电源保护电路、电源保护装置以及变频器的制作方法

1.本实用新型涉及电源保护技术领域，特别涉及一种电源保护电路、电源保护装置以及变频器。


背景技术：

2.目前在变频器此类高压设备中，通常采用开关电源等电源电路为其中的负载提供供电电压，并对负载进行欠压监控和保护，但供电电压实际上还会出现过压情况，过压情况往往会对负载造成更为有严重的损坏，对系统影响更大。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种电源保护电路，旨在解决现有变频器无法对负载进行过压监控和保护的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的电源保护电路，应用于变频器中，所述开关电源电路包括电源输入端、多个供电端以及与多个所述供电端对应的多个负载，所述电源保护电路包括：
5.多个电压检测电路，多个所述电压检测电路的输入端分别与多个所述供电端连接，用于检测多个所述供电端接收到的供电电压，并输出多路电压检测信号；
6.多个过压比较电路，多个所述过压比较电路的输入端分别与多个所述电压检测电路的输出端连接，每一所述过压比较电路用于在确定所接入的电压检测信号大于预设过压阈值时，输出过压信号；
7.第一逻辑电路，所述第一逻辑电路的输入端与多个所述过压比较电路的输出端连接，所述第一逻辑电路用于对多个所述过压比较电路的输出信号进行逻辑处理，并用于在接收到任意一所述过压比较电路输出的过压信号时，输出过压保护控制信号；以及，
8.开关电路，所述开关电路的受控端与所述第一逻辑电路的输出端连接，所述开关电路的输入端与所述开关电源电路的电源输入端连接，所述开关电路的输出端与多个所述负载的供电端连接，所述开关电路用于在接收到过压保护控制信号时，断开各所述负载的供电端与所述开关电源电路的电源输入端的连接。
9.可选地，所述第一逻辑电路为与门电路。
10.可选地，所述第一逻辑电路包括n个第一二极管和一个第二二极管，n为所述过压比较电路的数量，每一所述第一二极管的阴极与一个所述过压比较电路的输出端连接，所述第二二极管的阴极用于接入预设电压，n个所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极连接于一公共点，所述公共点为所述第一逻辑电路的输出端。
11.可选地，所述开关电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一开关器件和第二开关器件，所述第一电阻的第一端为所述开关电路的受控端，所述第一电阻的第二端经第二电阻接地，所述第一电阻的第二端还与所述第一开关器件的受控端连接，所述第一开关器件的输出端接地，所述第一开关器件的输入端与所述第二开关器件的受控端
连接，所述第二开关器件的受控端经所述第一电容接地，所述第二开关器件的输入端和输出端分别为所述开关电路的输入端和受控端。
12.可选地，所述电源保护电路还包括隔离电路，所述隔离电路设于所述第一逻辑电路的输出端和所述开关电路的受控端之间。
13.可选地，所述电源保护电路还包括：
14.欠压保护电路，所述欠压保护电路的多个输入端分别与多个所述电压检测电路的输出端连接，所述欠压保护电路的输出端与多个负载的复位端连接，所述欠压保护电路用于在确定任意一所接入的电压检测信号小于预设欠压阈值时，输出复位信号，以触发多个负载复位。
15.可选地，所述欠压保护电路包括电源监控集成电路和第二逻辑电路，所述电源监控集成电路的多个输入端为所述欠压保护电路的多个输入端，所述电源监控集成电路的多个输出端与所述第二逻辑电路的多个输入端一一对应连接，所述第二逻辑电路的输出端为所述欠压保护电路的输出端。
16.可选地，所述电源监控集成电路还具有多个喂狗信号接收端，所述电源监控集成电路的多个喂狗信号接收端分别与多个所述负载的喂狗信号输出端连接，以接入多个所述负载输出的喂狗信号，所述电源监控集成电路还用于在确定任意一所接入的喂狗信号异常时，输出复位信号，以触发多个负载复位。
17.本实用新型还提出一种电源保护装置，所述电源保护装置包括如上述的电源保护电路。
18.本实用新型还提出一种变频器，所述变频器包括如上述的电源保护电路；
19.或者，包括如上述的电源保护装置。
