供电保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术及变压器技术领域，具体地涉及一种供电保护电路。


背景技术：

2.基于伺服变压器的工业供电例如是将380v电源的工业用电转换成负载(例如自动化设备的伺服系统、变频系统、步进系统等)所需要的工作电压以实现供电。但是，在供电过程中，若出现电源接错线、输出电压不适配、电源或变压器故障等情形时，供电线路不会及时断开，从而会造成对后端负载的损坏。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的是提供一种供电保护电路，用于至少部分地解决上述技术问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种供电保护电路，设置在电源和负载之间的线路上，且包括布置在所述电源和所述负载之间的线路上的任意位置的以下模块：第一整流模块，用于对所述电源的三相输出信号进行整流处理并供给所述负载；开关器件，用于基于所述三相输出信号和该开关器件的工作电压两者是否被正常输出而控制所述电源和所述负载之间的连接；以及第一电压识别模块，其与所述开关器件相连接，用于识别所述三相输出信号是否被正常输出，若否，则使得所述开关器件呈断开状态以断开所述电源与所述负载之间的连接。
5.可选地，所述供电保护电路还包括：变压器供电模块，其布置在所述电源和所述开关器件之间，用于将所述电源的输出信号转换并输出为适配于所述开关器件的所述工作电压。
6.可选地，所述变压器供电模块包括：第二整流模块，连接所述电源，用于对所述电源的单相输出信号进行整流处理；逆变模块，连接所述第二整流模块，用于将经所述第二整流模块整流处理后的信号逆变成脉冲电信号；以及变压器，其输入端连接所述逆变模块，输出端连接所述开关器件，用于基于不同匝比将所述脉冲电信号转换为不同的输出电压信号，并输出与所述开关器件相适配的输出电压信号以作为该开关器件的所述工作电压。
7.可选地，所述变压器具有对应于所述不同的输出电压信号的多个电压输出端口，所述多个电压输出端口包括：用于向所述开关器件输出所述工作电压的电压输出端口；以及用于向负载供电的电压输出端口。
8.可选地，所述供电保护电路还包括：第二电压识别模块，设置在所述变压器供电模块的输出端与所述开关器件之间的线路上，用于识别所述变压器供电模块是否正常输出所述开关器件的所述工作电压，若否，则使得所述开关器件呈断开状态以断开所述电源与所述负载之间的连接。
9.可选地，所述第一电压识别模块和所述第二电压识别模块是能够感应相对应的信号中的电压值的电压感应元件，该电压感应元件为压敏电阻、光耦、变压器和单片机中一者
或多者。
10.可选地，所述第一电压识别模块和所述第二电压识别模块集成为具有至少两个输入端口的同一模块。
11.可选地，所述供电保护电路还包括：报警模块，其与所述第一电压识别模块和/或所述第二电压识别模块相连接，用于在以下情况进行声音和/或灯光报警：所述第一电压识别模块识别到所述三相输出信号未被正常输出；和/或所述第二电压识别模块识别到相应开关器件的工作电压未被正常输出。
12.可选地，所述供电保护电路还包括：布置在所述电源与所述负载之间的线路上的任意位置处的一个或多个滤波模块。
13.可选地，所述开关器件包括继电器或接触器。
14.通过上述技术方案，本实用新型的供电保护电路增加了线路通断保护功能，从而在供电过程中出现电源接错线或故障等时，能够及时断开主电路，以保证线路以及后端负载的安全。
15.本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
16.附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
17.图1是本实用新型实施例的供电保护电路的结构示意图；
18.图2是本实用新型实施例中的示例主电路的结构图；
19.图3是本实用新型实施例的第一电压识别模块应用于主电路中进行电压识别的示例电路图；
20.图4是一个优选实施例中的供电保护电路的结构示意图；
21.图5是示例变压器供电模块的结构示意图；
22.图6是基于本实用新型实施例的变压器供电模块实现dc24v供电的示例电路图；
23.图7是图6的高频变压器j2的辅助电路图；
24.图8是另一优选实施例的供电保护电路的结构示意图；以及
25.图9是本实用新型实施例的第二电压识别模块应用于主电路中进行电压识别的示例电路图。
26.附图标记说明
27.100、供电保护电路；200、电源；300、负载；
28.110、第一整流模块；120、开关器件；130、第一电压识别模块；140、变压器供电模块；150、第二电压识别模块；
29.141、第二整流模块；142、逆变模块；143、变压器
具体实施方式
30.以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的
是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
