过压保护装置以及供电系统的制作方法

本发明涉及安全供电技术领域，尤其是涉及一种过压保护装置以及供电系统。

背景技术：

随着电力技术的发展，工频交流电(即市电)已经遍布每一个家庭和单位，用电的安全性也变得越来越重要。

目前的市电通常由两条输出线供电，其中一条为火线，另一条为零线，火线与零线之间的电压即为市电电压。在实际的供电过程中，不能完全保证在额定电压下工作，而是在额定电压附近的一个范围内工作。如果输出电压高出额定电压的15％，通常就被认定为过压现象。零线被盗、设备老化、技术故障、人为故障、自然灾害、停电再来电等原因都有可能导致过压现象，过压会使用电设备发热、击穿、烧坏，甚至引起火灾，因此防范过压现象是十分必要的。

目前的过压保护器通常是采用空气开关或继电器等方式，对市电的输出线路的电压进行监测。当输出线路的电压过大时，利用空气开关或继电器断开等方式，切断输出线路的供电，以实现线路及用电设备的保护。但是，现有的过压保护器的灵敏度较低，在发生过压时不能有效对线路进行保护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种过压保护装置以及供电系统，能够在发生过压时有效保护输电线路，提高了输电线路的安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种过压保护装置，包括感应线圈、整流电路和保护芯片；

所述感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，并产生交流感应信号；

所述整流电路连接在所述感应线圈与所述保护芯片之间，所述整流电路将所述交流感应信号整流为直流感应信号；

所述保护芯片接收所述直流感应信号，当所述直流感应信号超出预设值时，所述保护芯片输出断电信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述整流电路为整流桥。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该过压保护装置还包括连接在所述整流电路与所述保护芯片之间的滤波电路和放大电路。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述保护芯片中包括比较单元和触发单元；

所述比较单元接收所述直流感应信号，并将所述直流感应信号与所述预设值进行比较；

当所述直流感应信号超出预设值时，所述触发单元输出断电信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述触发单元中设置有多稳态触发器；

当所述直流感应信号超出预设值时，所述多稳态触发器输出断电信号。

第二方面，本发明实施例还提供一种供电系统，包括变压器以及上述的过压保护装置；

所述变压器的初级线圈连接电网，次级线圈连接交流输出端；

所述过压保护装置中的感应线圈缠绕在变压器的次级铁芯。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该供电系统还包括第一继电器；

所述保护芯片的输出端连接所述第一继电器的控制端。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述保护芯片的第一输出端通过双向可控硅连接所述第一继电器的控制线圈；

所述保护芯片的第二输出端通过限流电阻连接所述双向可控硅的控制端。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该供电系统还包括第二继电器；

所述第一继电器的输出端与所述第二继电器的控制线圈串联，所述第二继电器的输出端与所述初级线圈串联。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一继电器为常闭型继电器，所述第二继电器为常开型继电器。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的过压保护装置中，包括感应线圈、整流电路和保护芯片。其中，感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，通过感应变压器的初级铁芯的磁场变化情况，产生交流感应信号。整流电路连接在感应线圈与保护芯片之间，用于将交流感应信号整流为直流感应信号。保护芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，保护芯片输出断电信号，断开输电线路的电源。本发明实施例提供的过压保护装置，利用感应线圈对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将该感应线圈的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提高电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的过压保护装置的示意图；

图2为本发明实施例一提供的过压保护装置的示意图；

图3为本发明实施例一提供的过压保护装置中保护芯片的示意图；

图4为本发明实施例二提供的供电系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前的过压保护器通常是采用空气开关或继电器等方式，对市电的输出线路的电压进行监测。当输出线路的电压过大时，利用空气开关或继电器断开等方式，切断输出线路的供电，以实现线路及用电设备的保护。但是，现有的过压保护器的灵敏度较低，在发生过压时不能有效对线路进行保护。

基于此，本发明的目的在于提供一种过压保护装置以及供电系统，能够在发生过压时有效保护输电线路，提高了输电线路的安全性。

实施例一：

本发明实施例提供一种过压保护装置，可应用于家庭、办公、工厂等供电场景。如图1和图2所示，该过压保护装置包括感应线圈L1、整流电路和保护芯片。

其中，感应线圈用于缠绕在变压器的次级铁芯，通过感应变压器的初级铁芯的磁场变化情况，产生交流感应信号。整流电路连接在感应线圈L1与保护芯片之间，用于将感应线圈L1感应到的交流感应信号整流为直流感应信号。保护芯片接收直流感应信号，当直流感应信号超出预设值时，保护芯片输出断电信号，断开输电线路的电源。

本发明实施例提供的过压保护装置，利用感应线圈L1对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L1的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提供电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

本实施例中，整流电路采用整流桥的形式实现，整流桥具体由四个二极管D1、D2、D3、D4以桥式连接的方式构成。通过设置整流桥，即可实现对感应线圈L1感应到的交流感应信号进行整流，形周期性的为直流感应信号。

本发明实施例提供的过压保护装置中，还包括连接在整流电路与保护芯片之间的滤波电路。滤波电路由两个滤波电容C1、C2和滤波电阻R1构成，通过滤波电容C1、C2以及滤波电阻R1对直流感应信号进行滤波，使直流感应信号的电压限制在一定范围之内。

此外，滤波电路的输出端还通过连接保护芯片的电源端V+、V-，为保护芯片提供电源。

进一步，本发明实施例提供的过压保护装置中，还包括连接在滤波电路与保护芯片之间的放大电路。放大电路主要由第一可变电阻W1和PNP型三极管T1构成，直流感应信号通过三极管T1的放大作用，可生成较大的电流信号，该电流信号经过电阻R3后转换为感应电压信号，并输入保护芯片的第一输入端a1。与第一可变电阻W1串联的稳压二极管D5和电阻R2，分别起到稳压和限流的作用。

