一种三相保护电路的制作方法

本实用新型实施例涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种三相保护电路。

背景技术：

在电源变换器或类似产品中，需要设计各种故障保护功能，以防止产品发生严重损坏或危害其他与之相关联的设备。

目前，关于对三相电路中三相交流的输入欠压及缺相的保护方案，多是在三相电路各相同时发生欠压及缺相时执行保护，不能对其中任意一相或两相电路发生欠压或缺相时及时做出反应，对产品的安全性和可靠性有较大影响。另外，现有的三相电路的欠压及缺相保护方案通常采用数字电路实现，然而采用数字电路进行欠压及缺相保护，对于在某些有特殊要求的场合或产品中会不适用，如具有适航要求的航空产品。

因此，亟需设计一种高可靠性、广适用的保护电路来实现对三相电路的保护。

技术实现要素：

本实用新型提供一种三相保护电路，解决了三相电路欠压或者缺相的技术问题，采用模拟电路实现了对三相电路的保护，且可靠性更高，适用性更广。

本实用新型提供了一种三相保护电路，该电路包括：三相结构相同的电路和信号发生电路，其中，

每相电路均包括采样电路和状态检测电路；所述采样电路，与电源模块连接，用于根据输入的电压信号输出电压采样信号；所述状态检测电路，分别与所述采样电路和所述信号发生电路连接，用于根据所述电压采样信号，输出欠压及缺相的状态信号；

所述信号发生电路，与各相电路的所述状态检测电路连接，用于根据欠压及缺相的状态信号输出保护信号。

本实用新型的技术方案，通过在三相检测电路中的每一相都设置状态检测电路，能够实时检测任一相电路中的电压是否存在欠压或者缺相的状态信号，进而由信号发生电路在接收到欠压及缺相的状态信号输出保护信号，从而实现对三相电路的保护。本技术方案采用纯模拟电路，解决了现有的三相电路保护方案中，仅在三相电路同时缺相或者欠压时才会启动保护或数字保护电路不适用等技术问题，只要三相电路中的任一相电路发生欠压或缺相，都会触发三相保护电路生成保护信号；当三相输入电压全部正常后迅速恢复，成本低，可靠性高，适用性广。

附图说明

为了更加清楚地说明本实用新型示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本实用新型所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种三相保护电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种采样电路的电路原理图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种状态检测电路的电路原理图

图4为本实用新型实施例所提供的一种信号发生电路的延时子电路的电路原理图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种信号发生电路的保护信号发生子电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例提供的一种三相保护电路的具体电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本实用新型实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本实用新型的技术方案，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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做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。

图1是本实用新型实施例提供的一种三相保护电路的结构示意图。如图1所示，该三相保护电路包括：三相结构相同的电路和信号发生电路140，其中，每相电路均包括采样电路110和状态检测电路120；采样电路110，与电源模块100连接，用于根据输入的电压信号输出电压采样信号；状态检测电路120，分别与采样电路110和信号发生电路140连接，用于根据电压采样信号，输出欠压及缺相的状态信号；信号发生电路140，与各相电路的状态检测电路120连接，用于根据欠压及缺相的状态信号输出保护信号。

即，该三相保护电路包括A相电路、B相电路和C相电路三相结构相同的电路。其中，A相电路包括A相采样电路和与A相采样电路连接的A相状态检测电路，用于根据A相电路输入的电压信号输出A相电路电压采样信号，进而根据A相电路电压采样信号，输出A相电路欠压及缺相的状态信号；类似地，B相电路包括B相采样电路和与B相采样电路连接的B相状态检测电路,用于根据B相电路输入的电压信号输出A相电路电压采样信号，进而根据B相电路电压采样信号，输出B相电路欠压及缺相的状态信号；C相电路包括C相采样电路和与C相采样电路连接的C相状态检测电路，用于根据C相电路输入的电压信号输出C相电路电压采样信号，进而根据C相电路电压采样信号，输出C相电路欠压及缺相的状态信号。A相状态检测电路、B相状态检测电路、C相状态检测电路均与信号发生电路的连接，无论A相电路、B相电路、C相电路的哪一相发生缺相或者欠压，都会触发信号发生电路输出保护信号。

本实用新型的技术方案，通过在三相检测电路中的每一相都设置状态检测电路，能够实时检测任一相电路中的电压是否存在欠压或者缺相的状态信号，进而由信号发生电路在接收到欠压及缺相的状态信号输出保护信号，从而实现对三相电路的保护。本技术方案采用纯模拟电路，解决了现有的三相电路保护方案中，仅在三相电路同时缺相或者欠压时才会启动保护或数字保护电路不适用等技术问题，只要三相电路中的任一相电路发生欠压或缺相，都会触发三相保护电路生成保护信号；当三相输入电压全部正常后迅速恢复，成本低，可靠性高，适用性广。

