CN220673428U - 一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路及装置，主要解决现有技术中存在的现有贮能电容的容量通常比较大，很容易导致上电启动时冲击电流很大，极易造成大量电子元件损坏及功能不稳定的问题。该一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路包括与电源连接的分压窗口选择单元，分压窗口选择单元相互通信连接有监控及控制单元；监控及控制单元的第一控制端分别连接有第一分压控制单元的输入端和第二分压控制单元的输入端；第一分压控制单元输出端和第二分压控制单元的输出端均与负载连接。通过上述方案，本实用新型达有效解决***的欠压供电的问题，实现稳定供电及智能监控的目的。

Description

一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路及装置

技术领域

本实用新型涉及欠压浪涌及低压保护技术领域，具体地说，是涉及一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路及装置。

背景技术

欠压浪涌和低电压广泛存在于供电***中，用电设备在电压低于一定值时，设备就不能正常工作；传统的解决欠压浪涌的方案中，有增加贮能电容来解决欠压浪涌的方式；贮能电容的容量通常比较大，很容易导致上电启动时冲击电流很大，极易造成大量电子元件损坏，电路功能不稳定的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路及装置，以解决现有贮能电容的容量通常比较大，很容易导致上电启动时冲击电流很大，极易造成大量电子元件损坏及功能不稳定的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：

一方面，一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路包括与电源连接的分压窗口选择单元，分压窗口选择单元相互通信连接有监控及控制单元；监控及控制单元的第一控制端分别连接有第一分压控制单元的输入端和第二分压控制单元的输入端；第一分压控制单元输出端和第二分压控制单元的输出端均与负载连接。

在较佳的实施例中，一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路还包括欠压预警单元，欠压预警单元的两个输入端分别与分压窗口选择单元的控制端和监控及控制单元的第二控制端连接。

在较佳的实施例中，欠压预警单元包括与分压窗口选择单元依次串联的电阻R11和发光二极管LED1，与监控及控制单元依次串联的电阻R12和发光二极管LED2；电阻R11和发光二极管LED1串联后与电阻R12和发光二极管LED2串联后相互并联，并联后与电源负端连接。

在较佳的实施例中，分压窗口选择单元包括分别与电源正端和负端连接的电阻R1和电阻R2；电阻R1和电阻R2连接线上依次有两个结点，靠近电阻R1的结点为a，其连接有比较器IC1的反相输入端，靠近电阻R2的结点连接有比较器IC2的正相输入端；比较器IC1的参考电压为VREF1，比较器IC2的参考电压为VREF2；比较器IC1和比较器IC2两者的输出端分别与监控及控制单元连接。

在较佳的实施例中，监控及控制单元包括充电蓄电池BAT、电阻R9、二极管D2的阳极和电阻R3；比较器IC1的输出端依次串联二极管D2的阳极和电阻R3后与第一分压控制单元连接，比较器IC1和二极管D2的结点与电阻R11连接；

监控及控制单元还包括相互并联的稳压管D4和电阻R4；稳压管D4的阴极和电阻R4的一端与电阻R3和第一分压控制单元的结点连接后与第二分压控制单元连接；稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端与第一分压控制单元连接后与电源负极连接；

比较器IC2的输出端连接有与非门IC4的第一输入端，两者的结点为e；与非门IC4的输出端依次连接有二极管D3的阳极和二极管D2和电阻3的结点b；与非门IC4的第二输入端与电阻R12连接，两者的结点连接有比较器IC3的输出端连接，比较器IC3的输出端上有结点f；

比较器IC3的参考电压为VREF3，其反相输入端依次串联电阻R9和充电蓄电池BAT后与电源负极连接；比较器IC3和电阻R9的结点g上连接有电阻R10后与电源负极连接。

在较佳的实施例中，第一分压控制单元包括与电阻R3连接的场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的源极与稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端连接；

场效应管Q1的漏极串联有电阻R5和场效应管Q2的栅极，两者连线上有两个结点，靠近电阻R5的结点上连接有电阻R6的一端，靠近场效应管Q2的结点c连接有稳压管D5的阳极；电阻R6的另一端和稳压管D5的阴极与电源正端连接；场效应管Q2的源极与电源正端连接后与负载的一端连接，负载的另一端与电源负端连接，场效应管Q2的漏极与第二分压控制单元连接。

