CN211655729U - 一种欠压保护电路和欠压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种欠压保护电路和欠压保护装置，所述电路包括：电源模块，用于将交流电源整流为第一直流电源，并产生低压的第二直流电源用于电路控制；线圈动作控制电路，用于连接电磁铁的激励线圈和保持线圈，形成驱动保持线圈的第一回路和驱动激励线圈的第二回路，并输出状态信息；及控制电路，用于根据第一直流电源电压的状态变化，实施对第一回路和第二回路的控制。本实用新型的欠压保护电路通过对三抽头的电磁铁控制线圈的控制，以实现欠压保护装置在电压恢复时，采用大电流的激励电流以实现电磁铁的吸合，并在吸合状态通过电路方式切换为中等电流的保持电流，以减少欠压控制装置的功耗。

Description

一种欠压保护电路和欠压保护装置

技术领域

本实用新型涉及欠压控制技术领域，具体来说是一种欠压保护电路和欠压保护装置。

背景技术

由于短路故障等原因，线路电压会在短时间内出现大幅度降低甚至消失的现象。它会给线路和电气设备带来损伤。例如：使电动机疲倒、堵转，从而产生数倍于额定电流的过电流，烧坏电动机；当电压恢复时，大量电动机的自起动又会使电动机的电压大幅度下降，造成危害。

欠压板控制是保护电源设备中不可缺少的一项技术，欠压板控制是指当线路电压下降到某一数值时，欠压板所驱动的设备能够脱离工作，避免设备在欠压状态运行，损坏设备，造成或扩大事故。目前欠压板控制器由于使用的是控制继电器动作能量的方式，使得欠压控制器在欠压状态下，供给继电器能量不足，切断继电器工作，这种方法虽然成本低，但是控制精度不高，使得继电器容易误动作。

实用新型内容

鉴于上述缺陷，本发明的目的是实现一种安全的欠压保护电路和欠压保护装置。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种欠压保护电路，包括：

电源模块，用于将交流电源整流为第一直流电源，并产生低压的第二直流电源用于电路控制；

线圈动作控制电路，用于连接电磁铁的激励线圈和保持线圈，形成驱动保持线圈的第一回路和驱动激励线圈的第二回路，并输出状态信息；

及控制电路，用于根据第一直流电源电压的状态变化，实施对第一回路和第二回路的控制，包括：当电源电压由正常电压状态转入欠压状态时，关断第一回路和第二回路，电磁铁释放；当电源电压由欠压状态转入正常电压状态时，先导通第二回路实现电磁铁的吸合，经延时后，再关断第二回路、导通第一回路保持电磁铁处于吸合状态。

进一步的，所述线圈动作控制电路包括：

第一输出端子、第二输出端子、第三输出端子，所述第一输出端子和第二输出端子用于连接激励线圈；所述第一输出端子和第三输出端子用于连接保持线圈；所述激励线圈为所述保持线圈的局部，通过抽头引出；所述第一输出端子连接第一直流电源，所述第三输出端子同时用于输出状态信息；

第一开关管，串接在第三输出端子和地之间，第一直流电源通过所述保持线圈、第一开关管到地，构成第一回路；

及第二开关管，串接在第二输出端子和地之间，第一直流电源通过所述激励线圈、第二开关管到地，构成第二回路；

所述第一开关管和第二开关管均为NMOS管。

进一步的，所述控制电路包括:

电压采样电路,用于将第一直流电源的电压幅值压缩至小于控制电压可检测范围，输出欠压检测信号；

第一比较器电路，用于比较欠压检测信号的电压和第一基准电压的大小，输出第一控制信号；当欠压检测信号的电压大于第一基准电压时，第一控制信号为高电平；当欠压检测信号的电压小于第一基准电压时，第一控制信号为低电平；第一控制信号用于第一开关管的控制；

单脉冲触发电路，用于在第一控制信号的电压产生跳变时，产生一个向下跳变的脉冲信号；

第二比较器电路，用于比较脉冲信号的电压和第二基准电压的大小，输出第二控制信号，当脉冲信号的电压大于第二基准电压时，第二控制信号为高电平；当脉冲信号的电压小于基准电压时，第二控制信号为低电平；所述第二控制信号用于第二开关管的控制；

