一種利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其包括輸入電路模塊、整流電路模塊、比較電路模塊、場效應管驅動電路模塊、開關電路模塊和輸出電路模塊；輸入電路模塊輸入交流輸入電壓，經整流電路模塊整流后輸出至比較電路模塊，并最終經輸出電路模塊輸出；場效應管驅動電路模塊和開關電路模塊連接在比較電路模塊與輸出端線路模塊之間的供電回路上；比較電路模塊通過設置穩(wěn)壓管具備電壓比較功能，低于電壓比較門檻值的電壓信號，會使負載供電回路導通，而高于電壓比較門檻值的電壓信號將使得比較電路模塊輸出導通信號，進而驅動串接在原供電回路上的MOS開關管關斷，斷開供電回路。本發(fā)明電路體積小，效率高，發(fā)熱量低，并且成本很低。
【專利說明】
一種利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及保護后級電氣化控保設備技術領域，特別是一種用于光伏、軌道交通等交流供電波動較大場合的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路。
【背景技術】
[0002]光伏系統(tǒng)應用中，當箱變低壓側開關跳開時，光伏區(qū)的電氣化控保設備此刻均由光伏逆變器供電。但由于光伏逆變器突然進入孤島模式運行，會導致輸出的交流電瞬間抬升至450VAC，持續(xù)3個周波，從而擊穿電氣化控保設備的供電輸入回路，造成設備損壞和經濟損失，并且讓光伏系統(tǒng)脫離保護運行。
[0003]軌道交通應用中，電氣化控保設備由市電供電，某些應用場合箱變變壓器設計不合理時，一次電壓由于負載變化的造成的波動會直接影響二次電壓，二次電壓會抬升至320VAC左右，持續(xù)30分鐘左右，長時間過電壓運行會擊穿電氣化控保設備供電輸入回路，造成設備損壞和經濟損失，并且讓軌道交通系統(tǒng)脫離保護運行。
[0004]常規(guī)保護方式是在電氣化控保設備前端并硅鏈，通過硅鏈的線形穩(wěn)壓方式限制輸入電壓，其缺點是體積大，效率低，發(fā)熱厲害，并且成本高。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題為:利用開關方式限制輸入電壓，傳入供電回路中。電路體積小，效率高，發(fā)熱量低，并且成本很低。
[0006]本發(fā)明采取的技術方案具體為:一種利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，包括輸入電路模塊、整流電路模塊、比較電路模塊、場效應管驅動電路模塊、開關電路模塊和輸出電路模塊；
所述輸入電路模塊的輸入端輸入交流輸入電壓，經整流電路模塊整流后輸出至比較電路模塊，并最終經輸出電路模塊輸出，形成負載供電回路;輸出電路模塊包括連接在其電壓信號輸出端之間的儲能電容;場效應管驅動電路模塊和開關電路模塊連接在比較電路模塊與輸出端線路模塊之間的負載供電回路上；
比較電路模塊包括串接于其電壓信號輸入端之間的限流電阻和I個以上穩(wěn)壓管;限流電阻與多個穩(wěn)壓管相接的節(jié)點為導通輸出節(jié)點;所有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和即電壓比較門檻值;輸入至比較電路模塊的高于電壓比較門檻值的電壓信號可使得導通輸出節(jié)點輸出高電平，反之為低電平；
場效應管驅動電路模塊中設有連接前述導通輸出節(jié)點的MOS管驅動電路;開關電路單元包括連接上述MOS管驅動電路的第一 MOS開關管和第二 MOS開關管;第二 MOS開關管的漏極和源極串接在負載供電回路上；
比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出高電平可使得MOS管驅動電路驅動第一 MOS開關管導通，第二MOS開關管關斷，從而斷開負載供電回路，儲能電容通過輸出電路模塊的電壓信號輸出端放電；比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出低電平可使得MOS管驅動電路驅動第一MOS開關管關斷，第二 MOS開關管導通，從而使得負載供電回路導通，同時為儲能電容充電。
[0007]本發(fā)明在應用時，比較電路模塊中所有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和即為電壓比較門檻值，低于電壓比較門檻值的半波電壓信號不會導致第一 MOS開關管的導通，則第二 MOS開關管處于導通狀態(tài)，電壓經第二MOS開關管的源漏極后從輸出電路模塊輸出，同時儲能電容充電；交流輸入電壓高于電壓比較門檻值時，穩(wěn)壓管將被擊穿，在驅動電路的作用下，第一 MOS開關管導通，繼而第二MOS開關管關斷，則原負載供電回路被切斷，轉由儲能電容放電，為后續(xù)電路提供電能。
