CN105449633A - 一种电气设备的过欠压保护*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气设备的过欠压保护***，包括：过欠压保护模块，用于在电气设备的外接电源的供电电压超出预设电压阈值范围时输出第一断电信号；欠压锁存模块，用于判断电气设备的上电瞬间是否欠压，若判定电气设备的上电瞬间欠压，则判断在预设时间段后供电是否欠压，若在预设时间段后供电欠压，则发出第二断电信号；继电器控制模块，用于根据第一断电信号或第二断电信号断开电气设备的输入电源。当供电电压异常时，输出第一断电信号触发继电器控制模块切断电气设备主电路电源，以对电气设备进行保护。欠压锁存模块的设置避免了在上电初期，电压建立过程中电源被误关断，而导致电源波动出现反复动作的情况，保证了电源的可靠运行。

Description

一种电气设备的过欠压保护***

技术领域

本发明涉及电气设备过欠压保护领域，特别是涉及一种电气设备的过欠压保护***。

背景技术

人们的生活和工作离不开各种电气设备。各电气设备具有不同的额定电压和允许的电压波动范围，只有在对应的电压允许范围内电气设备才能安全运行，电压过高或过低都会导致电气设备损坏或者工作异常，甚至对用户造成伤害。

为了保护电气设备，需要在电气设备电源输入端的供电电压超出额定范围时第一时间做出反应，关闭电源输出。通常情况下，采用过欠压保护电路来对电气设备进行保护，其中，采用比较器的输出信号来对PWM芯片进行控制，使电源设备在输出电压过高或过低时停止工作，这种输入过欠压保护电路的缺点是不能避开上电初期的电压建立过程，容易使得电源在上电初期被误关断，出现电源反复动作的现象，从而导致电源不稳定。

因而，如何使得电气设备的过欠压保护更加安全可靠，保证电源的可靠运行，从而保证电气设备可靠运行，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气设备的过欠压保护***，可以使得电气设备的过欠压保护更加安全可靠，保证电源的可靠运行，从而保证电气设备可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种电气设备的过欠压保护***，包括：

过欠压保护模块，用于在电气设备的外接电源的供电电压超出预设电压阈值范围时输出第一断电信号；

欠压锁存模块，用于判断电气设备的上电瞬间是否欠压，若判定电气设备的上电瞬间欠压，则判断在预设时间段后供电是否欠压，若在预设时间段后供电欠压，则发出第二断电信号；

继电器控制模块，用于根据所述第一断电信号或所述第二断电信号断开所述电气设备的输入电源。

优选地，所述欠压锁存模块包括：

欠压锁存基准电压单元，用于输出欠压锁存基准电压；

欠压锁存比较单元，用于比较所述电气设备的上电瞬间电压和所述欠压锁存基准电压，并输出初次欠压判断信号，以及比较所述预设时间段后的供电电压和所述欠压锁存基准电压，并输出二次欠压判断信号。

优选地，所述过欠压保护模块包括：

过欠压基准单元，用于输出过欠压基准电压；

外接电源取样单元，用于对外接电源的供电电压进行取样，并输出对应外接电源取样电压；

过欠压比较单元，用于接收和比较所述过欠压基准电压和所述外接电源取样电压，并输出第一比较结果信号。

优选地，所述过欠压基准单元包括：输出过压基准电压的过压基准电路和输出欠压基准电压的欠压基准电路；

所述过欠压比较单元包括：用于比较所述外接电源取样电压和所述过压基准电压的过压比较器电路，以及用于比较所述外接电源取样电压和所述欠压基准电压的欠压比较器电路，所述过压比较器电路和所述欠压比较器电路的输出端均与所述继电器控制模块连接。

