CN217406171U - 电源系统开关设备保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能检测技术领域，提出了电源系统开关设备保护电路，包括降压采样电路、过压迟滞比较器、欠压迟滞比较器、保护延时电路和驱动保护电路，降压采样电路的输入端连接电源系统的配电输出端，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的输入端均与降压采样电路的输出端连接，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的输出端均与保护延时电路的输入端连接，保护延时电路的输出端连接驱动保护电路的输入端，驱动保护电路的输出端用于切断电源系统，通过上述技术方案，解决了现有技术中对于电源系统中过欠压保护的反应时间慢，效率低的问题。

Description

电源系统开关设备保护电路

技术领域

本实用新型涉及智能检测技术领域，具体的，涉及电源系统开关设备保护电路。

背景技术

开关设备是在电力系统中对高压配电柜，发电机、变压器、电力线路、断路器、低压开关柜、配电盘、开关箱、控制箱等配电设备的统称。随着我国经济的快速发展，电源系统中开关设备的种类越来越多。为了保障开关设备能够安全、经济、高效地运行，需要对电源系统采取完善的保护措施。其中，电源系统中的过欠压故障会烧坏开关设备，对开关设备危害极其严重。

当前，针对开关设备的过欠压保护，通常采用保险丝、自恢复保险丝或者热继电器实现。但是实际使用时，由于自恢复保险丝受外部环境温度影响大，当硬件电路短路，会导致电源输入电流急剧升高，影响自恢复保险丝的工作状态，反应时间慢，导致后级器件过早失效甚至损坏，使过欠压保护的效率变低。

实用新型内容

本实用新型提出电源系统开关设备保护电路，解决了现有技术中对于电源系统中过欠压保护的反应时间慢，效率低的问题。

本实用新型的技术方案如下：

电源系统开关设备保护电路，包括降压采样电路、过压迟滞比较器、欠压迟滞比较器、保护延时电路和驱动保护电路，所述降压采样电路的输入端连接电源系统的配电输出端，所述过压迟滞比较器和所述欠压迟滞比较器的输入端均与所述降压采样电路的输出端连接，所述过压迟滞比较器和所述欠压迟滞比较器的输出端均与所述保护延时电路的输入端连接，所述保护延时电路的输出端连接所述驱动保护电路的输入端，所述驱动保护电路的输出端用于切断电源系统。

进一步，本实用新型中所述降压采样电路包括整流桥D1、电阻R1、电阻R2、二极管D2、电阻R4、电阻R5和电容C2，电源系统的配电输出端连接所述整流桥D1的输入端，所述整流桥D1的输出端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极通过所述电阻R4连接所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端接地，所述电容C2并联在所述电阻R5两端，所述电阻R2的第一端连接所述电阻R1的第二端，所述电阻R2的第二端接地，所述电阻R5的第一端作为所述降压采样电路的输出端。

进一步，本实用新型中所述过压迟滞比较器包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、运放U3、二极管D3、二极管D4和电阻R9，所述运放U3的同相输入端通过所述电阻R8连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U3的反相输入端通过所述电阻R7连接所述电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端连接VCC电源，所述运放U3的输出端连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极通过所述电阻R9连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U3的输出端连接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阴极连接所述保护延时电路的输入端。

进一步，本实用新型中所述欠压迟滞比较器包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、运放U4、二极管D5和二极管D6，所述运放U4的反相输入端通过所述电阻R10连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U4的同相输入端通过所述电阻R11连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接Vref基准电源，所述运放U4的输出端连接所述二极管D5的阳极，所述二极管D5的阴极通过所述电阻R14连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R13的第一端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R13的第二端接地，所述运放U4的输出端连接所述二极管D6的阳极，所述二极管D6的阴极连接所述保护延时电路的输入端。