[0008]進一步的，本發(fā)明中，輸入電路模塊包括輸入防護單元，所述輸入防護單元包括分別跨接于電源火線與接地端之間以及電源零線與接地端之間的安規(guī)電容、連接在電源火線與零線之間的壓敏電阻，和串接在電源火線上的熔斷器和壓敏電阻。輸入防護單元的設置用于抑制共模干擾和浪涌。
[0009]所述整流電路模塊包括整流橋，整流橋將50HZ的交流輸入電壓信號整流為100HZ的半波電壓信號。
[0010]比較電路模塊中，五個穩(wěn)壓管相串接，且穩(wěn)壓管的陽極朝向經整流后的電壓信號的正極，陰極朝向限流電阻。
[0011]進一步的，本發(fā)明中，所述MOS管驅動電路中包括并接于第一MOS管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管D7和并接于第二 MOS開關管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管D18;
穩(wěn)壓管D7的陽極與第一 MOS開關管的柵極連接比較電路模塊的導通輸出節(jié)點;穩(wěn)壓管D7的陰極與第一 MOS開關管的源極連接負載供電回路的負極；
穩(wěn)壓管D18的陽極與第二 MOS開關管的柵極連接負載供電回路的正極，穩(wěn)壓管D18的陰極連接負載供電回路的負極，第二 MOS開關管的源極和漏極串接在負載供電回路的負極線路上;穩(wěn)壓管D7和D18用于防護場效應管Ql和Q2的柵源極不被擊穿；
且第一MOS開關管的漏極與第二 MOS開關管的柵極相連，使得第一MOS開關管Ql成為第二 MOS開關管Q2的驅動電路的一部分。
[0012]進一步的，本發(fā)明MOS管驅動電路還包括由電阻R5和電容C4組成的濾波電路，電容C4兩端并接在穩(wěn)壓管D18兩端上，電阻R5串接在穩(wěn)壓管D18與第二MOS開關管的柵極之間；同時電容C4中存儲的能量用于驅動場效應管Q2;
穩(wěn)壓管D18陽極經限流電阻連接負載供電回路的正極。
[0013]進一步的，本發(fā)明第二MOS開關管的源極和漏極上還并接有開關管防護單元，開關管防護單元由瞬態(tài)抑制二極管與電阻串接組成，可用于保護場效應管。
[0014]優(yōu)選的，本發(fā)明中第一MOS開關管和第二MOS開關管皆為匪OS管。匪OS的開關管具有開關速度快，額定電流大，耐壓尚的特點。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:電路設計簡單，運行安全性較高，能夠保證后級電氣化控保設備在復雜的電壓環(huán)境下長期運行的安全性和可靠性。且本發(fā)明電路體積小，限壓效率高，發(fā)熱量小，成本低。
【附圖說明】
[0016]圖1所示為本發(fā)明一種具體實施例的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖和具體實施例進一步描述。
[0018]參考圖1，本發(fā)明利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，包括輸入電路模塊1、整流電路模塊2、比較電路模塊3、場效應管驅動電路模塊4、開關電路模塊5和輸出電路模塊6;
輸入電路模塊I的輸入端輸入交流輸入電壓，經整流電路模塊2整流后輸出至比較電路模塊3，并最終經輸出電路6模塊輸出，形成負載供電回路;輸出電路模塊6包括連接在其電壓信號輸出端之間的儲能電容C15;場效應管驅動電路模塊4和開關電路模塊5連接在比較電路模塊3與輸出端線路模塊6之間的負載供電回路上；
比較電路模塊3包括串接于其電壓信號輸入端之間的限流電阻R7和I個以上穩(wěn)壓管;限流電阻R7與多個穩(wěn)壓管相接的節(jié)點為導通輸出節(jié)點;所有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和即電壓比較門檻值;輸入至比較電路模塊的高于電壓比較門檻值的電壓信號可使得導通輸出節(jié)點輸出高電平，反之為低電平；
場效應管驅動電路模塊4中設有連接前述導通輸出節(jié)點的MOS管驅動電路;開關電路單元5包括連接上述MOS管驅動電路的第一 MOS開關管Ql和第二 MOS開關管Q2;第二 MOS開關管Q2的漏極和源極串接在負載供電回路上；
比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出高電平可使得MOS管驅動電路驅動第一 MOS開關管導通，第二MOS開關管關斷，從而斷開負載供電回路，儲能電容通過輸出電路模塊的電壓信號輸出端放電；比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出低電平可使得MOS管驅動電路驅動第一MOS開關管關斷，第二 MOS開關管導通，從而使得負載供電回路導通，同時為儲能電容充電。