20.本实用新型技术方案通过采用多个电压检测电路、多个过压比较电路、第一逻辑电路和开关电路来组成电源保护电路，其中，多个电压检测电路用于检测多个供电端接收到的供电电压，并输出多路电压检测信号至多个过压比较电路，以使每一过压比较电路可在确定所接入的电压检测信号大于预设过压阈值时，输出过压信号至第一逻辑电路，第一逻辑电路可在接收到任意一过压比较电路输出的过压信号时，输出过压保护控制信号触发开关电路断开各负载的供电端与开关电源电路的电源输入端的连接。本实用新型技术方案通过在变频器中集成过压保护功能，以弥补现有变频器无法对负载的供电电压的进行过压监控和保护的缺陷，可有效避免负载因供电电压过压而被损坏，有利于提高变频器工作稳定性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本实用新型电源保护电路一实施例的模块示意图；
23.图2为本实用新型电源保护电路另一实施例的电路示意图；
24.图3为本实用新型电源保护电路又一实施例的模块示意图；
25.图4为本实用新型电源保护电路再一实施例的模块示意图。
26.附图标号说明：
[0027][0028]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0029]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0031]
本实用新型提出一种电源保护电路，应用于开关电源电路中。
[0032]
开关电源电路用以将电源输入端接入的输入电压进行相应电压变化后，输出至变频器中各负载50的供电端，以为各负载50提供正常工作所需的供电电压。但在变频器此类高压设备中，只对负载进行欠压监控和保护，即监控负载接收到的供电电压是否过小，且在监控到供电电压过小时，采取欠压保护，以避免负载因过小的供电电压而过载烧毁。但在实际应用中，负载接收到的供电电压还存在过大，即过压的情况，而过压往往会对负载造成更
为有严重的损坏，对系统影响更大。其中负载可为供电电压小于36v的负载。
[0033]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源保护电路包括：
[0034]
多个电压检测电路10，多个所述电压检测电路10的输入端分别与多个所述供电端连接，用于检测到所述供电端接收到的供电电压，并输出多路电压检测信号；
[0035]
多个过压比较电路20，多个所述过压比较电路20的输入端分别与多个所述电压检测电路10的输出端连接，每一所述过压比较电路20用于在确定所接入的电压检测信号大于预设过压阈值时，输出过压信号；
[0036]
第一逻辑电路30，所述第一逻辑电路30的输入端与多个所述过压比较电路20的输出端连接，所述第一逻辑电路30用于对多个所述过压比较电路20的输出信号进行逻辑处理，并用于在接收到任意一所述过压比较电路20输出的过压信号时，输出过压保护控制信号；以及，
[0037]
开关电路40，所述开关电路40的受控端与所述第一逻辑电路30的输出端连接，所述开关电路40的输入端与所述开关电源电路的电源输入端连接，所述开关电路40的输出端与多个所述负载50的供电端连接，所述开关电路40用于在接收到过压保护控制信号时，断开各所述负载50的供电端与所述开关电源电路的电源输入端的连接。
[0038]
本实施例中，由于变频器中存在多个负载50，不同的负载50所接入的供电电压也不同，供电电压的电压等级包括但不限于1.2v、3.3v或者5v。针对此问题，本技术技术方案通过将电压检测电路10设置为多路，每一电压检测电路10可对应一个负载50设置。每一电压检测电路10可采用电阻等其他分立器件组成的分压电路来实现。电压检测电路10可包括两个电阻，分别为第一电阻和第二电阻，第一电阻的第一端可为检测端，可与待保护负载50的供电端连接，第一电阻的另一端经第二电阻接地接，第一电阻和第二电阻的公共端可为电压检测电路10的输出端。电压检测电路10可利用电阻分压的原理，将负载50电源端接入的供电电压进行一定比例的衰减，并可将衰减后的供电电压作为电压检测信号输出。
[0039]
