电平关断状态，保证开关闭合后控制器维持导通。

当开关先闭合再接入交流供电电源时，电流分别通过第二半波整流二极管、第十电阻与第一晶体管、第五电阻、第八电阻对第五电容、第六电容充电，由于第五电容的电压上升速度高于第六电容，因此第三晶体管先于第一晶体管导通，第三晶体管导通后第六电容对接地端短接并被钳位至低电平，第一晶体管维持关断，第一光耦维持不工作，放电控制回路维持关断。

综上分析，第一晶体管与第三晶体管实现了互锁,保证了控制器的正常导通状态或上电保护状态持续下去。

当电机正常工作且开关闭合时拔去交流供电电源，重新上电后控制器进入保护状态，再次拔去交流供电电源，此时第三电容放电速度大于第五电容放电速度，第三晶体管可以维持导通至第三电容放电至低电平，防止第三晶体管关断后第三电容有足够电压使第一晶体管导通，防止第二次上电保护失效，从而避免了因交流供电电源抖动引起的保护失效问题。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型实现了交流大功率电机（如交流角磨）在开关闭合后再接入电源时的误启动保护功能，不仅可以防止因误操作或者其它因素带来安全隐患，避免人员与作业对象的损伤，提高产品的用电安全性，而且节约能耗，延长交流电器设备的使用寿命。并且，本实用新型只需几个晶体管、电容和电阻即可实现交流用电设备的上电保护，电路结构简单，易于实现，成本低廉。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型外接开关自锁后交流上电保护控制器的电路图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参见图1所示，一种外接开关自锁后交流上电保护控制器，包括开关S1、放电功率半导体器件T1、开关通断监测电路、放电控制回路和放电功率半导体器件驱动电路；

所述开关通断监测电路、所述放电控制回路和所述放电功率半导体器件驱动电路均是在不使用逻辑控制芯片的条件下，采用分立器件搭建而成；所述开关通断监测电路由第十电阻R10、第十一电阻R11、第五电容C5、第三晶体管Q3、第二半波整流二极管D2、第四二极管D4和第五二极管D5组成；所述放电控制回路由第四电阻R4、第五电阻R5、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第六电容C6、第一半波整流二极管D1、第三稳压二极管D3和第一晶体管Q1组成；所述放电功率半导体器件驱动电路由第二电阻R2、第三电阻R3和第一光耦U1组成；

所述开关S1的一端连接火线L，所述开关S1的另一端连接输出端正极O+，所述放电功率半导体器件T1的一端连接输出端负极O-，所述放电功率半导体器件T1的另一端连接接地端GND；

所述第一晶体管Q1的发射极连接零线N和所述接地端GND，所述第一晶体管Q1的集电极经所述第九电阻R9、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、第一半波整流二极管D1连接所述火线L，所述第一半波整流二极管D1从所述火线L至所述第五电阻R5单向导通，所述第一半波整流二极管D1在交流正半轴为所述放电控制回路供电，所述第三电容C3的一端连接在所述第五电阻R5与所述第一半波整流二极管D1之间，所述第三电容C3的一端连接所述零线N和所述接地端GND，所述第一半波整流二极管D1在交流正半轴为所述第三电容C3充电蓄能，所述第三电容C3在交流负半轴为所述所述放电控制回路供电，所述第三稳压二极管D3的阴极连接在所述第五电阻R5与所述第四电阻R4之间，所述第三稳压二极管D3的阳极连接所述零线N和所述接地端GND，所述第六电容C6的一端经过所述第八电阻R8连接在所述第四电阻R4与所述第五电阻R5之间，所述第六电容C6的另一端连接所述零线N和所述接地端GND，电流依次通过所述第一半波整流二极管D1、所述第五电阻R5和所述第八电阻R8为所述第六电容C6充电，所述第一晶体管Q1的基极连接在所述第八电阻R8与所述第六电容C6之间，所述第六电容C6控制所述第一晶体管Q1的基极；

所述第二半波整流二极管D2、所述第十电阻R10、所述第五电容C5连接在所述输出端正极O+与所述零线N之间，同时连接所述接地端GND，所述第二半波整流二极管D2为所述开关通断监测电路供电，电流经所述第十电阻R10向所述第五电容C5充电，所述第二半波整流二极管D2从所述输出端正极至所述第十电阻R10单向导通，所述第三晶体管Q3的集电极连接在所述第八电阻R8与所述第六电容C6之间，所述第三晶体管Q3的发射极连接所述零线N和所述接地端GND，所述第三晶体管Q3的基极通过所述第五二极管D5、所述第四二极管D4连接在所述第九电阻R9与所述第一晶体管Q1的集电极之间，所述第十一电阻R11的一端连接在所述第十电阻R10与所述第五电容C5之间，所述第十一电阻R11的另一端连接在所述第五二极管D5与所述第四二极管D4之间，所述第五二极管D5从所述第十一电阻R11至所述第三晶体管Q3的基极单向导通，所述第五电容C5通过所述第十一电阻R11和所述第五二极管D5控制所述第三晶体管Q3的基极，所述第四二极管D4从所述第十一电阻R11至所述第九电阻R9与所述第一晶体管Q1的集电极之间单向导通，所述第四二极管D4导通时，所述第三晶体管Q3的基极的电压被钳位至低电平，所述第三晶体管Q3处于关断状态；

