一種三相保護電路的製作方法

2023-10-26 07:13:07 2

本實用新型實施例涉及電子電路技術領域，尤其是涉及一種三相保護電路。

背景技術：

在電源變換器或類似產品中，需要設計各種故障保護功能，以防止產品發生嚴重損壞或危害其他與之相關聯的設備。

目前，關於對三相電路中三相交流的輸入欠壓及缺相的保護方案，多是在三相電路各相同時發生欠壓及缺相時執行保護，不能對其中任意一相或兩相電路發生欠壓或缺相時及時做出反應，對產品的安全性和可靠性有較大影響。另外，現有的三相電路的欠壓及缺相保護方案通常採用數字電路實現，然而採用數字電路進行欠壓及缺相保護，對於在某些有特殊要求的場合或產品中會不適用，如具有適航要求的航空產品。

因此，亟需設計一種高可靠性、廣適用的保護電路來實現對三相電路的保護。

技術實現要素：

本實用新型提供一種三相保護電路，解決了三相電路欠壓或者缺相的技術問題，採用模擬電路實現了對三相電路的保護，且可靠性更高，適用性更廣。

本實用新型提供了一種三相保護電路，該電路包括：三相結構相同的電路和信號發生電路，其中，

每相電路均包括採樣電路和狀態檢測電路；所述採樣電路，與電源模塊連接，用於根據輸入的電壓信號輸出電壓採樣信號；所述狀態檢測電路，分別與所述採樣電路和所述信號發生電路連接，用於根據所述電壓採樣信號，輸出欠壓及缺相的狀態信號；

所述信號發生電路，與各相電路的所述狀態檢測電路連接，用於根據欠壓及缺相的狀態信號輸出保護信號。

本實用新型的技術方案，通過在三相檢測電路中的每一相都設置狀態檢測電路，能夠實時檢測任一相電路中的電壓是否存在欠壓或者缺相的狀態信號，進而由信號發生電路在接收到欠壓及缺相的狀態信號輸出保護信號，從而實現對三相電路的保護。本技術方案採用純模擬電路，解決了現有的三相電路保護方案中，僅在三相電路同時缺相或者欠壓時才會啟動保護或數字保護電路不適用等技術問題，只要三相電路中的任一相電路發生欠壓或缺相，都會觸發三相保護電路生成保護信號；當三相輸入電壓全部正常後迅速恢復，成本低，可靠性高，適用性廣。

附圖說明

為了更加清楚地說明本實用新型示例性實施例的技術方案，下面對描述實施例中所需要用到的附圖做一簡單介紹。顯然，所介紹的附圖只是本實用新型所要描述的一部分實施例的附圖，而不是全部的附圖，對於本領域普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖得到其他的附圖。

圖1為本實用新型所提供的一種三相保護電路的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例所提供的一種採樣電路的電路原理圖；

圖3為本實用新型實施例所提供的一種狀態檢測電路的電路原理圖

圖4為本實用新型實施例所提供的一種信號發生電路的延時子電路的電路原理圖；

圖5為本實用新型實施例所提供的一種信號發生電路的保護信號發生子電路的電路原理圖；

圖6為本實用新型實施例提供的一種三相保護電路的具體電路圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，以下將參照本實用新型實施例中的附圖，通過實施方式清楚、完整地描述本實用新型的技術方案，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，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，都屬於本實用新型保護的範圍。

圖1是本實用新型實施例提供的一種三相保護電路的結構示意圖。如圖1所示，該三相保護電路包括：三相結構相同的電路和信號發生電路140，其中，每相電路均包括採樣電路110和狀態檢測電路120；採樣電路110，與電源模塊100連接，用於根據輸入的電壓信號輸出電壓採樣信號；狀態檢測電路120，分別與採樣電路110和信號發生電路140連接，用於根據電壓採樣信號，輸出欠壓及缺相的狀態信號；信號發生電路140，與各相電路的狀態檢測電路120連接，用於根據欠壓及缺相的狀態信號輸出保護信號。