在上述技术方案的基础上，可选地，各相电路的采样电路具体可包括第一级差分放大电路和第二级差分放大电路；第二级差分放大电路的输入端与第一级差分放大电路的输出端连接，用于将第一级差分放大电路的输出端的输出电压与参考电压源的参考电压的电压差进行差分放大，生成电压采样信号，输出至状态检测电路。

图2为本实用新型实施例所提供的一种采样电路的电路原理图，如图2所示，以A相电路为例，第一级差分放大电路可包括第一运算放大器U1a、第一二极管D1a、第一电阻R1a、第二电阻R2a、第三电阻R3a、第四电阻R4a、第五电阻R5a、第一电容C1a和第二电容C2a；其中，第一二极管D1a的第一端与交流电源Uaa连接，第一二极管D1a的第二端与第一电阻R1a的第一端连接，第一电阻R1a的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻R2a的第二端与第一运算放大器U1a的同相输入端连接；第四电阻R4a的第一端与第一运算放大器U1a的同相输入端连接，第四电阻R4a的第二端接地；第一电容C1a的第一端与第一电阻R1a的第二端连接；第一电容C1a的第二端与第三电阻R3a的第一端连接；第三电阻R3a的第一端还与三相输入中线的电压源NP连接；第三电阻R3a的第二端与第一运算放大器U1a的反相输入端连接；第五电阻R5a连接在第一运算放大器U1a的输出端与反相输入端之间；第二电容C2a连接在第一运算放大器U1a的电源输入端与接地端之间。

其中，第一电阻R1a和第一电容C1a构成阻容滤波器，将A相输入的交流电压进行滤波，经第二电阻R2a和第四电阻R4a构成的串联分压网络，将滤波后的A相输入的交流电压Uaa对地分压后接入到第一运算放大器U1a的同相输入端；三相输入中线电压源NP的电压信号通过第三电阻R3a接到第一运算放大器U1a的反相输入端。第一级差分放大电路将输入A相输入的交流电压与三相输入中线电压源NP的输入的电压的电压差进行放大后输出。

进一步地，第二级放大电路包括第二运算放大器U2a、第六电阻R6a、第七电阻R7a、第八电阻R8a、第九电阻R9a和第三电容C3a；其中，第六电阻R6a的第一端与第一运算放大器的输出端连接，第六电阻R6a的第二端与第二运算放大器U2a的同相输入端连接；第七电阻R7a的第一端与第二运算放大器U2a的同相输入端连接，第七电阻R7a的第二端接地；第八电阻R8a的第一端连接参考电压源，第八电阻R8a的第二端与第二运算放大器U2a的反相输入端连接；第九电阻R9a连接在第二运算放大器U2a的输出端与反相输入端之间；第三电容C3a连接在第二运算放大器U2a的电源输入端与接地端之间。示例性地，参考电压源的参考电压为5V。

其中，第六电阻R6a和第七电阻R7a构成的串联分压网络，将第一运算放大器U1a的输出端的输出电压对地分压后接入到第二运算放大器U2a的同相输入端；5V参考电压源的电压信号通过第八电阻R8a接到第二运算放大器U2a的反相输入端。第二级差分放大电路将第一级差分放大电路的输出电压与5V参考电压的电压差进行放大并输出。

图3为本实用新型实施例所提供的一种状态检测电路的电路原理图。如图3所示，状态检测电路具体包括第一比较器U3a、第二二极管D2a、第三二极管D3a、第十电阻R10a、第十一电阻R11a、第十二电阻R12a、第十三电阻R13a、第十四电阻R14a、第四电容C4a和第五电容C5a；其中，第十电阻R10a的第一端与第二运算放大器U2a的输出端连接，第十电阻R10a的第二端与第一比较器U3a的反相输入端连接；第四电容C4a连接在第一比较器U3a的反相输入端与接地端之间；第十一电阻R11a的第一端与参考电压源连接，第十一电阻R11a的第二端与第一比较器U3a的同相输入端连接；第十二电阻R12a的第一端与第一比较器U3a的同相输入端连接，第十二电阻R12a的第二端接地；第十三电阻R13a的第一端与第一比较器U3a的同相输入端连接，第十三电阻R13a的第二端与第二二极管D2a的阴极连接，第二二极管D2a的阳极与信号发生电路的输出端连接；第五电容C5a的第一端、第十四电阻R14a的第一端和第三二极管D3a的阳极均与第一比较器U3a的输出端连接；第五电容C5a的第二端、第十四电阻R14a的第二端与第一比较器U3a的电压输入端连接；第三二极管D3a的阴极与信号发生电路的输入端连接。

