CN214337559U - 一种瞬变电压抑制电路及单火信号发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种瞬变电压抑制电路及单火信号发生器，单火信号发生器包括一主板，其上设有信号产生电路、第一可控硅和瞬变电压抑制电路，瞬变电压抑制电路连接信号产生电路和第一可控硅，所述瞬变电压抑制电路通过两根连接线与火线的输入端和火线的输出端一对一连接；所述瞬变电压抑制电路过滤火线上的瞬态高压，对信号产生电路输出的开关小信号进行滤波去扰，生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。通过过滤火线上的瞬态高压，即可避免瞬态高压触发的过压保护，后续才能根据开关小信号生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。解决现有单火信号发生器用于感性负载时无法产生完整周期的开关信号的问题。

Description

一种瞬变电压抑制电路及单火信号发生器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种瞬变电压抑制电路及单火信号发生器。

背景技术

单线高压开关信号发生器采用可控硅和单火取电电路实现。可控硅的关断电压最高是600V，在产生开关信号时会短时间关断可控硅，但瞬间关断时电路会产生感应高压，导致可控硅被击穿。为此，在可控硅的控制G极引脚上做了电压钳位保护，当电压高于330V则导通可控硅，避免可控硅损坏。

这种方式能满足大部分的负载情况，一般的阻性负载，容性负载下都可以正常的产生开关信号。但是，若遇到感性负载时则会出现无法正常关断可控硅的情况，则无法产生开关信号。这是由于感性负载感应的高压叠加在每一个正弦波的峰值处，导致电压超过330V保护电压时触发过压保护，导致不能关断一个完整的正弦波电压，从而无法产生完整周期的开关信号。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种瞬变电压抑制电路及单火信号发生器，以解决现有单火信号发生器用于感性负载时无法产生完整周期的开关信号的问题。

本实用新型实施例提供一种瞬变电压抑制电路，连接第一可控硅，其包括信号输入模块、隔离控制模块、保护整流模块、开关模块和浪涌模块；所述信号输入模块连接隔离控制模块和开关模块，隔离控制模块连接保护整流模块和开关模块；保护整流模块连接开关模块、浪涌模块、第一可控硅和火线的输入端；开关模块连接第一可控硅、浪涌模块和火线的输出端；

所述信号输入模块对输入的开关小信号进行滤波、去干扰后输出驱动隔离控制模块的通断；所述隔离控制模块通断时输出对应开关信号给开关模块；所述保护整流模块用于在市电的正负波下使隔离控制模块执行通断操作，并对隔离控制模块进行高压保护；开关模块根据开关信号同步驱动第一可控硅的开关，还将市电降压后输出供电电压供电；所述浪涌模块用于过滤火线上的瞬态高压。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述信号输入模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第三二极管；

所述第一电阻的一端连接第一二极管的负极、第一电容的一端和第二电容的一端，第一电阻的一端输入开关小信号，第一电阻的另一端连接供电端，第一二极管的正极接地；第一电容的另一端连接第二电阻的一端、第二二极管的正极和隔离控制模块；第二电阻的另一端连接第二二极管的负极、隔离控制模块和供电端；第二电容的另一端连接第三电阻的一端、第三二极管的负极和隔离控制模块；第三电阻的另一端和第三二极管的正极均接地。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述隔离控制模块包括第一光耦、第二光耦、第一开关管、第二开关管、第四电阻和第五电阻；

所述第一光耦的第1脚通过第四电阻连接供电端，第一光耦的第2脚连接第一开关管的漏极，第一开关管的栅极连接第三二极管的负极，第一开关管的源极接地，第一光耦的第3脚连接保护整流模块，第一光耦的第4脚连接第二光耦的第4脚和保护整流模块，第二光耦的第1脚通过第五电阻连接第二开关管的漏极，第二开关管的栅极连接第二二极管的正极，第二开关管的源极连接第二二极管的负极，第二光耦的第2脚接地，第二光耦的第3脚连接保护整流模块。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述第一光耦和第二光耦为高压常闭光耦，第一开关管为NMOS管，第二开关管为PMOS管。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述保护整流模块包括第四二极管、第五二极管、第一稳压管和第二稳压管；

