CN2932790Y - 一种交流过电压保护器 - Google Patents

Abstract

一种交流过电压保护器，交流主回路采用交流接触器主常闭触点，其控制电路为交流三相分别独立，包括过流保护电路，交流电信号隔离电路，稳压电源电路，交流接触器，采样控制电路，接触器线包保护电路以及防抖电路；过流保护电路以提供对自身过流时的保护；采样控制电路选用三端可调分流基准芯片TL431为主器件对采样信号进行比较控制；防抖电路包括一滤波电路，一反馈回路，一电容极其充放电电路。本实用新型的有益效果为：三相独立控制，互不影响；自身异常时，不会导致通信***断站；可有效提高交流接触器线包工作电压范围；自身工作电压范围宽；电路简单，保护动作反应迅速且可靠。

Description

一种交流过电压保护器

技术领域

本实用新型涉及一种交流过电压保护装置，特别涉及一种专为保护邮电设备，特别是通信用高频开关电源而设计、适用于交流电较为恶劣的各种场所的交流过电压保护器。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，人们对通信需求急骤增加，通信机房设施已遍及城乡的各个角落。为保障通讯的正常进行，通信设备的动力源——通信用高频开关电源***工作的可靠性已成为一个关键性问题。

通信用高频开关电源***虽已做到宽电压市电适应范围：90Vrms～300Vrms(单相)，但我国电力***之复杂，使得不同地区交流电源质量差别很大，特别是远离城市的一些边远农村，其市电质量更加恶劣，再加上一些内在外在之因素，如雷击、传输阻抗、非线性负载、马达性负载之启动，以及高频率切换组件的大量使用等，使得交流电源波形发生畸变，电压超过通信开关电源***所能承受的电压范围仍时有发生。市电的不稳定，已成为目前通信用高频开关电源整流模块损坏的主要元凶之一。

目前，市面上虽已有多种交流过欠压保护装置，归纳起来有以下几类特点：

1.保护范围窄：此类交流保护装置电压范围多为：±15％，主要适用于民用级，无法发挥通信用高频开关电源宽电压适应范围的优点。

2.自身工作电压范围窄，可靠性差：此类交流保护装置虽能对通信用高频开关电源***执行可靠的保护动作，但不能长期工作在交流过压状态下，否则，自身损坏，保护功能失效。

3.保护功能欠妥，失效时，易使通信机房断电：在三相供电时，一相或两相出现异常时，此类交流保护装置会将三相交流电全部切断。若市电恢复不及时，有可能出现断站的危险。失效状态为交流回路断开状态的交流保护装置，一旦失效就会造成断站等严重的后果。

4.保护动作反应慢：此类交流保护装置虽能执行保护动作，但其往往是在交流高压三、四个交流周期后才动作，结果可能是通信用高频开关电源整流模块已经损坏。

5.价格高：此类交流保护装置一般为自动稳压交流电源，大容量的稳压电源，其价格较昂贵。

综上所述，现有的交流过压保护装置很难对通信用高频开关电源做到真正的有效保护。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种交流过电压保护器，能有效地针对市电中过电压、瞬间突波/脉冲等迅速做出反应，达到保护整流模块不受交流高压伤害的功能，解决了现有的交流过欠压保护装置保护范围窄，自身工作电压范围窄，可靠性差，保护功能欠妥，失效时易使通信机房断电，保护动作反应慢且价格高的问题。

为了实现以上目的，本实用新型提供了一种交流过电压保护器，包括该保护器控制电路中的过流保护电路，交流电信号隔离电路，稳压电源电路，交流接触器，采样控制电路，其特征在于：还包括接触器线包保护电路以及防抖电路；该保护器的控制电路为交流三相分别独立，三相交流主回路中分别串接有一独立的交流接触器，交流接触器采用常闭触点；

三相交流电经过流保护电路后分成两路，一路与接触器线包保护电路连接，作为接触器线包保护电路的供电，另一路经交流电信号隔离电路后，又分成两路输出：一路接稳压电源电路，产生整个电路的供电电源，另一路接采样控制电路，作为采样控制电路的交流信号输入，采样控制电路的输出控制信号经防抖电路，控制交流接触器线包的供电，从而控制交流主回路的通、断。

所述的过流保护电路提供自身过电流保护。可采用传统熔丝保护电路，也可用由具有自动复位功能的正温度系数热敏电阻构成的自复式过流保护电路。

所述的采样控制电路包括一比较控制器件，对采样信号进行比较控制，比较控制器件可选三端可调分流基准芯片TL431；一分压电路，将采样信号分压后提供给比较控制器件。

所述的防抖电路包括一滤波电路，对采样的交流信号中的噪声进行滤除；一反馈回路，当采样控制电路中的比较控制器件采样端电位超过基准电压时，将高电位反馈至采样端，；一电容极其充放电电路，使后续电路中的继电器在采样控制电路输出过压信号时立即动作，恢复时延时复位。

