CN219918402U - 一种用于交流过压保护的信号匹配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于交流过压保护的信号匹配器，包括过压检测模块和信号匹配模块；所述过压检测模块，用于检测交流电压幅值是否超过设定的参考动作阈值，包含双向晶闸管K，稳压二极管DZ1、稳压二极管DZ2、限流电阻R1和限流电阻R2；所述信号匹配模块，用于通过光电信号转换的方式把交流信号转换为直流信号，包含限流电阻R3、光电耦合器U1、光电耦合器U2、滤波电容C1和下拉电阻R4。本发明提供的一种用于交流过压保护的信号匹配器，与现有技术相比，交流信号输入侧无需辅助电源，输入和输出的信号实现了隔离匹配的功能，并且匹配交流过压保护信号的电压值范围较宽，通用性增强。

Description

一种用于交流过压保护的信号匹配器

技术领域

本发明涉及交流电保护应用领域，特别是涉及一种用于交流过压保护的信号匹配器。

背景技术

为了保持交流用电设备和装置长期安全稳定运行，特别是在交流电源电压非恒定应用场合，设置交流过压保护电路是其重要的保护手段之一，随着数字化电路的发展，设计好与之连接的交流过压保护的信号匹配电路，是成功实现保护功能的关键。

发明人在实现本发明实施过程中发现，现阶段采用的交流过压保护电路，用于匹配交流过压保护信号的电压值范围较窄，输入和输出的信号没有隔离匹配，且交流信号输入侧需要辅助电源，通用性较差。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于交流过压保护的信号匹配器，具体技术方案是：包括过压检测模块和信号匹配模块；

所述过压检测模块，用于检测交流电压幅值是否超过设定的参考动作阈值；包含双向晶闸管K，稳压二极管DZ1、稳压二极管DZ2、限流电阻R1和限流电阻R2；双向晶闸管K的第一阳极T1连接稳压二极管DZ1的阴极，此连接点设置为端口Vp，双向晶闸管K的第二阳极T2连接稳压二极管DZ2的阴极，此连接点设置为端口Sm，稳压二极管DZ1的阳极与限流电阻R1的一端相连，稳压二极管DZ2的阳极与限流电阻R2的一端相连，限流电阻R1的另一端与限流电阻R2的另一端、双向晶闸管K的控制极G相连；

所述信号匹配模块，用于通过光电信号转换的方式把交流信号转换为直流信号；包含限流电阻R3、光电耦合器U1、光电耦合器U2、滤波电容C1和下拉电阻R4；限流电阻R3的一端与所述端口Sm相连，限流电阻R3的另一端与光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阳极、光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阴极相连；光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阴极与光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阳极相连，此连接点设置为端口Vn；光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极、光电耦合器U2二次侧内的三极管集电极和电源VCC相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极、光电耦合器U2二次侧内的三极管发射极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连；

所述端口Vp和所述端口Vn用于外接交流输入信号；所述端口V_out用于匹配外接电路。

进一步地，所述稳压二极管DZ1和所述稳压二极管DZ2分别对应替换为由若干个稳压二极管顺秩串联组成的等效电路，其累加的稳压值用于调节双向晶闸管K的门极到第一阳极T1和第二阳极T2之间设定的参考动作阈值。

进一步地，所述光电耦合器U1和所述光电耦合器U2分别对应替换为光电耦合器U3和光电耦合器U4，其中光电耦合器U3和光电耦合器U4均为光敏二极管输出型的光电耦合器，即光电耦合器U3二次侧内的二极管阳极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阳极和电源VCC相连，光电耦合器U3二次侧内的二极管阴极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阴极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连。

本发明的有益效果是，提供的一种用于交流过压保护的信号匹配器，与现有技术相比，交流信号输入侧无需辅助电源，输入和输出的信号实现了隔离匹配的功能，并且匹配交流过压保护信号的电压值范围较宽，通用性增强。

附图说明

图1为本发明一种用于交流过压保护的信号匹配器典型示意图。

图2为本发明替换稳压二极管DZ1和稳压二极管DZ2的一个方案。

图3为本发明替换光电耦合器U1和光电耦合器U2另一个方案的局部示意图。

图4为本发明的一个具体实施实例。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示，为本发明一种用于交流过压保护的信号匹配器典型示意图，包括过压检测模块和信号匹配模块；