每一过压比较电路20可包括比较器21，可实时接入电压检测信号，以及可将电压检测信号与预设过压阈值进行比较，并可在电压检测信号大于预设过压阈值时，确定所检测的供电电压过压并输出过压信号。具体为，比较器21可将反相输入端接入的电压检测信号与正相输入端接入基准电压进行比较，当电压检测信号大于基准电压时，输出低电平信号的过压信号；当电压检测信号小于基准电压时，输出高电平信号，其中，基准电压可对应预设过压阈值设置，本说明书以过压信号为低电平信号为例进行解释说明。当然，在其他实施例中，过压信号还可为高电平信号。此外，基准电压可采用，例如tl431电路等可产生稳定基准源的电路来输出得到，以减少高频干扰。在一可选实施例中，基准电压为0.796v。在图2所示实施例中，过压比较电路20由第六电阻r6～第十七电阻r17以及三个比较器21组成，具体电路结构可如图2所示，在此不做赘述。
[0040]
第一逻辑电路30可为与门电路、或门电路或者非门电路等逻辑门电路中的一种或多种组合。第一逻辑电路30可在接收到任意一路输出一表征供电电压异常的低电平信号时，输出过压保护控制信号，过压保护控制信号同样可为高电平信号或者低电平信号，本说明书以过压保护控制信号为低电平信号为例进行解释说明。当然，在其他实施例中，过压保护控制信号还可为高电平信号。可以理解的是，第一逻辑电路30在接收到多路表征供电电压正常的高电平信号时，输出高电平信号。
[0041]
开关电路40可根据过压比较电路20输出的电信号，控制其中各开关器件的导通/关断状态，进而以控制开关电源电路的电源输入端与各负载50供电端的连通或者断开。具体为：开关电路40在接收到低电平信号的过压保护控制信号时，断开开关电源电路的电源输入端与各负载50供电端的连通，从而实现对负载50的过压保护；在接收到高电平信号时，维持开关电源电路的电源输入端与各负载50供电端的连通，以为各负载50提供正常工作所需的供电电压。需要说明的是，虽然负载50的供电电压具有多个电压等级，但由于多个电压等级的供电电压是由同一开关电源电路的不同供电端输出得到的，因此当任意一供电电压过压时，意味着该开关电源电路的工况异常，即便此时其余输出端的供电电压正常，但后续极大可能在异常工况下使得其余路输出过压。本技术技术方案通过在检测到任意一路供电电压过压时，断开开关电源电路给各负载50的供电，因而可有效避免开关电源电路异常工况导致其余路供电电压过压的问题。在实际应用中，3v的供电电压可由电压转换电路通过对5v供电电压进行电压转换得到，而1.2v的供电电压可由电压转换电路通过对3.3v供电电压进行电压转换得到，因而开关电路40除与负载50的供电端连接外，还可与电压转换电路连接。
[0042]
本实用新型技术方案通过采用多个电压检测电路10、多个过压比较电路20、第一逻辑电路30和开关电路40来组成电源保护电路，其中，多个电压检测电路10用于检测多个供电端接收到的供电电压，并输出多路电压检测信号至多个过压比较电路20，以使每一过压比较电路20可在确定所接入的电压检测信号大于预设过压阈值时，输出过压信号至第一逻辑电路30，第一逻辑电路30可在接收到任意一过压比较电路20输出的过压信号时，输出过压保护控制信号触发开关电路40断开各负载50的供电端与开关电源电路的电源输入端的连接。本实用新型技术方案通过在变频器中集成过压保护功能，以弥补现有变频器无法对负载50的供电电压的进行过压监控和保护的缺陷，可有效避免负载50因供电电压过压而被损坏，有利于提高变频器工作稳定性。
[0043]
参照图1至图3，在一实施例中，第一逻辑电路30可为与门电路。
[0044]
与门电路可在接入的多路信号均为高电平信号时，输出高电平信号，而在接收到任意一路低电平信号的过压信号时，输出低电平信号。
[0045]
可选地，所述第一逻辑电路包括n个第一二极管d1和一个第二二极管d2，n为所述过压比较电路的数量，每一所述第一二极管d1的阴极与一个所述过压比较电路20的输出端连接，所述第二二极管d2的阴极用于接入预设电压，n个所述第一二极管d1的阳极和所述第二二极管d2的阳极连接于一公共点，所述公共点为所述第一逻辑电路30的输出端。
[0046]