31.本实用新型实施方式中涉及的“连接”主要是指“电性连接”，其用于表述两个部件之间的信号连接，例如通过电路连接，且涉及的“连接”可以是两个部件之间的直接电性连接，也可以是通过其他部件或电路的间接电性连接。另外，本实用新型实施方式中涉及的“第一”、“第二”仅用于示意不同元件或模块，并不表示相应元件或模块的数量。
32.图1是本实用新型实施例的供电保护电路的结构示意图。该供电保护电路设置在电源和该电源最终供电的负载之间的线路上。其中，电源例如为三相交流电源，负载可以是负载电路或负载元件。举例而言，电源为三相380v工业用电，而负载根据具有需要，可以为自动化设备的伺服系统、变频系统及步进系统等传动系统，也可以是可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)、数控系统、板卡、照明等。
33.如图1所示，本实用新型实施例所述的供电保护电路100，设置在电源200和负载300之间的线路上，且包括布置在所述电源和所述负载之间的线路上的任意位置的以下模块：第一整流模块110，用于对所述电源200的三相输出信号进行整流处理；开关器件120，用于基于所述三相输出信号和该开关器件120的工作电压两者是否被正常输出而控制所述电源和所述负载之间的连接；以及第一电压识别模块130，其与所述开关器件120相连接，用于识别所述三相输出信号是否被正常输出，若否，则使得所述开关器件120呈断开状态以断开所述电源200与所述负载300之间的连接。
34.其中，所述第一整流模块110例如是串联连接、并联连接和/或封装在一起的多个整流二极管。所述开关器件120包括但不限于继电器或接触器，例如还可以采用自主设计的控制开关。并且，电源200、第一整流模块110、开关器件120和负载300构成供电主电路(以下简称主电路)。举例而言，图2是本实用新型实施例中的示例主电路的结构图，其中电源200采用三相ac380v电源，第一整流模块110采用为并联的整流二极管，开关器件120为工作电压为+24v的接触器或继电器，且开关器件120既可以在第一整流模块110的前端，也可以在第一整流模块110的后端。其中，接触器或继电器的各端口与其他模块按常规方式进行连接，在此不再进行赘述。对于该主电路，第一整流模块110用于将三相ac380v转换为直流(dc)电以供负载300使用，而开关器件120在其呈断开状态时可断开电源200和负载300之间的线路，以起到线路保护的作用。
35.进一步地，在上述主电路的基础上，第一电压识别模块130与开关器件120相配合，用于识别电源200的三相输出信号是否被正常输出。若否，则使得所述开关器件120呈断开状态以断开所述电源200与所述负载300之间的连接；若是，则开关器件120呈闭合状态以导通所述电源200与所述负载300之间的连接。其中，所述第一电压识别模块130可以是能够感应相对应的信号中的电压值的电压感应元件，该电压感应元件例如为压敏电阻、光耦、变压器和单片机中一者或多者。并且，所述第一电压识别模块130识别三相输出信号是否被正常输出具体体现为识别电源200是否发生缺相、错相等。
36.基于此进行举例，图3是本实用新型实施例的第一电压识别模块应用于主电路中进行电压识别的示例电路图，其中主电路结构可参考图2，故而在图3中对于主电路的介绍是简化的，采用了带省略号的方框来表示一些常规信号处理电路，如滤波电路、整流电路等。这些常规信号处理电路不是该本实用新型所关注的部分且它们对于本领域技术人员是
易于实现的，从而出于描述简单和附图清楚的目的，不对这些常规信号处理电路进行赘述。
37.结合图3，主电路正常运行时对负载供电的基本原理可描述为：三相电u、v、w，分别经过r1、r2、r3；当三相电平衡时，r1、r2、r3的公共端结点电位很低，其经过二极管处理后，和零线n不能形成有效压差使光耦u1工作，所以光耦u1的输出端不能导通，而开关管q1、q2因上述供电保护电路100输出的+24v电压而导通，使继电器/接触器供电输出j5、j6形成回路，从而继电器/接触器工作，接通由供电保护电路100向负载供电的主电路。
38.其中，光耦u1在此实现第一电压识别模块130的功能，用以感应电源输出信号是否正常；继电器/接触器j5、j6实现开关器件120的功能。
39.基于上述主电路正常运行时对负载供电的基本原理，缺相情况下的电路保护原理为：若u相缺相，经过r1、r2、r3后，三相不平衡，r1、r2、r3的公共结点电位变高，经过二极管后，和零线形成有效压差使光耦u1工作，光耦u1的输出端，使得开关管q1、q2不能工作以导通，从而继电器/接触器供电输出j5、j6形成不了回路，使得上述主回路断开。v相与w相的缺相与u相缺相的情形类似，在此不再进行赘述。
40.因此，当u/v/w相电和零线n进行供电时，任意一根断开都会致使电源不工作，进而影响继电器/接触器正常工作，使其断开相应主回路以起到电路保护的作用。
41.进一步地，对于错相情况，当u/v/w三相的其中一相错接为零线n，经过r1、r2、r3后，三相不平衡，r1、r2、r3的公共结点电位变高，经过二极管处理后，和零线形成有效压差使光耦u1工作，光耦u1输出端导通而致使开关管q1、q2不能工作导通，继电器/接触器供电输出j5、j6形成不了回路，继电器/接触器不能接通主回路。