在较佳的实施例中，第二分压控制单元包括与电阻R3和第一分压控制单元结点连接的场效应管Q4的栅极；场效应管Q4的源极与电源负端连接，其漏极依次连接有电阻R7和场效应管Q3的栅极；

场效应管Q3的漏极和场效应管Q2的漏极连接；电阻R7和场效应管Q3的结点d依次连接有电阻R8的一端和稳压管D6的阳极，电阻R8的另一端和稳压管D6的阴极分别与场效应管Q3的漏极连接后与电阻R9和充电蓄电池BAT的结点连接。

在较佳的实施例中，电源在欠压的状态下，电源比较器IC1输出高电平，正常电压以及过压时电源比较器IC1输出低电平。

在较佳的实施例中，电源在欠压的状态下，比较器IC2输出低电平，正常电压以及过压时比较器IC2输出高电平；在充电蓄电池BAT欠压状态下，比较器IC3输出高电平，在充电蓄电池BAT正常状态下，比较器IC3输出低电平。

第二方面，一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护装置包括前述一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型中通过分压窗口选择单元形成选择比较电压，在监控及控制单元监控电压并和窗口选择单元一起通过控制第一分压控制单元和第二分压控制单元来控制是否给充电蓄电池充电及给负载供电，避免欠压浪涌及低压状态下影响后级设备的正常工作。

(2)本实用新型中利用充电蓄电池替代贮能电容等器件，***可以较长时间工作在欠压状态下，较好的解决了***供电的稳定性问题；监控及控制单元用于对供电线上的电压以及充电蓄电池电压的实时监测及控制，实现了对充电蓄电池充放电的智能控制。

(3)本实用新型中欠压预警单元能配合自动控制***及时提供报警信号，方便及时发现和排除供电线路上的故障。

附图说明

图1为本实用新型电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

本实施例通过对场效应管两端电压的监测，有效的防止了场效应管短路损坏导致的冲击电流过大的问题，且采用需电池替代贮能电容；在欠压浪涌到来时，由充电蓄电池给后端设备供电；同时实时监测充电蓄电池自身电压，当充电蓄电池低于设定值时，***自动给充电蓄电池充电，充电到设定值时，停止充电；具体方案如下。

如图1所示，一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路包括预警单元和与电源连接的分压窗口选择单元，分压窗口选择单元相互通信连接有监控及控制单元；监控及控制单元的第一控制端分别连接有第一分压控制单元的输入端和第二分压控制单元的输入端；第一分压控制单元输出端和第二分压控制单元的输出端均与负载连接；

作为一个实施例，预警单元的两个输入端分别与分压窗口选择单元的控制端和监控及控制单元的第二控制端连接。

其中，预警单元包括与分压窗口选择单元依次串联的电阻R11和发光二极管LED1，与监控及控制单元依次串联的电阻R12和发光二极管LED2；电阻R11和发光二极管LED1串联后与电阻R12和发光二极管LED2串联后相互并联，并联后与电源负端连接。

作为一个实施例，分压窗口选择单元包括分别与电源正端和负端连接的电阻R1和电阻R2；电阻R1和电阻R2连接线上依次有两个结点，靠近电阻R1的结点为a，其连接有比较器IC1的反相输入端，靠近电阻R2的结点连接有比较器IC2的正相输入端；比较器IC1的参考电压为VREF1，比较器IC2的参考电压为VREF2；比较器IC1和比较器IC2两者的输出端分别与监控及控制单元连接。

作为一个实施例，监控及控制单元包括充电蓄电池BAT、电阻R9、二极管D2的阳极和电阻R3；比较器IC1的输出端依次串联二极管D2的阳极和电阻R3后与第一分压控制单元连接，比较器IC1和二极管D2的结点与电阻R11连接；

监控及控制单元还包括相互并联的稳压管D4和电阻R4；稳压管D4的阴极和电阻R4的一端与电阻R3和第一分压控制单元的结点连接后与第二分压控制单元连接；稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端与第一分压控制单元连接后与电源负极连接；