及基准电压电路，用于产生第一基准电压和第二基准电压。

进一步的，还包括断线监视输出电路和恒流电路，所述断线监视输出电路包括第一稳压器件和第一光耦，所述第一稳压器件串联于第一回路中，位于第三输出端子和第一开关管之间，所述第一光耦的输入端并联在第一稳压器件两端，从所述第一回路取电，当所述第一稳压器件导通时，所述第一光耦导通；直流电源通过保持线圈、第一稳压器件和恒流电路接地，构成第三回路。通过第三回路，可在第一回路、第二回路断开时，为保持线圈提供一个断线检测电流，可检测保持线圈是否出现断路。

进一步的，所述恒流电路包括：第三稳压器件、第三开关管和限流电阻，所述第三稳压器件并联在第三开关管的控制极和地之间，直流电源通过保持线圈、第一稳压器件、第三开关管、限流电阻接地，构成所述第三回路。

进一步的，还包括线圈动作控制电路，所述线圈动作控制电路包括第二稳压器件和第二光耦，所述第二稳压器件串联于第一回路中，位于第一稳压器件和第一开关管之间，所述第二光耦的输入端并联在第二稳压器件两端，从所述第一回路取电，当所述第二稳压器件导通时，所述第二光耦导通。

为实现上述目的，本实用新型还提出了一种一种欠压保护装置，包括欠压控制模块和电磁铁，所述电磁铁的动作线圈为三抽头线圈，所述欠压控制模块应用如上所述的欠压保护电路。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的欠压保护电路采用电磁铁释放(掉线)的方式进行关断保护，可靠性高。

(2)本实用新型的欠压保护电路通过对三抽头的电磁铁控制线圈的控制，以实现欠压保护装置在电压恢复时，采用大电流的激励电流以实现电磁铁的吸合，并在吸合状态通过电路方式切换为中等电流的保持电流，以减少欠压控制装置的功耗。

(3)本实用新型的欠压保护电路通过断线监视输出电路、恒流电路，以提供线圈断线检测，提供装置自检能力。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地解释本发明。在所有附图中，相同的附图标记表示相同或等同的特征：

图1为本发明的欠压断线和动作监视电路的连接示意图；

图2为本发明的电源模块和线圈动作控制电路的电路图；

图3是本发明的断线监视输出电路、恒流电路和动作报警输出电路的电路图；

图4是本发明的控制电路的电路图；

图5是本发明的欠压保护装置的结构图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例一

图1为根据本发明的一种欠压控制盒断线和动作监视回路的连接示意图。一种欠压断线和动作监视回路，包括电源模块1、线圈动作控制电路2、断线监视输出电路4、恒流电路3、动作报警输出电路5以及控制电路6，电源模块1用于向控制电路6供电，线圈动作控制电路2用于控制线圈动作并输出光电信息，断线监视输出电路4通过激励线圈和保持线圈导通，输出信号，动作报警输出电路5，用于输出报警信号，以及控制电路6用于控制整个电路的电流输出。

如图2-图4所示，本发明的欠压断线和动作监视电路的电路原理图。

如图2所示，电源模块1中，交流电压经桥堆DB1整流后输出直流电源LCOMA，同时直流电源LCOMA通过降压稳压输出低压工作电源，在本实施例中，该低压电源的电压为+12V。由于直流电源LCOMA在欠压保护过程中，其电压仍远高于控制电压，可以认为在整个断线和动作监测过程中，低压工作电源保持+12V的恒压状态。

如图2所示，电磁铁的控制线圈设有3个抽头，分别为LCOM、LMIN和LMAX，LMIN为中间抽头。在此，将在抽头LCOM、LMIN之间的线圈定义为激励线圈，将抽头LCOM和LMAX之间的线圈定义为保持线圈，其中抽头LCOM连接直流电源LCOMA，抽头LMAX通过稳压管D20、D21、第一NMOS管Q1接地，形成第一回路，抽头LMIN通过第二NMOS管Q2接地，形成第二回路，同时抽头LMAX在通过稳压管D20后还通过恒流电路3形成第三回路。第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的开关控制均由控制电路6提供。