即，該三相保護電路包括A相電路、B相電路和C相電路三相結構相同的電路。其中，A相電路包括A相採樣電路和與A相採樣電路連接的A相狀態檢測電路，用於根據A相電路輸入的電壓信號輸出A相電路電壓採樣信號，進而根據A相電路電壓採樣信號，輸出A相電路欠壓及缺相的狀態信號；類似地，B相電路包括B相採樣電路和與B相採樣電路連接的B相狀態檢測電路,用於根據B相電路輸入的電壓信號輸出A相電路電壓採樣信號，進而根據B相電路電壓採樣信號，輸出B相電路欠壓及缺相的狀態信號；C相電路包括C相採樣電路和與C相採樣電路連接的C相狀態檢測電路，用於根據C相電路輸入的電壓信號輸出C相電路電壓採樣信號，進而根據C相電路電壓採樣信號，輸出C相電路欠壓及缺相的狀態信號。A相狀態檢測電路、B相狀態檢測電路、C相狀態檢測電路均與信號發生電路的連接，無論A相電路、B相電路、C相電路的哪一相發生缺相或者欠壓，都會觸發信號發生電路輸出保護信號。

本實用新型的技術方案，通過在三相檢測電路中的每一相都設置狀態檢測電路，能夠實時檢測任一相電路中的電壓是否存在欠壓或者缺相的狀態信號，進而由信號發生電路在接收到欠壓及缺相的狀態信號輸出保護信號，從而實現對三相電路的保護。本技術方案採用純模擬電路，解決了現有的三相電路保護方案中，僅在三相電路同時缺相或者欠壓時才會啟動保護或數字保護電路不適用等技術問題，只要三相電路中的任一相電路發生欠壓或缺相，都會觸發三相保護電路生成保護信號；當三相輸入電壓全部正常後迅速恢復，成本低，可靠性高，適用性廣。

在上述技術方案的基礎上，可選地，各相電路的採樣電路具體可包括第一級差分放大電路和第二級差分放大電路；第二級差分放大電路的輸入端與第一級差分放大電路的輸出端連接，用於將第一級差分放大電路的輸出端的輸出電壓與參考電壓源的參考電壓的電壓差進行差分放大，生成電壓採樣信號，輸出至狀態檢測電路。

圖2為本實用新型實施例所提供的一種採樣電路的電路原理圖，如圖2所示，以A相電路為例，第一級差分放大電路可包括第一運算放大器U1a、第一二極體D1a、第一電阻R1a、第二電阻R2a、第三電阻R3a、第四電阻R4a、第五電阻R5a、第一電容C1a和第二電容C2a；其中，第一二極體D1a的第一端與交流電源Uaa連接，第一二極體D1a的第二端與第一電阻R1a的第一端連接，第一電阻R1a的第二端與第二電阻的第一端連接，第二電阻R2a的第二端與第一運算放大器U1a的同相輸入端連接；第四電阻R4a的第一端與第一運算放大器U1a的同相輸入端連接，第四電阻R4a的第二端接地；第一電容C1a的第一端與第一電阻R1a的第二端連接；第一電容C1a的第二端與第三電阻R3a的第一端連接；第三電阻R3a的第一端還與三相輸入中線的電壓源NP連接；第三電阻R3a的第二端與第一運算放大器U1a的反相輸入端連接；第五電阻R5a連接在第一運算放大器U1a的輸出端與反相輸入端之間；第二電容C2a連接在第一運算放大器U1a的電源輸入端與接地端之間。

其中，第一電阻R1a和第一電容C1a構成阻容濾波器，將A相輸入的交流電壓進行濾波，經第二電阻R2a和第四電阻R4a構成的串聯分壓網絡，將濾波後的A相輸入的交流電壓Uaa對地分壓後接入到第一運算放大器U1a的同相輸入端；三相輸入中線電壓源NP的電壓信號通過第三電阻R3a接到第一運算放大器U1a的反相輸入端。第一級差分放大電路將輸入A相輸入的交流電壓與三相輸入中線電壓源NP的輸入的電壓的電壓差進行放大後輸出。

