本发明属于电源控制技术领域，更具体地，涉及一种高压开关电源实时保护装置。
背景技术：
高压电源的保护不仅仅要保证对电源在工作过程中出现的异常情况进行及时监测、判断和处理，还要保证在电源上电瞬间和断电瞬间，整机状态可控，保证电源安全的同时保护整机的器件。
储能电容是高压开关电源中必不可少的器件，储能电容的存在，使得电源在上电瞬间会产生浪涌电流和浪涌电压，其电流值远高于正常工作电流值，电压值也会瞬间高于正常输入值，这种浪涌电流和电压会对储能电容前端部分器件(整流桥、保险丝、空气开关等)造成冲击，尽管器件选型时考虑各性能指标的冗余设计，但是过高的冲击也会影响器件的寿命，甚至损坏器件；电源工作过程中，随着供电输入和所带负载的变化，出现输入过压、输入过流、输出过压、输出过流、过温等异常情况时，电源系统要根据实际情况进行检测、判断并及时做出相应的处理措施。处理不及时，就会损坏电源内部的器件，甚至损坏所带负载；电源断电时，由于电源内部储能电容的存在，断电瞬间，特别是高压电源，储存在电容上的电压较高且能量较大，完全释放完需要一定时间，若未及时释放，不仅仅存在安全隐患，还可能烧毁器件，所以断电瞬间能量的处理方式也显得异常重要。
为减少输入端的浪涌电压和电流，最常见的做法是串入负温度系数的热敏电阻，但是处于工作中的热敏电阻有一定的阻值，会产生额外的功率损耗，同时产生了热量；此外，对于储能电容的充电时间不可控，上电时若输入电压发生异常时，无法阻止异常电压进入后端器件。
所以需要一种保护电路，实现在电源上电时、工作过程异常时、断电时对整机电源进行实时保护。
技术实现要素：
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压开关电源保护电路，其目的在于解决高压电源系统在上电瞬间产生的浪涌电压和电流对输入端器件造成损伤或者损坏、断电时储能电容中的电压无法及时释放而损伤功率器件，以及工作过程中，出现异常情况下无法及时切断输入的高压电以至于损伤或者损坏功率器件的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高压开关电源保护电路，连接于三相输入电源与滤波储能电路之间，用于在上电时、工作过程中、断电时对整机电源进行实时保护；该保护电路包括第一辅助电源、第一开关单元、第二开关单元、处理器、电平转换电路、第一驱动电路和第二驱动电路；
处理器的第一输入端与三相输入电源的第一输出端相连，第二输入端与第一辅助电源的第一输出端相连，第三输入端与滤波储能电路的第一输出端相连，输出端与电平转换电路的输入端相连；第一辅助电源的输入端与三相输入电源的第二输出端相连；电平转换电路的第一输出端与第一驱动电路的第一输入端相连，第二输出端与第二驱动电路的第一输入端相连；第一驱动电路的输出端与第一开关单元的第一输入端相连；第二驱动电路的输出端与第二开关单元的第一输入端相连；第一开关单元和第二开关单元的第二输入端均与三相输入电源的第二输出端相连，输出端均与滤波储能电路的输入端相连；
第一辅助电源用于分别为处理器、电平转换电路、第一驱动电路和第二驱动电路供电；
处理器用于监测三相输入电源的电压值，并在电压值达到正常范围时输出第一控制信号；电平转换电路用于接收第一控制信号并对其进行电压转换，输出第一转换信号；第一驱动电路用于根据接收的所述第一转换信号输出第一驱动电压；第一开关单元根据接收的第一驱动电压进行导通以控制三相输入电源与滤波储能电路连通，为滤波储能电路中的电容充电；
处理器在达到预设的充电时间时检测滤波储能电路的输出电压，并用于在该输出电压达到正常范围时输出第二控制信号；电平转换电路用于接收所述第二控制信号并对其进行电压转换，输出第二转换信号；第二驱动电路用于根据接收的第二转换信号输出第二驱动电压；第二开关单元根据接收的第二驱动电压进行导通以使第一开关单元发生短路；另外，处理器输出第三控制信号控制第一开关单元截止以断开三相输入电源与滤波储能电路之间的电连接，通过处理器控制第一开关单元和第二开关单元的导通或截止以实现充电时间可控。