其中，第十一电阻R11a和第十二电阻R12a构成的串联分压网络，将5V参考电压对地分压后接入到第一比较器U3a的同相输入端；第十三电阻R13a与第二二极管D2a串联构成滞环回路；第十电阻R10a和第四电容C4a构成阻容滤波器，对第二运算放大器U2a的输出端的输出电压信号进行退耦后，连接至第一比较器U3a的反相输入端；第十四电阻R14a连接在电源Vss与第一比较器U3a的输出端之间作为第一比较器U3a输出的上拉电阻。

在本实用新型实施例中，示例性地，信号发生电路具体包括延时子电路和保护信号发生子电路；延时子电路的输出端与保护信号发生子电路的输入端连接，用于将接收到的状态检测电路的状态信号进行延时后，输入保护信号发生子电路；保护信号发生子电路用于根据接收到的延时后的信号生成并输出保护信号。

图4为本实用新型实施例所提供的一种信号发生电路的延时子电路的电路原理图。如图4所示，延时子电路具体包括第三运算放大器U1d、第四二极管D1d、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第六电容C6；其中，第三运算放大器U1d的同相输入端与各相电路的状态检测电路的输出端连接；第十五电阻R15的第一端与第三运算放大器U1d的同相输入端连接，第十五电阻R15的第二端接地；第三运算放大器U1d的反相输入端与第三运算放大器U1d的输出端连接；第十六电阻R16的第一端与第三运算放大器U1d的输出端连接，第十六电阻R16的第二端与第四二极管D1d的阴极连接，第四二极管D1d的阳极与保护信号发生子电路的输入端连接；第十七电阻R17的第一端与第三运算放大器U1d的输出端连接，第十七电阻R17的第二端与保护信号发生子电路的输入端连接；第六电容C6的第一端与保护信号发生子电路的输入端连接，第六电容C6的第二端接地。

其中，第十五电阻R15连接与地线与第三运算放大器U1d的同相输入端之间作为运算放大器同相输入的下拉电阻。第三运算放大器U1d的反相输入端接到输出端构成跟随器；第十七电阻R17和第六电容C6构成延时网络；第十六电阻R16与第四二极管D1d串联构成电容放电回路。本技术方案采用延时保护电路，电路结构简单，能够使得接收到的信号保持稳定，在状态检测电路传输的信号有波动时有效防止信号误判。

图5为本实用新型实施例所提供的一种信号发生电路的保护信号发生子电路的电路原理图。如图5所示，保护信号发生子电路具体包括第二比较器U2d、第五二极管D2d、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20和第七电容C7；其中，第十八电阻R18的第一端与参考电压源连接，第十八电阻R18的第二端与第二比较器U2d的反相输入端连接；第十九电阻R19的第一端和第七电阻R7a的第一端均与第二比较器U2d的反相输入端连接，第十九电阻R19的第二端和第七电阻R7a的第二端均接地；第二比较器U2d的同相输入端分别与第四二极管D1d的阳极、第十七电阻R17的第二端、第六电容C6的第一端连接；第五二极管D2d的阳极、第二十电阻R20的第一端、第二二极管D2a的阳极均与第二比较器U2d的输出端连接，第二十电阻R20的第二端接地，第五二极管D2d的阳极输出保护信号。

其中，第十八电阻R18和第十九电阻R19构成的串联分压网络，将5V参考电压对地分压后接入到第二比较器U2d的反相输入端，第十八电阻R18和第七电容C7构成阻容滤波器，对分压信号进行退偶；第二十电阻R20连接在电源Vss与第二比较器U2d输出端之间作为第二比较器U2d输出的上拉电阻。

在上述各技术方案的基础上，三相保护电路还可以包括：报警电路，与所述信号发生电路连接，用于根据所述保护信号产生报警信号。示例性地，报警信号可以是光报警信号(如指示灯开关、闪烁或变换颜色等)或声音报警信号(如蜂鸣器、预设铃声播放)等。这样设置的好处在于，一旦三相保护电路中任一相发生欠压或者缺相，都可以及时提醒作业人员，使得作业人员能够对三相保护电路的实时状态有直观地了解，更好地对三相电路进行保护。

图6为本实用新型实施例提供的一种三相保护电路的具体电路图。如图6所示，该三相保护电路包括结构形同的A相电路、B相电路、C相电路和信号发生电路。其中，A相电路包括A相采样电路，即由第一运算放大器U1a、第一二极管D1a、第一电阻R1a、第二电阻R2a、第三电阻R3a、第四电阻R4a、第五电阻R5a、第一电容C1a和第二电容C2a组成的A相第一级差分放大电路，与由第二运算放大器U2a、第六电阻R6a、第七电阻R7a、第八电阻R8a、第九电阻R9a和第三电容C3a组成的A相第二级放大电路连接得到；进而包括与A相第二级放大电路连接的由第一比较器U3a、第二二极管D2a、第三二极管D3a、第十电阻R10a、第十一电阻R11a、第十二电阻R12a、第十三电阻R13a、第十四电阻R14a、第四电容C4a和第五电容C5a组成的A相状态检测电路。