所述第一光耦U1的1脚连接在所述第四电阻R4与所述第五电阻R5之间，所述第一光耦U1的2脚连接在所述第四电阻R4与所述第九电阻R9之间，所述第一晶体管Q1通过所述第四电阻R4和所述第九电阻R9分压限流后控制所述第一光耦U1正常工作，所述第一光耦U1的4脚直接与所述放电功率半导体器件T1连接，同时所述第一光耦U1的4脚经过所述第二电阻R2连接所述输出端负极O-，所述第一光耦U1的6脚经过所述第三电阻R3连接所述接地端GND。

进一步的，当所述开关S1闭合后再接入电源时，所述第三晶体管Q3先于所述第一晶体管Q1导通，控制器处于上电保护状态；反之，当先接入电源后再闭合所述开关S1时，所述第一晶体管Q1先于所述第三晶体管Q3导通，所述开关S1闭合后，控制器正常导通。

进一步的，当所述第一晶体管Q1先于所述第三晶体管Q3导通时，所述第一晶体管Q1对所述第五电容C5电压钳位，当所述第三晶体管Q3先于所述第一晶体管Q1导通时，所述第三晶体管Q3对所述第六电容C6电压钳位，所述第一晶体管Q1和第三晶体管Q3实现互锁。

进一步的，当控制器处于保护状态时，反复断开、接入电源，控制器的保护状态维持有效，即当电机正常工作且开关S1闭合时拔去交流供电电源，重新上电后控制器进入保护状态，再次拔去交流供电电源，此时所述第三电容C3的放电速度大于所述第五电容C5的放电速度，所述第三晶体管Q3可以维持导通至所述第三电容C3放电至低电平，防止所述第三晶体管Q3关断后所述第三电容C3有足够电压使所述第一晶体管Q1导通，防止第二次上电保护失效，从而避免了因交流供电电源抖动引起的保护失效问题。

本实用新型的工作原理如下：

当开关S1断开再接入交流供电电源时，开关通断监测电路因未接入火线L，所以第五电容C5无法充电，开关通断监测电路不工作，电流经第一半波整流二极管D1、第五电阻R5、第八电阻R8对第六电容C6充电至第一晶体管Q1导通，第一晶体管Q1导通后第一光耦U1的1脚、2脚对接地端GND（火线）形成放电回路，第一光耦U1工作并驱动双向可控硅导通；同时在交流正半轴时，电流经第一半波整流二极管D1对第三电容C3充电蓄能，当交流负半轴时第三电容C3放电维持第一晶体管Q1导通，保证后半个周波可控硅导通工作；同时当第一晶体管Q1导通后，如果开关S1闭合，那么电流经第二半波整流二极管D2、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四二极管D4、第一晶体管Q1对接地端GND形成回路，第三晶体管Q3的基极被钳位在低电平关断状态，保证开关S1闭合后控制器维持导通。

当开关S1先闭合再接入交流供电电源时，电流分别通过第二半波整流二极管D2、第十电阻R10与第一晶体管D1、第五电阻R5、第八电阻R8对第五电容C5、第六电容C6充电，由于第五电容C5的电压上升速度高于第六电容C6，因此第三晶体管Q3先于第一晶体管Q1导通，第三晶体管Q3导通后第六电容C6对接地端GND短接并被钳位至低电平，第一晶体管Q1维持关断，第一光耦U1维持不工作，放电控制回路维持关断。

综上分析，第一晶体管Q1与第三晶体管Q3实现了互锁,保证了控制器的正常导通状态或上电保护状态持续下去。

当电机正常工作且开关S1闭合时拔去交流供电电源，重新上电后控制器进入保护状态，再次拔去交流供电电源，此时第三电容C3放电速度大于第五电容C5放电速度，第三晶体管Q3可以维持导通至第三电容C3放电至低电平，防止第三晶体管Q3关断后第三电容C3有足够电压使第一晶体管Q1导通，防止第二次上电保护失效，从而避免了因交流供电电源抖动引起的保护失效问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种外接开关自锁后交流上电保护控制器，其特征在于：包括开关（S1）、放电功率半导体器件（T1）、开关通断监测电路、放电控制回路和放电功率半导体器件驱动电路；