优选的，上述高压开关电源保护电路，还包括第二辅助电源，该第二辅助电源的输入端与滤波储能电路的第二输出端相连，输出端与高压开关电源系统中的风扇相连，在断电时通过风扇的功耗快速消耗滤波储能电路上的电压。
优选的，上述高压开关电源保护电路，在工作过程中，处理器用于监测三相输入电源、滤波储能电路两端的电压、电流和温度，并在发生异常时控制第二开关单元截止，断开三相输入电源与滤波储能电路之间的电连接。
优选的，上述高压开关电源保护电路，还包括输入滤波器和三相整流桥，输入滤波器的输入端与三相输入电源的第二输出端相连，输出端与三相整流桥的输入端相连；三相整流桥的第一输出端与第一辅助电源的输入端相连，第二输出端分别与第一开关单元和第二开关单元的第二输入端相连；三相整流桥用于对经输入滤波器滤波后的三相高压电进行整流，整流后的高压电作为滤波储能电路的输入电源。
优选的，上述高压开关电源保护电路，还包括第一隔离电源和第二隔离电源；
第一隔离电源和第二隔离电源的输入端均与第一辅助电源的第二输出端相连，第一隔离电源的输出端与第一驱动电路的第二输入端相连，用于为第一开关单元提供隔离电源，第二隔离电源的输出端与第二驱动电路的第二输入端相连，用于为第二开关单元提供隔离电源。
优选的，上述高压开关电源保护电路，其第一开关单元包括限流电阻r9和第一mos管q1；限流电阻r9的第一端与三相整流桥的第二输出端相连，第二端与第一mos管q1的第一端相连；第二开关单元包括第二mos管q2，第二mos管q2的第一端与三相整流桥的第二输出端相连；
滤波储能电路包括电感l1和电容c15、电容c16、电阻r10、电阻r11；第一mos管q1和第二mos管q2的第二端通过电感l1与滤波储能电路中的电容c15、c16相连。
优选的，上述高压开关电源保护电路，其电平转换电路包括电源转换芯片n3，电阻r5、r6、r7、r8，电容c13、c14；
电源转换芯片n3的第一输入引脚和第二输入引脚均与处理器的输出端相连，第一输出引脚与第一驱动电路的第一输入端相连，第二输出引脚与第二驱动电路的第一输入端相连；第一输入引脚通过电阻r5接数字地，第二输入引脚通过电阻r6接数字地。
优选的，上述高压开关电源保护电路，其第一驱动电路和第二驱动电路通过光电耦合器n6与电平转换电路相连；光电耦合器n6的第一输入端通过电阻r1与电源转换芯片n3的第一输出引脚相连；第二输入端通过电阻r2与电源转换芯片n3的第二输出引脚相连；
第一驱动电路包括电阻r3、电容c11和第一驱动芯片n4；第一驱动芯片n4的输入引脚通过电容c11接地；第二驱动电路包括电阻r4、电容c12和第二驱动芯片n5，第二驱动芯片n5的输入引脚通过电容c15接地；第一驱动芯片n4的输入引脚与光电耦合器n6第一输出端相连，电源引脚与第一隔离电源的输出端相连，输出引脚与第一mos管q1的第三端相连；第二驱动芯片n5的输入引脚与光电耦合器n6第二输出端相连，电源引脚与第二隔离电源的输出端相连，输出引脚与第二mos管q2的第三端相连。
优选的，上述高压开关电源保护电路，其第一mos管q1和第二mos管q2均为pmos场效应管。
优选的，上述高压开关电源保护电路，其第一mos管q1和第二mos管q2的第一端、第二端和第三端分别对应pmos场效应管的源极、漏极和栅极。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的高压开关电源保护电路，控制电路通过控制执行电路中的第一mos管q1和第二mos管q2的导通或截止实现高压电源在上电时、正常工作时、断电时三种状态的保护功能；上电时，控制电路中的处理器在监测到三相输入电压的电压值达到正常范围时控制第一mos管q1导通，使三相输入电源和滤波储能电路建立连接；通过处理器设置充电时长，在达到充电时间且滤波储能电路的电压达到正常范围时控制第二mos管q2导通，第一mos管q1截止，断开三相输入电源和滤波储能电路间的连接；充电时间可控且在出现异常情况时及时切断输入的高压电，避免异常电压进入滤波储能电路和负载，损伤或损坏功率器件；
