專利名稱：一種輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
木實(shí)用新型涉及一種輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，特別是列車車輛控制系統(tǒng)中
常用的24V輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
24V是列車車輛控制系統(tǒng)常見(jiàn)的一個(gè)電壓等級(jí)。對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)講，穩(wěn)定 的輸入電源是保證系統(tǒng)安全可靠工作的基本條件，但在實(shí)際工況下，電源波動(dòng) 是一種正常的現(xiàn)象，過(guò)高或過(guò)低的電壓會(huì)導(dǎo)致控制電路中的芯片出現(xiàn)異常甚至 損毀，因此在一般的控制電路中都采用有隔離的穩(wěn)壓電源模塊為系統(tǒng)供電。但 這些電源模塊本身也不能承受超范圍的電壓，因此，有必要設(shè)計(jì)一種輸入電源 過(guò)壓保護(hù)電路對(duì)輸入電源進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。傳統(tǒng)的輸入保護(hù)電路功能比較簡(jiǎn)單， 如附圖1所示，電路的保護(hù)功能全靠瞬態(tài)電壓抑制器TVS來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于瞬態(tài)電 壓抑制器TVS的電壓等級(jí)是固定的，不可能根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，再加上 瞬態(tài)電壓抑制器TVS的保護(hù)具有不可恢復(fù)性即瞬態(tài)電壓抑制器TVS在完成保護(hù) 電路的使命后便燒毀，而在實(shí)際工作環(huán)境中，不可能做到隨時(shí)更換燒毀的瞬態(tài) 電壓抑制器TVS，瞬態(tài)電壓抑制器TVS—旦燒毀，此后的電路便處于無(wú)保護(hù)狀 態(tài)，這種情況對(duì)于電路來(lái)說(shuō)是十分危險(xiǎn)的。如果對(duì)輸入電源有較高的要求，一 種改進(jìn)的保護(hù)電路是把輸入電壓降壓處理后直接進(jìn)行A/D采樣并在控制芯片中 對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果電壓超過(guò)保護(hù)值后芯片輸出信號(hào)切斷主電路，但這種辦 法需要用到有源芯片，有源芯片本身需要電源的支持， 一旦電源電壓超出芯片 使用范圍也會(huì)使芯片處于不穩(wěn)定狀態(tài)甚至燒毀。即使給芯片供電的是特定的穩(wěn) 壓電源模塊，電源模塊的輸入電壓也是有范圍的，換句話說(shuō)就是采用有源芯片 就對(duì)電源有了依賴。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問(wèn)題是 '
1、 釆用瞬態(tài)電壓抑制器TVS，保護(hù)電壓的等級(jí)是固定的，不能根據(jù)需要進(jìn) 行線性調(diào)整。
2、 由于瞬態(tài)電壓抑制器TVS的保護(hù)功能是一次性的，燒毀后使被保護(hù)電路 處于無(wú)保護(hù)的狀態(tài)，在輸入電壓嚴(yán)重超范圍的情況下保護(hù)電路本身就己經(jīng)處于 不可靠的狀態(tài)，安全性和可靠性受到很大影響。