优选地，还包括：

电压转换电路，用于将所述外接电源的供电电压转换为预设电压值的工作电压，分别为所述过欠压保护模块、欠压锁存模块和继电器控制模块供电。

优选地，所述电压转换电路包括：

第一电压转换子电路，用于对所述外接电源的供电电压进行降压和整流，得到第一预设电压V+，所述第一预设电压V+为所述继电器控制模块的工作电压；

第二电压转换子电路，用于对所述第一预设电压V+进行限流、滤波和稳压，得到第二预设电压V12，所述第二预设电压V12为比较器工作电压；

所述过压基准电路，用于对所述第二预设电压V12进行限流和稳压，得到所述过压基准电压；

所述欠压基准电路，用于对所述过压基准电压进行分压，得到所述欠压基准电压；

所述欠压锁存基准电压单元，用于对所述第二预设电压V12进行限流和分压，得到所述欠压锁存基准电压。

优选地，所述欠压锁存比较单元包括上电取样电压转换电路，用于对所述欠压比较器电路输出的电压进行限流和分压，得到对应的上电取样电压。

优选地，所述外接电源取样单元包括外接电源电压转换电路，用于对外接电源的供电电压进行降压、整流、限流和分压，得到对应的所述外接电源取样电压。

优选地，所述继电器控制模块包括：

继电器、控制比较器和三极管，所述控制比较器的负极输入端连接所述过欠压保护模块的输出端，所述控制比较器的正极输入端输入控制比较器的基准电压，所述控制比较器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极串联所述继电器的线圈，所述继电器的线圈连接继电器工作电压，所述继电器连接所述电气设备的输入电源。

优选地，所述继电器控制模块还包括：

指示电路，所述指示电路包括第一发光二极管和第二发光二极管，所述第一发光二极管正极连接所述三极管的基极，所述第一发光二极管的负极接地，所述第二发光二极管的正极连接所述三极管的集电极，所述第二发光二极管的负极接地。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种电气设备的过欠压保护***，当为电气设备供电的外接电源的电压超出该电气设备的电压安全范围时，如外接电源发生过压或欠压的情况时，过欠压保护模块判断此时供电电压异常，并输出第一断电信号至继电器控制模块，触发继电器控制模块切断外接电源与电气设备的连接，以对电气设备进行保护。由于设有欠压锁存模块，对电气设备上电电压进行二次判断，第一次判断是在上电瞬间，若判定为欠压则设为初次欠压，初次欠压并不控制继电器控制模块切断电源，在初次欠压后经过预设的一段时间做第二次判断，若第二次判断扔为欠压，则发出第二断电信号，触发继电器控制模块切断电源，从而避免了在上电初期，电压建立过程中电源被误关断，而导致电源波动出现反复动作的情况，保证了电源的可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的电气设备的过欠压保护***结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的过欠压保护模块结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的欠压锁存模块结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的继电器控制模块结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电气设备的过欠压保护***，能够使得电气设备的过欠压保护更加安全可靠，保证电源的可靠运行，从而保证电气设备可靠运行。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，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推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的电气设备的过欠压保护***结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种电气设备的过欠压保护***，包括：过欠压保护模块1，用于在电气设备的外接电源的供电电压超出预设电压阈值范围时输出第一断电信号；欠压锁存模块2，用于判断电气设备的上电瞬间是否欠压，若判定电气设备的上电瞬间欠压，则判断在预设时间段后供电是否欠压，若在预设时间段后供电欠压，则发出第二断电信号；继电器控制模块3，用于根据第一断电信号或第二断电信号断开电气设备的输入电源。

需要说明的是，所谓的判断电气设备的上电瞬间是否欠压指的是判断电气设备在上电时刻，即电气设备接通外接电源的时刻，外接电源是否欠压；而判断在预设时间段后供电是否欠压指的是，在上电一段时间后，判断外接电源供电是否欠压。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的过欠压保护模块结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，欠压保护模块包括：过欠压基准单元，用于输出过欠压基准电压；外接电源取样单元，用于对外接电源的供电电压进行取样，并输出对应外接电源取样电压；过欠压比较单元，用于接收和比较过欠压基准电压和外接电源取样电压，并输出第一比较结果信号。其中过欠压基准单元包括：输出过压基准电压的过压基准电路和输出欠压基准电压的欠压基准电路；过欠压比较单元包括：用于比较外接电源取样电压和过压基准电压的过压比较器电路，以及用于比较外接电源取样电压和欠压基准电压的欠压比较器电路，过压比较器电路和欠压比较器电路的输出端均与继电器控制模块连接。