在工作过程中，处理器实时对三相输入电源和滤波储能电路的电压、整机工作的输入电流、输出电流、输出电压和温度情况进行检测，当出现输入欠压、输入过压、输入过流、输出过压、输出欠压、输出过流、过温等异常情况时，处理器将及时断开三相输入电源与滤波储能电路的连接，保证整机电源系统的器件安全；
断电时，通过与第二辅助电源相连的风扇的功耗快速消耗滤波储能电路上的电压，加快滤波储能电路的放电速度；利用滤波储能电路中存储的电能为电源系统中的风扇供电，在不增加器件的基础上，可以在断电后加快滤波储能电路的放电速度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的保护电路的逻辑结构图；
图2是本发明实施例提供的保护电路的电路图；
图3是本发明实施例提供的电平转换电路的电路图；
图4是本发明实施例提供的第一驱动电路和第二驱动电路的电路图；
图5是本发明实施例提供的第一隔离电源和第二隔离电源的电路图。
具体实施方式
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所提供的一种高压开关电源保护电路，该保护电路连接于三相输入电压与高压开关电源中的滤波储能电路之间，用于在上电时、工作过程异常时、断电时对整机电源进行实时保护；
如图1所示，该保护电路包括第一辅助电源、第一开关单元、第二开关单元、处理器、电平转换电路、第一驱动电路和第二驱动电路；
处理器的第一输入端与三相输入电源的第一输出端相连，第二输入端与第一辅助电源的第一输出端相连，第三输入端与滤波储能电路的第一输出端相连，输出端与电平转换电路的输入端相连；第一辅助电源的输入端与三相输入电源的第二输出端相连；电平转换电路的第一输出端与第一驱动电路的第一输入端相连，第二输出端与第二驱动电路的第一输入端相连；第一驱动电路的输出端与第一开关单元的第一输入端相连；第二驱动电路的输出端与第二开关单元的第一输入端相连；第一开关单元和第二开关单元的第二输入端均与三相输入电源的第二输出端相连，输出端均与滤波储能电路的输入端相连；
第一辅助电源用于分别为处理器、电平转换电路、第一驱动电路和第二驱动电路供电；
处理器用于监测三相输入电压，并在该输入电压达到正常范围时输出第一控制信号；电平转换电路用于接收第一控制信号，并对第一控制信号进行电压转换，输出第一转换信号至第一驱动电路；第一驱动电路用于接收第一转换信号，并根据第一转换信号输出第一驱动电压至第一开关单元；第一开关单元根据接收的第一驱动电压进行导通以控制三相输入电源与滤波储能电路连通，为滤波储能电路中的电容充电；
处理器还用于在达到预设的充电时间时检测滤波储能电路的输出电压，并用于在该输出电压达到正常范围时输出第二控制信号；电平转换电路用于接收第二控制信号，并对第二控制信号进行电压转换，输出第二转换信号至第二驱动电路；第二驱动电路用于接收第二转换信号，并根据第二转换信号输出第二驱动电压至第二开关单元；第二开关单元根据接收的第二驱动电压进行导通使第一开关单元发生短路；另外，处理器输出第三控制信号控制第一开关单元截止以断开三相输入电源与滤波储能电路之间的电连接；通过处理器控制第一开关单元和第二开关单元的导通或截止实现滤波储能电路的充电时间可控。
在工作过程中，处理器用于监测三相输入电源、滤波储能电路两端的电压、电流和温度，并在发生异常时控制第二开关单元截止，断开三相输入电源与滤波储能电路之间的电连接；