与门电路采用二极管构建组成，相较于采用mos管等功率管构建而言，硬件结构简单，成本低廉，响应迅速，不会出现软件跑飞等情况。本实施例中，预设电压可为5v。可以理解的是，由于二极管的钳位作用，当每一第一二极管d1接收到的为高电平信号时，公共点的电压值为高电平信号的电压值与二极管导通压降之和，此时第一逻辑电路30输出高电平信号；当任意一第一二极管d1接收到的为低电平信号时，公共点的电压值钳位会被至二极管的导通压降，通常为0.7v，此时第一逻辑电路30输出低电平信号。
[0047]
参照图1至图3，在一实施例中，所述开关电路4040包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1、第二电容c2、第一开关器件q1和第二开关器件q2，所述第一电阻r1的第一端为所述开关电路40的受控端，所述第一电阻r1的第二端经第二电阻r2接地，所
述第一电阻r1的第二端还与所述第一开关器件q1的受控端连接，所述第一开关器件q1的输出端接地，所述第一开关器件q1的输入端与所述第二开关器件q2的受控端连接，所述第二开关器件q2的受控端经所述第一电容c1接地，所述第二开关器件q2的输入端和输出端分别为所述开关电路40的输入端和受控端。
[0048]
本实施例中，第一开关器件q1可为高电平导通器件，第二开关器件q2可为低电平导通器件。第一开关器件q1可在其受控端经第一电阻r1接收到高电平信号时导通，并可在导通时将第二开关器件q2的受控端的电压值下拉，进而触发第二开关器件q2导通，以使第二开关器件q2可将输入端接入的供电电压正常输出。第一开关器件q1可在其受控端接收到低电平信号时关断，而此时第二开关器件q2受控端的电压值可在第一电容c1和第二电容c2的作用下处于高电平，因而此时第二开关器件q2关断，以停止输出供电电压。在图2所示实施例中，第一开管器件可为npn型三极管，第二开关器件q2为pmos管。可以理解的是，第一电阻r1为限流电阻，第二电阻r2为下拉电阻，第三电阻r3为上拉电阻。
[0049]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源保护电路还包括隔离电路70，所述隔离电路70设于所述第一逻辑电路30的输出端和所述开关电路40的受控端之间。
[0050]
隔离电路70可采用光耦u1、变压器等电气隔离器件来实现。隔离电路70用于将第一逻辑电路30的输出信号经电气隔离后输出至开关电路40，以增加电气安全性。在图2所示实施例中，隔离电路70包括光耦u1、第四电阻r4和第五电阻r5，光耦u1原边和副边的第一端分别经第四电阻r4和第五电阻r5接入预设电压，且光耦u1副边的第一端还用于输出信号至开关电路40，光耦u1原边的第二端用于接入第一逻辑电路30的输出信号，光耦u1副边的第二端接地。当第一逻辑电路30的输出信号为高电平信号，光耦u1关断，其副边的第一端将预设电压作为高电平信号输出；当第一逻辑电路30的输出信号为低电平信号，光耦u1导通，其副边第一端的电压值被下拉并输出低电平信号，如此即实现了对第一逻辑电路30输出信号的电气隔离。
[0051]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源保护电路还包括：
[0052]
欠压保护电路60，所述欠压保护电路60的多个输入端与多个所述电压检测电路10的输出端连接，所述欠压保护电路60的输出端与多个负载的复位端连接，所述欠压保护电路确定任意一所接入的电压检测信号小于预设欠压阈值时，输出复位信号，以触发多个负载50复位。
[0053]
针对供电电压还可能出现的欠压情况，本技术技术方案还设置有欠压保护电路60，欠压保护电路60可具有多个输入端，以分别接入多路电压检测信号，并可将各电压检测信号分别与相应的预设欠压阈值进行比较，并可在任意一路电压检测信号小于其对应的预设欠压阈值时，确定该路电压检测信号所对应的供电电压欠压。此时，欠压保护电路60的输出端同样可为多个，并可与多个负载50的复位端一一对应连接，以在确认一供电电压欠压时，输出复位信号至对应负载50的复位端，以触发该负载50复位，从而以避免该负载50欠压损坏。
[0054]
参照图1至图3，在一实施例中，所述欠压保护电路60包括电源监控集成电路61和第二逻辑电路62，所述电源监控集成电路61的多个输入端为所述欠压保护电路60的多个输入端，所述电源监控集成电路61的多个输出端与所述第二逻辑电路62的多个输入端一一对应连接，所述第二逻辑电路62的输出端为所述欠压保护电路60的输出端。