43、采用有源芯片仍然依賴輸入電源。 發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型要設(shè)計(jì)一種采 用無(wú)源器件、既可以方便調(diào)節(jié)保護(hù)電壓等級(jí)又可以自動(dòng)恢復(fù)保護(hù)功能的輸入電 源過(guò)壓保護(hù)電路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種輸入電源過(guò)壓保護(hù)電 路包括防反電路、共模電感濾波電路、TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路、電容組濾波電路, 所述的防反電路前端接電源、后端接共模電感電路，所述的TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電 路前端接共模電感電路，后端接電容組濾波電路，所述的電容組濾波電路的后 端接過(guò)壓檢測(cè)電路、控制信號(hào)產(chǎn)生電路和動(dòng)作執(zhí)行電路。
本實(shí)用新型所述的電壓檢測(cè)電路為橋式電路，由穩(wěn)壓管橋臂和電阻橋臂組 成，所述的穩(wěn)壓管橋臂由一個(gè)電阻R1、兩個(gè)穩(wěn)壓管VZ1、 VZ2串聯(lián)，電阻R1 的一端連接到電源正線、另一端與穩(wěn)壓管VZ1相連，穩(wěn)壓管VZ2 —端與穩(wěn)壓 管VZ1相連、另一端接電源地線，在穩(wěn)壓管VZ2與穩(wěn)壓管VZ1的連接點(diǎn)引出 一條線，連接到控制信號(hào)產(chǎn)生電路中光耦OTl的輸入負(fù)端，所述的電阻橋臂由 兩個(gè)串聯(lián)電阻R2、 R3組成，電阻R2的一端與電源正線相連、另一端與電阻 R3連接，電阻R3的另一端與電源地線相連，在電阻R2與電阻R3的連接點(diǎn)引 出一條線與一個(gè)限流電阻R4串聯(lián)。
本實(shí)用新型所述的控制信號(hào)產(chǎn)生電路由一個(gè)四腳光耦OTl、 一個(gè)限流電阻 R4和一個(gè)穩(wěn)壓管VZ3組成，電阻R4與光耦OT1的輸入正端連接，穩(wěn)壓管VZ3 的陰極接光耦OT1的輸入正端，陽(yáng)極接光耦OT1的輸入負(fù)端，光耦OT1的輸 出正端接動(dòng)作執(zhí)行電路中繼電器K1線圈的負(fù)端，光耦OTl的輸出負(fù)端接電源 地線。
本實(shí)用新型所述的動(dòng)作執(zhí)行電路由繼電器K1、防止繼電器K1線圈反向供 電的防反二極管VD2、繼電器K1線圈尖峰電壓吸收電容C4、繼電器K1輸出 尖峰電壓吸收電阻R5和吸收電容C5組成，所述的繼電器Kl線圈正端接電源 的正線、負(fù)端接控制信號(hào)產(chǎn)生電路中光耦OTl的輸出正端，防反二極管VD2的 陰極接繼電器K1線圈正端，陽(yáng)極接繼電器K1線圈負(fù)端，電容C4與防反二極 管VD2并聯(lián)，繼電器K1的常閉觸點(diǎn)的動(dòng)觸點(diǎn)接電源的正線、靜觸點(diǎn)引出線為 被保護(hù)電路的電源正線，常開(kāi)觸點(diǎn)為繼電器K1狀態(tài)檢測(cè)端，電阻R5與電容C5串聯(lián)接到繼電器K1的兩個(gè)開(kāi)觸點(diǎn)上，電阻R5的一端接繼電器K1的常開(kāi)觸點(diǎn) 靜觸點(diǎn)、另一端與電容C5串聯(lián)，電容C5的另一端接繼電器K1的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng) 觸點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型具有以下有益效果 1、由于本實(shí)用新型采用直接檢測(cè)電阻分壓值作為光耦的開(kāi)通條件，用光 耦控制繼電器、繼電器控制電源的開(kāi)通和關(guān)斷，從檢測(cè)到電源過(guò)壓到繼電器產(chǎn) 生關(guān)斷動(dòng)作的時(shí)間在十毫秒以內(nèi)，而現(xiàn)有技術(shù)的處理速度往往需要幾十毫秒甚 至上百毫秒，可見(jiàn)本實(shí)用新型的響應(yīng)速度要比現(xiàn)有技術(shù)快幾倍甚至十幾倍。
2、 由于本實(shí)用新型采用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值作為參考電壓，電阻分壓取得