进一步，本实用新型中所述保护延时电路包括电阻R15、电容C3、运放U5、电阻R16和电阻R17，所述运放U5的反相输入端作为所述保护延时电路的输入端，所述电阻R15的第一端连接所述运放U5的反相输入端，所述电阻R15的第二端接地，所述电容C3并联在所述电阻R15两端，所述电阻R16和电阻R17串联在VCC电源与地之间，所述运放U5的同相输入端连接所所述电阻R16和电阻R17的连接点，所述运放U5的输出端连接所述驱动保护电路的输入端。

进一步，本实用新型中所述驱动保护电路包括场效应管Q1、电阻R18、电阻R19、电容C4、运放U6、电阻R22、三极管Q2和继电器K2，所述场效应管Q1的栅极连接所述保护延时电路的输出端，所述场效应管Q1的源极接地，所述场效应管Q1的漏极通过所述电阻R19连接5V电源，所述运放U6的反相输入端通过所述电阻R18连接VCC电源，所述运放U6的同相输入端连接所述场效应管Q1的漏极，所述电容C4的第一端连接所述运放U6的同相输入端，所述电容C4的第二端接地，所述运放U6的输出端通过所述电阻R22连接所述三级管Q2的基极，所述三级管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述继电器K2的第一输入端，所述继电器K2的第二输入端连接5V电源，所述继电器K2的输出端用于切断电源系统。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型通过降压采样电路、过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器对电源系统的供电电压端是否存在过压或欠压的情况进行判断，为了提高欠压和过压保护的可靠性，在欠压迟滞比较器和过压迟滞比较器的输出端设置保护延时电路，如存在过压或欠压故障，驱动保护电路动作切断电源系统和开关设备之间的连接，从而对开关设备起到保护作用。具体工作原理为：电源系统的配电输出端输出的电压先通过降压采样电路进行降压处理，之后输入到过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器电路中，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器对采样电压和基准电压进行比较，输出控制信号，控制信号通过保护延时电路输送给驱动保护电路，控制电源系统能够在过欠压的状态下断开回路。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型降压采样电路的电路图；

图3为本实用新型过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的电路图；

图4为本实用新型保护延时电路的电路图；

图5为本实用新型驱动保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了电源系统开关设备保护电路，包括降压采样电路、过压迟滞比较器、欠压迟滞比较器、保护延时电路和驱动保护电路，降压采样电路的输入端连接电源系统的配电输出端，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的输入端均与降压采样电路的输出端连接，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的输出端均与保护延时电路的输入端连接，保护延时电路的输出端连接驱动保护电路的输入端，驱动保护电路的输出端用于切断电源系统。

当电源系统线路发生过电压或欠电压时，自动切断线路，当低压配电线路电压恢复正常时，自动接通线路，从而达到保护用电设备的目的，降压采样电路用于将电源系统的配电输出端电压进行降压处理，并输入到过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器电路中，过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器对采样电压和基准电压进行比较，输出控制信号，控制信号通过保护延时电路输送给驱动保护电路，以驱动继电器分断电源系统和开关设备之间的连接。

如图2所示，本实施例中降压采样电路包括整流桥D1、电阻R1、电阻R2、二极管D2、电阻R4、电阻R5和电容C2，电源系统的配电输出端连接整流桥D1的输入端，整流桥D1的输出端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极通过电阻R4连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端接地，电容C2并联在电阻R5两端，电阻R2的第一端连接电阻R1的第二端，电阻R2的第二端接地，电阻R5的第一端作为降压采样电路的输出端。

降压采样电路中，整流桥D1对电源系统的配电输出端电压进行整流，电阻R1和电容C1组成阻容降压电路，为了防止电压、电流过载对电阻R1造成发热，影响电阻R1的精度和寿命，电阻R1可以由多个大功率电阻串联组成，阻容降压后，采样电压通过二极管D2和电阻R4连接由电阻R5和电容C2组成的RC充放电电路，在过压情况下，电容C2两端电压持续充电而升高，在欠压情况下电容C2两端电压不能持续充电，通过电阻R5对地放电而降低，同时电容C2两端电压变化情况会送至后端的过压迟滞比较器和欠压迟滞比较器的输入端。