在抽头LCOM、LMIN之间还设置有续流二极管D1，在抽头LCOM、LMIN之间还设置有续流二极管D2，当流过激励线圈、保持线圈中的电流消失时，激励线圈、保持线圈产生的感应电动势通过续流二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉，从而保护了电路中的其它元件的安全。

如图3所示，断线监视输出电路4包括一光耦U2，光耦U2的输入端连接在稳压管D20的两端，当稳压管D20处于导通状态时，光耦U2导通，端子P6和P7之间处于导通状态，表示保持线圈状态正常，没有出现断线；当稳压管D20处于关断状态时，光耦U2关断，端子P6和P7处于开路状态，表示保持线圈状态异常，出现断线或无电流通过(当激励线圈动作时，保持线圈无电流通过)。

为保证在第一回路和第二回路断开时，断线监视输出电路4能继续对保持线圈断线进行检测，需要提供一个回路，即第三回路，使得在第一回路和第二回路断开时，仍有电流通过断线监视输出电路4的稳压管D20，使得光耦U2导通。

在本实施例中，第三回路采用恒流电路3提供通过保持线圈的断线检测电流。恒流电路3并联在串联的稳压管D20和第一NMOS管Q1两端，其输入电压受第一回路的通断影响。采用恒流电路3可以使第三回路的断线检测电流不会对第一回路通断造成影响，也不会受到第一回路通断的影响。

在本实施例中，如图2所示，恒流电路3由电阻R17、R18、R19、NMOS管Q3、电容C8、稳压管D9和瞬态电压抑制管D10组成。其中R17、R18和稳压管D9串联形成稳压电路，稳压管D8和电容C8并联在NMOS管Q3的栅极和源极之间，NMOS管Q3源极通过电阻R19接地，电阻R19为限流电阻，当NMOS管Q3栅极电压稳定时；流经NMOS管Q3的源极和漏极的电流恒定。在本应用中，该恒流电路3可提供小电流的恒流控制，以使本装置在欠压状态下，稳压管D20仍保持导通状态，同时电磁铁不动作。瞬态电压抑制管D10起限压保护作用，以防止电源上出现异常高压。

在本实施例中，如图3所示，动作报警输出电路5包括一光耦U3，光耦U3的输入端连接在稳压管D21的两端，当稳压管D21处于导通状态时，光耦U3导通，端子P8和P9导通；当稳压管D21处于关断状态时，光耦U3关断，端子P8和P9处于开路状态，从而产生动作报警。

如图4所示，控制电路6进行欠压检测，并输出第一控制信号CTRL1控制第一NMOS管Q1，输出第二控制信号CTRL2控制第二NMOS管Q2。

当第一NMOS管Q1导通时，产生第一回路，直流电源LCOMA通过激励线圈、第二NMOS管Q2接地。此时提供一个短时的大电流信号，使电磁铁吸合。

当第一NMOS管Q1导通时，产生第二回路，直流电源LCOMA通过保持线圈、第一NMOS管接地；该回路同时通过稳压管D20、D21使光耦U2、U3导通。此时提供一个中等电流信号，在电磁铁已经吸合的状态下，该电流足以使电磁铁保持吸合状态。

控制电路6对第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的控制可以采用电路实现，也可以采用微控制器电路，通过编程实现。在本实施例中，公开了一种电路实现方式。具体包括：包括电压采样电路61、第一比较器电路62、单脉冲触发电路63、第二比较器电路64和基准电压电路65。

电压采样电路61，包括比较器U1C和比较器U1D和周边器件，在比较器U1C的正输入端，包括电阻R9、R10、R11、R12，稳压管D8和电容C6构成的输入电路，其中，电阻R9、R10、R11和电阻R12构成分压电路，将高电压降低到比较器U1C允许的输入电压范围，电容C6起滤波作用，稳压管D8为过压保护。

比较器U1C和比较器U1D均采用射随连接方式(即负输入端和输出端直连)，比较器U1的输出端通过R5和C7构成的延时电路和比较器U1D的正输入端连接，此时比较器U1C的正输入端的电压会通过一定的延时体现到比较器U1D的输出端。电源LCOMA经电压采样电路输出一个电压范围在低压工作电源的电压范围内欠压检测信号，用于欠压检测。