所述开关通断监测电路由第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第五电容（C5）、第三晶体管（Q3）、第二半波整流二极管（D2）、第四二极管（D4）和第五二极管（D5）组成；所述放电控制回路由第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第三电容（C3）、第六电容（C6）、第一半波整流二极管（D1）、第三稳压二极管（D3）和第一晶体管（Q1）组成；所述放电功率半导体器件驱动电路由第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第一光耦（U1）组成；

所述开关（S1）的一端连接火线（L），所述开关（S1）的另一端连接输出端正极（O+），所述放电功率半导体器件（T1）的一端连接输出端负极（O-），所述放电功率半导体器件（T1）的另一端连接接地端（GND）；

所述第一晶体管（Q1）的集电极经所述第九电阻（R9）、所述第四电阻（R4）、所述第五电阻（R5）、第一半波整流二极管（D1）连接所述火线（L），所述第一半波整流二极管（D1）从所述火线（L）至所述第五电阻（R5）单向导通，所述第一晶体管（Q1）的发射极连接零线（N）和所述接地端（GND），所述第三电容（C3）的一端连接在所述第五电阻（R5）与所述第一半波整流二极管（D1）之间，所述第三电容（C3）的一端连接所述零线（N）和所述接地端（GND），所述第三稳压二极管（D3）的阴极连接在所述第五电阻（R5）与所述第四电阻（R4）之间，所述第三稳压二极管（D3）的阳极连接所述零线（N）和所述接地端（GND），所述第六电容（C6）的一端经过所述第八电阻（R8）连接在所述第四电阻（R4）与所述第五电阻（R5）之间，所述第六电容（C6）的另一端连接所述零线（N）和所述接地端（GND），所述第一晶体管（Q1）的基极连接在所述第八电阻（R8）与所述第六电容（C6）之间；

所述第二半波整流二极管（D2）、所述第十电阻（R10）、所述第五电容（C5）连接在所述输出端正极（O+）与所述零线（N）之间，同时连接所述接地端（GND），所述第二半波整流二极管（D2）从所述输出端正极（O+）至所述第十电阻（R10）单向导通，所述第三晶体管（Q3）的集电极连接在所述第八电阻（R8）与所述第六电容（C6）之间，所述第三晶体管（Q3）的发射极连接所述零线（N）和所述接地端（GND），所述第三晶体管（Q3）的基极通过所述第五二极管（D5）、所述第四二极管（D4）连接在所述第九电阻（R9）；与所述第一晶体管（Q1）的集电极之间，所述第十一电阻（R11）的一端连接在所述第十电阻（R10）与所述第五电容（C5）之间，所述第十一电阻（R11）的另一端连接在所述第五二极管（D5）与所述第四二极管（D4）之间，所述第五二极管（D5）从所述第十一电阻（R11）至所述第三晶体管（Q3）的基极单向导通，所述第四二极管（D4）从所述第十一电阻（R11）至所述第九电阻（R9）与所述第一晶体管（Q1）的集电极之间单向导通；

所述第一光耦（U1）的1脚连接在所述第四电阻（R4）与所述第五电阻（R5）之间，所述第一光耦（U1）的2脚连接在所述第四电阻（R4）与所述第九电阻（R9）之间，所述第一光耦（U1）的4脚直接与所述放电功率半导体器件（T1）连接，同时所述第一光耦（U1）的4脚经过所述第二电阻（R2）连接所述输出端负极（O-），所述第一光耦（U1）的6脚经过所述第三电阻（R3）连接所述接地端（GND）。

2.根据权利要求1所述的外接开关自锁后交流上电保护控制器，其特征在于：当所述开关（S1）闭合后再接入电源时，所述第三晶体管（Q3）先于所述第一晶体管（Q1）导通，控制器处于上电保护状态；反之，当先接入电源后再闭合所述开关（S1）时，所述第一晶体管（Q1）先于所述第三晶体管（Q3）导通，所述开关（S1）闭合后，控制器正常导通。

3.根据权利要求2所述的外接开关自锁后交流上电保护控制器，其特征在于：当所述第一晶体管（Q1）先于所述第三晶体管（Q3）导通时，所述第一晶体管（Q1）对所述第五电容（C5）电压钳位，当所述第三晶体管（Q3）先于所述第一晶体管（Q1）导通时，所述第三晶体管（Q3）对所述第六电容（C6）电压钳位，所述第一晶体管（Q1）和第三晶体管（Q3）实现互锁。

4.根据权利要求3所述的外接开关自锁后交流上电保护控制器，其特征在于：当控制器处于保护状态，且反复断开、接入电源时，此时所述第三电容（C3）的放电速度大于所述第五电容（C5）的放电速度，所述第三晶体管（Q3）维持导通至所述第三电容（C3）放电至低电平，控制器的保护状态维持有效。