[0055]
电源监控集成电路61，又称电源监控ic，可有效减少本技术电源保护电路在pcb板上占用的面积。电源监控集成电路61中可预集成有相应的硬件电路和软件或算法，以在接入多路模拟信号的电压检测信号后将每一路电压检测信号转换为数字信号，并可对数字信号的电压检测信号进行分析计算，以确定每一路电压检测信号对应的供电电压是否欠压，并可在确定一路供电电压欠压时输出一路表征欠压的低电平信号。此外，当确定一路供电电压正常时，电源监控集成电路61还可输出一路表征正常的高电平信号。
[0056]
第二逻辑电路62的实现方式可与第一逻辑电路30相同，在此不做赘述。第二逻辑电路62可将接入的各电平信号进行逻辑运算，并输出逻辑运算后的电平信号来实现对负载50的复位触发。具体为，当负载50为低电平触发复位时，第二逻辑电路62配置为在接收到的均为高电平信号时，输出高电平信号，不触发负载50复位，而在接收到至少一路低电平信号时，输出低电平信号，触发负载50复位。可以理解的是，本领域技术人员还可使得电源监控集成电路61输出低电平信号表示正常，而输出的高电平信号表示欠压来实现本技术技术方案，不做赘述。
[0057]
在图4所示实施例中，电源监控集成电路61还可具有ad采样端，以直接对供电电压进行采样检测。在图3所示实施例中，电源监控集成电路61的数量为两个，分别为第一电源监控集成电路61a和第二电源监控集成电路61b，第一电源监控电路直接通过采样端对5v的供电电压进行采样检测，因而可减少一路电压检测电路10的设置，从而有利于进一步降低本技术电源保护电路在pcb上的占用面积。
[0058]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电源监控集成电路61还具有多个喂狗信号接收端，所述电源监控集成电路61的多个喂狗信号接收端分别与所述负载50的喂狗信号输出端连接，以接入所述负载50输出的喂狗信号，所述电源监控集成电路61还用于在确定任意一所接入的喂狗信号异常时，输出复位信号至负载50，以触发多个负载50复位。
[0059]
当负载50为主控制器51此类负载50时，其中通常会集成有用于实现看门狗功能的硬件电路和软件算法或程序，即会随着工作间隔预设运行时长后输出具有预设电平值的喂狗信号；其中，主控制器51可为mcu、dsp、fpga等微处理器或者主控芯片。本技术技术方案通过使电源监控集成电路61接收此类负载50输出的喂狗信号，并对喂狗信号进行分析处理，以确定相邻两次喂狗信号之间的时长是否与预设运行时长相匹配以及喂狗信号的电平值是否与预设电平值相匹配，且可在上述任意一项不匹配时，确定主控制器51此类负载50存在软件跑飞等异常情况。此时，电源监控集成电路61可通过触发此类各负载50复位，来避免此类负载50因软件跑飞等异常情况而对变频器正常工作造成影响。换而言之，此时本技术的电源监控集成电路61还复用为硬件看门狗。在图3所示实施例中，负载50除主控制器51之外，还包括三态缓存器52，第一电源监控集成电路61a在确定主控制器51存在异常情况时，同时触发主控制器51和三态缓存器52的复位。
[0060]
本实用新型还提出一种电源保护装置，该电源保护装置包括电源保护电路，该电源保护电路的具体结构参照上述实施例，由于本电源保护装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0061]
其中，电源保护装置还可包括电路板，电源保护电路可设于电路板上。
[0062]
本实用新型还提出一种变频器，该变频器包括电源保护电路，该电源保护电路的
具体结构参照上述实施例，由于本变频器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。或者，该变频器还可包括电源保护装置，电源保护装置的具体结构参照上述实施例，在此同样不再一一赘述。
[0063]
其中，变频器还可包括负载50，负载50的供电端可与电源保护电路中开关电路40的输出端连接。
[0064]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。