如图3所示，本实施例中过压迟滞比较器包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、运放U3、二极管D3、二极管D4和电阻R9，运放U3的同相输入端通过电阻R8连接降压采样电路的输出端，运放U3的反相输入端通过电阻R7连接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端连接VCC电源，运放U3的输出端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极通过电阻R9连接降压采样电路的输出端，运放U3的输出端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接保护延时电路的输入端。

当电源系统出现过压时，降压采样电路中电容C2两端的电压会通过电阻R8输入到过压迟滞比较器，当过压时，运放U3同相输入端电压大于运放U3反相输入端的基准电压，此时运放U3的输出端输出高电平，此高电平信号经过二极管D4送至保护延时电路，同时运放U3输出的高电平会经过二极管D3和电阻R9送至运放U3的同相输入端，保持过压时运放U3持续输出高电平信号，这样既保证电平输出的稳定性，防止电压抖动产生的频繁开断，又使主回路的过欠压险情确定完全排除后，再重新闭合，使被保护开关设备的安全性大大提高。

如图3所示，本实施例中欠压迟滞比较器包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、运放U4、二极管D5和二极管D6，运放U4的反相输入端通过电阻R10连接降压采样电路的输出端，运放U4的同相输入端通过电阻R11连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端连接Vref基准电源，运放U4的输出端连接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极通过电阻R14连接电阻R12的第一端，电阻R13的第一端连接电阻R12的第一端，电阻R13的第二端接地，运放U4的输出端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接保护延时电路的输入端。

同理当电源系统出现欠压时，降压采样电路中电容C2两端的电压会通过电阻R10输入到欠压迟滞比较器，当欠压压时，运放U4同相输入端基准电压大于运放U3反相输入端的电压，此时运放U4的输出端输出高电平，此高电平信号经过二极管D6送至保护延时电路，同时运放U4输出的高电平会经过二极管D5和电阻R14送至运放U4的同相输入端，保持欠压时运放U3持续输出高电平信号。

当稳压系统正常的情况下，电容C2两端的电压介于运放U3的反向输入端基准电压和运放U4同相输入端的基准电压之间，欠压迟滞比较器和过压迟滞比较器的输出低电平，二极管D4和二极管D6不导通。

如图4所示，本实施例中保护延时电路包括电阻R15、电容C3、运放U5、电阻R16和电阻R17，运放U5的反相输入端作为保护延时电路的输入端，电阻R15的第一端连接运放U5的反相输入端，电阻R15的第二端接地，电容C3并联在电阻R15两端，电阻R16和电阻R17串联在VCC电源与地之间，运放U5的同相输入端连接所电阻R16和电阻R17的连接点，运放U5的输出端连接驱动保护电路的输入端。

为了防止信号产生误动作，在欠压迟滞比较器和过压迟滞比较器的输出端设置保护延时电路，其中，电阻R15和电容C3组成阻容滤波电路，防止电平突然转换造成的误动作，提高了欠压和过压保护的可靠性。

如图5所示，本实施例中驱动保护电路包括场效应管Q1、电阻R18、电阻R19、电容C4、运放U6、电阻R22、三极管Q2和继电器K2，场效应管Q1的栅极连接保护延时电路的输出端，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极通过电阻R19连接5V电源，运放U6的反相输入端通过电阻R18连接VCC电源，运放U6的同相输入端连接场效应管Q1的漏极，电容C4的第一端连接运放U6的同相输入端，电容C4的第二端接地，运放U6的输出端通过电阻R22连接三级管Q2的基极，三级管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接继电器K2的第一输入端，继电器K2的第二输入端连接5V电源，继电器K2的输出端用于切断电源系统。