本实施方式以一个具体的过欠压保护模块为例进行说明，如图2所示，过压比较器电路包括一个正相比较器11，即图2中的正相比较器U1C，正相比较器11用于电源过压检测。欠压比较器电路包括一个反相比较器12，即图2中的反相比较器U1B，反相比较器12用于电源欠压检测。其中，正相比较器11的正输入端输入外接电源取样电压，负输入端输入过压基准电压，输出端连接继电器控制模块，用于在对外接电源取样电压和过压基准电压比较后，在检测出外接电源过压时输出过压对应信号，以触发继电器控制模块切断电源。反相比较器12的正输入端输入欠压基准电压，负输入端输入外接电源取样电压，输出端连接继电器控制模块，用于在对外接电源取样电压和欠压基准电压比较后，检测出外接电源欠压时输出欠压对应信号，以触发继电器控制模块切断电源。

在本实施方式中，采用欠压基准电路对过压基准电压进行分压得到欠压基准电压，如图2所示，通过串联的第一电阻R16和第二电阻R18来对过压基准电压进行分压，得到的欠压基准电压为第二电阻R18所分得的电压。

需要说明的是，第一比较结果信号即检测到外接电源欠压时对应的欠压对应信号，或检测到外接电源过压时对应的过压对应信号，或外接电源正常对应的电压正常信号。

需要说明的是，在本实施方式中，若由于外接电源发生了欠压或过压等电压异常情况导致继电器控制模块切断了外接电源向电气设备的供电，如果外接电源的电压恢复正常后，欠压保护模块可以发出对应的电压正常信号，触发继电器控制模块接通电气设备的主电路，即恢复外接电源对电气设备的供电。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式所提供的欠压锁存模块结构示意图。

在本实施方式中，欠压锁存模块2包括：欠压锁存基准电压单元21，用于输出欠压锁存基准电压，作为上电初期电压建立过程中判断上电电压是否欠压的依据；欠压锁存比较单元22，用于比较电气设备的上电瞬间电压和欠压锁存基准电压，并输出初次欠压判断信号，如判断出上电瞬间电压小于欠压锁存基准电压，则欠压锁存比较单元输出一个初次欠压判断信号，该判断信号表示初次欠压，但是此时并不做出任何操作，即继电器控制模块并不切断电气设备的主电路电源，之后比较预设时间段后的供电电压和欠压锁存基准电压，并输出二次欠压判断信号，即对上电电压进行二次分析，如在判断出初次欠压20秒后，若判断上电电压即供电电压仍旧欠压，则发出另一个欠压判断信号，此时，该欠压判断信号会触发继电器控制模块切断电气设备的主电路电源，即切断外接电源向电气设备的供电。其中，欠压锁存模块对供电电压二次分析的算法为：u₁(s)＝0.5u(s)+0.5u(s)e^-2T/RC，其中，R＝100KΩ，C＝100μF，给予u₁(s)和u(s)一定的预设值，可以得出时间T，其中T为欠压锁存模块对供电电压进行二次分析过程中，判断第一次欠压和第二次欠压之间预设的时间阈值。

本实施方式以一个具体的欠压锁存模块为例进行说明，如图3所示，欠压锁存比较单元包括欠压锁存比较器U1A和二极管D7，其中欠压锁存比较器U1A采用正相比较器。在本实施方式中，欠压锁存比较单元还包括上电取样电压转换电路，用于对欠压比较器电路输出的电压进行限流和分压，得到对应的上电取样电压，通过比较得知欠压报警是否在预设的一段时间做第二次判断，从而避开上电瞬间电压建立的过程误关断主电路电源。而该上电取样电压输入到欠压锁存比较器U1A的正输入端，而欠压锁存比较器U1A的负输入端则输入欠压锁存基准电压，其中，上电取样电压转换电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R8和电容器C4。其中，电阻R5的一端连接欠压比较器电路输出端，电阻R5的另一端连接电阻R6第一端，电阻R6第二端连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端接地，电阻R6的第一端还连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R12的第一端连接电阻R8的第一端，电阻R8的第二端连接欠压锁存比较器U1A的输出端，欠压锁存比较器U1A的输出端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接欠压比较器电路输出端。在本实施方式的欠压锁存模块中，将上电取样电压和欠压锁存基准电压进行比较，并将比较结果发送到二极管D7，通过控制二极管D7的通断进而控制继电器控制模块。

在本发明一种实施方式中，过欠压保护***，还包括：电压转换电路，用于将外接电源的供电电压转换为预设电压值的工作电压，分别为过欠压保护模块、欠压锁存模块和继电器控制模块供电。

