一种断路器电源的电容保护电路的制作方法

1.本发明涉及一种断路器电源的电容保护电路，属于断路器技术领域。


背景技术：

2.断路器电源的输入端在整流之后需要依靠电容将脉动的直流电滤成直流电，此电容是为了能在交流电波谷时也能提供足够高的电压给负载，使得负载正常工作。
3.但为了应对各种高压，此电容的容值通常比较大。
4.进一步，断路器往往用于三相电的应用，输入整流会采用三相半波整流，此时的电压峰值是输入电压有效值的倍。
5.并且设计时需要考虑到零线和火线接错的情况，此时电压峰值是输入电压有效值的倍。如果是有效值220v的线电压，则会升到有效值380v，峰值会升到～537v。
6.更进一步，如果考虑到电网有
±
30％的浮动，整流后的峰值电压会在700v左右，所以如果要确保此电容在异常状态下不损坏，此电容的耐压值至少要高于700v。
7.此时电容的体积会非常大，不利于小型化设计。


技术实现要素：

8.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种通过设置电压传感器检测母线电压，进而控制与电容器串联的开关器件的导通和关断；当母线电压过高时，关断开关器件，使电容器被保护；能够实现小型化设计，结构简单实用，方案切实可行的断路器电源的电容保护电路。
9.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
10.一种断路器电源的电容保护电路，
11.包括整流器、电压传感器、开关器件、至少一个电容器；
12.所述整流器，用于将交流电源转换成直流电源；
13.所述电压传感器，用于检测直流电源线路上的电压并将信号传输给控制模块；
14.所述开关器件，用于控制电容器的通断，其包括场效应管或/和三极管或/和igbt晶体管；
15.所述电容器，用来滤除交流成分、使输出的直流更平稳；
16.所述开关器件导通时为低阻状态，关断时为高阻状态，其与电容器串联；
17.当电压超过设定值时，开关器件关断，以使电容器不被高压损伤；
18.当电压低于设定值时，开关器件导通，以使电容器能正常充放电。
19.本发明经过不断探索以及试验，通过设置电压传感器检测母线电压vdc，进而控制与电容器串联的开关器件的导通和关断。当母线电压vdc电压低时，导通开关器件，使电容器能正常工作；当母线电压vdc电压高时，关断开关器件，使电容器被保护。由于开关器件和低压电容器的外形尺寸远小于高压电容器，所以本发明能够实现小型化设计，结构简单实用，方案切实可行。
20.作为优选技术措施：
21.所述整流器为三相半波整流模块，其包括二极管d1、二极管d2、二极管d3。
22.作为优选技术措施：
23.所述电压传感器，用于检测整流后的直流电压母线电压vdc，其包括电阻r1、电阻r2和齐纳二极管d4。
24.作为优选技术措施：
25.所述开关器件为电容保护模块，能吸收击穿电压，其包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、齐纳二极管d4、齐纳二极管d5、三极管q1和场效应管q2。
26.作为优选技术措施：
27.当电阻r1和电阻r2分压的电压未到达击穿电压时，三极管q1的集电极与发射极不导通；
28.场效应管q2的场效应管从电阻r3取得电压使场效应管q2导通，齐纳二极管d5连接在场效应管q2的栅极与源极，以保证场效应管q2的栅极与源极控制在安全值；
29.此时电流能经过场效应管q2给电容c5充电；
30.当电阻r1和电阻r2分压的电压到达击穿电压时，三极管q1将导通，场效应管q2的栅极与源极的电压会被拉低，使场效应管q2的漏极与源极关断；
31.此时场效应管q2是高阻状态，母线电压vdc的大部分电压会施加到场效应管q2上；而电容c5两端的电压非常小；
32.此时电容c5无法进行充放电，实现电容c5的保护。
33.利用三极管q1和场效应管q2，当出现击穿电压时，场效应管q2能自动提前处于关断状态，不需要人为干涉，即可实现电容的保护，电路结构实用、巧妙，有效确保了电容保护的有效性。
34.作为优选技术措施：
35.击穿电压vt值的计算公式如下：
[0036][0037]
v
z
为齐纳二极管d4的击穿电压；
[0038]
v
be
为三极管q1的基极与发射极电压；
[0039]
所述击穿电压vt值要低压电容c5的安全电压值。
[0040]
作为优选技术措施：
[0041]
电容器包括至少一个电容，其一端连接在整流器输出的母线电压vdc上，另一端与开关器件连接。
[0042]
作为优选技术措施：
[0043]
还包括直流转直流变换器、负载；
[0044]
所述直流转直流变换器及负载通过场效应管q2获得电容c5的能量。
[0045]
作为优选技术措施：
[0046]
还包括控制模块，所述控制模块，用于控制开关器件导通或关闭，并接收电压传感器的检测信号；
[0047]
当电压超过设定值时，控制模块控制与电容器串联的开关器件关断，以使电容器
不被高压损伤；
[0048]
当电压低于设定值时，控制模块控制与电容器模块串联的开关器件导通，以使电容器能正常充放电。
[0049]