所述过压检测模块，用于检测交流电压幅值是否超过设定的参考动作阈值；包含双向晶闸管K，稳压二极管DZ1、稳压二极管DZ2、限流电阻R1和限流电阻R2；双向晶闸管K的第一阳极T1连接稳压二极管DZ1的阴极，此连接点设置为端口Vp，双向晶闸管K的第二阳极T2连接稳压二极管DZ2的阴极，此连接点设置为端口Sm，稳压二极管DZ1的阳极与限流电阻R1的一端相连，稳压二极管DZ2的阳极与限流电阻R2的一端相连，限流电阻R1的另一端与限流电阻R2的另一端、双向晶闸管K的控制极G相连；

所述信号匹配模块，用于通过光电信号转换的方式把交流信号转换为直流信号；包含限流电阻R3、光电耦合器U1、光电耦合器U2、滤波电容C1和下拉电阻R4；限流电阻R3的一端与所述端口Sm相连，限流电阻R3的另一端与光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阳极、光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阴极相连；光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阴极与光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阳极相连，此连接点设置为端口Vn；光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极、光电耦合器U2二次侧内的三极管集电极和电源VCC相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极、光电耦合器U2二次侧内的三极管发射极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连；

所述端口Vp和所述端口Vn用于外接交流输入信号，与之相关的过压检测模块和信号匹配模块组成电路的输入侧无需辅助电源；所述端口V_out用于匹配外接电路；所述光电耦合器U1和所述光电耦合器U2组成的相关电路，实现了输入和输出信号隔离匹配的功能。

用作交流检测时，将待检测的交流信号Ui加至端口Vp和端口Vn两端，其工作过程分为交流正半周和交流负半周；

1)交流正半周，双向晶闸管K的第一阳极T1和第二阳极T2满足正向偏置，

当交流信号Ui小于设定的参考动作阈值时，双向晶闸管K不能导通，端口Sm和端口Vn处于等电势状态，交流信号Ui相当于加至端口Vp和端口Sm两端；

当交流信号Ui大于设定的参考动作阈值时，稳压二极管DZ1反向击穿，即交流信号Ui大于稳压二极管DZ1的最高反向电压、限流电阻R1的压降、限流电阻R2的压降和稳压二极管DZ2正向导通压降的总和，双向晶闸管K的控制极G与第二阳极T2之间产生正向偏置，双向晶闸管K会在交流正半周迅速导通，忽略双向晶闸管K的导通压降，端口Vp和端口Sm会处于等电势状态，此时交流信号Ui相当于加至端口Sm和端口Vn两端，并通过限流电阻R3到达信号匹配模块中的光电耦合器U1一次侧电路，光电耦合器U1一次侧电路满足导通条件，则其二次侧内的三极管为低阻抗输出，随后在端口V_out输出直流信号，即检测到了在交流正半周的过电压信号；

2)交流负半周，双向晶闸管K的第二阳极T2和第一阳极T1满足正向偏置，

当交流信号Ui小于设定的参考动作阈值时，双向晶闸管K不能导通，端口Sm和端口Vn处于等电势状态，交流信号Ui相当于加至端口Vp和端口Sm两端；

当交流信号Ui大于设定的参考动作阈值时，稳压二极管DZ2反向击穿，即交流信号Ui大于稳压二极管DZ2最高反向电压、限流电阻R1的压降、限流电阻R2的压降和稳压二极管DZ1正向导通压降的总和，双向晶闸管K的控制极G与第一阳极T1之间产生正向偏置，双向晶闸管K会在交流负半周迅速导通，忽略双向晶闸管K的导通压降，端口Vp和端口Sm会处于等电势状态，此时交流信号Ui相当于加至端口Sm和端口Vn两端，并通过限流电阻R3到达信号匹配模块中的光电耦合器U2一次侧电路，光电耦合器U2一次侧电路满足导通条件，则其二次侧内的三极管为低阻抗输出，随后在端口V_out输出直流信号，即检测到了在交流负半周的过电压信号。

