壓縮機控制系統及開關電源的過壓保護電路的製作方法
2023-05-03 22:29:41
本實用新型涉及電源技術領域，特別涉及一種開關電源的過壓保護電路和一種壓縮機控制系統。
背景技術：
開關電源因其效率高、體積小、可靠性高的特點而被廣泛應用於電機和壓縮機等領域中。開關電源作為系統供電單元，其工作性能的可靠性和穩定性至關重要。當開關電源的輸入電壓過高時，會造成開關電源損壞，嚴重影響電源的可靠性。
技術實現要素：
本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
為此，本實用新型的一個目的在於提出一種開關電源的過壓保護電路，通過對開關電源的輸出電壓進行判斷，並在開關電源的輸出電壓大於預設電壓時，輸出不同的控制信號至功率開關管和可控開關，以降低開關電源的輸入或輸出電壓，從而有效防止開關電源過壓損壞，保證開關電源的可靠性。
本實用新型的另一個目的在於提出一種壓縮機控制系統。
為達到上述目的，本實用新型一方面提出的一種開關電源的過壓保護電路，包括：電壓採樣單元，所述電壓採樣單元與所述開關電源的輸出端相連，所述電壓採樣單元用以採樣所述開關電源的輸出電壓；可控開關，所述可控開關的第一端與所述開關電源的輸入端相連；儲能吸收單元，所述儲能吸收單元與所述可控開關的第二端相連；控制單元，所述控制單元分別與所述可控開關的控制端和所述開關電源中功率開關管的控制端相連，所述控制單元對所述開關電源的輸出電壓進行判斷，並在所述開關電源的輸出電壓大於預設電壓時輸出第一控制信號至所述功率開關管以降低所述開關電源的輸出電壓和輸出第二控制信號至所述可控開關以控制所述儲能吸收單元對所述開關電源的輸入過電壓進行吸收。
根據本實用新型的開關電源的過壓保護電路，通過電壓採樣單元實時採樣開關電源的輸出電壓，控制單元對開關電源的輸出電壓進行判斷，並在開關電源的輸出電壓大於預設電壓時，輸出第一控制信號至功率開關管，以降低開關電源的輸出電壓，同時，控制單元輸出第二控制信號至可控開關，以控制儲能吸收單元對開關電源的輸入過電壓進行吸收，從而有效防止開關電源過壓損壞，保證開關電源的可靠性。
進一步地，上述的開關電源的過壓保護電路還包括：鉗位保護單元，所述鉗位保護單元連接在所述可控開關的第二端與所述儲能吸收單元之間，所述鉗位保護單元對所述儲能吸收單元進行鉗位保護。
具體地，所述可控開關為三極體、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體)。
進一步地，所述鉗位保護單元包括第一電阻和鉗位二極體，所述第一電阻的一端與所述鉗位二極體的陽極相連且具有第一節點，所述第一電阻的另一端與所述鉗位二極體的陰極相連且具有第二節點，所述第一節點與所述可控開關的第二端相連，所述第二節點與所述儲能吸收單元相連。
進一步地，所述儲能吸收單元包括儲能電容和第二電阻，所述儲能電容的正極端與所述第二節點相連，所述儲能電容的負極端接地，所述第二電阻與所述儲能電容並聯連接。
進一步地，所述電壓採樣單元包括串聯連接的第三電阻和第四電阻，所述串聯連接的第三電阻和第四電阻之間具有第三節點，所述第三節點與所述控制單元相連。
進一步地，所述功率開關管為第一MOS管，所述開關電源還包括第一電感和第一二極體，所述第一電感的一端作為所述開關電源的輸入端，所述第一電感的另一端與所述第一二極體的陽極相連且具有第四節點，所述第一二極體的陰極作為所述開關電源的輸出端，所述第四節點與所述第一MOS管的漏極相連，所述第一MOS管的柵極與所述控制單元相連，所述第一MOS管的源極接地。
具體地，所述第一控制信號與所述第二控制信號不同且相互獨立。
具體地，所述第一控制信號為高頻PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)信號，所述第二控制信號為低頻開關信號。
具體地，所述控制單元根據所述高頻PWM信號對所述功率開關管的開關時間或佔空比進行調節以降低所述開關電源的輸出電壓。
為達到上述目的，本實用新型另一方面提出了一種壓縮機控制系統，其包括上述的開關電源的過壓保護電路。
