CN211377565U - 高压电源闭环限流保护装置及同步保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压电源闭环限流保护装置及同步保护电路，同步保护电路包括第一保护电路和第二保护电路；第一保护电路用于在接收到过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电；以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时后对高压电路进行重启；第二保护电路的输出端还与第一保护电路电连接，用于在第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁第一保护电路或提高第一保护电路进行保护动作的电流限制；第二保护电路在起始时间后，经第二延时后自动复位；第一时延小于第二时延，第一保护电路与第二保护电路同步触发。本实用新型既提高保护的灵敏度，又不发生保护误动，实现高压电源稳定可靠运行。

Description

高压电源闭环限流保护装置及同步保护电路

技术领域

本实用新型涉及高压电源技术领域，尤其涉及一种高压电源闭环限流保护装置及同步保护电路。

背景技术

高压电源产生数万伏的直流高压，应用于环保行业的静电除尘领域。高压电源在电离区以电晕放电形式辐射电子，使污染气体中的油烟粉尘颗粒荷电，通过吸附区的静电场时被电场力捕捉吸附于电场的极板上。静电除尘是目前大气除霾、废气净化的主流技术，在餐饮油烟净化、工业除尘和油雾收集等方面应用广泛。

高压电源在运行过程中，数万伏的直流高压经常因介质击穿而发生闪络放电及电弧。如果不采取保护措施，容易造成电源损坏，或者放电火弧引发火灾。因此高压电源都设计了短路保护和击穿放电保护功能，在发生短路异常或击穿放电时触发相应的保护电路，关闭高压输出，以避免电源损坏或引发火灾。

短路保护和击穿放电保护采用的技术手段是：设置高压输出电流监测电路、异常状态甄别电路、高压输出关闭电路和自动重启电路，这些电路协同运行达到保护目的。

保护电路原理为：

高压输出电流监测电路动态持续测量电流值，将结果与设定的正常电流限值比较。正常稳态工作时高压输出电流小于电流限值，保护电路不动作；一旦发生闪络放电或短路异常，高压输出电流大于电流限值，保护电路迅速动作关闭高压输出；闪络放电或短路异常消除则自动重启，恢复正常高压输出。如果闪络放电或短路异常未消除则再次关闭高压输出。

现有技术存在的问题和缺点

现有的短路保护和击穿放电保护存在的缺陷是：灵敏度难于精确设定，导致保护误动作或保护拒动。

由于高压输出电流受多个因素影响(高压电场的尺寸、形状、材料、脏污程度和处理气态介质的温度、湿度、气压、污染物成分)，有较大的离散性。尤其是保护动作后电源重启时，会产生幅值较高的容性充电电流脉冲。原因是电场吸附区由许多平行的异性极板交错绝缘隔离组成，形成一个平板电容器。每次保护后自动重启时，输出高压对平板电容器都会产生容性充电电流脉冲。

综上所述，高压电源的输出电流在比较大的范围内变化，正常电流限值的设定就难于准确。电流限值设定的小了，灵敏度过高，躲不过容性充电电流脉冲，易发生保护误动，出现故障红灯闪动，无高压输出现象；电流限值设定的大了，灵敏度过低，能躲过容性充电电流，但短路保护和击穿放电保护又容易拒动，电源损坏或火弧引发火灾的风险就大大增加；

环保行业大气净化装置实际运行情况表明：保护误动无高压输出是常见现象，而保护拒动造成的电源损坏和起火事件也不是少数。这个长期存在的难题，给政府相关管理部门、净化器生产企业和用户带来极大的困扰。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种高压电源闭环限流保护装置。

本实用新型高压电源闭环限流保护装置包括：输出电流检测电路、过流触发电路、第一保护电路和第二保护电路；所述输出电流检测电路用于对高压输出电路的电流进行检测；所述过流触发电路与所述输出电流检测电路电连接，用于在检测获取的电流值超过预先设定的电流值时发出过流触发信号；所述预先设定的电流值根据高压电路发生击穿短路放电产生的电流幅值确定；所述第一保护电路和所述第二保护电路的输入端均与所述过流触发电路连接且同步触发；所述第一保护电路用于在所述过流触发电路发出所述过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电；并且，以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时后对高压电路进行重启；所述第二保护电路的输出端还与所述第一保护电路电连接，用于在所述第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁所述第一保护电路或提高所述第一保护电路进行保护动作的电流限制；并且，所述第二保护电路在所述起始时间后，经第二延时后自动复位；所述第一延时小于所述第二延时。

