一种直流供电接口的交流电接入防护电路的制作方法

本申请属于电源供电端口保护领域，具体涉及一种直流供电接口的交流电接入防护电路。

背景技术：

当直流用电设备的供电使用同时具有直流电和交流电输出功能的可调电源时，可能会发生误接交流电的状况。若直流用电设备的电源输入端口不加防护，那么直流用电设备会因交流电的输入而造成彻底地损坏。而目前没有相应的解决方案来实现直流用电设备误接交流电后对直流用电设备的保护。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种直流供电接口的交流电接入防护电路，该电路结构简单、元器件数量少、成本低、损耗小，可实现直流用电设备接入交流电后对设备进行无损保护，实现交流电与设备内部的物理隔离。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种直流供电接口的交流电接入防护电路，所述直流供电接口的交流电接入防护电路用于控制主供电回路的通断，所述主供电回路包括供电系统正线接入端子(t1)、供电系统回线接入端子(t2)、用电设备电源正极接入端子(ts1)、用电设备电源负极接入端子(ts2)，所述直流供电接口的交流电接入防护电路，包括：

与所述供电系统正线接入端子(t1)连接的交流半波整流单元(1)、与所述交流半波整流单元(1)连接的电压选择开关单元(2)、以及与所述电压选择开关单元(2)连接的继电器控制单元(3)，所述继电器控制单元(3)连接有第一继电器(j1)和第二继电器(j2)；

所述第一继电器(j1)的线圈(ka1)和第二继电器(j2)的线圈(ka2)分别接入所述继电器控制单元(3)，所述第一继电器(j1)的常开触点(ka11)的一端与所述供电系统正线接入端子(t1)连接，所述第一继电器(j1)的常开触点(ka11)的另一端与所述用电设备电源正极接入端子(ts1)连接，所述第二继电器(j2)的常开触点(ka21)的一端与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述第二继电器(j2)的常开触点(ka21)的另一端与所述用电设备电源负极接入端子(ts2)连接，所述继电器控制单元(3)接收所述电压选择开关单元(2)的信号，并通过第一继电器(j1)和第二继电器(j2)控制所述主供电回路的通断。

作为优选，所述交流半波整流单元(1)包括半波整流二极管(d1)、电压保持电容(c1)和放电电阻(r1)，所述半波整流二极管(d1)的阳极与所述供电系统正线接入端子(t1)连接，所述半波整流二极管(d1)的阴极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述电压保持电容(c1)的正极与所述电压选择开关单元(2)连接，所述电压保持电容(c1)的负极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述放电电阻(r1)与电压保持电容(c1)并联连接。

可选的，所述电压选择开关单元(2)包括一级mosfet晶体管电路、二级mosfet晶体管电路和三级mosfet晶体管电路；

所述一级mosfet晶体管电路包括瞬态抑制二极管(tvs1)、分压电阻(r2)、分压电阻(r3)、稳压二极管(z1)和nmosfet晶体管(v1)，所述瞬态抑制二极管(tvs1)的阴极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述瞬态抑制二极管(tvs1)的阳极与所述分压电阻(r2)的一端连接，所述分压电阻(r2)的另一端经分压电阻(r3)与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述稳压二极管(z1)与所述分压电阻(r3)并联连接，且所述稳压二极管(z1)的阳极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述nmosfet晶体管(v1)的栅极与所述稳压二极管(z1)的阴极连接，所述nmosfet晶体管(v1)的源极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述nmosfet晶体管(v1)的漏极与所述二级mosfet晶体管电路连接；

所述二级mosfet晶体管电路包括限流电阻(r4)、稳压二极管(z2)、电容(c2)、电阻(r5)和nmosfet晶体管(v2)，所述限流电阻(r4)的一端与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述限流电阻(r4)的另一端与nmosfet晶体管(v1)的漏极连接，所述稳压二极管(z2)的阴极与nmosfet晶体管(v1)的漏极连接，所述稳压二极管(z2)的阳极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述电容(c2)与所述稳压二极管(z2)并联连接，所述nmosfet晶体管(v2)的栅极经电阻(r5)与所述nmosfet晶体管(v1)的漏极连接，所述nmosfet晶体管(v2)的源极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述nmosfet晶体管(v2)的漏极与所述三级mosfet晶体管电路连接；