根據本實用新型的壓縮機控制系統，通過上述的開關電源的過壓保護電路，能夠有效防止開關電源過壓損壞，保證開關電源的可靠性，進而保證壓縮機控制系統的工作可靠性。
附圖說明
圖1是根據本實用新型實施例的開關電源的過壓保護電路的方框示意圖；
圖2是根據本實用新型一個實施例的開關電源的過壓保護電路圖；以及
圖3是根據本實用新型實施例的壓縮機控制系統的方框示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
下面參考附圖來描述本實用新型實施例提出的開關電源的過壓保護電路和壓縮機控制系統。
圖1是根據本實用新型實施例的開關電源的過壓保護電路的方框示意圖。圖2是根據本實用新型一個實施例的開關電源的過壓保護電路圖。如圖1和圖2所示，該開關電源的過壓保護電路可包括：電壓採樣單元10、可控開關20、儲能吸收單元30和控制單元40。
其中，電壓採樣單元10與開關電源50的輸出端相連，電壓採樣單元10用以採樣開關電源50的輸出電壓。可控開關20的第一端與開關電源50的輸入端相連。儲能吸收單元30與可控開關20的第二端相連。控制單元40分別與可控開關20的控制端和開關電源50中功率開關管Q1的控制端相連，控制單元40對開關電源50的輸出電壓進行判斷，並在開關電源50的輸出電壓大於預設電壓時輸出第一控制信號至功率開關管Q1以降低開關電源50的輸出電壓和輸出第二控制信號至可控開關20以控制儲能吸收單元30對開關電源50的輸入過電壓進行吸收。其中，可控開關20可以為三極體、MOS管或IGBT，預設電壓可根據實際情況進行標定。
根據本實用新型的一個實施例，功率開關管Q1可以為第一MOS管，開關電源50還可包括第一電感L1和第一二極體D1，第一電感L1的一端作為開關電源50的輸入端，第一電感L1的另一端與第一二極體D1的陽極相連且具有第四節點J4，第一二極體D1的陰極作為開關電源50的輸出端，第四節點J4與第一MOS管的漏極相連，第一MOS管的柵極與控制單元40相連，第一MOS管的源極接地GND。
根據本實用新型的一個實施例，第一控制信號與第二控制信號不同且相互獨立，第一控制信號可以為高頻PWM信號，第二控制信號可以為低頻開關信號，該低頻開關信號可以是高電平信號，也可以是低電平信號。
進一步地，根據本實用新型的一個實施例，控制單元40根據高頻PWM信號對功率開關管Q1的開關時間或佔空比進行調節以降低開關電源50的輸出電壓。
具體而言，在輸入電壓不穩定的情況下，包括電網的電源波動(如太陽能和風能發電等外界條件變動且不可控)和應用場合的負載變化，很可能導致開關電源50的輸出電壓超過正常輸出電壓範圍，因此，在本實用新型的實施例中，以開關電源50的輸出電壓作為反饋信號，通過對開關電源50的輸出電壓進行實時採樣，然後根據輸出電壓輸出不同的控制信號至開關電源50和可控開關20，以降低開關電源50的輸出電壓和輸入過電壓，防止開關電源過壓損壞。
具體地，如圖2所示，交流電源V1輸出的交流電壓經過全橋整流電路70整流後變成直流電壓，再經過由第一電感L1、第一二極體D1和功率開關管Q1構成的Boost型拓撲結構後，輸出較高的直流電壓。電壓採樣單元10採集升壓後的輸出電壓，並將其反饋至控制單元40，控制單元40對該輸出電壓進行處理(如放大、濾波等)，並輸出兩路不同且相互獨立的控制信號，分別控制開關電源50和可控開關20。
例如，當交流電壓升高時，相應的全橋整流電路70輸出的直流電壓會升高，經過開關電源50產生的輸出電壓也會升高。當開關電源50的輸出電壓大於預設電壓時，控制單元40輸出第一控制信號(如高頻PWM信號)至開關電源50中的功率開關管Q1，通過調節功率開關管Q1的開關時間或佔空比來降低開關電源50的輸出電壓。同時，控制單元40輸出第二控制信號(如低頻開關信號)至可控開關20(如三極體、MOS管或IGBT)，通過控制可控開關20導通，使儲能吸收單元30開始工作，以吸收開關電源50輸入過電壓(輸入端過高的直流電壓)，以使開關電源50輸入過電壓降低，防止開關電源過壓損壞。
在本實用新型的實施例中，控制單元40內置電壓比較單元、運放電路、施密特觸發器、延時電路等，用以對電壓採樣單元10採集的輸出電壓進行處理，並輸出不同的控制信號，以對可控開關20和開關電源50中的功率開關管Q1進行控制，降低開關電源50的輸出和輸入過電壓，防止開關電源過壓損壞。