所述第四二极管的负极连接第五二极管的正极、开关模块和火线的输入端；第四二极管的正极连接第一稳压管的正极和第二光耦的第3脚，第五二极管的负极连接第二稳压管的负极和第一光耦的第3脚，第一稳压管的负极连接第二稳压管的负极、第二光耦的第4脚和开关模块。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述开关模块包括第二可控硅、第三稳压管、第四稳压管和单火取电芯片；

所述第二可控硅的一端连接第四二极管的负极、第一可控硅的一端和火线的输入端；第二可控硅的另一端连接第四稳压管的负极和单火取电芯片的VIN1脚，第二可控硅的控制端连接第一稳压管的负极，第四稳压管的正极连接第三稳压管的正极，第三稳压管的负极连接第一可控硅的控制端；单火取电芯片的VIN2脚连接第一可控硅的另一端、浪涌模块和火线的输出端；单火取电芯片的GND脚接地，单火取电芯片的VOUT脚是供电端。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述浪涌模块包括第六二极管和第七二极管，所述第六二极管的一端连接第七二极管的一端、第一可控硅的一端和火线的输入端；第六二极管的另一端连接第七二极管的另一端、第一可控硅的另一端和火线的输出端。

可选地，所述的瞬变电压抑制电路中，所述第六二极管和第七二极管为双向浪涌保护管。

本实用新型实施例第二方面提供了一种单火信号发生器，包括一主板，所述主板上设有信号产生电路、第一可控硅和所述的瞬变电压抑制电路，所述瞬变电压抑制电路连接信号产生电路和第一可控硅，所述瞬变电压抑制电路通过两根连接线与火线的输入端和火线的输出端一对一连接；所述瞬变电压抑制电路过滤火线上的瞬态高压，对信号产生电路输出的开关小信号进行滤波去扰，生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。

本实用新型实施例提供的技术方案中，单火信号发生器包括一主板，所述主板上设有信号产生电路、第一可控硅和瞬变电压抑制电路，瞬变电压抑制电路连接信号产生电路和第一可控硅，所述瞬变电压抑制电路通过两根连接线与火线的输入端和火线的输出端一对一连接；所述瞬变电压抑制电路过滤火线上的瞬态高压，对信号产生电路输出的开关小信号进行滤波去扰，生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。通过过滤火线上的瞬态高压，即可避免瞬态高压触发的过压保护，后续才能根据开关小信号生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。解决现有单火信号发生器用于感性负载时无法产生完整周期的开关信号的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中单火信号发生器的结构框图。

图2为本实用新型实施例中瞬变电压抑制电路的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请一并参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的单火信号发生器串联在火线上，其包括一主板，所述主板上设置有瞬变电压抑制电路10、信号产生电路20和第一可控硅Q1，所述瞬变电压抑制电路10连接信号产生电路20和第一可控硅Q1，瞬变电压抑制电路10通过两根连接线与火线的输入端L_IN和火线的输出端L_OUT一对一连接。所述瞬变电压抑制电路10过滤火线上的瞬态高压，对信号产生电路20输出的开关小信号3S_IN进行滤波去扰，生成对应的开关信号驱动第一可控硅Q1的开关。

其中，所述单火线信号发生器用于单火线供电场合。信号产生电路20为现有技术，此处仅使用其输出的开关小信号3S_IN，此处对其不作详述。第一可控硅Q1即背景技术中提及的可控硅，由单一器件构成。通过过滤火线上的瞬态高压，即可避免瞬态高压触发的过压保护，后续才能根据开关小信号生成对应的开关信号驱动第一可控硅Q1的开关。解决现有单火信号发生器用于感性负载时无法产生完整周期的开关信号的问题。