[0019]進一步的，輸入電路模塊包括用于抑制共模干擾和浪涌的輸入防護單元，輸入防護單元包括分別跨接于電源火線L與接地端PE之間以及電源零線N與接地端PE之間的安規(guī)電容Cl和C2、連接在電源火線L與零線N之間的壓敏電阻R2，和串接在電源火線上的熔斷器Fl和壓敏電阻Rl I。
[0020]整流電路模塊采用現(xiàn)有整流橋，整流橋將50HZ的交流輸入電壓信號整流為100HZ的半波電壓信號。
[0021]比較電路模塊中，五個穩(wěn)壓管01、02、04、05、06相串接，且穩(wěn)壓管的陽極朝向經整流后的電壓信號的正極，陰極朝向限流電阻R7。
[0022]MOS管驅動電路中包括并接于第一 MOS管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管D7和并接于第二 MOS開關管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管D18;
穩(wěn)壓管D7的陽極與第一 MOS開關管的柵極連接比較電路模塊的導通輸出節(jié)點;穩(wěn)壓管D7的陰極與第一 MOS開關管的源極連接負載供電回路的負極；
穩(wěn)壓管D18的陽極與第二 MOS開關管的柵極經并聯(lián)的限流電阻R4和R9后，連接負載供電回路的正極，穩(wěn)壓管D18的陰極連接負載供電回路的負極，第二 MOS開關管的源極和漏極串接在負載供電回路的負極線路上;穩(wěn)壓管D7和D18用于防護場效應管Ql和Q2的柵源極不被擊穿;
且第一MOS開關管的漏極與第二 MOS開關管的柵極相連，使得第一MOS開關管Ql成為第二 MOS開關管Q2的驅動電路的一部分。
[0023]本發(fā)明MOS管驅動電路還包括由電阻R5和電容C4組成的濾波電路，電容C4兩端并接在穩(wěn)壓管D18兩端上，電阻R5串接在穩(wěn)壓管D18與第二MOS開關管的柵極之間；同時電容C4中存儲的能量用于驅動場效應管Q2。
[0024]第二MOS開關管的源極和漏極上并接有開關管防護單元，開關管防護單元由瞬態(tài)抑制二極管D8和D9與電阻R12串接組成，可用于保護場效應管Q2。
[0025]本發(fā)明中第一MOS開關管和第二MOS開關管皆為現(xiàn)有的NMOS管，其具有開關速度快，額定電流大，耐壓高的特點。
[0026]在應用時，比較電路模塊中所有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和即為電壓比較門檻值，低于電壓比較門檻值的半波電壓信號不會導致第一 MOS開關管的導通，則第二 MOS開關管處于導通狀態(tài)，電壓經第二MOS開關管的源漏極后從輸出電路模塊輸出，同時儲能電容充電；交流輸入電壓高于電壓比較門檻值時，穩(wěn)壓管將被擊穿，導通輸出節(jié)點為高電平，在驅動電路的作用下，第一MOS開關管導通，繼而第二MOS開關管關斷，則原負載供電回路被切斷，轉由儲能電容放電，為后續(xù)電路提供電能。
實施例
[0027]如圖1所示的實施例，輸入交流50HZ的電壓時，通過D3整流后輸出為100HZ的半波電壓。01為47￥穩(wěn)壓管，02，04，05，06為82￥穩(wěn)壓管，所以電壓比較門檻為375￥。1?7為31，1001(歐姆的功率電阻。當輸入交流電壓峰值低于375V時，比較電路截至，Ql的柵源極電壓為0V，Ql關斷。D18為16V的穩(wěn)壓管，且R4，R9阻值非常大，所以C4兩端的電壓為16V，即Q2的柵源極電壓為16V，Q2導通。輸入交流電壓給C15電容充電并為后級電路提供能量。當輸入交流電壓峰值高于375V時，為了描述方便，假設輸入交流電壓峰值為400V，當100HZ半波電壓爬升至375V以上時，比較電路導通動作，導通輸出節(jié)點為高電平，D7為16V穩(wěn)壓管，所以Ql的柵源極為16V，Q1導通，瞬間將C4的電壓泄放掉，Q2的柵源極電壓由16V變?yōu)?V，Q2關斷。此刻C15電容上的電壓為375V，Q2漏源極最大電壓為25V。
[0028]實際應用時，可以根據(jù)系統(tǒng)需求，調整01，02，04，05，06的穩(wěn)壓管型號，獲取不同的比較門檻。并且根據(jù)后級負載和輸入交流電壓的峰值調整C15的容值和耐壓值，確保在Q2關斷期間，C15上存儲的能量足以保持后級負載正常工作，且不會被擊穿。
【主權項】
