CN216146260U - 新型低压电网投切电路 - Google Patents

Abstract

新型低压电网投切电路，包括：高频光耦控制电路以及与所述高频光耦控制电路相连的投切负载通路，其中，所述高频光耦控制电路包括高速光耦、与所述高速光耦的信号输入端相连的光耦输入控制电路、与所述高速光耦的输出端相连的光耦输出电路、为所述高速光耦供电的光耦供电电路；所述投切负载通路包括依次连接的绝缘栅双极型晶体管、负载电阻阵列以及第一整流电路，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述高速光耦的输出端相连、集电极和所述负载电阻阵列相连、发射极接地，所述第一整流电路与电力线的零线和火线相连。本实用新型采用高速光耦实现高低压的隔离，并配合IGBT等器件实现信号的注入，电路结构简单，成本低。

Description

新型低压电网投切电路

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种低压电网的投切电路。

背景技术

近年来随着智慧电力和智能电网的兴起，电网系统管理逐渐走向智能化、远程化。电网系统中电表数量庞大，分布复杂，以低压三相电网为例，变压器三相电的每一相线上都有几十至几百只电表，这给日常台区电力管理带来了困难。为了便于管理，现有电网系统基本都是采用电力线载波的通信方式作为通讯方案，电力线载波通信是利用OFDM技术实现多载波传输，其传输信号为电压形式，通过投切电路以低压到高压的耦合方式可以实现信号的注入。现有的投切电路一般采用灌胶线圈一二次隔离强弱电路，对二次侧耦合过程需增加陷波等手段，增加了成本，而且电路中使用了安规电容，对PCB尺寸也有一定需求，不利于控制成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本的用于低压电网的投切电路。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

新型低压电网投切电路，包括：高频光耦控制电路以及与所述高频光耦控制电路相连的投切负载通路，其中，所述高频光耦控制电路包括高速光耦、与所述高速光耦的信号输入端相连的光耦输入控制电路、与所述高速光耦的输出端相连的光耦输出电路、为所述高速光耦供电的光耦供电电路；所述投切负载通路包括依次连接的绝缘栅双极型晶体管、负载电阻阵列以及第一整流电路，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述高速光耦的输出端相连、集电极和所述负载电阻阵列相连、发射极接地，所述第一整流电路与电力线的零线和火线相连。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述光耦输入控制电路包括MCU和第一三极管，所述MCU用于产生PWM信号，所述MCU的控制输出引脚与所述第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极接地、集电极与所述高速光耦的第二输入端相连，所述高速光耦的第一输入端与弱电供电电源相连。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述光耦供电电路包括依次连接的第二整流电路、分压电路及滤波电路，所述第二整流电路与电力线的零线及火线相连，所述第二整流电路为由四个二极管组成的整流桥。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述光耦供电电路还包括与所述滤波电路相连的稳压电路；或者所述光耦供电电路还包括与所述滤波电路相连的稳压二极管，所述稳压二极管的负极与所述高速光耦的电源输入端相连、正极接地。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述分压电路由数个串联的分压电阻组成，所述滤波电路由并联的第一电容和第二电容组成。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，在所述高速光耦的电源输入端和输出端之间设置有上拉电阻。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述光耦输出电路包括保护电阻和第二三极管，所述保护电阻的一端和所述高速光耦的输出端相连、另一端和所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的集电极与所述高速光耦的电源输入端相连、发射集接地。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述第一整流电路和所述第二整流电路为同一电路。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述高频光耦控制电路的输出端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极之间设置有保护电路。

作为本实用新型低压电网投切电路的一种具体实施方式，所述保护电路由一稳压管D1和一电阻R5构成，所述稳压管D1的正极接地、负极接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述电阻R5的一端接地、另一端接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极。

由以上技术方案可知，本实用新型采用可以兼容宽通信频率范围的高速光耦来实现高低压的隔离功能，通过高频光耦控制电路实现自低压到相对高压的信号传输，通过IGBT和负载电阻阵列，控制电流的注入以及注入电流的大小，电路结构简单，成本低，易于实现。而且，在具体的应用方案中，通过整流桥从电力线取电、为高速光耦供电，并且复用同一个整流桥实现信号的注入，达到有效降低成本的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的电路图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本实用新型实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