所述瞬变电压抑制电路10包括信号输入模块110、隔离控制模块120、保护整流模块130、开关模块140和浪涌模块150；所述信号输入模块110连接隔离控制模块120、开关模块140和信号产生电路20；隔离控制模块120连接保护整流模块130和开关模块140；保护整流模块130连接开关模块140、浪涌模块150、第一可控硅Q1和火线的输入端L_IN；开关模块140连接第一可控硅Q1、浪涌模块150和火线的输出端L_OUT。

所述信号输入模块110对输入的低压的开关小信号3S_IN进行滤波、去干扰后输出驱动隔离控制模块120的通断；所述隔离控制模块120通断时输出对应开关信号给开关模块140。所述保护整流模块130用于在市电的正负波下使隔离控制模块120执行通断操作，并对隔离控制模块120进行高压保护。开关模块140根据开关信号同步驱动第一可控硅Q1的开关，还将市电降压后输出供电电压VCC_3V3给信号输入模块110和隔离控制模块120供电。所述浪涌模块150用于过滤火线上的瞬态高压。

请继续参阅图2，所述信号输入模块110包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3；所述第一电阻R1的一端连接第一二极管D1的负极、第一电容C1的一端、第二电容C2的一端和信号产生电路20；第一电阻R1的另一端连接供电端，第一二极管D1的正极接地；第一电容C1的另一端连接第二电阻R2的一端、第二二极管D2的正极和隔离控制模块120；第二电阻R2的另一端连接第二二极管D2的负极、隔离控制模块120和供电端；第二电容C2的另一端连接第三电阻R3的一端、第三二极管D3的负极和隔离控制模块120；第三电阻R3的另一端和第三二极管D3的正极均接地。

其中，这些器件一起构成低频滤波边沿响应电路，对低压的开关小信号3S_IN进行滤波，防止高频干扰(如火线上产生的高频干扰，外部电磁产生的高频干扰)。

所述隔离控制模块120包括第一光耦U1、第二光耦U2、第一开关管Qa、第二开关管Qb、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一光耦U1的第1脚通过第四电阻R4连接供电端，第一光耦U1的第2脚连接第一开关管Qa的漏极，第一开关管Qa的栅极连接第三二极管D3的负极，第一开关管Qa的源极接地，第一光耦U1的第3脚连接保护整流模块130，第一光耦U1的第4脚连接第二光耦U2的第4脚和保护整流模块130，第二光耦U2的第1脚通过第五电阻R5连接第二开关管Qb的漏极，第二开关管Qb的栅极连接第二二极管D2的正极，第二开关管Qb的源极连接第二二极管D2的负极，第二光耦U2的第2脚接地，第二光耦U2的第3脚连接保护整流模块130。

其中，所述第一光耦U1和第二光耦U2为高压常闭光耦，耐压达350VAC，平时其第3脚和第4脚导通，没有开关小信号3S_IN输入时，两个光耦导通，火线进线(即火线的输入端)和火线出线(火线的输出端)是导通连接；有开关小信号输入则在原本正常导通的电路上加入了开关量，正弦波变成非连续的带开关信息的波形。第一开关管Qa为NMOS管，第二开关管Qb为PMOS管，其组成高低压隔离电路，通过隔离的方式将开关小信号3S_IN放大后驱动两个高压常闭光耦的导通和断开。当开关小信号3S_IN为高电平时，第一开关管Qa导通将第一光耦U1的第2脚接地，使第一光耦U1的第3脚和第4脚截止。当开关小信号3S_IN为低电平时，第二开关管Qb导通将第二开关管Qb的第1脚连接供电端，使第二光耦U2的第3脚和第4脚截止。从两个光耦的第4脚输出对应的开关信号给开关模块140。第四电阻R4和第五电阻R5是驱动限流电阻，以防止光耦被损坏。

所述保护整流模块130包括第四二极管D4、第五二极管D5、第一稳压管Z1和第二稳压管Z2；所述第四二极管D4的负极连接第五二极管D5的正极、开关模块140和火线的输入端L_IN；第四二极管D4的正极连接第一稳压管Z1的正极和第二光耦U2的第3脚，第五二极管D5的负极连接第二稳压管Z2的负极和第一光耦U1的第3脚，第一稳压管Z1的负极连接第二稳压管Z2的负极、第二光耦U2的第4脚和开关模块140。

