《一種交流電源輸出保護電路》是佛山市柏克新能科技股份有限公司於2012年7月9日申請的發明專利，該專利申請號為2012102357349，公布號為CN102769271A，公布日為2012年11月7日，發明人是潘世高、羅蜂、黃敏。
《一種交流電源輸出保護電路》公開了一種交流電源輸出保護電路，包括輔助電源、浪涌保護器、檢測電路和控制電路，所述交流電源經浪涌保護器吸收浪涌電壓，所述輔助電源給檢測電路和控制電路供電，所述檢測電路檢測交流電源的電壓、電流獲得採樣信號後輸入控制電路，所述檢測電路包括用於交流電源缺相、各相相位檢測的相位檢測電路、用於交流電源各相峰值電壓檢測的峰值電壓檢測電路和用於交流電源各相的直流分量檢測的直流分量檢測電路，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸出端分別對應連線控制電路的相應檢測輸入端，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸入端接入交流電源。該發明的電路結構簡單，工作可靠且成本低。
2021年6月24日，《一種交流電源輸出保護電路》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種交流電源輸出保護電路》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種交流電源輸出保護電路
- 申請人：佛山市柏克新能科技股份有限公司
- 發明人：潘世高、羅蜂、黃敏
- 申請號：2012102357349
- 申請日：2012年7月9日
- 公布號：CN102769271A
- 公布日：2012年11月7日
- 地址：廣東省佛山市禪城區張槎一路117號二座2號樓五層
- Int. Cl.：H02H7/10
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
PWM交流穩壓器、UPS電源、變頻電源等都是通過變流裝置輸出，正常時可輸出高質量的供電，但當出現異常時，將輸出直流分量大、半波、缺相、瞬時浪涌等情況，直接影響交流負載的安全性。而2012年7月前的電源保護電路普遍結構複雜，成本高，而且性能不夠穩定，保護不可靠。
發明內容
專利目的
《一種交流電源輸出保護電路》所要解決的技術問題，就是提供一種交流電源輸出保護電路，其電路結構簡單，工作可靠且成本低。
技術方案
《一種交流電源輸出保護電路》包括輔助電源、浪涌保護器、檢測電路和控制電路，所述交流電源經浪涌保護器吸收浪涌電壓，所述輔助電源給檢測電路和控制電路供電，所述檢測電路檢測交流電源的電壓、電流獲得採樣信號後輸入控制電路，其特徵在於：所述檢測電路包括用於交流電源缺相、各相相位檢測的相位檢測電路、用於交流電源各相峰值電壓檢測的峰值電壓檢測電路和用於交流電源各相的直流分量檢測的直流分量檢測電路，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸出端分別對應連線控制電路的相應檢測輸入端，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸入端接入交流電源；通過相位檢測電路檢測交流電源的缺陷和各相相位，輸出相位採樣信號至控制電路，同時通過峰值電壓檢測電路檢測交流電源的峰值電壓，輸出電壓採樣信號至控制電路，再同時通過直流分量檢測電路檢測交流電源的直流分量，輸出直流分量採樣信號至控制電路，山控制電路根據各採樣信號控制斷開交流電源的輸出，實現保護負載。
在上述基礎上，《一種交流電源輸出保護電路》可作如下改進：
《一種交流電源輸出保護電路》所述輔助電源包括浪涌保護電路和整流濾波電路，所述浪涌保護電路的輸入端接入交流電源，浪涌保護電路的輸出端與整流濾波電路的輸入端相連，所述整流濾波電路的電源輸出端分別與控制電路的電源輸入端、檢測電路的相應電源輸入端相連。
《一種交流電源輸出保護電路》所述控制電路為單片機控制電路，所述單片機具有用於控制交流電源輸出的通斷的控制端。
《一種交流電源輸出保護電路》所述單片機控制電路的單片機晶片型號為M054LAN。
《一種交流電源輸出保護電路》所述控制電路的控制端與負載之間設有交流接觸器和開關管，所述開關管的基極與控制電路的控制端相連，開關管的集電極經交流接觸器的線圈後接入整流濾波電路電源輸出端的正極，開關管的發射極接地；所述交流接觸器具有三個觸點，各個觸點分別串接在交流電源輸出迴路的各個相線上。
《一種交流電源輸出保護電路》所述採樣信號的零點為2.5伏。
有益效果
《一種交流電源輸出保護電路》的交流電源輸出保護電路可檢測交流電源是否缺相、相位順序是否正確、檢測交流電源各相的峰值電壓、檢測交流電源各項的直流分量，根據檢測獲得的採樣信號由控制電路控制交流電源輸出的接通與斷開，實現對負載的可靠保護，並且該保護電路結構簡單、成本低廉、性能穩定，實現可靠保護。