如图1所示，本实施例的低压电网投切电路包括高频光耦控制电路以及与高频光耦控制电路相连的投切负载通路，其中，高频光耦控制电路包括高速光耦U3、光耦输入控制电路、光耦供电电路以及光耦输出电路；投切负载通路包括第一整流电路、负载电阻阵列以及绝缘栅双极型晶体管Q1(IGBT)。

目前的电网系统中，常见的通信频率范围是300kHz～2MHz，高速光耦可以实现该通信频率范围，且能够兼容频率要求更低的应用，本实用新型在投切电路中使用高速光耦来实现高低压的隔离功能。

本实施例的光耦输入控制电路包括MCU(图中未示出)、第一三极管N1和第一限流电阻R1，MCU用于产生PWM信号，并将PWM信号输出至高速光耦U3，通过第一三极管N1的开关特性实现对高速光耦U3的控制。MCU的控制输出引脚与第一三极管N1的基极相连，第一三极管N1的发射极接地，集电极与高速光耦U3的第二输入端(发光二极管的负极)相连，高速光耦U3的第一输入端(发光二极管的正极)与第一限流电阻R1相连，第一限流电阻R1的另一端和弱电供电电源V+相连，选择合适阻值的限流电阻可以避免电流过大损坏高速光耦中的发光二极管。弱电供电电源主要用于为MCU提供弱电供电。当第一三极管N1的基极为高电平时，电流通路自V+开始，流经第一限流电阻R1、高速光耦U3的第一输入端和第二输入端(1、2脚)、第一三极管N1的发射极到地结束。

高速光耦U3需要电源激励，光耦供电电路用于给高速光耦U3供电，高速光耦U3的电源输入端与光耦供电电路的输出端相连。本实用新型的光耦供电电路直接从供电电力线取电，将电力线的220V交流电转换为稳定直流电，提供给高速光耦U3。本实施例的光耦供电电路包括依次连接的第二整流电路、分压电路以及滤波电路，优选的，为了控制电压幅值，防止电网波动对高速光耦造成影响，本实施例中还设置了和滤波电路相连的稳压电路。第二整流电路与电力线的零线输入端N及火线输入端L相连，220V电压通过第二整流电路转换为全波电压，本实施例的第二整流电路采用由四个二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)组成的整流桥，220V电压通过整流桥后输出零线电位以上全波波形。第二整流电路的输出端与分压电路相连，本实施例的分压电路由5个串联的分压电阻(R6、R7、R8、R9、R10)组成。本实施例的滤波电路由并联的第一电容C1和第二电容C2组成。本实施例的稳压电路采用稳压二极管D2。

高速光耦U3的输出端与光耦输出电路相连，通过光耦输出电路向投切负载通路输出控制信号，控制投切负载通路。本实施例的光耦输出电路包括保护电阻R3和第二三极管N2，保护电阻R3的一端和高速光耦U3的输出端相连、另一端和第二三极管N2的基极相连，第二三极管N2的集电极与高速光耦U3的电源输入端相连，发射集接地，第二三极管N2输出高速光耦输入控制的反向波形。

本实用新型通过高频光耦控制电路实现自低压到相对高压的信号传输，当高速光耦U3为负逻辑光耦时，即输出负逻辑时，高速光耦U3输出和光耦输入控制电路为同步控制信号，当高速光耦U3为正逻辑光耦时，二者信号反相，为达同步目的可将光耦输入控制电路中MCU输出的PWM信号反相即可，功能实现简单。

投切负载通路包括依次连接的绝缘栅双极型晶体管Q1、负载电阻阵列以及第一整流电路。负载电阻阵列为零火线间的主要负载，投切电流值为用220V减去整流桥及IGBT导通压降后与负载电阻阵列总阻值的比值。IGBT为投切通路控制，当IGBT导通后可在电网系统中投切入额定电流。本实施例的第一整流电路和第二整流电路为同一电路，可达到利于控制成本的目的。绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极和高频光耦控制电路(光耦输出电路)的输出端相连，集电极和负载电阻阵列相连，发射极接地。为了避免电压过高，损坏IGBT，本实施例还设置了由稳压管D1和电阻R5构成的保护电路，保护电路设置于高频光耦控制电路的输出端和绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极之间，稳压管D1的正极接地、负极接绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极，电阻R5的一端接地、另一端接绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极。