此外，该放大电路中还包括第二可变电阻W2，第二可变电阻W2用于将直流感应信号转换为参考电压信号，输入保护芯片的第二输入端a2。

本实施例中，可变电阻W1、W2的阻值均可在0至5.1kΩ之间调节，可变电阻W1、W2具体的阻值可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

保护芯片主要对第一输入端a1接收到的感应电压信号进行监测，并根据感应电压信号的变化输出断电信号。同时，保护芯片也可以对第二输入端a2接收到的参考电压信号进行监测，当参考电压信号出现异常时也可以输出断电信号。

如图3所示，本实施例中的保护芯片中具体包括比较单元和触发单元。比较单元接收直流感应信号(即感应电压信号和参考电压信号)，并将感应电压信号和参考电压信号与相对应的预设值进行比较。当感应电压信号超出相对应的预设值，或参考电压信号超出相对应的预设值时，触发单元就会输出断电信号，断开输电线路的电源。

作为一个优选方案，触发单元中设置有多稳态触发器，当直流感应信号超出预设值时，多稳态触发器输出断电信号。多稳态触发器也称为n稳态触发器，是双稳态触器的进一步发展。如果n个放大级的每一级的输入与其余各级的输出端之间有直流耦合，则在一定条下可得到n个稳态,并且在每一个稳态时只有一级导通，而其余的均截止。在非二进制计数线路中，采用多态触发器能够实现多种不同状态下的快速响应，因此比双稳态触发器的响应速度更快。

本发明实施例中通过采用具有高灵敏度的比较单元和触发单元，并且在触发单元中设置多稳态触发器，使保护芯片能够在0.1秒以内响应，从而在极短的时间内断开供电电源，有效保护用电设备和供电线路。

本发明实施例提供的过压保护装置，利用感应线圈L1对变压器的初级铁芯进行电磁感应，并将感应线圈L1的电流大小作为过压保护的条件，因此能够提供电路保护的灵敏度，更加有效保护输电线路，从而提高了输电线路的安全性。

实施例二：

如图4所示，本发明实施例提供一种供电系统，包括变压器TB以及上述实施例一所提供的过压保护装置。其中，变压器TB的初级线圈L3连接电网，次级线圈L2连接交流输出端，作为交流输出端，为用电设备提供交流电源。过压保护装置中的感应线圈L1缠绕在变压器的次级铁芯。

本发明实施例提供的供电系统中，还包括第一继电器J1，保护芯片的输出端连接第一继电器J1的控制端。

具体的，本实施例中的保护芯片具有两个输出端b1、b2。其中，保护芯片的第一输出端b1通过双向可控硅BG连接第一继电器J1的控制线圈；保护芯片的第二输出端b2通过限流电阻R4连接至双向可控硅BG的控制端。

可控硅BG也称为晶闸管(Silicon Controlled Rectifier，简称SCR)，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。本实施例中的可控硅BG为双向晶闸管，双向晶闸管和双向二极管一样，是一种双向导电的器件，不同点是多了一个控制段，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。当向双向晶闸管的控制端输入电平信号时，阴极和阳极才会导通。

保护芯片的第二输出端b2输出的电平传输至双向可控硅BG的控制端，使双向可控硅BG的导通。同时，保护芯片的第一输出端b1输出的电平通过双向可控硅BG输出至第一继电器J1的控制线圈，使第一继电器J1输出端断开，从而实现供电线路的保护。

另外，保护芯片的第二输出端b2与双向可控硅BG之间还串联有电阻R5和发光二极管D6，当保护芯片发生故障时，故障电流会使发光二极管D6发出报警灯光，提醒用户及时排除故障。

进一步，本发明实施例提供的供电系统还包括第二继电器J2。第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的控制线圈串联，第二继电器J2的输出端与变压器TB的初级线圈L3串联。

作为一个优选方案，第一继电器J1为常闭型继电器，即控制线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于闭合状态。同时，第二继电器J2为常开型继电器，即控制线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于断开状态。

在供电系统正常供电的情况下，第一继电器J1的控制线圈不通电，第一继电器J1的输出端处于闭合状态，因此控制电源可通过第一继电器J1向第二继电器J2的控制线圈供电。第二继电器J2的控制线圈在通电的情况下，其输出端处于闭合状态，以维持变压器TB的初级线圈L3持续供电。同时，保护芯片的第一输出端b1和第二输出端b2无电平信号输出。

当保护芯片中的触发单元发出断电信号时，第一继电器J1的控制线圈通电，使第一继电器J1的输出端断开。由于第一继电器J1的输出端断开，因此第二继电器J2的控制线圈断电，使第二继电器J2的输出端断开，从而切断电网与变压器TB的初级线圈L3的连接，以切断供电系统的供电，实现供电线路的保护。

本实施例中，第一继电器J1采用常闭型继电器，第二继电器J2采用常开型继电器还具有以下优点：在实际的供电系统中，可以在第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的控制线圈之间串联多个不同用途的继电器，比如用于电弧保护的继电器、过压保护的继电器，以及用于短路保护的继电器。这些继电器也都采用常闭型继电器，并且每个继电器的输出端都与第二继电器J2的控制线圈串联，则其中任意一个继电器断开时，都可以使第二继电器J2的控制线圈断电，从而切断电力系统的供电。

本发明实施例二提供的供电系统，与上述实施例一提供的过压保护装置，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。