如附图2所示，为本发明替换稳压二极管DZ1和稳压二极管DZ2的一个方案，所述稳压二极管DZ1和所述稳压二极管DZ2分别对应替换为由若干个稳压二极管顺秩串联组成的等效电路，其累加的稳压值用于调节双向晶闸管K的门极到第一阳极T1和第二阳极T2之间设定的参考动作阈值，达到了匹配交流过压保护信号的电压值范围较宽，通用性增强的目的。

如附图3所示，为本发明替换光电耦合器U1和光电耦合器U2另一个方案的局部示意图，所述光电耦合器U1和所述光电耦合器U2分别对应替换为光电耦合器U3和光电耦合器U4，其中光电耦合器U3和光电耦合器U4均为光敏二极管输出型的光电耦合器，即光电耦合器U3二次侧内的二极管阳极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阳极和电源VCC相连，光电耦合器U3二次侧内的二极管阴极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阴极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连。

如附图4所示，为本发明的一个具体实施实例，设定参考动作阈值为76V，根据上述工作原理，则可选择稳压值为68V左右的稳压二极管DZ1和稳压二极管DZ2，具体型号为1N5373B；当交流信号Ui大于设定的参考动作阈值76V时，则会通过光电耦合器U1和光电耦合器U2匹配到交流过电压信号输出，端口V_out输出高电平，并点亮发光二极管LED1，则产生了交流过电压信号指示；当交流信号Ui小于设定的参考动作阈值76V时，则不会通过光电耦合器U1和光电耦合器U2匹配到交流过电压信号输出，端口V_out输出低电平，无法点亮发光二极管LED1，则没有产生交流过电压信号指示。

Claims (3)

1.一种用于交流过压保护的信号匹配器，其特征在于，包括过压检测模块和信号匹配模块；

所述过压检测模块，用于检测交流电压幅值是否超过设定的参考动作阈值；包含双向晶闸管K，稳压二极管DZ1、稳压二极管DZ2、限流电阻R1和限流电阻R2；双向晶闸管K的第一阳极T1连接稳压二极管DZ1的阴极，此连接点设置为端口Vp，双向晶闸管K的第二阳极T2连接稳压二极管DZ2的阴极，此连接点设置为端口Sm，稳压二极管DZ1的阳极与限流电阻R1的一端相连，稳压二极管DZ2的阳极与限流电阻R2的一端相连，限流电阻R1的另一端与限流电阻R2的另一端、双向晶闸管K的控制极G相连；

所述信号匹配模块，用于通过光电信号转换的方式把交流信号转换为直流信号；包含限流电阻R3、光电耦合器U1、光电耦合器U2、滤波电容C1和下拉电阻R4；限流电阻R3的一端与所述端口Sm相连，限流电阻R3的另一端与光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阳极、光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阴极相连；光电耦合器U1一次侧内的发光二极管阴极与光电耦合器U2一次侧内的发光二极管阳极相连，此连接点设置为端口Vn；光电耦合器U1二次侧内的三极管集电极、光电耦合器U2二次侧内的三极管集电极和电源VCC相连，光电耦合器U1二次侧内的三极管发射极、光电耦合器U2二次侧内的三极管发射极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连；

所述端口Vp和所述端口Vn用于外接交流输入信号；所述端口V_out用于匹配外接电路。

2.根据权利要求1所述的一种用于交流过压保护的信号匹配器，其特征在于，所述稳压二极管DZ1和所述稳压二极管DZ2分别对应替换为由若干个稳压二极管顺秩串联组成的等效电路，其累加的稳压值用于调节双向晶闸管K的门极到第一阳极T1和第二阳极T2之间设定的参考动作阈值。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种用于交流过压保护的信号匹配器，其特征在于，所述光电耦合器U1和所述光电耦合器U2分别对应替换为光电耦合器U3和光电耦合器U4，其中光电耦合器U3和光电耦合器U4均为光敏二极管输出型的光电耦合器，即光电耦合器U3二次侧内的二极管阳极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阳极和电源VCC相连，光电耦合器U3二次侧内的二极管阴极、光电耦合器U4二次侧内的二极管阴极、滤波电容C1的一端和下拉电阻R4的一端相连，此连接点设置为端口V_out，滤波电容C1的另一端、下拉电阻R4的另一端与电源地GND相连。