进一步地，上述高压电源闭环限流保护装置还包括：自动重启电路；所述第一保护电路的输出端与所述自动重启电路的输入端相连接。

进一步地，上述高压电源闭环限流保护装置还包括：振荡电路和驱动电路；所述自动重启电路的输出端与所述振荡电路电连接；所述振荡电路的输出端与所述驱动电路电连接；所述驱动电路与高压输出电路电连接。

进一步地，上述高压电源闭环限流保护装置中，所述第一保护电路和所述第二保护电路均设置有延时电路。

第二方面，本实用新型还公开了一种同步保护电路，包括：

第一保护电路和第二保护电路；

所述第一保护电路和所述第二保护电路的输入端均与过流触发信号发出端电连接；

所述第一保护电路用于在接收到所述过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电；并且，以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时后对高压电路进行重启；

所述第二保护电路的输出端还与所述第一保护电路电连接，用于在所述第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁所述第一保护电路或提高所述第一保护电路进行保护动作的电流限制；并且，所述第二保护电路在所述起始时间后，经第二延时后自动复位；

所述第一延时小于所述第二延时。

进一步地，上述同步保护电路中，所述第一保护电路和所述第二保护电路均设置有延时电路。

本实用新型的工作原理是：在正常稳态工作期间，经输出电流检测电路的检测，获得的当前电流大于预先设定的电流值时，可以认定为高压电源发生击穿短路放电，此时，过流触发电路发出触发信号给第一保护电路和第二保护电路，第一保护电路和第二保护电流同时被触发，其中，第一保护电路立即触发动作,关闭或降低高压输出以消除击穿短路放电，经第一延时后自动重启；第二保护电路同步触发同步动作,闭锁击穿短路保护或提高电流限值，经第二延时后自动复位。用于在所述第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁所述第一保护电路或提高所述第一保护电路进行保护动作的电流限制；并且，所述第二保护电路在所述起始时间后，经第二延时后自动复位。

因为第二延时比第一延时长，例如可以长几十毫秒，那么第一保护电路动作后经第一延时自动重启，形成的容性充电电流脉冲就落在第二保护电路动作时间内，由于击穿短路保护闭锁或电流限值提高，容性充电电流脉冲不会触发保护第一保护电路再次动作。几十毫秒后容性充电电流脉冲消失，第二保护电路自动复位，输出电流检测电路、过流触发电路、第一保护电路重新对正常稳态工作电流进行监测。

由此，第一保护电路得以避开容性充电电流脉冲的影响，避免保护误动的同时，又不降低保护灵敏度，避免保护拒动，提高电源的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型高压电源闭环限流保护装置实施例的示意图；

图2为本实用新型高压电源闭环限流保护装置实施例的电路结构示意图。

其中：

2 振荡电路

3 驱动电路

4 高压输出电路

5 输出电流检测电路

6 过流触发电路

7 第一保护电路

8 第二保护电路

9 自动重启电路

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例基于现有的保护电路缺陷的分析，为解决保护灵敏度设定的难题，针对性设计一种高压电源闭环限流保护电路，区别处理正常稳态工作电流和容性充电电流，既提高保护的灵敏度，又不发生保护误动，实现高压电源稳定可靠运行。

经过分析：正常稳态工作电流、击穿短路放电电流和容性充电电流各有特点：

1)、正常稳态工作电流是静电场工作时的电晕放电电流和吸附电流之和，持续稳定；

2)、击穿短路放电电流是电场介质击穿时形成的电流脉冲；

3)、容性充电电流是静电场保护动作后自动重启时，输出高压对电场电容短暂充电脉冲。

通过实际测试得知：

1)、因电场差异，正常稳态工作电流的离散性范围在额定电流值的±30％左右，

2)、短路电流和击穿闪络放电的电流幅值是正常稳态工作电流的2-5倍，而容性充电电流脉冲幅值可达正常稳态工作电流的2-4倍。如果按2倍设定电流限值，容性充电电流脉冲易触发保护电路，发生保护误动；如果按4倍设定电流限值，部分短路和击穿闪络放电又触发不了保护电路，发生保护拒动。

由此推论，只要能甄别正常稳态工作电流、击穿短路放电电流和容性充电电流，分别设计不同的保护机理，在容性充电电流脉冲期间闭锁击穿短路保护或提高电流限值，以避过容性充电电流脉冲的影响。在容性充电电流脉冲过后再投入击穿短路保护或降低电流限值，就能够既提高保护的灵敏度，又不发生保护误动，实现高压电源稳定可靠运行。