進一步地，第二級放大電路包括第二運算放大器U2a、第六電阻R6a、第七電阻R7a、第八電阻R8a、第九電阻R9a和第三電容C3a；其中，第六電阻R6a的第一端與第一運算放大器的輸出端連接，第六電阻R6a的第二端與第二運算放大器U2a的同相輸入端連接；第七電阻R7a的第一端與第二運算放大器U2a的同相輸入端連接，第七電阻R7a的第二端接地；第八電阻R8a的第一端連接參考電壓源，第八電阻R8a的第二端與第二運算放大器U2a的反相輸入端連接；第九電阻R9a連接在第二運算放大器U2a的輸出端與反相輸入端之間；第三電容C3a連接在第二運算放大器U2a的電源輸入端與接地端之間。示例性地，參考電壓源的參考電壓為5V。

其中，第六電阻R6a和第七電阻R7a構成的串聯分壓網絡，將第一運算放大器U1a的輸出端的輸出電壓對地分壓後接入到第二運算放大器U2a的同相輸入端；5V參考電壓源的電壓信號通過第八電阻R8a接到第二運算放大器U2a的反相輸入端。第二級差分放大電路將第一級差分放大電路的輸出電壓與5V參考電壓的電壓差進行放大並輸出。

圖3為本實用新型實施例所提供的一種狀態檢測電路的電路原理圖。如圖3所示，狀態檢測電路具體包括第一比較器U3a、第二二極體D2a、第三二極體D3a、第十電阻R10a、第十一電阻R11a、第十二電阻R12a、第十三電阻R13a、第十四電阻R14a、第四電容C4a和第五電容C5a；其中，第十電阻R10a的第一端與第二運算放大器U2a的輸出端連接，第十電阻R10a的第二端與第一比較器U3a的反相輸入端連接；第四電容C4a連接在第一比較器U3a的反相輸入端與接地端之間；第十一電阻R11a的第一端與參考電壓源連接，第十一電阻R11a的第二端與第一比較器U3a的同相輸入端連接；第十二電阻R12a的第一端與第一比較器U3a的同相輸入端連接，第十二電阻R12a的第二端接地；第十三電阻R13a的第一端與第一比較器U3a的同相輸入端連接，第十三電阻R13a的第二端與第二二極體D2a的陰極連接，第二二極體D2a的陽極與信號發生電路的輸出端連接；第五電容C5a的第一端、第十四電阻R14a的第一端和第三二極體D3a的陽極均與第一比較器U3a的輸出端連接；第五電容C5a的第二端、第十四電阻R14a的第二端與第一比較器U3a的電壓輸入端連接；第三二極體D3a的陰極與信號發生電路的輸入端連接。

其中，第十一電阻R11a和第十二電阻R12a構成的串聯分壓網絡，將5V參考電壓對地分壓後接入到第一比較器U3a的同相輸入端；第十三電阻R13a與第二二極體D2a串聯構成滯環迴路；第十電阻R10a和第四電容C4a構成阻容濾波器，對第二運算放大器U2a的輸出端的輸出電壓信號進行退耦後，連接至第一比較器U3a的反相輸入端；第十四電阻R14a連接在電源Vss與第一比較器U3a的輸出端之間作為第一比較器U3a輸出的上拉電阻。

在本實用新型實施例中，示例性地，信號發生電路具體包括延時子電路和保護信號發生子電路；延時子電路的輸出端與保護信號發生子電路的輸入端連接，用於將接收到的狀態檢測電路的狀態信號進行延時後，輸入保護信號發生子電路；保護信號發生子電路用於根據接收到的延時後的信號生成並輸出保護信號。

圖4為本實用新型實施例所提供的一種信號發生電路的延時子電路的電路原理圖。如圖4所示，延時子電路具體包括第三運算放大器U1d、第四二極體D1d、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17和第六電容C6；其中，第三運算放大器U1d的同相輸入端與各相電路的狀態檢測電路的輸出端連接；第十五電阻R15的第一端與第三運算放大器U1d的同相輸入端連接，第十五電阻R15的第二端接地；第三運算放大器U1d的反相輸入端與第三運算放大器U1d的輸出端連接；第十六電阻R16的第一端與第三運算放大器U1d的輸出端連接，第十六電阻R16的第二端與第四二極體D1d的陰極連接，第四二極體D1d的陽極與保護信號發生子電路的輸入端連接；第十七電阻R17的第一端與第三運算放大器U1d的輸出端連接，第十七電阻R17的第二端與保護信號發生子電路的輸入端連接；第六電容C6的第一端與保護信號發生子電路的輸入端連接，第六電容C6的第二端接地。