附圖說明
圖1是《一種交流電源輸出保護電路》交流電源輸出保護電路的連線示意框圖；
圖2是《一種交流電源輸出保護電路》輔助電路的電路原理示意圖；
圖3是《一種交流電源輸出保護電路》的A相檢測電路的電路原理示意圖；
圖4是《一種交流電源輸出保護電路》的B相檢測電路的電路原理示意圖；
圖5是《一種交流電源輸出保護電路》的C相檢測電路的電路原理示意圖；
圖6是《一種交流電源輸出保護電路》控制電路及交流接觸器的連線示意圖。
技術領域
《一種交流電源輸出保護電路》涉及電源保護電路，具體涉及一種交流電源輸出保護電路。
權利要求
1.一種交流電源輸出保護電路，包括輔助電源、浪涌保護器、檢測電路和控制電路，所述交流電源經浪涌保護器吸收浪涌電壓，所述輔助電源給檢測電路和控制電路供電，所述檢測電路檢測交流電源的電壓、電流獲得採樣信號後輸入控制電路，其特徵在於：所述檢測電路包括用於交流電源缺相、各相相位檢測的相位檢測電路、用於交流電源各相峰值電壓檢測的峰值電壓檢測電路和用於交流電源各相的直流分量檢測的直流分量檢測電路，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸出端分別對應連線控制電路的相應檢測輸入端，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸入端接入交流電源；通過相位檢測電路檢測交流電源的缺相和各相相位，輸出相位採樣信號至控制電路，同時通過峰值電壓檢測電路檢測交流電源的峰值電壓，輸出電壓採樣信號至控制電路，再同時通過直流分量檢測電路檢測交流電源的直流分量，輸出直流分量採樣信號至控制電路，由控制電路根據各採樣信號控制斷開交流電源的輸出，實現保護負載。
2.根據權利要1所述的交流電源輸出保護電路，其特徵在於：所述輔助電源包括浪涌保護電路和整流濾波電路，所述浪涌保護電路的輸入端接入交流電源，浪涌保護電路的輸出端與整流濾波電路的輸入端相連，所述整流濾波電路的電源輸出端分別與控制電路的電源輸入端、檢測電路的相應電源輸入端相連。
3.根據權利要求1或2所述的交流電源輸出保護電路，其特徵在於：所述控制電路為單片機控制電路，所述單片機具有用於控制交流電源輸出的通斷的控制端。
4.根據權利要求3所述的交流電源輸出保護電路，其特徵在於：所述單片機控制電路的單片機晶片的型號為M054LAN。
5.根據權利要求2所述的交流電源輸出保護電路，其特徵在於：所述控制電路的控制端與負載之間設有交流接觸器和開關管，所述開關管的基極與控制電路的控制端相連，開關管的集電極經交流接觸器的線圈後接入整流濾波電路電源輸出端的正極，開關管的發射極接地；所述交流接觸器具有三個觸點，各個觸點分別串接在交流電源輸出迴路的各個相線上。
6.根據權利要求1所述的交流電源輸出保護電路，其特徵在於：所述電壓採樣信號的零點為2.5伏。
實施方式
如圖1所示的一種交流電源輸出保護電路，包括輔助電源、浪涌保護器MOV1、檢測電路和控制電路，交流電源經浪涌保護器吸收浪涌電壓，輔助電源給檢測電路和控制電路供電，檢測電路檢測交流電源的電壓、電流獲得採樣信號後輸入控制電路，再由控制電路根據採樣信號控制交流電源的輸出，實現保護負載。
輔助電源包括浪涌保護電路和整流濾波電路，浪涌保護電路的輸入端接入交流電源，浪涌保護電路的輸出端與整流濾波電路的輸入端相連，整流濾波電路的電源輸出端分別與控制電路的電源輸入端、檢測電路的相應電源輸入端相連。
該實施例中，輔助電源如圖2所示，L、N分別為交流電源的火線和零線，壓敏電阻器R5並聯在火線L和零線N之間，與熱敏電阻R1構成浪涌保護電路，用於吸收交流電源電流的中的浪涌電壓；電容C5、C6、C8、電感FL1構成EMI濾波器，其中電容C5為EMI濾波器的共模電容，電感FL1為共模電感，電容C5、C6為差模電容；二極體D5、D6、D8、D9構成橋式整流電路，用於整流；電容C6為濾波電容，構成前級EMI濾波整流電路，EMI濾波整流電路將整流的電壓濾成平滑的直流電供給後級的高頻變換、整流濾波電路部分。
整流濾波後的直流電連線到變壓器T1的初級繞組上，通過控制晶片U2內部的PWM變換，變壓器T1耦合，變壓器T1的次級繞組經二極體D1整流、電容C1、C2濾波後輸出+12伏直流電，然後通過控制晶片U1穩壓輸出+5伏供電給控制電路電路。變壓器T1次級的另一個繞組經二極體D4整流、電容C3、C4濾波後輸出-12伏直流電，供電給檢測電路和控制電路。其中，控制晶片U2採用ST公司型號為VIPER22的PWM專用晶片，其內部集成了PWM發生器，誤差放大器，基準電源，高壓MOSFET開關管一體，具有簡單可靠性高的優點。