所述三级mosfet晶体管电路包括电阻(r7)、pmosfet晶体管(v3)、电阻(r6)、稳压二极管(z3)和电压保持电容(c3)，所述电阻(r7)的一端与所述nmosfet晶体管(v2)的漏极连接，所述电阻(r7)的另一端分别与pmosfet晶体管(v3)的栅极和稳压二极管(z3)的阳极连接，所述稳压二极管(z3)的阴极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述电阻(r6)与稳压二极管(z3)并联连接，所述pmosfet晶体管(v3)的漏极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述pmosfet晶体管(v3)的源极分别与电压保持电容(c3)的正极和继电器控制单元(3)连接，所述电压保持电容(c3)的负极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接。

可选的，所述电压选择开关单元(2)包括一级npn晶体管电路、二级mosfet晶体管电路和三级mosfet晶体管电路；

所述一级npn晶体管电路包括瞬态抑制二极管(tvs1)、限流电阻(r2)、和npn晶体管(v1)，所述瞬态抑制二极管(tvs1)的阴极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述瞬态抑制二极管(tvs1)的阳极与所述限流电阻(r2)的一端连接，所述限流电阻(r2)的另一端与npn晶体管(v1)的基极，所述npn晶体管(v1)的发射极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述npn晶体管(v1)的集电极与所述二级mosfet晶体管电路连接；

所述二级mosfet晶体管电路包括限流电阻(r4)、稳压二极管(z2)、电容(c2)、电阻(r5)和nmosfet晶体管(v2)，所述限流电阻(r4)的一端与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述限流电阻(r4)的另一端与所述npn晶体管(v1)的集电极连接，所述稳压二极管(z2)的阴极与所述npn晶体管(v1)的集电极连接，所述稳压二极管(z2)的阳极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述电容(c2)与所述稳压二极管(z2)并联连接，所述nmosfet晶体管(v2)的栅极经电阻(r5)与所述npn晶体管(v1)的集电极连接，所述nmosfet晶体管(v2)的源极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述nmosfet晶体管(v2)的漏极与所述三级mosfet晶体管电路连接；

所述三级mosfet晶体管电路包括电阻(r7)、pmosfet晶体管(v3)、电阻(r6)、稳压二极管(z3)和电压保持电容(c3)，所述电阻(r7)的一端与所述nmosfet晶体管(v2)的漏极连接，所述电阻(r7)的另一端分别与pmosfet晶体管(v3)的栅极和稳压二极管(z3)的阳极连接，所述稳压二极管(z3)的阴极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述电阻(r6)与稳压二极管(z3)并联连接，所述pmosfet晶体管(v3)的漏极与所述电压保持电容(c1)的正极连接，所述pmosfet晶体管(v3)的源极分别与电压保持电容(c3)的正极和继电器控制单元(3)连接，所述电压保持电容(c3)的负极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接。

作为优选，所述继电器控制单元(3)包括npn晶体管(v4)、电阻(r8)、稳压二极管(z4)、电容(c4)和二极管(d2)，所述npn晶体管(v4)的集电极与所述pmosfet晶体管(v3)的源极连接，所述npn晶体管(v4)的基极与稳压二极管(z4)的阴极连接，所述稳压二极管(z4)的阳极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述电阻(r8)的一端与npn晶体管(v4)的集电极连接，所述电阻(r8)的另一端与npn晶体管(v4)的基极连接，所述二极管(d2)的阴极与所述npn晶体管(v4)的发射极连接，所述二极管(d2)的阳极与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述电容(c4)和二极管(d2)并联连接，所述npn晶体管(v4)的发射极与所述第一继电器(j1)的线圈(ka1)的一端连接，所述第一继电器(j1)的线圈(ka1)的另一端与所述供电系统回线接入端子(t2)连接，所述npn晶体管(v4)的发射极与所述第二继电器(j2)的线圈(ka2)的一端连接，所述第二继电器(j2)的线圈(ka2)的另一端与所述供电系统回线接入端子(t2)连接。