其中，第十五電阻R15連接與地線與第三運算放大器U1d的同相輸入端之間作為運算放大器同相輸入的下拉電阻。第三運算放大器U1d的反相輸入端接到輸出端構成跟隨器；第十七電阻R17和第六電容C6構成延時網絡；第十六電阻R16與第四二極體D1d串聯構成電容放電迴路。本技術方案採用延時保護電路，電路結構簡單，能夠使得接收到的信號保持穩定，在狀態檢測電路傳輸的信號有波動時有效防止信號誤判。

圖5為本實用新型實施例所提供的一種信號發生電路的保護信號發生子電路的電路原理圖。如圖5所示，保護信號發生子電路具體包括第二比較器U2d、第五二極體D2d、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20和第七電容C7；其中，第十八電阻R18的第一端與參考電壓源連接，第十八電阻R18的第二端與第二比較器U2d的反相輸入端連接；第十九電阻R19的第一端和第七電阻R7a的第一端均與第二比較器U2d的反相輸入端連接，第十九電阻R19的第二端和第七電阻R7a的第二端均接地；第二比較器U2d的同相輸入端分別與第四二極體D1d的陽極、第十七電阻R17的第二端、第六電容C6的第一端連接；第五二極體D2d的陽極、第二十電阻R20的第一端、第二二極體D2a的陽極均與第二比較器U2d的輸出端連接，第二十電阻R20的第二端接地，第五二極體D2d的陽極輸出保護信號。

其中，第十八電阻R18和第十九電阻R19構成的串聯分壓網絡，將5V參考電壓對地分壓後接入到第二比較器U2d的反相輸入端，第十八電阻R18和第七電容C7構成阻容濾波器，對分壓信號進行退偶；第二十電阻R20連接在電源Vss與第二比較器U2d輸出端之間作為第二比較器U2d輸出的上拉電阻。

在上述各技術方案的基礎上，三相保護電路還可以包括：報警電路，與所述信號發生電路連接，用於根據所述保護信號產生報警信號。示例性地，報警信號可以是光報警信號(如指示燈開關、閃爍或變換顏色等)或聲音報警信號(如蜂鳴器、預設鈴聲播放)等。這樣設置的好處在於，一旦三相保護電路中任一相發生欠壓或者缺相，都可以及時提醒作業人員，使得作業人員能夠對三相保護電路的實時狀態有直觀地了解，更好地對三相電路進行保護。

圖6為本實用新型實施例提供的一種三相保護電路的具體電路圖。如圖6所示，該三相保護電路包括結構形同的A相電路、B相電路、C相電路和信號發生電路。其中，A相電路包括A相採樣電路，即由第一運算放大器U1a、第一二極體D1a、第一電阻R1a、第二電阻R2a、第三電阻R3a、第四電阻R4a、第五電阻R5a、第一電容C1a和第二電容C2a組成的A相第一級差分放大電路，與由第二運算放大器U2a、第六電阻R6a、第七電阻R7a、第八電阻R8a、第九電阻R9a和第三電容C3a組成的A相第二級放大電路連接得到；進而包括與A相第二級放大電路連接的由第一比較器U3a、第二二極體D2a、第三二極體D3a、第十電阻R10a、第十一電阻R11a、第十二電阻R12a、第十三電阻R13a、第十四電阻R14a、第四電容C4a和第五電容C5a組成的A相狀態檢測電路。

類似地，B相電路包括B相採樣電路，即由第一運算放大器U1b、第一二極體D1b、第一電阻R1b、第二電阻R2b、第三電阻R3b、第四電阻R4b、第五電阻R5b、第一電容C1b和第二電容C2b組成的B相第一級差分放大電路，與由第二運算放大器U2b、第六電阻R6b、第七電阻R7b、第八電阻R8b、第九電阻R9b和第三電容C3b組成的B相第二級放大電路連接得到；進而包括與B相第二級放大電路連接的由第一比較器U3b、第二二極體D2b、第三二極體D3b、第十電阻R10b、第十一電阻R11b、第十二電阻R12b、第十三電阻R13b、第十四電阻R14b、第四電容C4b和第五電容C5b組成的B相狀態檢測電路。