可选的，在高速光耦U3的电源输入端(VCC)和输出端(OUT)之间连接有上拉电阻R2，用于拉高高速光耦U3输出端的电平，当MCU没有输出PWM信号时，保持第二三极管N2的基极高电平，即第二三极管N2保持导通状态，第二三极管N2的集电极电平被拉低，与其连接的绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极电平同样拉低，保证IGBT处于关断状态，即当处于无通信状态时，Q1保证关断状态，避免火零线间一直消耗电流。更具体的，在高速光耦U3的电源输入端和第二三极管N2的集电极之间设置第二限流电阻R4，当第二三极管N2的基极为高电平时，第二限流电阻R4可以限制第二三极管N2导通电流，防止高速光耦U3及和第二三极管N2损坏。

下面结合图1，以负逻辑高速光耦为例，对本实用新型的工作原理进行说明：

第二整流电路从电力线的火、零输入端(L、N)获取220V交流电，220V交流电压通过由VD1、VD2、VD3、VD4构成的整流桥转换为直流电压，经过分压电路分压、滤波电路和稳压电路后，输出稳定的直流电压为高速光耦U3供电；

MCU输出PWM信号，PWM信号输入至第一三极管N1的基极，当PWM为高电平时，第一三极管N1导通，高速光耦U3响应，并从输出端输出相应信号，当PWM为低电平时，第一三极管N1关断，输出端的输出亦随之改变；

高速光耦U3的输出端与第二三极管N2的基极相连，第二三极管N2的集电极输出，可以保证绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极与PWM信号同步；

负载电阻阵列根据需求设计相应的阻值，当IGBT导通，投切电路向相线投切电流，当IGBT断开，无投切电流。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.新型低压电网投切电路，其特征在于，包括：高频光耦控制电路以及与所述高频光耦控制电路相连的投切负载通路，其中，

所述高频光耦控制电路包括高速光耦、与所述高速光耦的信号输入端相连的光耦输入控制电路、与所述高速光耦的输出端相连的光耦输出电路、为所述高速光耦供电的光耦供电电路；

所述投切负载通路包括依次连接的绝缘栅双极型晶体管、负载电阻阵列以及第一整流电路，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述高速光耦的输出端相连、集电极和所述负载电阻阵列相连、发射极接地，所述第一整流电路与电力线的零线和火线相连。

2.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述光耦输入控制电路包括MCU和第一三极管，所述MCU用于产生PWM信号，所述MCU的控制输出引脚与所述第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极接地、集电极与所述高速光耦的第二输入端相连，所述高速光耦的第一输入端与弱电供电电源相连。

3.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述光耦供电电路包括依次连接的第二整流电路、分压电路及滤波电路，所述第二整流电路与电力线的零线及火线相连，所述第二整流电路为由四个二极管组成的整流桥。

4.如权利要求3所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述光耦供电电路还包括与所述滤波电路相连的稳压电路；或者所述光耦供电电路还包括与所述滤波电路相连的稳压二极管，所述稳压二极管的负极与所述高速光耦的电源输入端相连、正极接地。

5.如权利要求3所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述分压电路由数个串联的分压电阻组成，所述滤波电路由并联的第一电容和第二电容组成。

6.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：在所述高速光耦的电源输入端和输出端之间设置有上拉电阻。

7.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述光耦输出电路包括保护电阻和第二三极管，所述保护电阻的一端和所述高速光耦的输出端相连、另一端和所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的集电极与所述高速光耦的电源输入端相连、发射集接地。

8.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述第一整流电路和所述第二整流电路为同一电路。

9.如权利要求1所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述高频光耦控制电路的输出端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极之间设置有保护电路。

10.如权利要求9所述的新型低压电网投切电路，其特征在于：所述保护电路由一稳压管和一电阻构成，所述稳压管的正极接地、负极接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述电阻的一端接地、另一端接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极。

Images