电源系统正常情况下，保护延时电路中的运放U5输出低电平，因此场效应管Q1截止，电容C4通过电阻R19充电，运放U6的同相输入端电压逐渐升高，超过运放U6的反相输入端的基准电压后，输出为高电平，三极管Q2导通，继电器K2通电吸合，接通电源系统和开关设备，在电源系统出现欠压或过压时，场效应管Q1输入端为高电平，电容C4对场效应管Q1放电，运放U6的同相输入端电压逐渐降低，直至低于反相输入端的基准电压，运放U6截止，继电器K2掉电，断开电源系统和开关设备，从而对开关设备起到了保护作用。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (6)

1.电源系统开关设备保护电路，其特征在于，包括降压采样电路、过压迟滞比较器、欠压迟滞比较器、保护延时电路和驱动保护电路，所述降压采样电路的输入端连接电源系统的配电输出端，所述过压迟滞比较器和所述欠压迟滞比较器的输入端均与所述降压采样电路的输出端连接，所述过压迟滞比较器和所述欠压迟滞比较器的输出端均与所述保护延时电路的输入端连接，所述保护延时电路的输出端连接所述驱动保护电路的输入端，所述驱动保护电路的输出端用于切断电源系统。

2.根据权利要求1所述的电源系统开关设备保护电路，其特征在于，所述降压采样电路包括整流桥D1、电阻R1、电阻R2、二极管D2、电阻R4、电阻R5和电容C2，电源系统的配电输出端连接所述整流桥D1的输入端，所述整流桥D1的输出端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极通过所述电阻R4连接所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端接地，所述电容C2并联在所述电阻R5两端，所述电阻R2的第一端连接所述电阻R1的第二端，所述电阻R2的第二端接地，所述电阻R5的第一端作为所述降压采样电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的电源系统开关设备保护电路，其特征在于，所述过压迟滞比较器包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、运放U3、二极管D3、二极管D4和电阻R9，所述运放U3的同相输入端通过所述电阻R8连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U3的反相输入端通过所述电阻R7连接所述电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端连接VCC电源，所述运放U3的输出端连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极通过所述电阻R9连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U3的输出端连接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阴极连接所述保护延时电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的电源系统开关设备保护电路，其特征在于，所述欠压迟滞比较器包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、运放U4、二极管D5和二极管D6，所述运放U4的反相输入端通过所述电阻R10连接所述降压采样电路的输出端，所述运放U4的同相输入端通过所述电阻R11连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接Vref基准电源，所述运放U4的输出端连接所述二极管D5的阳极，所述二极管D5的阴极通过所述电阻R14连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R13的第一端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R13的第二端接地，所述运放U4的输出端连接所述二极管D6的阳极，所述二极管D6的阴极连接所述保护延时电路的输入端。

5.根据权利要求1所述的电源系统开关设备保护电路，其特征在于，所述保护延时电路包括电阻R15、电容C3、运放U5、电阻R16和电阻R17，所述运放U5的反相输入端作为所述保护延时电路的输入端，所述电阻R15的第一端连接所述运放U5的反相输入端，所述电阻R15的第二端接地，所述电容C3并联在所述电阻R15两端，所述电阻R16和电阻R17串联在VCC电源与地之间，所述运放U5的同相输入端连接所所述电阻R16和电阻R17的连接点，所述运放U5的输出端连接所述驱动保护电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的电源系统开关设备保护电路，其特征在于，所述驱动保护电路包括场效应管Q1、电阻R18、电阻R19、电容C4、运放U6、电阻R22、三极管Q2和继电器K2，所述场效应管Q1的栅极连接所述保护延时电路的输出端，所述场效应管Q1的源极接地，所述场效应管Q1的漏极通过所述电阻R19连接5V电源，所述运放U6的反相输入端通过所述电阻R18连接VCC电源，所述运放U6的同相输入端连接所述场效应管Q1的漏极，所述电容C4的第一端连接所述运放U6的同相输入端，所述电容C4的第二端接地，所述运放U6的输出端通过所述电阻R22连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述继电器K2的第一输入端，所述继电器K2的第二输入端连接5V电源，所述继电器K2的输出端用于切断电源系统。

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