C相電路包括C相採樣電路，即由第一運算放大器U1c、第一二極體D1c、第一電阻R1c、第二電阻R2c、第三電阻R3c、第四電阻R4c、第五電阻R5c、第一電容C1c和第二電容C2c組成的C相第一級差分放大電路，與由第二運算放大器U2c、第六電阻R6c、第七電阻R7c、第八電阻R8c、第九電阻R9c和第三電容C3c組成的C相第二級放大電路連接得到；進而包括與C相第二級放大電路連接的由第一比較器U3c、第二二極體D2c、第三二極體D3c、第十電阻R10c、第十一電阻R11c、第十二電阻R12c、第十三電阻R13c、第十四電阻R14c、第四電容C4c和第五電容C5c組成的C相狀態檢測電路。

與A相狀態檢測電路、B相狀態檢測電路、C相狀態檢測電路連接的信號發生電路包括由第三運算放大器U1d、第四二極體D1d、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17和第六電容C6組成的延時子電路，以及由第二比較器U2d、第五二極體D2d、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20和第七電容C7組成的保護信號發生子電路。

以A相為例，具體地，本技術方案的三相保護電路工作原理如下：正常穩態時，A相輸入的交流電壓和三相輸入中線電壓經過兩級差分放大，第一比較器U3a的反相輸入端的電壓高於正相輸入端的電壓，此時第一比較器U3a的輸出端輸出低電平，第三二極體D3a截止，第十五電阻R15下拉接地，第三二極體D3a的陰極輸出低電平；同理，B相和C相電路的D3b和D3c的陰極也輸出低電平；即第三運算放大器U1d的正相輸入端輸入低電平，則第三運算放大器U1d的輸出端輸出低電平；第二比較器U2d的正相輸入端的電壓低於反相輸入端的電壓，從而第二比較器U2d的輸出端為低電平，第五二極體D2d截止，輸出保護信號Protect處於高阻模式，無電壓信號輸出。

以A相為例，當A相發生欠壓或缺相時，A相輸入的交流電壓和三相輸入中線電壓經過兩級差分放大，第一比較器U3a的反相輸入端的電壓低於正相輸入端的電壓，第一比較器U3a的輸出端為高電平，第三二極體D3a導通；此時無論D3b和D3c導通或截止，第三運算放大器U1d的正相輸入端均為高電平，則第三運算放大器U1d輸出端為高電平；第三運算放大器U1d輸出端的電壓經過第十七電阻R17為第六電容C6充電，延時一段時間，當第二比較器U2d的正相輸入端的電壓高於第二比較器U2d的反相輸入端的電壓，則第二比較器U2d輸出端為高電平，此時第五二極體D2d導通，輸出保護信號Protect為高電平；同時，第二二極體D2a、D2b、D2c導通，滯環迴路有效。

以A相為例，發生欠壓或缺相保護後，當A相電壓恢復到一定閾值或者缺相狀態解除時，A相輸入的交流電壓和三相輸入中線電壓經過兩級差分放大，第一比較器U3a的反相輸入端的電壓高於正相輸入端的電壓，第一比較器U3a的輸出端為低電平，第三二極體D3a截止；此時，只有三相同時恢復，即二極體D3b和D3c也處於截止狀態，第三運算放大器U1d正相輸入端才會為低電平，即第三運算放大器U1d輸出端為低電平；則第二比較器U2d的正相輸入端的電壓低於反相輸入端的電壓，第二比較器U2d的輸出端為低電平，第五二極體D2d截止，輸出保護信號Protect處於高阻模式，無電壓信號輸出，保護狀態解除。

由於B相和C相電路與A相電路的結構相同，工作原理相同，可參考上述A相電路的工作原理，在此不再贅述。

本說明書中的各個技術方案均採用遞進的方式描述，每個技術方案重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個技術方案之間的相同或相似的部分互相參見即可。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型,任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。