电压传感器检测母线电压vdc的电压值，当电压值超过设定值时控制模块会控制开关器件关断。此时开关器件为高阻，母线电压vdc的大部分电压施加在开关器件上，而电容器的电压值非常低。
[0050]
当电压值低于设定值，控制模块会控制开关器件导通，此时开关器件为低阻，电容器可以正常充放电。
[0051]
因此当母线电压vdc低时，开关器件导通，电容器正常工作。母线电压vdc高时，开关器件关断，保护电容器免受高压影响。控制模块的设定电压通常会小于电容器的安全工作电压值。
[0052]
作为优选技术措施：
[0053]
所述控制模块包括模拟电路或数字电路或单片机或专用芯片。
[0054]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0055]
本发明经过不断探索以及试验，通过设置电压传感器检测母线电压vdc，进而控制与电容器串联的开关器件的导通和关断。当母线电压vdc电压低时，导通开关器件，使电容器能正常工作；当母线电压vdc电压高时，关断开关器件，使电容器被保护。由于开关器件和低压电容器的外形尺寸远小于高压电容器，所以本发明能够实现小型化设计，结构简单实用，方案切实可行。
附图说明
[0056]
图1为本发明应用于单相电系统中的原理框图。
[0057]
图2为本发明应用于三相电系统中的原理框图。
[0058]
图3为本发明的一种优选结构示图。
具体实施方式
[0059]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0060]
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0061]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0062]
一种断路器电源的电容保护电路，
[0063]
包括整流器、电压传感器、开关器件、至少一个电容器；
[0064]
所述整流器，用于将交流电源转换成直流电源；
[0065]
所述电压传感器，用于检测直流电源线路上的电压并将信号传输给控制模块；
[0066]
所述开关器件，用于控制电容器的通断，其包括场效应管或/和三极管或/和igbt晶体管；
[0067]
所述电容器，用来滤除交流成分、使输出的直流更平稳；
[0068]
所述开关器件导通时为低阻状态，关断时为高阻状态，其与电容器串联；
[0069]
当电压超过设定值时，开关器件关断，以使电容器不被高压损伤；
[0070]
当电压低于设定值时，开关器件导通，以使电容器能正常充放电。
[0071]
本发明经过不断探索以及试验，通过设置电压传感器检测母线电压vdc，进而控制与电容器串联的开关器件的导通和关断。当母线电压vdc电压低时，导通开关器件，使电容器能正常工作；当母线电压vdc电压高时，关断开关器件，使电容器被保护。由于开关器件和低压电容器的外形尺寸远小于高压电容器，所以本发明能够实现小型化设计，结构简单实用，方案切实可行。
[0072]
本发明整流器结构的一种具体实施例：
[0073]
所述整流器为三相半波整流模块，其包括二极管d1、二极管d2、二极管d3。
[0074]
本发明电压传感器结构的一种具体实施例：
[0075]
所述电压传感器，用于检测整流后的直流电压母线电压vdc，其包括电阻r1、电阻r2和齐纳二极管d4。
[0076]
本发明开关器件结构的一种具体实施例：
[0077]
所述开关器件为电容保护模块，能吸收击穿电压，其包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、齐纳二极管d4、齐纳二极管d5、三极管q1和场效应管q2。
[0078]
当电阻r1和电阻r2分压的电压未到达击穿电压时，三极管q1的集电极与发射极不导通；
[0079]
场效应管q2的场效应管从电阻r3取得电压使场效应管q2导通，齐纳二极管d5连接在场效应管q2的栅极与源极，以保证场效应管q2的栅极与源极控制在安全值；
[0080]
此时电流能经过场效应管q2给电容c5充电；
[0081]
当电阻r1和电阻r2分压的电压到达击穿电压时，三极管q1将导通，场效应管q2的栅极与源极的电压会被拉低，使场效应管q2的漏极与源极关断；
[0082]
此时场效应管q2是高阻状态，母线电压vdc的大部分电压会施加到场效应管q2上；而电容c5两端的电压非常小；
[0083]
此时电容c5无法进行充放电，实现电容c5的保护。
[0084]
利用三极管q1和场效应管q2，当出现击穿电压时，场效应管q2能自动提前处于关断状态，不需要人为干涉，即可实现电容的保护，电路结构实用、巧妙，有效确保了电容保护的有效性。
[0085]
击穿电压vt值的计算公式如下：
[0086][0087]
v
z
为齐纳二极管d4的击穿电压；
[0088]
v
be
为三极管q1的基极与发射极电压；
[0089]
所述击穿电压vt值要低压电容c5的安全电压值。
[0090]
本发明电容器结构的一种具体实施例：
[0091]
电容器包括至少一个电容，其一端连接在整流器输出的母线电压vdc上，另一端与开关器件连接。
[0092]
本发明增设直流转直流变换器、负载的一种具体实施例：