比较器IC2的输出端连接有与非门IC4的第一输入端，两者的结点为e；与非门IC4的输出端依次连接有二极管D3的阳极和二极管D2和电阻3的结点b；与非门IC4的第二输入端与电阻R12连接，两者的结点连接有比较器IC3的输出端连接，比较器IC3的输出端上有结点f；

比较器IC3的参考电压为VREF3，其反相输入端依次串联电阻R9和充电蓄电池BAT后与电源负极连接；比较器IC3和电阻R9的结点g上连接有电阻R10后与电源负极连接。

作为一个实施例，第一分压控制单元包括与电阻R3连接的场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的源极与稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端连接；

场效应管Q1的漏极串联有电阻R5和场效应管Q2的栅极，两者连线上有两个结点，靠近电阻R5的结点上连接有电阻R6的一端，靠近场效应管Q2的结点c连接有稳压管D5的阳极；电阻R6的另一端和稳压管D5的阴极与电源正端连接；场效应管Q2的源极与电源正端连接后与负载的一端连接，负载的另一端与电源负端连接，场效应管Q2的漏极与第二分压控制单元连接。

作为一个实施例，第二分压控制单元包括与电阻R3和第一分压控制单元结点连接的场效应管Q4的栅极；场效应管Q4的源极与电源负端连接，其漏极依次连接有电阻R7和场效应管Q3的栅极；

场效应管Q3的漏极和场效应管Q2的漏极连接；电阻R7和场效应管Q3的结点d依次连接有电阻R8的一端和稳压管D6的阳极，电阻R8的另一端和稳压管D6的阴极分别与场效应管Q3的漏极连接后与电阻R9和充电蓄电池BAT的结点连接。

本实施例的原理如下：

如图1所示，首先应根据需要，将比较器的输入端的参考电压VREF1、VREF2、VREF3设置到合适的电压值。满足如此要求：外部供电电压Vin+即电源在欠压的状态下,比较器IC1输出高电平，正常电压以及过压时比较器IC1输出低电平；电源Vin+在欠压的状态下，比较器IC2要输出低电平，正常电压以及过压时比较器IC2输出高电平。在充电蓄电池BAT欠压(即充电蓄电池需要充电)的状态下，比较器IC3输出高电平，充电蓄电池不需要充电时比较器IC3输出低电平。

①***正常工作时，输入端的电压在正常工作范围内,没有欠压。电阻R1和电阻R2分压后，采样电压Ua(a点电压)相对于欠压状态，电压较高，Ua连接比较器IC1的反相输入端，参考电压VREF1连接比较器IC1的同相输入端。Ua较高，比较器IC1进行比较后，比较器IC1输出低电平。同时，采样电压Ua(a点电压)连接比较器IC2的同相输入端，参考电压VREF2连接比较器IC2的反相输入端。Ua较高，比较器IC2进行比较后，比较器IC2输出低电平Ue(e点的电压)。

当充电蓄电池电能充足，就不需要充电，此时充电蓄电池电压比较高。监测到充电蓄电池的采样电压Ug(g点电压)也会比较高。Ug连接到比较器IC3的反相输入端，参考电压VREF3连接到比较器IC3的同相输入端，通过比较器IC3进行比较后，比较器IC3输出低电平Uf(f点的电压)。Ue(e点的电压)和Uf(f点的电压)输入到与非门IC4，Ue(e点的电压)是高电平，Uf(f点的电压)是低电平，二者相与后，与门IC4输出低电平。由于与门IC4和比较器IC1都输出低电平，因此Ub(b点的电压)是低电平。Ub的电压控制着N型场效应管Q1和场效应管Q4的栅极，在Ub为低电平时，场效应管Q1和场效应管Q4都处于截止状态。场效应管Q1截止，则电阻R6和电阻R5不能形成分压，P型场效应管Q2的栅极电压和源极电压相等，场效应管Q2也截止。同理，场效应管Q4截止后，则电阻R7和电阻R8不能形成分压，P型场效应管Q3的栅极电压和源极电压相等，场效应管Q3也截止。场效应管Q2、场效应管Q3及充电蓄电池BAT是串联在Vout+和Vout-之间的，场效应管Q2和场效应管Q3都截止后，充电蓄电池与供电线正线之间的充电和放电的通道就被切断，即充电蓄电池不会被充电，也不会被放电，负载RL的工作完全由外部的供电线提供电能。