其中，第四二极管D4和第五二极管D5构成整流电路，两个光耦是双向交流电路，通过D4和D5将与市电同步的正弦波信号分隔成正负波形分别进行开关控制的调制，即市电的正波通过第五二极管D5输入至第一光耦U1的第3脚，市电的负波通过第四二极管D4输入至第二光耦U2的第3脚，根据光耦的第3脚与第4脚的通断状态，正弦波即可变成非连续的带开关信息的波形，即开关信号；这样在市电的正弦波中，正波和负波都能执行第一可控硅Q1的开启和断开的动作，以方便在正负波上分别调制。第一稳压管Z1用于稳定第二光耦U2两端的电压，第二稳压管Z2用于稳定第一光耦U1两端的电压；当电压超过330V时强制导通，即可使两个高压常闭光耦在开关时不被高压击穿，避免过压损坏，并触发可控硅Q1导通释放电压。

所述开关模块140包括第二可控硅Q2、第三稳压管Z3、第四稳压管Z4和单火取电芯片U1；所述第二可控硅Q2的一端T1连接第四二极管D4的负极、第一可控硅Q1的一端T1和火线的输入端L_IN；第二可控硅Q2的另一端连接第四稳压管Z4的负极和单火取电芯片U1的VIN1脚，第二可控硅Q2的控制端G连接第一稳压管Z1的负极，第四稳压管Z4的正极连接第三稳压管Z3的正极，第三稳压管Z3的负极连接第一可控硅Q1的控制端G；单火取电芯片U1的VIN2脚连接第一可控硅Q1的另一端T2、浪涌模块150和火线的输出端L_OUT；单火取电芯片U1的GND脚接地，单火取电芯片U1的VOUT脚是供电端(提供供电电压VCC_3V3)。

其中，单火取电芯片U1将火线上的市电降压后输出供电电压VCC_3V3给信号输入模块110和隔离控制模块120供电，此处对其型号不作限定，只要芯片的两个输入端分别连接火线的输入端和输出端，能降压输出3.3V的供电电压即可。第二可控硅Q2、第三稳压管Z3和第四稳压管Z4组成电流放大电路，将两个光耦(常闭)输出的开关信号进一步放大为大电流控制信号，控制第一可控硅Q1的开关。

所述浪涌模块150包括第六二极管D6和第七二极管D7，所述第六二极管D6的一端连接第七二极管D7的一端、第一可控硅Q1的一端T1和火线的输入端L_IN；第六二极管D6的另一端连接第七二极管D7的另一端、第一可控硅Q1的另一端T2和火线的输出端L_OUT。

其中，所述第六二极管D6和第七二极管D7为双向浪涌保护管，其可以将第一可控硅Q1在开关中产生的瞬变电压毛刺抑制在300VAC左右，避免电路进一步进入失效保护，可保证第一可控硅Q1在连续开关调制时正常工作，且不影响正常的开关信号调制和产生。若没有浪涌模块，则在火线上产生开关信号时一旦产生瞬态高压就会触发现有的过压保护电路(单火信号发生器的现有电路)，过压保护电路一旦动作整体电路就处于保护状态，而无法产生开关信号。

综上所述，本实用新型提供的瞬变电压抑制电路及单火信号发生器，适用于感性负载和容性负载，保证了单火信号发生器在任何的情况下都能连续且正常的在市电的火线上产生开关调制信号，避免现有产生开关信号时引起的电压抖动，在极端市电电压波动下保护设备功能不受影响，保护设备器件不被高压损坏。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种瞬变电压抑制电路，连接第一可控硅，其特征在于，包括信号输入模块、隔离控制模块、保护整流模块、开关模块和浪涌模块；所述信号输入模块连接隔离控制模块和开关模块，隔离控制模块连接保护整流模块和开关模块；保护整流模块连接开关模块、浪涌模块、第一可控硅和火线的输入端；开关模块连接第一可控硅、浪涌模块和火线的输出端；