基准电压电路65包括电阻R13、稳压管D4和电容C5，从而产生稳定的基准电压，该电压提供比较电压到比较器U1A和比较器U1B的负输入端。

第一比较器电路62包括比较器U1B，比较器U1B的正输入端和电压采样电路61的输出端连接，比较器U1B的负输入端连接基准电压，比较器U1B的输出端输出第一控制信号CTRL1，用于电压采样信号的电压和基准电压，当电压采样信号的电压高于基准电压时，第一控制信号CTRL1为高电平；反之，第一控制信号CTRL1为低电平。

第二比较器电路64包括比较器U1A，比较器U1A的正输入端通过单脉冲触发电路63和第一比较器电路62的输出端连接，比较器U1A的负输入端连接基准电压，比较器U1A的输出端输出第二控制信号CTRL2，用于电压采样信号的电压和基准电压，当比较器U1A的正输入端的电压高于基准电压时，第二控制信号CTRL2为高电平；反之，第二控制信号CTRL2为低电平。

单脉冲触发电路63包括电容C4、电阻R7、电阻R8和二极管D7，其中电容C4的第一端连接到第一比较器电路62的输出端(第一控制信号CTRL1)，电容C4的第二端通过电阻R7连接到第二比较器电路64的正输入端，电容C4的第二端还通过二极管D7接地，二极管D7的阳极接地，在第二比较器电路64的正输入端，通过电阻R8接地。由于电容的电压不能跳变，当比较器U1B的输出端电压发生跳变时，比较器U1A的正输入端也会随着跳变，然后电容C4再通过电阻R7和R8放电到地，使得比较器U1A的正输入端回复到0V。

工作原理：

当交流电源的状态是从欠压状态恢复到正常电压状态，比较器U1B的输出端电压是由低电压跳变到高电压，此时比较器U1A的正输入端会输入一个高于比较器U1A的负输入端的电压，比较器U1A的输出端输出高电压；直到比较器U1A的正输入端的电压低于比较器U1A的负输入端的电压，该时间为激励时间，比较器U1A输出的第二控制信号CTRL2控制第二NMOS管Q2导通，直流电源LCOMA通过激励线圈到地，产生一个大的电流，使得电磁铁吸合。当第二NMOS管Q2吸合时，抽头LMIN的电压被下拉到地，保持线圈无电流输出，光耦U2，U3均处于关断状态，其输出均处于开路状态，断线监视输出电路4输出异常指示，动作报警输出电路5产生动作报警。

当过了激励时间，比较器U1A输出的第二控制信号CTRL2的信号状态翻转，由高电压变为低电压，第二NMOS管关断，此时直流电源LCOMA通过激励线圈、保持线圈、稳压管D20、稳压管D21和第一NMOS管Q1接地(第一控制信号为高电平，控制第一NMOS管导通)，此时因稳压管D20、稳压管D21的分压，及保持线圈的阻抗大于激励线圈，流经保持线圈的电流为中等电流，但足以使得电磁铁处于吸合状态。光耦U2，U3均处于导通状态，断线监视输出电路4输出正常指示，动作报警输出电路5关断动作报警。

当交流电源的状态是从正常电压状态进入欠压状态，比较器U1B的输出端电压是由高电压跳变到低电压，即第一控制信号CTRL1为低电平，第一NMOS管关断，流经保持线圈的电流减小，比较器U1A的正输入端会输入负电压，比较器U1A的输出端保持低电压输出，不受影响。此时电容C4通过二极管D7快速充电，恢复到0V。

此时第一NMOS管Q1，第二NMOS管Q2均处于关断状态，第三回路保持导通。由于第三回路的断线检测电流远小于电磁铁吸合的保持电流，电磁铁进入释放状态，实现脱扣，断开后端设备的电源连接，以避免后端设备在欠压状态下工作出现异常。此时光耦U2保持导通状态，光耦U3关断，动作报警输出电路5产生动作报警。

实施例二

如图5所示，公开了一种欠压保护装置的具体实施例，包括安装有欠压保护电路的欠压控制盒100，和电磁铁200，欠压控制盒包括电源输入端101、线圈连接端子和一组控制端口，该控制接口用于输出状态信息，包括实施例一中的端子P6、P7、P8、P9等；电磁铁200的动作线圈的抽头201，共三根，连接到欠压控制盒100的线圈连接端子上，对应实施例一中电路图中的P1(抽头LCOM)、P2(抽头LMIN)和P3(抽头LMAX)。本领域技术人员应该了解，欠压控制盒的电磁铁的外观结构可根据应用需要采用不同方式，不受本具体实施例的限制。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种欠压保护电路，其特征在于，包括：