当充电蓄电池电能不足，充电蓄电池需要充电，此时充电蓄电池电压就比较低。充电蓄电池电压比较低，则充电蓄电池采样电压Ug就比较低，Ug连接到比较器IC3的反相输出端，参考电压VREF3连接到比较器IC3的同相输入端，Ug变低，则比较器IC3输出高电平。Ug为高电平，Ue也为高电平，二者分别连接到与门IC4的输入，相与后，与非门IC4输出高电平，则Ub(b点的电压)就是高电平。Ub控制了N型场效应管Q1和场效应管Q4的栅极，Ub为高时，场效应管Q1和场效应管Q4都会被开通。场效应管Q1开通后，电阻R6和电阻R5形成分压，P型场效应管的栅极和源极之间产生负压差开通场效应管Q2(即栅极电压低于源极电压且达到开启电压后可开通P型场效应管)。同理，场效应管Q4开通后，电阻R8和电阻R7形成分压可开启P型场效应管Q3。在场效应管Q2和场效应管Q3均导通后，由于供电线上电压高，充电蓄电池电压相对较低，此时供电线上的电能通过二极管D1、P型场效应管Q2、P型场效应管Q3对充电蓄电池BAT进行充电。充电蓄电池BAT的电压会逐步升高直到充电完成。充电结束后，采样电压Ug会变高，Ug连接比较器IC3的反向输入端，比较器IC3的输出Uf为低电平，与门IC4的输出也变为低电平，Ub的电压变成低电平。Ub为低电平后，会关断N型场效应管Q1和场效应管Q4，在场效应管Q1和场效应管Q4关断后，随之关断P型场效应管Q2和场效应管Q3，充电蓄电池BAT与供电线的充放电通道被切断，会自动停止对充电蓄电池的充电。

②欠压浪涌或低压供电来临时，***会自动切换到充电蓄电池给负载供电。欠压或低压出现时，电阻R1和电阻R2分压后，采样电压Ua(a点电压)随之变低，Ua连接比较器IC1的反相输入端，参考电压VREF1连接比较器IC1的同相输入端，二者通过比较器IC1进行比较后，输出高电平，Ub(b点电压)为高。Ub控制了N型场效应管Q1和场效应管Q4的栅极，Ub为高时，场效应管Q1和场效应管Q4都会被开通。场效应管Q1开通后，电阻R6和电阻R5形成分压，P型场效应管的栅极和源极之间产生负压差开通Q2(即栅极电压低于源极电压且达到开启电压后可开通P型场效应管)。同理，场效应管Q4开通后，电阻R8和电阻R7形成分压可开启P型场效应管Q3。在场效应管Q2和场效应管Q3均导通后，由于供电线上电压低，充电蓄电池电压相对较高，此时充电蓄电池的电能通过P型场效应管Q2、P型场效应管Q3对负载RL提供电能，使负载RL工作在正常的工作电压范围内。供电线上串联由二极管D1，二极管的单向导电性阻止了充电蓄电池BAT向电源输入端供电，只会向负载端RL供电。

③预警***

当供电输入端的电压欠压时，发光二极管LED1发光；当充电蓄电池电压较低，需要充电时，发光二极管LED2发光。预警指示灯与***供电状态的对照表如下：

其中，比较器IC1、比较器IC2、比较器IC3为电压比较器；IC4为与非门门；场效应管Q1、场效应管Q4为N型场效应管；场效应管Q2和场效应管Q3为P型场效应管；二极管D1、二极管D2、二极管D3；稳压管D4、稳压管D5、稳压管D6；VREF1、VREF2、VREF3为比较器的参考电压。

一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护装置包括前述一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路；根据该装置，通过上述的欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，实现***供电稳定性高，对充电蓄电池充放电智能控制的功能，且欠压预警单元配合自动控制***及时提供报警信号，方便及时发现和排除供电线路上的故障。