本申请提供的直流供电接口的交流电接入防护电路，通过交流半波整流单元与电压选择开关单元对供电系统正线接入端子输入的电压进行检测，若输入的为交流电，即向继电器控制单元输出不动作的信号，此时继电器不动作，即主供电回路处于断开状态，实现交流电与设备内部的物理隔离，实现直流用电设备接入交流电后对设备进行无损保护；若输入的为直流电，即向继电器控制单元输出动作的信号，此时继电器动作，即主供电回路处于闭合状态，进行正常供电。且本申请提供的电路结构简单、元器件数量少、成本低、损耗小，在直流用电设备的保护方面具有较好的应用效果。

附图说明

图1为本申请的直流供电接口的交流电接入防护电路的结构示意图；

图2为实施例1的直流供电接口的交流电接入防护电路的电路原理图；

图3为实施例2的直流供电接口的交流电接入防护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

本申请提供一种直流供电接口的交流电接入防护电路，所述直流供电接口的交流电接入防护电路用于控制主供电回路的通断，以实现直流用电设备接入交流电后对用电设备进行保护。

实施例1

本实施例中，主供电回路包括供电系统正线接入端子t1、供电系统回线接入端子t2、用电设备电源正极接入端子ts1、用电设备电源负极接入端子ts2。供电系统正线接入端子t1应理解为用于接入供电系统正线的端子，其它端子同理。

如图1所示，本实施例的直流供电接口的交流电接入防护电路，包括：

与供电系统正线接入端子t1连接的交流半波整流单元1、与交流半波整流单元1连接的电压选择开关单元2、以及与电压选择开关单元2连接的继电器控制单元3，继电器控制单元3连接有第一继电器j1和第二继电器j2。

第一继电器j1的线圈ka1和第二继电器j2的线圈ka2分别接入继电器控制单元3，第一继电器j1的常开触点ka11的一端与供电系统正线接入端子t1连接，第一继电器j1的常开触点ka11的另一端与用电设备电源正极接入端子ts1连接，第二继电器j2的常开触点ka21的一端与供电系统回线接入端子t2连接，第二继电器j2的常开触点ka21的另一端与用电设备电源负极接入端子ts2连接，继电器控制单元3接收电压选择开关单元2的信号，并通过第一继电器j1和第二继电器j2控制主供电回路的通断。

如图2所示，交流半波整流单元1包括半波整流二极管d1、电压保持电容c1和放电电阻r1，半波整流二极管d1的阳极与供电系统正线接入端子t1连接，半波整流二极管d1的阴极与电压保持电容c1的正极连接，电压保持电容c1的负极与供电系统回线接入端子t2连接，放电电阻r1与电压保持电容c1并联连接。

具体的，电压选择开关单元2包括一级mosfet晶体管电路、二级mosfet晶体管电路和三级mosfet晶体管电路。

一级mosfet晶体管电路包括瞬态抑制二极管tvs1、分压电阻r2、分压电阻r3、稳压二极管z1和nmosfet晶体管v1，瞬态抑制二极管tvs1的阴极与电压保持电容c1的正极连接，瞬态抑制二极管tvs1的阳极与分压电阻r2的一端连接，分压电阻r2的另一端经分压电阻r3与供电系统回线接入端子t2连接，稳压二极管z1与分压电阻r3并联连接，且稳压二极管z1的阳极与供电系统回线接入端子t2连接，nmosfet晶体管v1的栅极与稳压二极管z1的阴极连接，nmosfet晶体管v1的源极与供电系统回线接入端子t2连接，nmosfet晶体管v1的漏极与二级mosfet晶体管电路连接。

二级mosfet晶体管电路包括限流电阻r4、稳压二极管z2、电容c2、电阻r5和nmosfet晶体管v2，限流电阻r4的一端与电压保持电容c1的正极连接，限流电阻r4的另一端与nmosfet晶体管v1的漏极连接，稳压二极管z2的阴极与nmosfet晶体管v1的漏极连接，稳压二极管z2的阳极与供电系统回线接入端子t2连接，电容c2与稳压二极管z2并联连接，nmosfet晶体管v2的栅极经电阻r5与nmosfet晶体管v1的漏极连接，nmosfet晶体管v2的源极与供电系统回线接入端子t2连接，nmosfet晶体管v2的漏极与三级mosfet晶体管电路连接。

