一種電壓保護電路的製作方法

2024-03-23 22:56:05 2

本發明涉及電壓保護技術領域，特別是涉及一種電壓保護電路。

背景技術：

電壓保護電路在電力系統中佔據著非常重要的作用。電壓保護電路包括過壓保護電路和欠壓保護電路，其工作原理均為：當電源輸入至負載的電壓超過預設閾值時，電壓保護電路動作，以保護電源及負載。現有技術中已經出現了很多電壓保護電路，但這些電壓保護電路均存在著易受幹擾，抗幹擾能力差的缺點。

因此，如何提供一種解決上述技術問題的方案是本領域技術人員目前需要解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種電壓保護電路，實現了電信號的單向傳輸，實現了電壓跟隨器的輸入端與光電耦合器的輸出端之間的電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗幹擾能力強。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種電壓保護電路，應用於交流電源輸入系統，所述交流電源輸入系統包括交流電源，所述交流電源與負載連接，該電路包括：

與所述交流電源連接的整流電路；

輸入端與所述整流電路連接的電壓信號採集電路；

輸入端與所述電壓信號採集電路連接的電壓跟隨器；

光耦，所述光耦中的發光二極體的陽極與所述電壓跟隨器的輸出端連接，所述發光二極體的陰極與所述整流電路的輸出負極線連接；所述光耦中的光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，所述光敏半導體管的發射極接地；

輸入端與所述光敏半導體管的集電極連接、輸出端與可控開關的控制端連接的控制模塊，用於在所述整流電路輸出的直流電壓不在預設範圍內時控制所述可控開關關斷；所述可控開關設置在所述交流電源與負載之間的火線上。

優選地，所述電壓信號採集電路包括第一電壓信號採集電路，所述第一電壓信號採集電路的輸入端與所述整流電路連接；

所述電壓跟隨器包括第一電壓跟隨器，所述第一電壓跟隨器的輸入端與所述第一電壓信號採集電路的輸出端連接；

所述光耦包括第一光耦，所述第一光耦中的第一發光二極體的陽極與所述第一電壓信號採集電路的輸出端連接，所述第一發光二極體的陰極與所述整流電路的輸出負極線連接；所述第一光耦中的第一光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，所述第一光敏半導體管的發射極接地，所述第一發光二極體在所述直流電壓超過過壓閾值時導通；

所述控制模塊包括第一控制模塊，所述第一控制模塊的輸入端與所述第一光敏半導體管的集電極連接，輸出端與可控開關的控制端連接塊，用於在所述第一發光二極體導通時控制所述可控開關關斷。

優選地，所述第一電壓信號採集電路包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的第一端作為所述電壓信號採集電路的輸入端，與所述整流電路的輸出正極線連接，所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，其公共端作為所述第一電壓信號採集電路的輸出端，所述第二電阻的第二端與所述整流電路的輸出負極線連接。

優選地，所述電壓信號採集電路還包括第二電壓信號採集電路，所述第二電壓信號採集電路的輸入端與所述整流電路連接；

所述電壓跟隨器還包括第二電壓跟隨器，所述第二電壓跟隨器的輸入端與所述第二電壓信號採集電路的輸出端連接；

所述光耦還包括第二光耦，所述第二光耦中的第二發光二極體的陽極與所述第二電壓信號採集電路的輸出端連接，所述第二發光二極體的陰極與所述整流電路的輸出負極線連接；所述第二光耦中的第二光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，所述第二光敏半導體管的發射極接地，所述第二發光二極體在所述直流電壓低於欠壓閾值時截止；

所述控制模塊還包括第二控制模塊，所述第二控制模塊的輸入端與所述第二光敏半導體管的集電極連接，輸出端與可控開關的控制端連接塊，用於在所述第二發光二極體截止時控制所述可控開關關斷。

優選地，所述第二電壓信號採集電路包括第三電阻和第四電阻，所述第三電阻的第一端作為所述電壓信號採集電路的輸入端，與所述整流電路的輸出正極線連接，所述第三電阻的第二端與所述第四電阻的第一端連接，其公共端作為所述第二電壓信號採集電路的輸出端，所述第四電阻的第二端與所述整流電路的輸出負極線連接。