然而，击穿短路放电脉冲和容性充电电流脉冲的发生有随机性，脉冲延时又极短，其幅值和延时特征相近，要甄别、捕捉并同时调整保护电路存在难度。

为此，基于击穿短路放电脉冲和容性充电电流脉冲的发生机理研究，本实用新型提出一种甄别方法：在正常稳态工作期间发生的大电流脉冲，视为击穿短路放电脉冲，触发保护电路动作；在保护动作后重启时出现的大电流脉冲，视为容性充电电流脉冲，闭锁击穿短路保护或提高电流限值，避免误动。

本实用新型的实施例在甄别击穿短路放电脉冲和容性充电电流脉冲后，要在几个毫秒内准确实现保护电路的不同动作。

参照图1，图1为本实用新型高压电源闭环限流保护装置实施例的结构示意图。从图1可以看出，本实施例包括振荡电路2、驱动电路3、高压输出电路 4、输出电流检测电路5、过流触发电路6、第一保护电路7和第二保护电路8，以及，自动重启电路9。从图1可以看出，上述各个电路顺序连接，成为一个闭环。

其中，输出电流检测电路5用于对高压输出电路的电流进行检测。过流触发电路6与输出电流检测电路5电连接，用于在检测获取的电流值超过预先设定的电流值时发出过流触发信号。需要说明的是，预先设定的电流值根据高压电路发生击穿短路放电产生的电流幅值确定。

第一保护电路7和第二保护电路8的输入端均与过流触发电路6连接；第一保护电路7用于在过流触发电路6发出过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电。

并且，第一保护电路7以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时TA 后对高压电路进行重启。

第二保护电路8的输出端还与第一保护电路7电连接，用于在第一保护电路7进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁第一保护电路7或提高第一保护电路7进行保护动作的电流限制。并且，第二保护电路8在起始时间后，经第二延时TB后自动复位；第一延时TA小于第二延时TB。

在本实施例中，第一保护电路7的输出端与自动重启电路9的输入端相连接。当电流检测电路5检测获得的当前电流值大于预先设定的电流值时，进行关闭或降低高压输出的动作，并且，在第一保护电路被触发动作后经第一延时 TA，通过自动重启电路9自动重启。

在本实施例中，还包括振荡电路2和驱动电路3。自动重启电路9的输出端与振荡电路2电连接；振荡电路2的输出端与驱动电路3电连接；驱动电路3 与高压输出电路4电连接。

在具体实施时，第一保护电路7和第二保护电路8均设置有延时电路。

本实用新型的工作原理是：在正常稳态工作期间，经输出电流检测电路的检测，获得的当前电流大于预先设定的电流值时，可以认定为高压电源发生击穿短路放电，此时，过流触发电路发出触发信号给第一保护电路和第二保护电路，第一保护电路和第二保护电流同时被触发，其中，第一保护电路立即触发动作,关闭或降低高压输出以消除击穿短路放电，经第一延时后自动重启；第二保护电路同步触发同步动作,闭锁击穿短路保护或提高电流限值，经第二延时后自动复位。

因为第二延时比第一延时长，例如可以长几十毫秒，那么第一保护电路动作后经第一延时自动重启，形成的容性充电电流脉冲就落在第二保护电路动作时间内，由于击穿短路保护闭锁或电流限值提高，容性充电电流脉冲不会触发保护第一保护电路再次动作。几十毫秒后容性充电电流脉冲消失，第二保护电路自动复位，输出电流检测电路、过流触发电路、第一保护电路重新对正常稳态工作电流进行监测。由此，第一保护电路得以避开容性充电电流脉冲的影响，避免保护误动的同时，又不降低保护灵敏度，避免保护拒动，提高电源的可靠性。于是，可以得出：本实施例灵敏度高,不会保护拒动，也不会保护误动，解决了环保行业大气净化装置长期存在的安全和可靠性难题。

需要说明的是，振荡电路2、驱动电路3、高压输出电路4、输出电流检测电路5、过流触发电路6、第一保护电路7和第二保护电路8，以及，自动重启电路9的实现对本领域技术人员而言是习知的，本实用新型对其中的每一个电路的组成、搭建方式此不做限定。

换句话说，本实用新型是将现有技术中的振荡电路、驱动电路、高压输出电路、输出电流检测电路、过流触发电路，以及保护电路，在按照本实用新型的逻辑组合搭建后，实现本实用新型的所要解决的技术问题。或者说，本实用新型是对现有技术中所涉及上述诸多电路，进行了彼此间连接方式和逻辑控制的创新，因此形成了本实用新型的技术方案。