需要说明的是，在本实施方式中，当继电器控制模块切断电气设备的主电路时，即切断电气设备的供电电压时，并不会切断外接电源对过欠压保护模块、欠压锁存模块和继电器控制模块的供电，这样即便外接电源电压出现异常，过欠压保护模块、欠压锁存模块和继电器控制模块依旧正常工作，当外接电源电压恢复正常时，继电器控制模块即可重新接通外接电源和电气设备。

在本发明的一种实施方式中，电压转换电路包括：第一电压转换子电路，用于对外接电源的供电电压进行降压和整流，得到第一预设电压V+，第一预设电压V+为继电器控制模块的工作电压；第二电压转换子电路，用于对第一预设电压V+进行限流、滤波和稳压，得到第二预设电压V12，第二预设电压V12为比较器工作电压，在此处的比较器包括过欠压保护***中的所有比较器；过压基准电路，用于对第二预设电压V12进行限流和稳压，得到过压基准电压；欠压基准电路，用于对过压基准电压进行分压，得到欠压基准电压；欠压锁存基准电压单元，用于对第二预设电压V12进行限流和分压，得到欠压锁存基准电压。

进一步地，外接电源取样单元包括外接电源电压转换电路，用于对外接电源的供电电压进行降压、整流、限流和分压，得到对应的外接电源取样电压。

请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式所提供的继电器控制模块结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，继电器控制模块包括：继电器、控制比较器U1D和三极管Q1，控制比较器U1D的负极输入端连接过欠压保护模块的输出端(即图4中过欠压比较输出)，控制比较器U1D的正极输入端输入控制比较器的基准电压，在本实施方式中，控制比较器的基准电压由第二预设电压V12分压后所得，如图4所示，采用电阻R25和电阻R26对第二预设电压V12分压，控制比较器的基准电压即为电阻R26分压值，控制比较器U1D的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极串联继电器的线圈D2，继电器的线圈D2连接继电器工作电压，继电器连接电气设备的输入电源。其中，根据三极管Q1的基极接收的信号控制继电器的打开和闭合，继电器的相应触电连接电气设备的主电路，以控制主电路的电源通断。其中，无论过欠压保护模块检测到此时电压是过压还是欠压，过欠压保护模块输出端皆输出高电平，即控制比较器U1D的负输入端(13脚)输入的电压为高电平，此时控制比较器U1D负输入端的电压比正输入端(12脚)的基准电压大，则其输出端(14脚)输出低电平，由于三极管Q1是NPN型三极管，三极管Q1只有在基极为高电平时才导通，所以此时Q1断开继电器，即切断主电路的电源。

其中，在上电初期，图3中的欠压锁存模块中的二极管D7的负极连接所述过欠压保护模块的输出端，即与继电器控制模块的输入端连接。当二极管D7未导通时，控制比较器U1D输出高电平，此时三极管Q1导通，继电器闭合，从而主电路正常工作。当二极管D7导通时，控制比较器U1D输出低电平，此时三极管Q1断开，继电器断开，从而主电路停止工作。

进一步地，继电器控制模块还包括：指示电路，指示电路包括第一发光二极管和第二发光二极管，第一发光二极管正极连接三极管的基极，第一发光二极管的负极接地，第二发光二极管的正极连接三极管的集电极，第二发光二极管的负极接地。在本实施方式中优选第一发光二极管为绿色发光二极管，第二发光二极管为红色发光二极管，当外接电源的电压正常时，绿色发光二极管亮，否则红色发光二极管亮。

综上所述，本发明实施例所提供的一种电气设备的过欠压保护***，当为电气设备供电的外接电源的电压超出该电气设备的电压安全范围时，如外接电源发生过压或欠压的情况时，过欠压保护模块判断此时供电电压异常，并输出第一断电信号至继电器控制模块，触发继电器控制模块切断外接电源与电气设备的连接，以对电气设备进行保护。由于设有欠压锁存模块，对电气设备上电电压进行二次判断，第一次判断是在上电瞬间，若判定为欠压则设为初次欠压，初次欠压并不控制继电器控制模块切断电源，在初次欠压后经过预设的一段时间做第二次判断，若第二次判断扔为欠压，则发出第二断电信号，触发继电器控制模块切断电源，从而避免了在上电初期，电压建立过程中电源被误关断，而导致电源波动出现反复动作的情况，保证了电源的可靠运行。