優選地，所述可控開關為繼電器，所述繼電器的常閉觸點設置在所述交流電源與負載之間的火線上，所述繼電器的常開觸點懸空，所述繼電器的線圈的第一端作為所述可控開關的控制端，所述繼電器的線圈的第二端與電源連接。

優選地，所述第一控制模塊包括第一控制晶片、第一限流電阻、第一npn型三極體及第一二極體，所述第一控制晶片的輸入端作為所述第一控制模塊的輸入端，所述第一控制晶片的輸出端通過所述第一限流電阻與所述第一npn型三極體的基極連接，所述第一npn型三極體的集電極與所述第一二極體的陰極連接，所述第一二極體的陽極作為所述第一控制模塊的輸出端，所述第一npn型三極體的發射極接地；所述第一控制晶片在所述第一發光二極體導通時輸出高電平。

優選地，所述第一控制模塊包括第一pnp型三極體、第一限流電阻、第一npn型三極體及第一二極體，所述第一pnp型三極體的基極作為所述第一控制模塊的輸入端，所述第一pnp型三極體的集電極通過所述第一限流電阻與所述第一npn型三極體的基極連接，所述第一pnp型三極體的發射極接電源，所述第一npn型三極體的集電極與所述第一二極體的陰極連接，所述第一二極體的陽極作為所述第一控制模塊的輸出端，所述第一npn型三極體的發射極接地。

優選地，所述第二控制模塊包括第二控制晶片、第二限流電阻、第二npn型三極體及第二二極體，所述第二控制晶片的輸入端作為所述第二控制模塊的輸入端，所述第二控制晶片的輸出端通過所述第二限流電阻與所述第二npn型三極體的基極連接，所述第二npn型三極體的集電極與所述第二二極體的陰極連接，所述第二二極體的陽極作為所述第二控制模塊的輸出端，所述第二npn型三極體的發射極接地；所述第二控制晶片在所述第二發光二極體截止時輸出高電平。

優選地，所述第二控制模塊包括第二限流電阻、第二npn型三極體及第二二極體，所述第二限流電阻的第一端作為所述第二控制模塊的輸入端，所述第二限流電阻的第二端與所述第一npn型三極體的基極連接，所述第二npn型三極體的集電極接電源，所述第二npn型三極體的集電極與所述第二二極體的陰極連接，所述第二二極體的陽極作為所述第二控制模塊的輸出端，所述第二npn型三極體的發射極接地。

本發明提供了一種電壓保護電路，應用於交流電源輸入系統，交流電源輸入系統包括交流電源，交流電源與負載連接，該電路包括：與交流電源連接的整流電路，輸入端與整流電路連接的電壓信號採集電路；輸入端與電壓信號採集電路連接的電壓跟隨器；光耦，光耦中的發光二極體的陽極與電壓跟隨器的輸出端連接，發光二極體的陰極與整流電路的輸出負極線連接；光耦中的光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，光敏半導體管的發射極接地；輸入端與光敏半導體管的集電極連接、輸出端與可控開關的控制端連接的控制模塊，用於在整流電路輸出的直流電壓不在預設範圍內時控制可控開關關斷；可控開關設置在交流電源與負載之間的輸出正極線上。

可見，本發明在整流電路及控制模塊之間設置了電壓跟隨器和光電耦合器，從而實現了電信號的單向傳輸，實現了電壓跟隨器的輸入端與光電耦合器的輸出端之間的電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗幹擾能力強。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對現有技術和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明提供的一種電壓保護電路的結構示意圖；

圖2為本發明提供的一種電壓保護電路的具體結構示意圖；

圖3為本發明提供的另一種電壓保護電路的具體結構示意圖。

具體實施方式

本發明的核心是提供一種電壓保護電路，實現了電信號的單向傳輸，實現了電壓跟隨器的輸入端與光電耦合器的輸出端之間的電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗幹擾能力強。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參照圖1，圖1為本發明提供的一種電壓保護電路的結構示意圖，該電路應用於交流電源輸入系統，交流電源輸入系統包括交流電源，交流電源與負載連接，該電路包括：

與交流電源連接的整流電路1；

輸入端與整流電路1連接的電壓信號採集電路2；

輸入端與電壓信號採集電路2連接的電壓跟隨器；

光耦，光耦中的發光二極體的陽極與電壓跟隨器的輸出端連接，發光二極體的陰極與整流電路1的輸出負極線連接；光耦中的光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，光敏半導體管的發射極接地；