该实用新型可用于不能断电的特殊供电***中，比如医疗、航空等，能有效解决***的欠压供电问题。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：包括与电源连接的分压窗口选择单元，分压窗口选择单元相互通信连接有监控及控制单元；监控及控制单元的第一控制端分别连接有第一分压控制单元的输入端和第二分压控制单元的输入端；第一分压控制单元输出端和第二分压控制单元的输出端均与负载连接。

2.根据权利要求1所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：还包括欠压预警单元，欠压预警单元的两个输入端分别与分压窗口选择单元的控制端和监控及控制单元的第二控制端连接。

3.根据权利要求2所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：欠压预警单元包括与分压窗口选择单元依次串联的电阻R11和发光二极管LED1，与监控及控制单元依次串联的电阻R12和发光二极管LED2；电阻R11和发光二极管LED1串联后与电阻R12和发光二极管LED2串联后相互并联，并联后与电源负端连接。

4.根据权利要求3所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：分压窗口选择单元包括分别与电源正端和负端连接的电阻R1和电阻R2；电阻R1和电阻R2连接线上依次有两个结点，靠近电阻R1的结点为a，其连接有比较器IC1的反相输入端，靠近电阻R2的结点连接有比较器IC2的正相输入端；比较器IC1的参考电压为VREF1，比较器IC2的参考电压为VREF2；比较器IC1和比较器IC2两者的输出端分别与监控及控制单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：监控及控制单元包括充电蓄电池BAT、电阻R9、二极管D2的阳极和电阻R3；比较器IC1的输出端依次串联二极管D2的阳极和电阻R3后与第一分压控制单元连接，比较器IC1和二极管D2的结点与电阻R11连接；

监控及控制单元还包括相互并联的稳压管D4和电阻R4；稳压管D4的阴极和电阻R4的一端与电阻R3和第一分压控制单元的结点连接后与第二分压控制单元连接；稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端与第一分压控制单元连接后与电源负极连接；

比较器IC2的输出端连接有与非门IC4的第一输入端，两者的结点为e；与非门IC4的输出端依次连接有二极管D3的阳极和二极管D2和电阻3的结点b；与非门IC4的第二输入端与电阻R12连接，两者的结点连接有比较器IC3的输出端连接，比较器IC3的输出端上有结点f；

比较器IC3的参考电压为VREF3，其反相输入端依次串联电阻R9和充电蓄电池BAT后与电源负极连接；比较器IC3和电阻R9的结点g上连接有电阻R10后与电源负极连接。

6.根据权利要求5所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：第一分压控制单元包括与电阻R3连接的场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的源极与稳压管D4的阳极和电阻R4的另一端连接；

场效应管Q1的漏极串联有电阻R5和场效应管Q2的栅极，两者连线上有两个结点，靠近电阻R5的结点上连接有电阻R6的一端，靠近场效应管Q2的结点c连接有稳压管D5的阳极；电阻R6的另一端和稳压管D5的阴极与电源正端连接；场效应管Q2的源极与电源正端连接后与负载的一端连接，负载的另一端与电源负端连接，场效应管Q2的漏极与第二分压控制单元连接。

7.根据权利要求6所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：第二分压控制单元包括与电阻R3和第一分压控制单元结点连接的场效应管Q4的栅极；场效应管Q4的源极与电源负端连接，其漏极依次连接有电阻R7和场效应管Q3的栅极；

场效应管Q3的漏极和场效应管Q2的漏极连接；电阻R7和场效应管Q3的结点d依次连接有电阻R8的一端和稳压管D6的阳极，电阻R8的另一端和稳压管D6的阴极分别与场效应管Q3的漏极连接后与电阻R9和充电蓄电池BAT的结点连接。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：电源在欠压的状态下，电源比较器IC1输出高电平，正常电压以及过压时电源比较器IC1输出低电平。

9.根据权利要求4-7中任一项所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路，其特征在于：电源在欠压的状态下，比较器IC2输出低电平，正常电压以及过压时比较器IC2输出高电平；在充电蓄电池BAT欠压状态下，比较器IC3输出高电平，在充电蓄电池BAT正常状态下，比较器IC3输出低电平。

10.一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护装置，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项所述的一种欠压浪涌及低压用自动控制预警保护电路。