在一个优选的实施例中，该保护电路还包括第二辅助电源，该辅助电源的输入端与滤波储能电路的第二输出端相连，输出端与高压开关电源系统中的风扇相连，用于在电源断电时通过风扇的功耗快速消耗滤波储能电路上的电压。
在一个优选的实施例中，该保护电路还包括输入滤波器和三相整流桥，输入滤波器的输入端与三相输入电源的第二输出端相连，输出端与三相整流桥的输入端相连；三相整流桥的第一输出端与第一辅助电源的输入端相连，第二输出端分别与第一开关单元和第二开关单元的第二输入端相连；输入滤波器用于对三相输入电压进行滤波，三相整流桥用于对经输入滤波器滤波后的高压电进行整流，整流后的高压电作为滤波储能电路的输入电源。
在一个优选的实施例中，该保护电路还包括第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源和第二隔离电源的输入端均与第一辅助电源的第二输出端相连，第一隔离电源的输出端与第一驱动电路的第二输入端相连，第二隔离电源的输出端与第二驱动电路的第二输入端相连；第一隔离电源用于为第一开关单元提供隔离电源，第二隔离电源用于为第二开关单元提供隔离电源。
下面结合实施例和附图对本发明提供的保护电路的结构和工作原理进行详细说明。
如图2所示，第一辅助电源的输入电源来源于三相整流桥m2整流后的高压电，该第一辅助电源选用成熟的输入宽范围的电源模块，其最低输入电压可达180v，第一辅助电源可正常稳定输出28v电源，该路28v电源为整机电源系统提供控制用电。
第一开关单元和第二开关单元构成该保护电路的执行电路，第一开关单元和第二开关单元并联后与三相整流桥的第二输出端相连，其中，第一开关单元包括限流电阻r9和第一mos管q1，第一mos管q1的第一端与限流电阻r9相连；第二开关单元包括第二mos管q2，其第一端与三相整流桥第二输出端相连；滤波储能电路包括电感l1、电容c15、电容c16、电阻r10和电阻r11；第一mos管q1和第二mos管q2的第二端通过电感l1与滤波储能电路中的电容c15、c16相连；
处理器、电平转换电路、第一驱动电路和第二驱动电路构成该保护电路的控制电路，控制电路通过控制执行电路中的第一mos管q1和第二mos管q2的导通或截止实现高压电源在上电时、正常工作时、断电时三种状态的保护功能，在初始化状态下，第一mos管q1和第二mos管q2均处于截止状态。
上电时，第一辅助电源在输入大于180v时即可输出稳定28v，处理器通过ad采样电路采集三相输入电压的电压值并检测其是否在正常范围内，若否，则处理器发出电压异常信号给报警电路，并停止后续进程；若是，则处理器发出3.3v高电平控制信号kzs给电平转换电路；
如图3所示，电平转换电路包括电源转换芯片n3，电阻r5、r6、r7、r8，电容c13、c14；电源转换芯片n3的第一输入引脚19通过电阻r5接数字地，第二输入引脚18通过电阻r6接数字地；处理器发出的3.3v高电平控制信号kzs通过第一输入引脚19进入电源转换芯片n3，电源转换芯片n3将其转换为5v高电平控制信号kzs+并通过第一输出引脚5输出。
如图4所示，第一驱动电路和第二驱动电路均通过双通道光电耦合器n6与电平转换电路相连；光电耦合器n6的第一通道输入端的发光二极管的阴极通过电阻r1与电源转换芯片n3的第一输出引脚5相连；第二通道输入端的发光二极管的阴极通过电阻r2与电源转换芯片n3的第一输出引脚6相连；
第一驱动电路包括电阻r3、电容c11和第一驱动芯片n4，第一驱动芯片n4的输入引脚2通过电容c11接地；第二驱动电路包括电阻r4、电容c12和第二驱动芯片n5，第二驱动芯片n5的输入引脚2通过电容c15接地；第一驱动芯片n4的输入引脚2与光电耦合器n6第一通道输出端的三极管的集电极相连，输出引脚7与第一mos管q1的第三端相连；第二驱动芯片n5的输入引脚2与光电耦合器n6第二通道输出端的三极管的集电极相连，输出引脚7与第二mos管q2的第三端相连；