类似地，B相电路包括B相采样电路，即由第一运算放大器U1b、第一二极管D1b、第一电阻R1b、第二电阻R2b、第三电阻R3b、第四电阻R4b、第五电阻R5b、第一电容C1b和第二电容C2b组成的B相第一级差分放大电路，与由第二运算放大器U2b、第六电阻R6b、第七电阻R7b、第八电阻R8b、第九电阻R9b和第三电容C3b组成的B相第二级放大电路连接得到；进而包括与B相第二级放大电路连接的由第一比较器U3b、第二二极管D2b、第三二极管D3b、第十电阻R10b、第十一电阻R11b、第十二电阻R12b、第十三电阻R13b、第十四电阻R14b、第四电容C4b和第五电容C5b组成的B相状态检测电路。

C相电路包括C相采样电路，即由第一运算放大器U1c、第一二极管D1c、第一电阻R1c、第二电阻R2c、第三电阻R3c、第四电阻R4c、第五电阻R5c、第一电容C1c和第二电容C2c组成的C相第一级差分放大电路，与由第二运算放大器U2c、第六电阻R6c、第七电阻R7c、第八电阻R8c、第九电阻R9c和第三电容C3c组成的C相第二级放大电路连接得到；进而包括与C相第二级放大电路连接的由第一比较器U3c、第二二极管D2c、第三二极管D3c、第十电阻R10c、第十一电阻R11c、第十二电阻R12c、第十三电阻R13c、第十四电阻R14c、第四电容C4c和第五电容C5c组成的C相状态检测电路。

与A相状态检测电路、B相状态检测电路、C相状态检测电路连接的信号发生电路包括由第三运算放大器U1d、第四二极管D1d、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第六电容C6组成的延时子电路，以及由第二比较器U2d、第五二极管D2d、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20和第七电容C7组成的保护信号发生子电路。

以A相为例，具体地，本技术方案的三相保护电路工作原理如下：正常稳态时，A相输入的交流电压和三相输入中线电压经过两级差分放大，第一比较器U3a的反相输入端的电压高于正相输入端的电压，此时第一比较器U3a的输出端输出低电平，第三二极管D3a截止，第十五电阻R15下拉接地，第三二极管D3a的阴极输出低电平；同理，B相和C相电路的D3b和D3c的阴极也输出低电平；即第三运算放大器U1d的正相输入端输入低电平，则第三运算放大器U1d的输出端输出低电平；第二比较器U2d的正相输入端的电压低于反相输入端的电压，从而第二比较器U2d的输出端为低电平，第五二极管D2d截止，输出保护信号Protect处于高阻模式，无电压信号输出。

以A相为例，当A相发生欠压或缺相时，A相输入的交流电压和三相输入中线电压经过两级差分放大，第一比较器U3a的反相输入端的电压低于正相输入端的电压，第一比较器U3a的输出端为高电平，第三二极管D3a导通；此时无论D3b和D3c导通或截止，第三运算放大器U1d的正相输入端均为高电平，则第三运算放大器U1d输出端为高电平；第三运算放大器U1d输出端的电压经过第十七电阻R17为第六电容C6充电，延时一段时间，当第二比较器U2d的正相输入端的电压高于第二比较器U2d的反相输入端的电压，则第二比较器U2d输出端为高电平，此时第五二极管D2d导通，输出保护信号Protect为高电平；同时，第二二极管D2a、D2b、D2c导通，滞环回路有效。

以A相为例，发生欠压或缺相保护后，当A相电压恢复到一定阈值或者缺相状态解除时，A相输入的交流电压和三相输入中线电压经过两级差分放大，第一比较器U3a的反相输入端的电压高于正相输入端的电压，第一比较器U3a的输出端为低电平，第三二极管D3a截止；此时，只有三相同时恢复，即二极管D3b和D3c也处于截止状态，第三运算放大器U1d正相输入端才会为低电平，即第三运算放大器U1d输出端为低电平；则第二比较器U2d的正相输入端的电压低于反相输入端的电压，第二比较器U2d的输出端为低电平，第五二极管D2d截止，输出保护信号Protect处于高阻模式，无电压信号输出，保护状态解除。

由于B相和C相电路与A相电路的结构相同，工作原理相同，可参考上述A相电路的工作原理，在此不再赘述。

本说明书中的各个技术方案均采用递进的方式描述，每个技术方案重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个技术方案之间的相同或相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。