輸入端與光敏半導體管的集電極連接、輸出端與可控開關5的控制端連接的控制模塊4，用於在整流電路1輸出的直流電壓不在預設範圍內時控制可控開關5關斷；可控開關5設置在交流電源與負載之間的火線上。

首先需要說明的是，本申請並沒有直接判斷交流電源輸出的交流電有沒有過壓或者欠壓，而是先將交流電通過整流電路1轉換為直流電壓，間接的通過判斷直流電壓是否在預設範圍內，進而判斷交流電源輸出的交流電有沒有過壓或者欠壓。

具體地，電壓信號採集電路2採集整流電路1輸出的直流電壓，並將直流電壓轉換為低電壓信號傳送至電壓跟隨器，電壓跟隨器將該低電壓信號無損耗的傳送至光耦，低電壓信號可以通過控制光耦中的發光二極體導通或者截止進而控制光耦中的光敏半導體管的集電極的電平是低電平還是高電平，最終使得控制模塊4根據集電極的高低電平來控制可控開關5的什麼時候關斷。其中，控制模塊4的控制基於一個條件：在直流電壓不在預設範圍內時控制可控開關5關斷，這個條件具體包括當直流電壓大於過壓閾值時控制可控開關5關斷和當直流電壓低於低壓閾值時控制可控開關5關斷，從而保護交流電源和負載。

本申請中，在整流電路1及控制模塊之間設置了隔離模塊3，這裡的隔離模塊3包括電壓跟隨器和光耦，其中，電壓跟隨器對前級電路呈高阻狀態，對後級電路呈低阻狀態特點，從而實現了對前後級電路起到「隔離」作用。而光耦具體體積小、壽命長、無觸點，抗幹擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號的優點，進一步提高了電壓保護電路的抗幹擾性。

本發明提供了一種電壓保護電路，應用於交流電源輸入系統，交流電源輸入系統包括交流電源，交流電源與負載連接，該電路包括：與交流電源連接的整流電路，輸入端與整流電路連接的電壓信號採集電路；輸入端與電壓信號採集電路連接的電壓跟隨器；光耦，光耦中的發光二極體的陽極與電壓跟隨器的輸出端連接，發光二極體的陰極與整流電路的輸出負極線連接；光耦中的光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，光敏半導體管的發射極接地；輸入端與光敏半導體管的集電極連接、輸出端與可控開關的控制端連接的控制模塊，用於在整流電路輸出的直流電壓不在預設範圍內時控制可控開關關斷；可控開關設置在交流電源與負載之間的輸出正極線上。

可見，本發明在整流電路及控制模塊之間設置了電壓跟隨器和光電耦合器，從而實現了電信號的單向傳輸，實現了電壓跟隨器的輸入端與光電耦合器的輸出端之間的電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗幹擾能力強。

請參照圖2和圖3，其中，圖2為本發明提供的一種電壓保護電路的具體結構示意圖，圖3為本發明提供的另一種電壓保護電路的具體結構示意圖，該電路在上述實施例的基礎上：

作為一種優選地實施例，電壓信號採集電路2包括第一電壓信號採集電路21，第一電壓信號採集電路21的輸入端與整流電路1連接；

電壓跟隨器包括第一電壓跟隨器u1，第一電壓跟隨器u1的輸入端與第一電壓信號採集電路21的輸出端連接；

光耦包括第一光耦b1，第一光耦b1中的第一發光二極體的陽極與第一電壓信號採集電路21的輸出端連接，第一發光二極體的陰極與整流電路1的輸出負極線連接；第一光耦b1中的第一光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，第一光敏半導體管的發射極接地，第一發光二極體在直流電壓超過過壓閾值時導通；

控制模塊4包括第一控制模塊41，第一控制模塊41的輸入端與第一光敏半導體管的集電極連接，輸出端與可控開關5的控制端連接塊，用於在第一發光二極體導通時控制可控開關5關斷。

具體地，本申請提供的電壓保護電路包括過壓保護電路，過壓保護電路具體包括第一電壓信號採集電路21、第一隔離模塊31(包括第一電壓跟隨器u1和第一光耦b1)及第一控制模塊41，當直流電壓過壓也即直流電壓超過過壓閾值時，過壓保護電路動作，從而保護了電源和負載。