[0093]
还包括直流转直流变换器、负载；
[0094]
所述直流转直流变换器及负载通过场效应管q2获得电容c5的能量。
[0095]
本发明增设控制模块的一种具体实施例：
[0096]
还包括控制模块，所述控制模块，用于控制开关器件导通或关闭，并接收电压传感器的检测信号；
[0097]
当电压超过设定值时，控制模块控制与电容器串联的开关器件关断，以使电容器不被高压损伤；
[0098]
当电压低于设定值时，控制模块控制与电容器模块串联的开关器件导通，以使电容器能正常充放电。
[0099]
电压传感器检测母线电压vdc的电压值，当电压值超过设定值时控制模块会控制开关器件关断。此时开关器件为高阻，母线电压vdc的大部分电压施加在开关器件上，而电容器的电压值非常低。
[0100]
当电压值低于设定值，控制模块会控制开关器件导通，此时开关器件为低阻，电容器可以正常充放电。
[0101]
因此当母线电压vdc低时，开关器件导通，电容器正常工作。母线电压vdc高时，开关器件关断，保护电容器免受高压影响。控制模块的设定电压通常会小于电容器的安全工作电压值。
[0102]
所述控制模块包括模拟电路或数字电路或单片机或专用芯片。
[0103]
如图1所示，本发明应用于单相电系统中的一种实施例：
[0104]
一种断路器电源的电容保护电路，设有一个整流器2，整流器2输入端与一个交流电源1相连接，其输出端连接一个电压传感器3。
[0105]
所述电容保护电路包括一个控制模块4、至少一个电容器5、一个开关器件6、一个直流转直流变换电路7；所述直流转直流变换电路7输出端连接负载8。
[0106]
电容器5可以是一个也可以是多个电容器组成，其一端连接在整流器2输出的母线电压vdc,另一端与开关器件6连接。
[0107]
开关器件6为场效应管，三极管，igbt等晶体管。
[0108]
开关器件6的导通和关断受控于控制模块4。当开关器件6导通时为低阻状态，关断时为高阻状态。
[0109]
电压传感器3可以由变压器，电阻等组成，其信号会被控制模块4读到，控制模块4可根据电压传感器3的信号决定开关器件6的导通或关断。
[0110]
如图2所示，本发明应用于三相电系统中的一种具体实施例：
[0111]
输入的交流电源1为一个三相四线交流电源，交流电源1连接一个整流器2。
[0112]
所述整流器2为半波整流器，其输出端连接一个电压传感器3，一个控制模块4，至少一个电容器5，一个开关器件6，直流转直流变换电路7。
[0113]
电容器5与开关器件6串联连接，直流转直流变换电路7输出端连接负载8。
[0114]
电压传感器3检测母线电压vdc的电压值，当电压值超过设定值时控制模块4会控制开关器件6关断。此时开关器件6为高阻，母线电压vdc的大部分电压施加在开关器件6上，而电容器5的电压值非常低。当电压值低于设定值，控制模块4会控制开关器件6导通，此时开关器件6为低阻，电容器5可以正常充放电。因此当母线电压vdc低时，开关器件6导通，电容器5正常工作。母线电压vdc高时，开关器件6关断，保护电容器5免受高压影响。控制模块4的设定电压通常会小于电容器5的安全工作电压值。
[0115]
如图3所示，本发明一种最佳实施例：
[0116]
一种断路器电源的电容保护电路，其二极管d1、二极管d2、二极管d3组成三相半波整流器，将三相交流电转成直流电。c5是滤波电容。
[0117]
电阻r1、电阻r2、电阻r3、齐纳二极管d4、二极管d5、三极管q1和场效应管q2组成电容保护模块。直流转直流变换器7将整流后的电压转换成合适的电压提供给负载。
[0118]
二极管d1、二极管d2、二极管d3组成的半波整流将交流转换成直流。
[0119]
电阻r1、电阻r2和齐纳二极管d4组成电压传感器，用于检测整流后的直流电母线电压vdc。
[0120]
当电阻r1和电阻r2分压的电压未到达击穿电压时，三极管q1的集电极与发射极不导通。
[0121]
场效应管q2的场效应管从电阻r3取得电压使场效应管q2导通，齐纳二极管d5连接在场效应管q2的栅极与源极，以保证场效应管q2的栅极与源极控制在安全值。此时电流能经过电容c5和场效应管q2给电容充电。
[0122]
电容c5的能量也可以通过场效应管q2释放给直流转直流变换器7及负载8。
[0123]
当电阻r1和电阻r2分压的电压到达击穿电压时，三极管q1将导通，场效应管q2的栅极与源极的电压会被拉低，使场效应管q2的漏极与源极关断。
[0124]
此时场效应管q2为高阻状态，母线电压vdc的大部分电压会施加到场效应管q2上。而电容c5两端的电压非常小。虽然此时电容c5无法进行充放电，但却保护了电容c5。
[0125]
击穿电压vt值由公式1决定。
[0126][0127]
v
z
为齐纳二极管d4的击穿电压；
[0128]
v
be
为三极管q1的基极与发射极电压；
[0129]
击穿电压vt的值要低压电容c5的安全电压值。
[0130]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0131]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。