的電壓作為比較電壓，兩電壓的差值作為光耦的開(kāi)通電壓。電阻取得的分壓值 完全取決于兩個(gè)分壓電阻的比例。由此可以看出，只需調(diào)節(jié)兩個(gè)分壓電阻的比 例就可以隨意調(diào)節(jié)電路的保護(hù)電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)電壓等級(jí)的線性調(diào)節(jié)。
3、 由于本實(shí)用新型檢測(cè)到電源過(guò)壓后就會(huì)使繼電器動(dòng)作切斷電路，當(dāng)電源 電壓恢復(fù)到保護(hù)電壓等級(jí)以下時(shí)，繼電器動(dòng)作恢復(fù)供電，再次故障時(shí)重復(fù)上述 動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了電路保護(hù)功能的自動(dòng)恢復(fù)，大大減少了電路的維護(hù)和維修。
4、 由于本實(shí)用新型采用的器件均是無(wú)源器件，使得保護(hù)電路對(duì)電源的依賴 性大大降低，從而使保護(hù)更加可靠。


本實(shí)用新型共有附圖兩張，其中
圖1是現(xiàn)有輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路示意圖。
圖中，1、防反電路，2、共模電感濾波電路，3、防瞬態(tài)過(guò)壓電路，4、電 容濾組波電路，5、過(guò)壓檢測(cè)電路，6、控制信號(hào)產(chǎn)生電路，7、動(dòng)作執(zhí)行電路， 8、穩(wěn)壓管橋臂，9、電阻橋臂。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖2所示， 一種輸入電源過(guò) 壓保護(hù)電路包括防反電路l、共模電感濾波電路2、 TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路3、電 容組濾波電路4，所述的防反電路1前端接電源、后端接共模電感電路2，所述 的TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路3前端接共模電感電路2，后端接電容組濾波電路4，所 述的電容組濾波電路4的后端接過(guò)壓檢測(cè)電路5、控制信號(hào)產(chǎn)生電路6和動(dòng)作執(zhí)
6行電路7。所述的電壓檢測(cè)電路5為橋式電路，由穩(wěn)壓管橋臂8和電阻橋臂9組 成，所述的穩(wěn)壓管橋臂8由一個(gè)電阻Rl、兩個(gè)穩(wěn)壓管VZ1、 VZ2串聯(lián)，電阻 Rl的一端連接到電源正線、另一端與穩(wěn)壓管VZ1相連，穩(wěn)壓管VZ2—端與穩(wěn) 壓管VZ1相連、另一端接電源地線，在穩(wěn)壓管VZ2與穩(wěn)壓管VZ1的連接點(diǎn)引 出一條線，連接到控制信號(hào)產(chǎn)生電路6中光耦OTl的輸入負(fù)端，所述的電阻橋 臂9由兩個(gè)串聯(lián)電阻R2、 R3組成，電阻R2的一端與電源正線相連、另一端與 電阻R3連接，電阻R3的另一端與電源地線相連，在電阻R2與電阻R3的連接 點(diǎn)引出一條線與一個(gè)限流電阻R4串聯(lián)。所述的控制信號(hào)產(chǎn)生電路6由一個(gè)四腳 光耦OTl、 一個(gè)限流電阻R4和一個(gè)穩(wěn)壓管VZ3組成，電阻R4與光耦OT1的 輸入正端連接，穩(wěn)壓管VZ3的陰極接光耦OT1的輸入正端，陽(yáng)極接光耦OT1 的輸入負(fù)端，光耦OTl的輸出正端接動(dòng)作執(zhí)行電路7中繼電器K1線圈的負(fù)端， 光耦OTl的輸出負(fù)端接電源地線。