如图5所示，第一隔离电源的输出端与第一驱动芯片n4的电源引脚1相连；第一隔离电源输出的15v电源通过电源引脚1输入第一驱动芯片n4；第二隔离电源的输出端与第二驱动芯片n5的电源引脚1相连；第二隔离电源输出的15v电源通过电源引脚1输入第二驱动芯片n5；
电源转换芯片n3输出的5v高电平控制信号kzs+经光电耦合器n6隔离后进入第一驱动芯片n4，第一驱动芯片n4的输入引脚2和接地引脚4之间的电平信号由低变高，第一驱动芯片n4的输出引脚7输出15v驱动电压施加在第一mos管q1的第三端和第一端，第一mos管q1导通，三相整流桥m2整流后的高压电通过限流电阻r9给后级滤波储能电路中的电容c15和c16充电，充电时间通过处理器进行控制。
当达到设定的充电时间后，处理器通过ad采样电路采集滤波储能电路中电容c15和c16的电压并检测其是否在正常范围内，若否，则发出电压异常信号给报警电路，并停止后面的流程；若是，则处理器输出3.3v高电平控制信号kzb给电平转换电路；3.3v高电平控制信号kzs通过第一输入引脚18进入电源转换芯片n3，电源转换芯片n3将其转换为5v高电平控制信号kzb+并通过第一输出引脚6输出；该5v高电平控制信号kzb+经光电耦合器n6隔离后进入第二驱动芯片n5，第二驱动芯片n5的输入引脚2和接地引脚4之间的电平信号由低变高，第二驱动芯片n5的输出引脚7输出15v驱动电压施加在第二mos管q2的第三端和第一端，第二mos管q2导通，限流电阻r9和第一mos管q1被短路；同时，处理器将高电平控制信号kzs变为低电平，使第一mos管q1截止，断开三相输入电源与滤波储能电路之间通过第一mos管q1建立的电连接；在有效降低浪涌电压和浪涌电流的前提下，控制充电时间，当三相输入电压发生异常时，通过执行电路及时切断与滤波储能电路的电连接，避免损坏电源内部器件或负载。
在工作过程中，处理器实时对三相输入电压和滤波储能电路的电压、整机工作中的电流和温度情况进行检测，当系统出现输入欠压、输入过压、输入过流、过温等异常情况，处理器将控制执行电路中的第二mos管q2截止，断开三相输入电源与滤波储能电路的连接，保证整机电源系统的器件安全；处理器还具备自恢复功能，当达到预先设定的恢复条件后自动恢复三相输入电源与滤波储能电路的连接，使整机电源系统正常工作。
断电时，滤波储能电路中的电容c15和c16中的大容量高压电完全释放需要持续一段时间，需要加快电容的放电速度；为达到以上目的，本实施提供的保护电路还包括第二辅助电源，如图1所示，该第二辅助电源的输入来源于滤波储能电路输出的高压电，第二辅助电源的输出电源为整机电源系统中的风扇提供控制用电，当断电时，风扇的功耗可以快速消耗滤波储能电路上的电压，加快滤波储能电路的放电速度。该第二辅助电源选用的是成熟的输入宽范围的电源模块，最低输入电压可达180v，辅助电源可正常稳定输出24v电源。利用滤波储能电路中存储的高压电为电源系统中的风扇供电，在不增加器件的基础上，可以在断电后加快滤波储能电路的放电速度。
相比于现有的保护电路，本发明提供的一种高压开关电源保护电路，解决了高压电源系统在上电瞬间产生的浪涌电压和电流对输入端器件造成损伤或者损坏、断电时滤波储能电路中的电压无法及时释放而损伤功率器件，以及工作过程中，出现异常情况下无法及时切断输入的高压电以至于损伤或者损坏功率器件的问题，控制电路通过控制执行电路中的第一mos管q1和第二mos管q2的导通或截止实现高压电源在上电时、正常工作时、断电时三种状态的保护功能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。