所述信号输入模块对输入的开关小信号进行滤波、去干扰后输出驱动隔离控制模块的通断；所述隔离控制模块通断时输出对应开关信号给开关模块；所述保护整流模块用于在市电的正负波下使隔离控制模块执行通断操作，并对隔离控制模块进行高压保护；开关模块根据开关信号同步驱动第一可控硅的开关，还将市电降压后输出供电电压供电；所述浪涌模块用于过滤火线上的瞬态高压。

2.根据权利要求1所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述信号输入模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第三二极管；

所述第一电阻的一端连接第一二极管的负极、第一电容的一端和第二电容的一端，第一电阻的一端输入开关小信号，第一电阻的另一端连接供电端，第一二极管的正极接地；第一电容的另一端连接第二电阻的一端、第二二极管的正极和隔离控制模块；第二电阻的另一端连接第二二极管的负极、隔离控制模块和供电端；第二电容的另一端连接第三电阻的一端、第三二极管的负极和隔离控制模块；第三电阻的另一端和第三二极管的正极均接地。

3.根据权利要求2所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述隔离控制模块包括第一光耦、第二光耦、第一开关管、第二开关管、第四电阻和第五电阻；

所述第一光耦的第1脚通过第四电阻连接供电端，第一光耦的第2脚连接第一开关管的漏极，第一开关管的栅极连接第三二极管的负极，第一开关管的源极接地，第一光耦的第3脚连接保护整流模块，第一光耦的第4脚连接第二光耦的第4脚和保护整流模块，第二光耦的第1脚通过第五电阻连接第二开关管的漏极，第二开关管的栅极连接第二二极管的正极，第二开关管的源极连接第二二极管的负极，第二光耦的第2脚接地，第二光耦的第3脚连接保护整流模块。

4.根据权利要求3所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述第一光耦和第二光耦为高压常闭光耦，第一开关管为NMOS管，第二开关管为PMOS管。

5.根据权利要求3所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述保护整流模块包括第四二极管、第五二极管、第一稳压管和第二稳压管；

所述第四二极管的负极连接第五二极管的正极、开关模块和火线的输入端；第四二极管的正极连接第一稳压管的正极和第二光耦的第3脚，第五二极管的负极连接第二稳压管的负极和第一光耦的第3脚，第一稳压管的负极连接第二稳压管的负极、第二光耦的第4脚和开关模块。

6.根据权利要求5所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述开关模块包括第二可控硅、第三稳压管、第四稳压管和单火取电芯片；

所述第二可控硅的一端连接第四二极管的负极、第一可控硅的一端和火线的输入端；第二可控硅的另一端连接第四稳压管的负极和单火取电芯片的VIN1脚，第二可控硅的控制端连接第一稳压管的负极，第四稳压管的正极连接第三稳压管的正极，第三稳压管的负极连接第一可控硅的控制端；单火取电芯片的VIN2脚连接第一可控硅的另一端、浪涌模块和火线的输出端；单火取电芯片的GND脚接地，单火取电芯片的VOUT脚是供电端。

7.根据权利要求1所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述浪涌模块包括第六二极管和第七二极管，所述第六二极管的一端连接第七二极管的一端、第一可控硅的一端和火线的输入端；第六二极管的另一端连接第七二极管的另一端、第一可控硅的另一端和火线的输出端。

8.根据权利要求7所述的瞬变电压抑制电路，其特征在于，所述第六二极管和第七二极管为双向浪涌保护管。

9.一种单火信号发生器，包括一主板，所述主板上设有信号产生电路和第一可控硅，其特征在于，所述主板上还设有如权利要求1-8任一项所述的瞬变电压抑制电路，所述瞬变电压抑制电路连接信号产生电路和第一可控硅，所述瞬变电压抑制电路通过两根连接线与火线的输入端和火线的输出端一对一连接；

所述瞬变电压抑制电路过滤火线上的瞬态高压，对信号产生电路输出的开关小信号进行滤波去扰，生成对应的开关信号驱动第一可控硅的开关。

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