變壓器T1次級反饋繞組經二極體D7整流後，經電容C10濾波輸出15伏直流電反饋供電給控制晶片U2。基準源Q1和光耦U3組成反饋電路，基準源Q1為精密基準，內部含有2.5伏的基準，電阻R3和電阻R9分壓後和內部基準進行比較，通過內部的誤差放大器控制光耦U3，當輸出電壓高於12伏時基準源Q1導通，光耦U3導通，控制晶片U2的3腳電壓升高，使輸出PWM的寬度減小，輸出電壓降低，反之則調寬輸出的脈衝，使輸出電壓穩定。
檢測電路包括用於交流電源缺相、各相相位檢測的相位檢測電路、用於交流電源各相峰值電壓檢測的峰值電壓檢測電路和用於交流電源各相的直流分量檢測的直流分量檢測電路，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸出端分別對應連線控制電路的相應檢測輸入端，相位檢測電路、峰值電壓檢測電路、直流分量檢測電路的輸入端接入交流電源；通過相位檢測電路檢測交流電源的缺陷和各相相位，輸出相位採樣信號至控制電路，同時通過峰值電壓檢測電路檢測交流電源的峰值電壓，輸出電壓採樣信號至控制電路，再同時通過直流分量檢測電路檢測交流電源的直流分量，輸出直流分量採樣信號至控制電路，由控制電路根據各採樣信號控制斷開交流電源的輸出，實現保護負載。
該實施例中，檢測電路如圖3～5所示，交流電源的各相線均接入各自的檢測電路，A-INPUT為交流電源A相的相線電壓，B-INPUT為交流電源B相的相線電壓，C-INPUT為交流電源C相的相線電壓，N為中性線。
如圖3所示，A相的電壓經電阻R14、R19、R21、R23分壓，將輸入高壓降為低電壓，然後通過由運算放大器U5A和電阻R15、R16、R24、R26組成的差分放大器，輸出再經電阻R20、R22將交流信號電位提升2.5伏，再經運算放大器U5B組成的電壓跟隨器，其輸出經電阻R25和電容C15濾波後輸出A-in，送到控制電路的相應A/D轉換腳進行交流電壓峰值、缺相和各相相位的測量。另外，運算放大器U4A和電阻R17、R10、R11、C13組成的積分放大器，濾除交流分量，測量出交流電源信號中的直流分量，然後通過電阻R12、R13將交流電源信號電位提升2.5伏，再經運算放大器U4B組成的電壓跟隨器，其輸出經電阻R18和電容C14濾波後輸出A-in-dc，送到控制電路的相應A/D轉換腳進行交流電壓信號中的直流分量採樣。
如圖4～5所示，B相、C相的檢測採樣與A相的檢測採樣原理相同，其中，B相檢測電路輸出B-in至控制電路進行進行交流電壓峰值、缺相和各相相位的測量，輸出B-in-dc至控制電路進行進行交流電壓信號中的直流分量採樣測量；C相檢測電路輸出C-in至控制電路進行進行交流電壓峰值和相位的測量，輸出C-in-dc至控制電路進行進行交流電壓信號中的直流分量採樣測量。
如圖6所示，該實施例的控制電路為單片機控制電路，該單片機控制電路的單片機晶片採用新唐公司的型號是M054LAN的晶片，該單片機為ARM核心的32位高速單片機，其具有用於控制交流電源輸出的通斷的控制端（腳25），該控制電路的控制端與負載之間設有交流接觸器和開關管Q2，開關管Q2的基極與控制電路的控制端相連，開關管Q2的集電極經交流接觸器的線圈KM1後接入整流濾波電路電源輸出端的正極，為+12伏電壓，開關管Q2的發射極接地；交流接觸器具有三個觸點，各個觸點分別串接在交流電源輸出迴路的各個相線上。
單片機控制電路是對從檢測電路獲得的採樣信號進行採樣檢測和運算，輸出控制信號，控制交流接觸器。交流電源正常時，交流接觸器導通，交流電源正常輸出給負載；交流電源異常時，單片機控制電路控制交流接觸器斷開，實現保護功能。
A-in、B-in、C-in為三相交流電壓、相位採樣信號，分別接至單片機的43、44、45腳，交流電壓採樣信號的零點為2.5伏，5伏為正半周的最大峰值，0伏為負半周的最大峰值，A/D採樣比為512:2.5，最大的峰值為512伏，可測量最大交流有效值362伏AC。保護電路設計保護電壓為220伏+15％，即253伏AC有效值，峰值358伏，即當採樣值超過358伏時，單片機控制輸出交流接觸器控制信號，斷開輸出，保護負載不會過電壓損壞。交流的相位和相序則是通過對採樣信號的零點採樣來計算的，即採樣值的2.5伏點；當測量三相的相序錯誤或缺相時，單片機控制交流接觸器斷開實現保護。
A-in-dc、B-in-dc、C-in-dc為三相交流電壓直流分量採樣信號，分別接至單片機的1、2、3腳，該保護電路中測量到超過額定電壓的0.5％時保護。
A-input、B-input、C-input為三相交流電的各相線輸入，N為交流電的中性線，PE為保護接地。浪涌保護器MOV1吸收交流電中的浪涌尖峰電壓，保護輸出負載。A-output、B-output、C-output為通過保護輸出給負載的各相線輸出。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種交流電源輸出保護電路》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