所述的接触器线包保护电路包括突波吸收器件，以吸收瞬态高压尖峰脉冲的冲击，突波吸收器件可选用TVS稳压二极管，也可选用压敏电阻器；一交流阻抗器件，与接触器线包串联，以降低接触器线包的电压，交流阻抗器件可以采用R、C串接电路，也可以采用纯电阻。

交流过电压保护器还可以包括三相交流电压状态LED指示及控制回路功能测试电路。

本实用新型的有益效果为：采用交流电三相独立结构，具有三相独立控制，互不影响的功能；交流主回路采用交流接触器主常闭触点，其失效模式为交流回路闭合模式，可防止自身异常时，导致通信***断站；特有的接触器线包过流保护电路，可有效提高交流接触器线包工作电压范围；自身工作电压范围宽，能可靠工作于交流单相400Vrms电压下；电路简单，保护动作反应迅速且可靠。

附图说明

图1为本实用新型的电路功能框图

图2为过流保护电路的电路示意图

图3为三端可调分流基准芯片TL431的内部电路示意图

图4为三端可调分流基准芯片TL431的符号示意图

图5为采样控制电路的电路示意图

图6为防抖电路的电路示意图

图7为接触器线包保护电路的电路示意图

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述

图1电路功能框图中交流主回路：三相交流电分别经三颗交流接触器8的主常闭触点后，直接给用电设备供电。此结构其失效模式为交流回路闭合模式，可防止接触器8自身异常时，导致通信***断站的情况。控制回路：三相交流电经过流及浪涌保护电路1后分成两路：一路径接触器线包保护电路2后，作为接触器线包的供电；另一路经交流电信号隔离电路3后，又分成两路输出：一路接稳压电源电路4，产生整个电路的供电电源；另一路接交流信号经峰值采样电路5供TL431监控。TL431根据采集的信号经内部比较判断，产生控制信号再经过防抖电路6来控制交流接触器线包的供电，从而实现交流主回路的通与断，保护用电设备不被交流高压损坏。整个电路还设有三相交流电压状态LED指示及控制回路功能测试电路7。当某一相交流电压超过设定值时，对应相的LED会被点亮；  当在交流电压正常下工作时，想判断控制电路功能是否正常，现场又无法或不能模拟时，可点按下每一相对应的测试按键，便可知道控制电路的功能是否丧失。

图2过流保护电路中RT为具有自动复位功能的正温度系数热敏电阻(以下简称PPTC)，用以取代传统的过流用保险丝。这两种产品虽都能提供过电流保护作用，各有各自的优点，但同一只PPTC热敏电阻能多次提供这种保护，而保险丝在提供过电流保护之后，就必须用另外一只进行替换。电路中一旦出现过流，PPTC能够一直保持高电阻状态直到排除故障。选用合适的PPTC热敏电阻可以有效的避免变压器本身和关联电路在异常电流时遭受严重损坏。

交流电信号隔离电路：利用传统的变压器分别提供交流电压取样信号及整个控制电路的工作电源，对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果，还有效地隔离了接地环路的共模干扰。

稳压电源电路：电路在设计中采用既可单相供电又能三相供电的方式，确保对整个控制电路的供电。

图5采样控制电路中的主器件采用三端可调分流基准芯片TL431，其内部电路如图3所示，符号如图4所示。在电路中把R端作为交流信号采样输入端，利用其内部的2.5V基准源作为参考电位进行比较控制。当交流电压升高至R端的电压非常接近2.5V基准源时，其内部的三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着R端电压的微小变化，通过三极管电流将从1到100mA变化，将此变化信号转换成变化的电压信号CTR1，利用CTR1来达到控制最终的交流输出功能。此电路具电路简单，反应灵敏，工作可靠等优点。采集来的交流峰值经R1、R2分压提供给TL431检测。更改R1与R2的分压比，就能改变电路的交流过压保护点的值。LED1作为交流过电压指示；C1、R1、C2组成π滤波器，与前面所采用的突波吸收电路及变压器隔离电路一起对所采样的交流信号中无用噪声进行滤除，从而使TL431不至于误动作；R4用以调节TL431的K极电流。

图6防抖电路，共采用了三级预防继电器RLY抖动措施：1、噪声滤除法：突波吸收电路，变压器隔离电路及C1、R1、C2组成滤波电路，可对所采样的交流信号中无用噪声进行滤除，使TL431不至于误动作，从而确保RLY不会因此而误动作。2、交流电压恢复回差法：通过图6中的R6与D2组成正反馈回路，使得电路在交流电压一旦超过设定值时，继电器RLY便会可靠吸合，直至交流电压回落到一定回差值时，RLY才可复位。此回差一般设定在10Vac左右。当交流电压升高使TL431的R端电位超过2.5V时，CTR1电平就会由“H”变“L”，VCC就会通过Q1经D2、R6反馈至TL431的R端，进一步提高R端的电位，使得CTR1电平保持在“L”，继电器RLY便会处于吸合状态。3、继电器复位延时法：Q1与R7及Q2、R8、R9和D2、R6组成对C3的充放电电路，使控制电路具有交流过压继电器RLY能立即动作，交流电压恢复时RLY能延时复位的特点，从而进一步避免RLY可能出现的频繁抖动现象。