因此，根據本實用新型實施例的開關電源的過壓保護電路，控制單元在判斷電壓採樣單元採集的輸出電壓超過預設電壓時，根據輸出電壓輸出兩個不同的控制信號，通過第一控制信號調節脈衝頻率或調節脈寬，來降低開關電源的輸出電壓，通過第二控制信號控制儲能吸收單元的通斷，來降低開關電源的輸入過電壓，以達到保護開關電源的目的。並且該電路適用於寬輸入電源應用的情況，特別是輸入電壓不穩定，而輸出電壓要求卻很高的情況。
根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，上述的開關電源的過壓保護電路還包括：鉗位保護單元60。其中，鉗位保護單元60連接在可控開關20的第二端與儲能吸收單元30之間，鉗位保護單元60對儲能吸收單元30進行鉗位保護。
進一步地，根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，鉗位保護單元60可包括第一電阻R1和鉗位二極體D2，第一電阻R1的一端與鉗位二極體D2的陽極相連且具有第一節點J1，第一電阻R1的另一端與鉗位二極體D2的陰極相連且具有第二節點J2，第一節點J1與可控開關20的第二端相連，第二節點J2與儲能吸收單元30相連。
根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，儲能吸收單元30可包括儲能電容C1和第二電阻R2，儲能電容C1的正極端與第二節點J2相連，儲能電容C1的負極端接地GND，第二電阻R2與儲能電容C1並聯連接。
具體而言，當控制單元40判斷開關電源50的輸出電壓大於預設電壓時，控制單元40輸出第二控制信號(如低頻開關信號)至可控開關20，以使可控開關20導通，儲能吸收單元30吸收開關電源50輸入過電壓，並通過鉗位保護單元60中的第一電阻R1吸收或消耗電壓突變產生的瞬間大電流，以降低對儲能吸收單元30的衝擊，同時鉗位二極體D2可鉗位電壓方向，防止可控開關20過壓損壞。
儲能吸收單元30中的儲能電容C1可以為電解電容，用以存儲開關電源50的輸入過電壓，同時，儲能吸收單元30中的第二電阻R2也可以消耗和吸收輸入過電壓，以降低開關電源50的輸入過電壓，達到保護開關電源的目的。
根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，電壓採樣單元10可包括串聯連接的第三電阻R3和第四電阻R4，串聯連接的第三電阻R3和第四電阻R4之間具有第三節點J3，第三節點J3與控制單元40相連。
也就是說，在本實用新型的實施例中，可以直接採用電阻分壓法來採集開關電源50的輸出電壓(即第三節點J3處的電壓值)，並將其反饋至控制單元40，以通過控制單元40進行處理，並輸出不同的控制信號對開關電源50和可控開關20進行控制。
另外，在本實用新型的實施例中，上述的開關電源的過壓保護電路還可包括電壓濾電路80，其中，電壓濾波電路80可包括電解電容C2，用以儘可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波係數降低，波形變得比較平滑。
綜上所述，根據本實用新型實施例的開關電源的過壓保護電路，通過電壓採樣單元實時採樣開關電源的輸出電壓，控制單元對開關電源的輸出電壓進行判斷，並在開關電源的輸出電壓大於預設電壓時，輸出第一控制信號至功率開關管，以降低開關電源的輸出電壓，同時，控制單元輸出第二控制信號至可控開關，以控制儲能吸收單元對開關電源的輸入過電壓進行吸收，從而有效防止開關電源過壓損壞，保證開關電源的可靠性。
圖3是根據本實用新型實施例的壓縮機控制系統的方框示意圖。如圖3所示，該壓縮機控制系統1000可包括：上述的開關電源的過壓保護電路100。
根據本實用新型實施例的壓縮機控制系統，通過上述的開關電源的過壓保護電路，能夠有效防止開關電源過壓損壞，保證開關電源的可靠性，進而保證壓縮機控制系統的工作可靠性。
在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。