作為一種優選地實施例，第一電壓信號採集電路21包括第一電阻r1和第二電阻r2，第一電阻r1的第一端作為電壓信號採集電路2的輸入端，與整流電路1的輸出正極線連接，第一電阻r1的第二端與第二電阻r2的第一端連接，其公共端作為第一電壓信號採集電路21的輸出端，第二電阻r2的第二端與整流電路1的輸出負極線連接。

具體地，本申請中，第一電壓信號採集電路21可以由第一電阻r1和第二電阻r2構成的分壓電路構成，該分壓電路對直流電壓分壓，分壓電壓v+為輸出正極線上電壓，在具體設置時，可以設置當v+大於或者等於過壓閾值時，第一二極體d1導通，從而實現當直流電壓超過過壓閾值時，過壓保護電路動作。

另外，需要說明的是，現有技術中通常採用電壓互感器來採集電壓信號，但是電壓互感器的工作溫度較窄，通常為-25°—70°，不適用於對環境溫度要求等級高的情況，且電壓互感器的體積較大，在尺寸受限的場合不適合使用。

而本申請中採用兩個分壓電阻構成的分壓電路來進行電壓採集，一方面，電阻的工作溫度較高，一般型號可以滿足-55°—110°的工作溫度，另一方面，該分壓電路使用的器件少，電路結構簡單，體積小且成本低。

作為一種優選地實施例，電壓信號採集電路2還包括第二電壓信號採集電路22，第二電壓信號採集電路22的輸入端與整流電路1連接；

電壓跟隨器還包括第二電壓跟隨器u2，第二電壓跟隨器u2的輸入端與第二電壓信號採集電路22的輸出端連接；

光耦還包括第二光耦b2，第二光耦b2中的第二發光二極體的陽極與第二電壓信號採集電路22的輸出端連接，第二發光二極體的陰極與整流電路1的輸出負極線連接；第二光耦b2中的第二光敏半導體管的集電極通過電阻接電源，第二光敏半導體管的發射極接地，第二發光二極體在直流電壓低於欠壓閾值時截止；

控制模塊4還包括第二控制模塊42，第二控制模塊42的輸入端與第二光敏半導體管的集電極連接，輸出端與可控開關5的控制端連接塊，用於在第二發光二極體截止時控制可控開關5關斷。

具體地，本申請提供的電壓保護電路還包括欠壓保護電路，欠壓保護電路具體包括第二電壓信號採集電路22、第二隔離模塊32(包括第二電壓跟隨器u2和第二光耦b2)及第二控制模塊42，當直流電壓欠壓也即直流電壓低於欠壓閾值時，欠壓保護電路動作，從而保護了電源和負載。

作為一種優選地實施例，第二電壓信號採集電路22包括第三電阻r3和第四電阻r4，第三電阻r3的第一端作為電壓信號採集電路2的輸入端，與整流電路1的輸出正極線連接，第三電阻r3的第二端與第四電阻r4的第一端連接，其公共端作為第二電壓信號採集電路22的輸出端，第四電阻r4的第二端與整流電路1的輸出負極線連接。

具體地，本申請中，第二電壓信號採集電路22由第三電阻r3和第四電阻r4構成的分壓電路構成，該分壓電路對直流電壓分壓，分壓電壓在具體設置時，可以設置當v+小於或者等於過壓閾值時，第二二極體d2d2截止，從而實現當直流電壓低於欠壓閾值時，欠壓保護電路動作。

作為一種優選地實施例，可控開關5為繼電器k，繼電器k的常閉觸點設置在交流電源與負載之間的火線上，繼電器k的常開觸點懸空，繼電器k的線圈的第一端作為可控開關5的控制端，繼電器k的線圈的第二端與電源連接。

具體地，這裡的可控開關5除了可以採用繼電器k，還可以採用其他類型的可控開關，本發明在此不做特別的限定，根據實際情況來定。

作為一種優選地實施例，第一控制模塊41包括第一控制晶片、第一限流電阻r5、第一npn型三極體q1及第一二極體d1，第一控制晶片的輸入端作為第一控制模塊41的輸入端，第一控制晶片的輸出端通過第一限流電阻r5與第一npn型三極體q1的基極連接，第一npn型三極體q1的集電極與第一二極體d1的陰極連接，第一二極體d1的陽極作為第一控制模塊41的輸出端，第一npn型三極體q1的發射極接地；第一控制晶片在第一發光二極體導通時輸出高電平。