以上对本发明所提供一种电气设备的过欠压保护***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电气设备的过欠压保护***，其特征在于，包括：

过欠压保护模块，用于在电气设备的外接电源的供电电压超出预设电压阈值范围时输出第一断电信号；

欠压锁存模块，用于判断电气设备的上电瞬间是否欠压，若判定电气设备的上电瞬间欠压，则判断在预设时间段后供电是否欠压，若在预设时间段后供电欠压，则发出第二断电信号；

继电器控制模块，用于根据所述第一断电信号或所述第二断电信号断开所述电气设备的输入电源。

2.根据权利要求1所述的过欠压保护***，其特征在于，所述欠压锁存模块包括：

欠压锁存基准电压单元，用于输出欠压锁存基准电压；

欠压锁存比较单元，用于比较所述电气设备的上电瞬间电压和所述欠压锁存基准电压，并输出初次欠压判断信号，以及比较所述预设时间段后的供电电压和所述欠压锁存基准电压，并输出二次欠压判断信号。

3.根据权利要求2所述的过欠压保护***，其特征在于，所述过欠压保护模块包括：

过欠压基准单元，用于输出过欠压基准电压；

外接电源取样单元，用于对外接电源的供电电压进行取样，并输出对应外接电源取样电压；

过欠压比较单元，用于接收和比较所述过欠压基准电压和所述外接电源取样电压，并输出第一比较结果信号。

4.根据权利要求3所述的过欠压保护***，其特征在于，所述过欠压基准单元包括：输出过压基准电压的过压基准电路和输出欠压基准电压的欠压基准电路；

所述过欠压比较单元包括：用于比较所述外接电源取样电压和所述过压基准电压的过压比较器电路，以及用于比较所述外接电源取样电压和所述欠压基准电压的欠压比较器电路，所述过压比较器电路和所述欠压比较器电路的输出端均与所述继电器控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的过欠压保护***，其特征在于，还包括：

电压转换电路，用于将所述外接电源的供电电压转换为预设电压值的工作电压，分别为所述过欠压保护模块、欠压锁存模块和继电器控制模块供电。

6.根据权利要求5所述的过欠压保护***，其特征在于，所述电压转换电路包括：

第一电压转换子电路，用于对所述外接电源的供电电压进行降压和整流，得到第一预设电压V+，所述第一预设电压V+为所述继电器控制模块的工作电压；

第二电压转换子电路，用于对所述第一预设电压V+进行限流、滤波和稳压，得到第二预设电压V12，所述第二预设电压V12为比较器工作电压；

所述过压基准电路，用于对所述第二预设电压V12进行限流和稳压，得到所述过压基准电压；

所述欠压基准电路，用于对所述过压基准电压进行分压，得到所述欠压基准电压；

所述欠压锁存基准电压单元，用于对所述第二预设电压V12进行限流和分压，得到所述欠压锁存基准电压。

7.根据权利要求6所述的过欠压保护***，其特征在于，所述欠压锁存比较单元包括上电取样电压转换电路，用于对所述欠压比较器电路输出的电压进行限流和分压，得到对应的上电取样电压。

8.根据权利要求7所述的过欠压保护***，其特征在于，所述外接电源取样单元包括外接电源电压转换电路，用于对外接电源的供电电压进行降压、整流、限流和分压，得到对应的所述外接电源取样电压。

9.根据权利要求1至8所述的过欠压保护***，其特征在于，所述继电器控制模块包括：

继电器、控制比较器和三极管，所述控制比较器的负极输入端连接所述过欠压保护模块的输出端，所述控制比较器的正极输入端输入控制比较器的基准电压，所述控制比较器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极串联所述继电器的线圈，所述继电器的线圈连接继电器工作电压，所述继电器连接所述电气设备的输入电源。

10.根据权利要求9所述的过欠压保护***，其特征在于，所述继电器控制模块还包括：

指示电路，所述指示电路包括第一发光二极管和第二发光二极管，所述第一发光二极管正极连接所述三极管的基极，所述第一发光二极管的负极接地，所述第二发光二极管的正极连接所述三极管的集电极，所述第二发光二极管的负极接地。