电源模块，用于将交流电源整流为第一直流电源，并产生低压的第二直流电源用于电路控制；

线圈动作控制电路，用于连接电磁铁的激励线圈和保持线圈，形成驱动保持线圈的第一回路和驱动激励线圈的第二回路，并输出状态信息；

及控制电路，用于根据第一直流电源电压的状态变化，实施对第一回路和第二回路的控制，包括：当电源电压由正常电压状态转入欠压状态时，关断第一回路和第二回路，电磁铁释放；当电源电压由欠压状态转入正常电压状态时，先导通第二回路实现电磁铁的吸合，经延时后，再关断第二回路、导通第一回路保持电磁铁处于吸合状态。

2.如权利要求1所述的欠压保护电路，其特征在于，所述线圈动作控制电路包括：

第一输出端子、第二输出端子、第三输出端子，所述第一输出端子和第二输出端子用于连接激励线圈；所述第一输出端子和第三输出端子用于连接保持线圈；所述激励线圈为所述保持线圈的局部，通过抽头引出；所述第一输出端子连接第一直流电源，所述第三输出端子同时用于输出状态信息；

第一开关管，串接在第三输出端子和地之间，第一直流电源通过所述保持线圈、第一开关管到地，构成第一回路；

及第二开关管，串接在第二输出端子和地之间，第一直流电源通过所述激励线圈、第二开关管到地，构成第二回路；

所述第一开关管和第二开关管均为NMOS管。

3.如权利要求2所述的欠压保护电路，其特征在于，所述控制电路包括:

电压采样电路,用于将第一直流电源的电压幅值压缩至小于控制电压可检测范围，输出欠压检测信号；

第一比较器电路，用于比较欠压检测信号的电压和第一基准电压的大小，输出第一控制信号；当欠压检测信号的电压大于第一基准电压时，第一控制信号为高电平；当欠压检测信号的电压小于第一基准电压时，第一控制信号为低电平；第一控制信号用于第一开关管的控制；

单脉冲触发电路，用于在第一控制信号的电压产生跳变时，产生一个向下跳变的脉冲信号；

第二比较器电路，用于比较脉冲信号的电压和第二基准电压的大小，输出第二控制信号，当脉冲信号的电压大于第二基准电压时，第二控制信号为高电平；当脉冲信号的电压小于基准电压时，第二控制信号为低电平；所述第二控制信号用于第二开关管的控制；

及基准电压电路，用于产生第一基准电压和第二基准电压。

4.如权利要求2所述的欠压保护电路，其特征在于，还包括断线监视输出电路和恒流电路，所述断线监视输出电路包括第一稳压器件和第一光耦，所述第一稳压器件串联于第一回路中，位于第三输出端子和第一开关管之间，所述第一光耦的输入端并联在第一稳压器件两端，从所述第一回路取电，当所述第一稳压器件导通时，所述第一光耦导通；直流电源通过保持线圈、第一稳压器件和恒流电路接地，构成第三回路。

5.如权利要求4所述的欠压保护电路，其特征在于，所述恒流电路包括：第三稳压器件、第三开关管和限流电阻，所述第三稳压器件并联在第三开关管的控制极和地之间，直流电源通过保持线圈、第一稳压器件、第三开关管、限流电阻接地，构成所述第三回路。

6.如权利要求2所述的欠压保护电路，其特征在于，还包括线圈动作控制电路，所述线圈动作控制电路包括第二稳压器件和第二光耦，所述第二稳压器件串联于第一回路中，位于第一稳压器件和第一开关管之间，所述第二光耦的输入端并联在第二稳压器件两端，从所述第一回路取电，当所述第二稳压器件导通时，所述第二光耦导通。

7.一种欠压保护装置，包括欠压控制模块和电磁铁，其特征在于，所述电磁铁的动作线圈为三抽头线圈，所述欠压控制模块应用如权利要求1-6任一项所述的欠压保护电路。

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