1.一種利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，包括輸入電路模塊、整流電路模塊、比較電路模塊、場效應管驅動電路模塊、開關電路模塊和輸出電路模塊； 所述輸入電路模塊的輸入端輸入交流輸入電壓，經整流電路模塊整流后輸出至比較電路模塊，并最終經輸出電路模塊輸出，形成負載供電回路;輸出電路模塊包括連接在其電壓信號輸出端之間的儲能電容;場效應管驅動電路模塊和開關電路模塊連接在比較電路模塊與輸出端線路模塊之間的負載供電回路上； 比較電路模塊包括串接于其電壓信號輸入端之間的限流電阻和I個以上穩(wěn)壓管；限流電阻與多個穩(wěn)壓管相接的節(jié)點為導通輸出節(jié)點;所有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和即電壓比較門檻值;輸入至比較電路模塊的高于電壓比較門檻值的電壓信號可使得導通輸出節(jié)點輸出高電平，反之為低電平； 場效應管驅動電路模塊中設有連接前述導通輸出節(jié)點的MOS管驅動電路;開關電路單元包括連接上述MOS管驅動電路的第一 MOS開關管和第二 MOS開關管;第二 MOS開關管的漏極和源極串接在負載供電回路上； 比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出高電平可使得MOS管驅動電路驅動第一 MOS開關管導通，第二MOS開關管關斷，從而斷開負載供電回路，儲能電容通過輸出電路模塊的電壓信號輸出端放電；比較電路模塊中導通輸出節(jié)點輸出低電平可使得MOS管驅動電路驅動第一MOS開關管關斷，第二 MOS開關管導通，從而使得負載供電回路導通，同時為儲能電容充電。2.根據(jù)權利要求1所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，輸入電路模塊包括輸入防護單元，所述輸入防護單元包括分別跨接于電源火線與接地端之間以及電源零線與接地端之間的安規(guī)電容、連接在電源火線與零線之間的壓敏電阻，和串接在電源火線上的熔斷器和壓敏電阻。3.根據(jù)權利要求1所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，所述整流電路模塊包括整流橋，整流橋將50HZ的交流輸入電壓信號整流為100HZ的半波電壓信號。4.根據(jù)權利要求1所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，比較電路模塊中，五個穩(wěn)壓管相串接，且穩(wěn)壓管的陽極朝向經整流后的電壓信號的正極，陰極朝向限流電阻。5.根據(jù)權利要求1所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，所述MOS管驅動電路中包括并接于第一 MOS管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管(D7)和并接于第二 MOS開關管的柵極與源極上的穩(wěn)壓管(D18); 穩(wěn)壓管(D7)的陽極與第一 MOS開關管的柵極連接比較電路模塊的導通輸出節(jié)點；穩(wěn)壓管(D7)的陰極與第一 MOS開關管的源極連接負載供電回路的負極； 穩(wěn)壓管(D18)的陽極與第二 MOS開關管的柵極連接負載供電回路的正極，穩(wěn)壓管(D18)的陰極連接負載供電回路的負極，第二 MOS開關管的源極和漏極串接在負載供電回路的負極線路上； 且第一MOS開關管的漏極與第二 MOS開關管的柵極相連。6.根據(jù)權利要求5所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，MOS管驅動電路還包括由電阻(R5)和電容(C4)組成的濾波電路，電容(C4)兩端并接在穩(wěn)壓管(D18)兩端上，電阻(R5)串接在穩(wěn)壓管(D18)與第二 MOS開關管的柵極之間； 穩(wěn)壓管(D18)陽極經限流電阻連接負載供電回路的正極。7.根據(jù)權利要求5所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，第二MOS開關管的源極和漏極上還并接有開關管防護單元，開關管防護單元由瞬態(tài)抑制二極管與電阻串接組成。8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的利用開關方式實現(xiàn)交流輸入限壓的電路，其特征是，第一 MOS開關管和第二 MOS開關管皆為NMOS管。
【文檔編號】H02J9/06GK105827105SQ201610299474
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】王峰, 楊偉, 尹春, 李臣松, 楊洋, 馮亞東, 李響
【申請人】南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司