下面，参照图2，给出在一个具体的实施例中，示出了本实用新型高压电源闭环限流保护装置示意图。

从图2可以看出第一保护电路和第二保护电路均包括如下端口：

PG:触发后保护输出高电平，经设定延时复位，变回低电平。

C:定时电容

VCC:接12V电压

IN:触发输入端

GND:接地

其中，VCC接12V电压，C端分别接电容C1和C2

第一保护电路和第二保护电路输入端，IN端口均与过流触发电路连接且同步触发，也就是说，第一保护电路和第二保护电路的输入端IN端口端均与D3 连接。

下面，说明图2所示的电路的工作原理。

高压电流经R1形成采样电压信号，通过R2送到运放U2A的同相输入端，R3和R4设定正常工作上限门槛电压。

在正常工作期间，采样电压信号低于正常工作门槛电压，U2A、U2B不动作，无保护信号输出；

发生击穿短路时，击穿短路电流大于正常工作门槛电压，U2A、U2B动作输出保护信号。

该信号一支经D2关闭或降低高压输出以消除击穿短路放电；

另一支同时输入第一保护电路和第二保护电路的输入端，第一保护电路输出高电平维持保护信号的输出，经C1所设定的第一延时TA后变回低电平，振荡电路自动重启；

第二保护电路同步触发同步动作,通过Q1闭锁运放U2A和U2B，经C2设定的第二延时TB后变回低电平，采样电路和U2A和U2B组成的保护电路自动恢复正常监控状态。

由于第一延时TA小于第二延时TB，当第一保护电路经C1所设定的第一延时TA后变回低电平，振荡电路重启时出现的容性充电电流虽然大于保护电流上限，但由于第二保护电路经C2所设定的第二延时TB比TA长，Q1导通将容性充电电流的信号拦截，不会触发保护电路动作。当第二保护电路经C2所设定的第二延时TB复位变回低电平，Q1截止，放开保护通道的时候，容性充电电流已消失，电路恢复正常工作状态。

但应当强调的是，上述第一保护电路和第二保护电路的具体结构仅仅是在一个示例，本实用新型不局限于这些结构，其他能够实现对应电路功能的电路结构与形态，均在本实用新型的保护范围之内。

第二方面，本实用新型还公开了一种同步保护电路，包括：第一保护电路和第二保护电路，由于第一保护电路和第二保护电路在上述实施例中已经做了相应的说明，相关之处参考上述说明即可，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种高压电源闭环限流保护装置，其特征在于，包括：

输出电流检测电路、过流触发电路、第一保护电路和第二保护电路；

所述输出电流检测电路用于对高压输出电路的电流进行检测；

所述过流触发电路与所述输出电流检测电路电连接，用于在检测获取的电流值超过预先设定的电流值时发出过流触发信号；所述预先设定的电流值根据高压电路发生击穿短路放电产生的电流幅值确定；

所述第一保护电路和所述第二保护电路的输入端均与所述过流触发电路连接且同步触发；

所述第一保护电路用于在所述过流触发电路发出所述过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电；并且，以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时后对高压电路进行重启；

所述第二保护电路的输出端还与所述第一保护电路电连接，用于在所述第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的时间范围内，闭锁所述第一保护电路或提高所述第一保护电路进行保护动作的电流限制；并且，所述第二保护电路在所述起始时间后，经第二延时后自动复位；

所述第一延时小于所述第二延时。

2.根据权利要求1所述的高压电源闭环限流保护装置，其特征在于，还包括：

自动重启电路；

所述第一保护电路的输出端与所述自动重启电路的输入端相连接。

3.根据权利要求2所述的高压电源闭环限流保护装置，其特征在于，还包括：

振荡电路和驱动电路；

所述自动重启电路的输出端与所述振荡电路电连接；

所述振荡电路的输出端与所述驱动电路电连接；

所述驱动电路与高压输出电路电连接。

4.根据权利要求1所述的高压电源闭环限流保护装置，其特征在于，

所述第一保护电路和所述第二保护电路均设置有延时电路。

5.一种同步保护电路，其特征在于，包括：

第一保护电路和第二保护电路；

所述第一保护电路和所述第二保护电路的输入端均与过流触发信号发出端电连接且同步触发；

所述第一保护电路用于在接收到所述过流触发信号时，进行关闭或降低高压输出的动作以消除击穿短路放电；并且，以接受触发的时间点作为起始时间，经第一延时后对高压电路进行重启；

所述第二保护电路的输出端还与所述第一保护电路电连接，用于在所述第一保护电路进行重启并产生容性充电电流脉冲的情况下，闭锁所述第一保护电路或提高所述第一保护电路进行保护动作的电流限制；并且，所述第二保护电路在所述起始时间后，经第二延时后自动复位；

所述第一延时小于所述第二延时。

6.根据权利要求5所述的同步保护电路，其特征在于，

所述第一保护电路和所述第二保护电路均设置有延时电路。

Images