所述的動(dòng)作執(zhí)行電路7由繼電器K1、防止繼 電器Kl線圈反向供電的防反二極管VD2、繼電器Kl線圈尖峰電壓吸收電容 C4、繼電器K1輸出尖峰電壓吸收電阻R5和吸收電容C5組成，所述的繼電器 Kl線圈正端接電源的正線、負(fù)端接控制信號(hào)產(chǎn)生電路6中光耦OTl的輸出正端， 防反二極管VD2的陰極接繼電器K1線圈正端，陽(yáng)極接繼電器K1線圈負(fù)端，電 容C4與防反二極管VD2并聯(lián)，繼電器K1的常閉觸點(diǎn)的動(dòng)觸點(diǎn)接電源的正線、 靜觸點(diǎn)引出線為被保護(hù)電路的電源正線，常開(kāi)觸點(diǎn)為繼電器K1狀態(tài)檢測(cè)端，電 阻R5與電容C5串聯(lián)接到繼電器K1的兩個(gè)開(kāi)觸點(diǎn)上，電阻R5的一端接繼電器 Kl的常開(kāi)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)、另一端與電容C5串聯(lián)，電容C5的另一端接繼電器K1 的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下當(dāng)輸入電源電壓不超過(guò)設(shè)定電壓時(shí)，輸入電 源經(jīng)過(guò)防反二極管VD1、共模電感TL1連接到繼電器常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作觸點(diǎn)，從 穩(wěn)壓管取得的穩(wěn)壓值記作Ul，從分壓電阻取得的電壓記作U2，由于此時(shí)電源 電壓沒(méi)有過(guò)壓，U1>U2，光耦OTl不導(dǎo)通，繼電器K1線圈沒(méi)有回路即繼電器 Kl處于失電狀態(tài)。此時(shí)繼電器K1的常閉觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，因此輸入電源跟 后面的電路是相連的，即電路可以正常工作。電容C1、 C2、 C3和共模電感TL1 作為電源的濾波電路以改善電源的供電質(zhì)量。
當(dāng)輸入電源超過(guò)設(shè)定電壓時(shí)，UKU2,光耦OTl導(dǎo)通，繼電器K1線圈與 光耦OTl構(gòu)成回路，繼電器K1得電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸入電源
7與被保護(hù)電路斷開(kāi)。電容C4在動(dòng)作期間吸收繼電器K1線圈通電瞬間的尖峰電 壓以保護(hù)線圈。
當(dāng)輸入電源從過(guò)壓狀態(tài)恢復(fù)正常電壓狀態(tài)時(shí)，U1>U2，光耦OTl從開(kāi)通狀 態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合，繼電器K1線圈回路被光耦0T1切斷，繼電器K1由得電狀態(tài)轉(zhuǎn) 到失電狀態(tài)，繼電器K1常閉觸點(diǎn)閉合，被保護(hù)電路與電源重新連接，恢復(fù)正常 工作。防反二極管VD2在繼電器K1線圈斷電瞬間為繼電器K1線圈續(xù)流，以保 護(hù)繼電器K1線圈和光耦0T1不受沖擊。
本實(shí)用新型電路的主要參數(shù)計(jì)算方法如下假定保護(hù)電壓值為Umax，光耦 OT1開(kāi)通電壓為UOT1，則分壓電阻比例為R2/R3=[Umax/(Uvz2+UOT1) -l]，且 R2/R3>=24/UVZ2-1,電阻R2、 R3的具體值要根據(jù)保護(hù)電壓等級(jí)的具體值和光耦 T1的具體型號(hào)來(lái)定。
權(quán)利要求1、一種輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，包括防反電路(1)、共模電感濾波電路(2)、TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路(3)、電容組濾波電路(4)，所述的防反電路(1)前端接電源、后端接共模電感電路(2)，所述的TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路(3)前端接共模電感電路(2)，后端接電容組濾波電路(4)，其特征在于所述的電容組濾波電路(4)的后端接過(guò)壓檢測(cè)電路(5)、控制信號(hào)產(chǎn)生電路(6)和動(dòng)作執(zhí)行電路(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于所述的電 壓檢測(cè)電路(5)為橋式電路，由穩(wěn)壓管橋臂(8)和電阻橋臂(9)組成，所述 