具體地，在過壓時，第一發光二極體由截止狀態切換到導通狀態，第一光敏半導體管的集電極與發射極導通，集電極被發射極拉低(上拉電阻在輸入電壓非過壓時將第一光耦b1的集電極拉至高電平)，當第一控制晶片檢測到輸入引腳ina由高電平變為低電平，將輸出引腳outa設置成高電平，通過第一限流電阻r5驅動第一npn型三極體q1，第一npn型三極體q1導通，第一二極體d1導通，繼電器k工作，繼電器k開關由常閉狀態變成常開狀態，電源線路斷開，起到保護後續工作電路的的作用。

作為一種優選地實施例，第一控制模塊41包括第一pnp型三極體q3、第一限流電阻r5、第一npn型三極體q1及第一二極體d1，第一pnp型三極體q3的基極作為第一控制模塊41的輸入端，第一pnp型三極體q3的集電極通過第一限流電阻r5與第一npn型三極體q1的基極連接，第一pnp型三極體q3的發射極接電源，第一npn型三極體q1的集電極與第一二極體d1的陰極連接，第一二極體d1的陽極作為第一控制模塊41的輸出端，第一npn型三極體q1的發射極接地。

具體地，該實施例將第一pnp型三極體q3的基極作為第一控制晶片的輸入端，第一pnp型三極體q3的集電極作為第一控制晶片的輸出端，當第一pnp型三極體q3的基極的電壓由高電平變為低電平時，第一pnp型三極體q3由關斷變為導通，第一pnp型三極體q3的集電極的電壓變為高電壓，第一npn型三極體q1導通，第一二極體d1導通，繼電器k工作，繼電器k開關由常閉狀態變成常開狀態，電源線路斷開，起到保護後續工作電路的的作用。

作為一種優選地實施例，第二控制模塊42包括第二控制晶片、第二限流電阻r6、第二npn型三極體q2及第二二極體d2，第二控制晶片的輸入端作為第二控制模塊42的輸入端，第二控制晶片的輸出端通過第二限流電阻r6與第二npn型三極體q2的基極連接，第二npn型三極體q2的集電極與第二二極體d2的陰極連接，第二二極體d2的陽極作為第二控制模塊42的輸出端，第二npn型三極體q2的發射極接地；第二控制晶片在第二發光二極體截止時輸出高電平。

具體地，在欠壓時，第二光耦b2中的第二發光二極體由導通狀態切換到截至狀態，第一光敏半導體管的集電極與發射極由導通狀態切換到斷開狀態，集電極因上拉電阻輸出高電平，第二控制晶片檢測到輸入引腳inb由低電平到高電平的變化後，將輸出引腳outb設置成高電平，通過第二限流電阻r6驅動第二npn型三極體q2，第二npn型三極體q2導通，第二二極體d2導通，繼電器k工作，繼電器k的開關由常閉狀態變成常開狀態，電源線路斷開，起到保護後續工作電路的的作用。

作為一種優選地實施例，第二控制模塊42包括第二限流電阻r6、第二npn型三極體q2及第二二極體d2，第二限流電阻r6的第一端作為第二控制模塊42的輸入端，第二限流電阻r6的第二端與第一npn型三極體q1的基極連接，第二npn型三極體q2的集電極接電源，第二npn型三極體q2的集電極與第二二極體d2的陰極連接，第二二極體d2的陽極作為第二控制模塊42的輸出端，第二npn型三極體q2的發射極接地。

具體地，該實施例將第二限流電阻r6的第一端作為第二控制晶片的輸入端，當第二npn型三極體q2的基極的電壓由低電平變為高電平時，第二npn型三極體q2由關斷變為導通，第二npn型三極體q2的發射極變為高電壓，第二npn型三極體q2導通，第二二極體d2導通，繼電器k工作，繼電器k開關由常閉狀態變成常開狀態，電源線路斷開，起到保護後續工作電路的的作用。

另外，需要說明的是，上述第一控制模塊41和第二控制模塊42均還可以為其他邏輯結構，本發明在此不做特別的限定。

綜上，本申請提供的電壓保護電路在抗幹擾能力強的基礎上，成本低，體積小，且使用的環境溫度範圍更寬。

需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其他實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。