三级mosfet晶体管电路包括电阻r7、pmosfet晶体管v3、电阻r6、稳压二极管z3和电压保持电容c3，电阻r7的一端与nmosfet晶体管v2的漏极连接，电阻r7的另一端分别与pmosfet晶体管v3的栅极和稳压二极管z3的阳极连接，稳压二极管z3的阴极与电压保持电容c1的正极连接，电阻r6与稳压二极管z3并联连接，pmosfet晶体管v3的漏极与电压保持电容c1的正极连接，pmosfet晶体管v3的源极分别与电压保持电容c3的正极和继电器控制单元3连接，电压保持电容c3的负极与供电系统回线接入端子t2连接。

具体的，继电器控制单元3包括npn晶体管v4、电阻r8、稳压二极管z4、电容c4和二极管d2，npn晶体管v4的集电极与pmosfet晶体管v3的源极连接，npn晶体管v4的基极与稳压二极管z4的阴极连接，稳压二极管z4的阳极与供电系统回线接入端子t2连接，电阻r8的一端与npn晶体管v4的集电极连接，电阻r8的另一端与npn晶体管v4的基极连接，二极管d2的阴极与npn晶体管v4的发射极连接，二极管d2的阳极与供电系统回线接入端子t2连接，电容c4和二极管d2并联连接，npn晶体管v4的发射极与第一继电器j1的线圈ka1的一端连接，第一继电器j1的线圈ka1的另一端与供电系统回线接入端子t2连接，npn晶体管v4的发射极与第二继电器j2的线圈ka2的一端连接，第二继电器j2的线圈ka2的另一端与供电系统回线接入端子t2连接。

本实施例中直流供电接口的交流电接入防护电路的一种工作流程如下：

当供电系统正线接入端子t1接入直流电(不超过瞬态抑制二极管tvs1的击穿电压)时，交流半波整流单元1无需进行半波整流，瞬态抑制二极管tvs1不发生反向击穿，即瞬态抑制二极管tvs1处于不导通状态。此时nmosfet晶体管v1的栅极无驱动电压，即nmosfet晶体管v1不导通。而限流电阻r4和稳压二极管z2产生驱动电压使nmosfet晶体管v2导通，电阻r7被接入供电系统回线接入端子t2，电阻r6、稳压二极管z3与电阻r7产生驱动电压使pmosfet晶体管v3导通。此时由npn晶体管v4、电阻r8和稳压二极管z4组成的线性稳压电路产生打开继电器的电压，第一继电器j1的常开触点ka11和第二继电器j2的常开触点ka21闭合，使供电系统正线接入端子t1接入用电设备电源正极接入端子ts1，供电系统回线接入端子t2接入用电设备电源负极接入端子ts2，主供电回路的导通。

当供电系统正线接入端子t1接入交流电时，经过半波整流二极管d1整流和电压保持电容c1进行电压保持后，产生超过瞬态抑制二极管tvs1的击穿电压的直流电，瞬态抑制二极管tvs1被击穿导通，经过瞬态抑制二极管tvs1电压钳位，以及分压电阻r2、分压电阻r3和稳压二极管z1稳压后，在nmosfet晶体管v1的栅极产生电压，nmosfet晶体管v1导通。此时，nmosfet晶体管v2的栅极电压被拉低，nmosfet晶体管v2不导通，则pmosfet晶体管v3的栅极-源极之间的电压为0，pmosfet晶体管v3不导通，电压被限制在pmosfet晶体管v3的漏极前端，此时由npn晶体管v4、电阻r8和稳压二极管z4组成的线性稳压电路输出的电压为0，第一继电器j1和第二继电器j2不动作，即第一继电器j1的常开触点ka11和第二继电器j2的常开触点ka21仍处于断开状态，供电系统正线接入端子t1无法接入用电设备电源正极接入端子ts1，供电系统回线接入端子t2无法接入用电设备电源负极接入端子ts2，主供电回路的断开，从而实现对直流用电设备的保护。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例将实施例1的电压选择开关单元2中的nmosfet晶体管v1更换为npn晶体管v1，同时去除分压电阻r3和稳压二极管z1。