的穩(wěn)壓管橋臂(8)由一個(gè)電阻R1、兩個(gè)穩(wěn)壓管VZ1、 VZ2串聯(lián)，電阻R1的一 端連接到電源正線、另一端與穩(wěn)壓管VZ1相連，穩(wěn)壓管VZ2 —端與穩(wěn)壓管VZ1 相連、另一端接電源地線，在穩(wěn)壓管VZ2與穩(wěn)壓管VZ1的連接點(diǎn)引出一條線， 連接到控制信號(hào)產(chǎn)生電路(6)中光耦OTl的輸入負(fù)端，所述的電阻橋臂(9) 由兩個(gè)串聯(lián)電阻R2、 R3組成，電阻R2的一端與電源正線相連、另一端與電阻 R3連接，電阻R3的另一端與電源地線相連，在電阻R2與電阻R3的連接點(diǎn)引 出一條線與一個(gè)限流電阻R4串聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于所述的控 制信號(hào)產(chǎn)生電路(6)由一個(gè)四腳光耦OT1 、 一個(gè)限流電阻R4和一個(gè)穩(wěn)壓管VZ3 組成，電阻R4與光耦OTl的輸入正端連接，穩(wěn)壓管VZ3的陰極接光耦0T1的 輸入正端，陽(yáng)極接光耦OTl的輸入負(fù)端，光耦OTl的輸出正端接動(dòng)作執(zhí)行電路(7)中繼電器K1線圈的負(fù)端，光耦OTl的輸出負(fù)端接電源地線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于所述的動(dòng) 作執(zhí)行電路(7)由繼電器K1、防止繼電器Kl線圈反向供電的防反二極管VD2、 繼電器K1線圈尖峰電壓吸收電容C4、繼電器K1輸出尖峰電壓吸收電阻R5和 吸收電容C5組成，所述的繼電器K1線圈正端接電源的正線、負(fù)端接控制信號(hào) 產(chǎn)生電路(6)中光耦OT1的輸出正端，防反二極管VD2的陰極接繼電器Kl 線圈正端，陽(yáng)極接繼電器K1線圈負(fù)端，電容C4與防反二極管VD2并聯(lián)，繼電 器K1的常閉觸點(diǎn)的動(dòng)觸點(diǎn)接電源的正線、靜觸點(diǎn)引出線為被保護(hù)電路的電源正線，常開(kāi)觸點(diǎn)為繼電器K1狀態(tài)檢測(cè)端，電阻R5與電容C5串聯(lián)接到繼電器K1 的兩個(gè)開(kāi)觸點(diǎn)上，電阻R5的-端接繼電器K1的常開(kāi)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)、另一端與電 容C5串聯(lián)，電容C5的另一端接繼電器K1的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輸入電源過(guò)壓保護(hù)電路，包括防反電路、共模電感濾波電路、TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路、電容組濾波電路，所述的防反電路前端接電源、后端接共模電感電路，所述的TVS防瞬態(tài)過(guò)壓電路前端接共模電感電路，后端接電容組濾波電路，所述的電容組濾波電路的后端接過(guò)壓檢測(cè)電路、控制信號(hào)產(chǎn)生電路和動(dòng)作執(zhí)行電路。本實(shí)用新型采用直接檢測(cè)電阻分壓值作為光耦的開(kāi)通條件，從檢測(cè)到電源過(guò)壓到繼電器產(chǎn)生關(guān)斷動(dòng)作的時(shí)間在十毫秒以內(nèi)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了保護(hù)電壓等級(jí)的線性調(diào)節(jié)和電路保護(hù)功能的自動(dòng)恢復(fù)，大大減少了電路的維護(hù)和維修。本實(shí)用新型采用無(wú)源器件，使得保護(hù)電路對(duì)電源的依賴性大大降低，從而使保護(hù)更加可靠。
文檔編號(hào)H02H3/20GK201282326SQ20082021863
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
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