三相交流主回路分别采用一颗具主常闭触点交流接触器作为主控组件，其失效模式为交流回路闭合模式，可防止自身异常时，导致通信***断站的情况。由于是利用接触器的常闭主触点来控制交流主回路，在交流电压正常时，接触器线包不会得电，所以待机功耗极小。但当交流出现过电压时，主回路要断开，接触器线包便会得电，而此时的交流是处于过电压状态，其电压值都已超过接触器线包所能承受的耐压范围(GB：±15％Ue)，所以在电路设计中必须考虑对接触器线包的保护措施。该交流过电压保护器主要采用以下措施来实现对接触器线包的保护：1、接触器线包的供电取自自复式过流及浪涌保护电路后，可预防接触器线包不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。2、分压法来降低接触器线包的电压。

图7接触器线包保护电路：KM为交流接触器线包；K为接触器常闭辅助触点；RLY为继电器的常开触点；Rx为一交流阻抗器件，可根据设计需求，选择R、C串接降压，或只用R等。在交流电压正常时，RLY处于常开状态，接触器线包KM不会得电，主回路保持正常输出；当交流电压升高超过设定保护点时，RLY便会吸合，交流电压通过常闭触点K，给接触器线包KM提供瞬间一个启动电压，接触器一旦吸合后，触点K便会处于断开状态，此时Rx便会与接触器线包KM组成串连回路，由Rx分得一定电压，使接触器线包KM在交流过压时仍保持在较低的保持电压下，从而实现了对接触器线包KM的保护。这里主要是利用接触器吸合电压高，保持电压低的特性。突波吸收器件9可选用新型高效的器件TVS(Transient Voltage Suppressor)，此种器件事实上是一种特殊的稳压二极管。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，保护了后面的电路组件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，其防雷效果也很好。当然突波吸收器件9也可选用压敏电阻器，只是它的响应时间慢，通常为5×10^-9s，它的使用温度范围窄，漏电流大，吸收电流小，并且体积也较大。

以上所述的实施例仅为了说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使本领域的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1、一种交流过电压保护器，包括该保护器控制电路中的过流保护电路，交流电信号隔离电路，稳压电源电路，交流接触器，采样控制电路，其特征在于：还包括接触器线包保护电路以及防抖电路；

该保护器的控制电路为交流三相分别独立控制的过压保护电路，三相交流主回路中分别串接有一独立的交流接触器，交流接触器采用常闭触点；

三相交流电经自复式过流保护电路后分成两路，一路与接触器线包保护电路连接，作为接触器线包保护电路的供电，另一路经交流电信号隔离电路后，又分成两路输出：一路接稳压电源电路，产生整个电路的供电电源，另一路接采样控制电路，作为采样控制电路的交流信号输入，采样控制电路的输出控制信号经防抖电路，控制交流接触器线包的供电，从而控制交流主回路的通、断。

2、按权利要求1所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的过流保护电路为自复式过流保护电路或电熔丝保护电路。

3、按权利要求2所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的自复式过流保护电路中串接有一具有自动复位功能的高分子正温度系数热敏电阻，以提供过电流保护。

4、按权利要求1所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的采样控制电路包括一比较控制器件，对采样信号进行比较控制；一分压电路，将采样信号分压后提供给比较控制器件。

5、按权利要求4所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的比较控制器件为三端可调分流基准芯片TL431。

6、按权利要求1所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的防抖电路包括一滤波电路，对采样的交流信号中的噪声进行滤除；一反馈回路，当采样控制电路中的比较控制器件采样端电位超过基准电压时，将高电位反馈至采样端；一电容及其充放电电路，使后续电路中的继电器在采样控制电路输出过压信号时立即动作，恢复时延时复位。

7、按权利要求1所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的接触器线包保护电路包括一交流阻抗器件，与接触器线包串联，以降低接触器线包的电压；以及突波吸收器件，以吸收瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

8、按权利要求7所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的突波吸收器件可采用TVS稳压二极管，也可采用压敏电阻器。

9、按权利要求7所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的交流阻抗器件可以采用R、C串接电路，也可以采用纯电阻。

10、按权利要求1所述的一种交流过电压保护器，其特征在于：所述的交流过电压保护器还包括三相交流电压状态LED指示及控制回路功能测试电路。

Images