即本实施例中的电压选择开关单元2包括一级npn晶体管电路、二级mosfet晶体管电路和三级mosfet晶体管电路。

一级npn晶体管电路包括瞬态抑制二极管tvs1、限流电阻r2、和npn晶体管v1，瞬态抑制二极管tvs1的阴极与电压保持电容c1的正极连接，瞬态抑制二极管tvs1的阳极与限流电阻r2的一端连接，限流电阻r2的另一端与npn晶体管v1的基极，npn晶体管v1的发射极与供电系统回线接入端子t2连接，npn晶体管v1的集电极与二级mosfet晶体管电路连接；

二级mosfet晶体管电路包括限流电阻r4、稳压二极管z2、电容c2、电阻r5和nmosfet晶体管v2，限流电阻r4的一端与电压保持电容c1的正极连接，限流电阻r4的另一端与npn晶体管v1的集电极连接，稳压二极管z2的阴极与npn晶体管v1的集电极连接，稳压二极管z2的阳极与供电系统回线接入端子t2连接，电容c2与稳压二极管z2并联连接，nmosfet晶体管v2的栅极经电阻r5与npn晶体管v1的集电极连接，nmosfet晶体管v2的源极与供电系统回线接入端子t2连接，nmosfet晶体管v2的漏极与三级mosfet晶体管电路连接；

三级mosfet晶体管电路包括电阻r7、pmosfet晶体管v3、电阻r6、稳压二极管z3和电压保持电容c3，电阻r7的一端与nmosfet晶体管v2的漏极连接，电阻r7的另一端分别与pmosfet晶体管v3的栅极和稳压二极管z3的阳极连接，稳压二极管z3的阴极与电压保持电容c1的正极连接，电阻r6与稳压二极管z3并联连接，pmosfet晶体管v3的漏极与电压保持电容c1的正极连接，pmosfet晶体管v3的源极分别与电压保持电容c3的正极和继电器控制单元3连接，电压保持电容c3的负极与供电系统回线接入端子t2连接。

本实施例中直流供电接口的交流电接入防护电路的一种工作流程如下：

当供电系统正线接入端子t1接入直流电(不超过瞬态抑制二极管tvs1的击穿电压)时，交流半波整流单元1无需进行半波整流，瞬态抑制二极管tvs1不发生反向击穿，即瞬态抑制二极管tvs1处于不导通状态。此时npn晶体管v1的基极无驱动电压，即npn晶体管v1不导通。限流电阻r4和稳压二极管z2产生驱动电压使nmosfet晶体管v2导通，电阻r7被接入供电系统回线接入端子t2，电阻r6、稳压二极管z3与电阻r7产生驱动电压使pmosfet晶体管v3导通。此时由npn晶体管v4、电阻r8和稳压二极管z4组成的线性稳压电路产生打开继电器的电压，第一继电器j1的常开触点ka11和第二继电器j2的常开触点ka21闭合，使供电系统正线接入端子t1接入用电设备电源正极接入端子ts1，供电系统回线接入端子t2接入用电设备电源负极接入端子ts2，主供电回路的导通。

当供电系统正线接入端子t1接入交流电时，经过半波整流二极管d1整流和电压保持电容c1进行电压保持后，产生超过瞬态抑制二极管tvs1的击穿电压的直流电，瞬态抑制二极管tvs1被击穿导通，在npn晶体管v1的基极产生足够的电压，使npn晶体管v1导通。此时，nmosfet晶体管v2的栅极电压被拉低，nmosfet晶体管v2不导通，则pmosfet晶体管v3的栅极-源极之间的电压为0，pmosfet晶体管v3不导通，电压被限制在pmosfet晶体管v3的漏极前端，此时由npn晶体管v4、电阻r8和稳压二极管z4组成的线性稳压电路输出的电压为0，第一继电器j1和第二继电器j2不动作，即第一继电器j1的常开触点ka11和第二继电器j2的常开触点ka21仍处于断开状态，供电系统正线接入端子t1无法接入用电设备电源正极接入端子ts1，供电系统回线接入端子t2无法接入用电设备电源负极接入端子ts2，主供电回路的断开，从而实现对直流用电设备的保护。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。