42.如此，通过该示例可知，本实用新型实施例的供电保护电路利用开关器件120和第一电压识别模块130，向主电路增加了线路通断保护功能，从而在供电中出现电源接错线或故障等时，能够及时断开主电路，以保证线路以及后端负载的安全。
43.进一步地，如上所述，开关器件120是基于所述三相输出信号和该开关器件的工作电压两者是否被正常输出来控制电源200和负载300之间的连接的。即，开关器件120需要满足其工作电压才能正常地断开或闭合，进而控制相关线路的断开或接通。但是，以开关器件120为继电器/接触器为例，不同的继电器/接触器所需的工作电压可能不同，例如工作电压可以为dc5v、dc12v、dc24v、dc36v、dc48v、dc72v等，而在图2、图3中均以dc24v为例。
44.因此，为实现对不同类型的开关器件120的灵活供电，在优选的实施例中还提供另一种供电保护电路。其中，图4是该优选实施例中的供电保护电路的结构示意图。如图4所示，该供电保护电路在图1的基础上，还包括：变压器供电模块140，其布置在所述电源200和所述开关器件120之间，用于将所述电源200的输出信号转换并输出为适配于所述开关器件120的工作电压。
45.优选地，图5是示例变压器供电模块140的结构示意图。该示例中，所述变压器供电模块140包括：第二整流模块141，连接所述电源，用于对所述电源的单相输出信号进行整流处理；逆变模块142，连接所述第二整流模块，用于将经所述第二整流模块整流处理后的信号逆变成脉冲电信号；以及变压器143，其输入端连接所述逆变模块，输出端连接所述开关器件，用于基于不同匝比将所述脉冲电信号转换为不同的输出电压信号，并输出与所述开关器件相适配的输出电压信号以作为该开关器件的所述工作电压。
46.即，第二整流模块141、所述逆变模块142与所述变压器143相配合以将电源的单相
输出信号(例如u相与零线n之间的220v电压)转换为与开关器件相适配的工作电压。其中，以ac220v单相输出信号为例，基于该变压器供电模块140，通过改变变压器143的匝比，可以得到不同的输出电压，比如dc5v、dc12v、dc24v、dc36v、dc48v、dc72v等，以满足不同类型的开关器件120的不同工作电压需求。
47.图6是基于本实用新型实施例的变压器供电模块140实现dc24v供电的示例电路图。参考图2，输入电源ac220v/ac380v经过整流桥b1(对应第二整流模块141)全桥整流滤波后，经过开关管vt1(对应逆变模块142)振荡逆变为脉冲电，再通过高频变压器j2(对应于变压器143)将脉冲电转换成所需的dc24v电压。进一步地，通过改变高频变压器j2的匝比，也可以得到其他的输出电压，比如dc5v、dc12v、dc36v、dc48v、dc72v等，从而满足不同负载的需求。其中，高频变压器是指工作频率超过中频(10khz)的电源变压器。
48.需说明的是，开关管vt1和高频变压器j2一般不是单独作为电路模块使用，而是与其他辅助元件相结合以更好地实现相应功能。例如在图6中，r9、r10、c4、d2和d3元件为开关管vt1的辅助元件，它们用于对进入开关管vt1的信号进行调整。再例如，图7是图6的高频变压器j2的辅助电路图，其输入端连接在高频变压器j2的输出端(图6与图7中的接口8、9、7、6相对应)，输出端(c10所在的一端)连接负载。图7的辅助电路主要起整流滤波(具有例如c60等构成的滤波模块)的作用，以便向负载输出更加稳定、精确的dc24v电压。
49.据此，可知本实用新型实施例的变压器供电模块140可以智能地输出多级电压，以提供给不同类型的开关器件120来作为工作电压。
50.另外，目前自动化设备对电源的功能要求也越来越多样，例如pcl、数控系统、板卡、照明等元件与伺服系统、变频系统、步进系统等传动系统所需要的工作电压不同。因此，利用本实用新型实施例的变压器供电模块140的多级电压输出的特点，还可通过配置变压器的输出接口来向自动化设备的不同用电部件进行供电。举例而言，配置变压器143具有对应于所述不同的输出电压信号的多个电压输出端口，所述多个电压输出端口包括：用于向所述开关器件120输出所述工作电压的电压输出端口；以及用于向负载300供电的电压输出端口。这里的负载300泛指上述提及的自动化设备的不同用电部件。即，本实用新型实施例的变压器供电模块140既可以向开关器件120提供工作电压，也可以作为电源给自动化设备的用电部件供电。
51.进一步地，基于图1设计第一电压识别模块130的思路，在此对于变压器供电模块140不能正常输出相应电压(如发生变压器接错线等问题)的情形，同样进行了线路通断保护功能设计。即，图8是另一优选实施例的供电保护电路的结构示意图，该供电保护电路在图4的基础上，还包括：第二电压识别模块150，设置在所述变压器供电模块140的输出端与所述开关器件120之间的线路上，用于识别所述变压器供电模块140是否正常输出所述开关器件的所述工作电压，若否，则使得所述开关器件120呈断开状态以断开所述电源与所述负载之间的连接。其中，第二电压识别模块150可与第一电压识别模块130进行同样的配置。
52.图9是本实用新型实施例的第二电压识别模块应用于主电路中进行电压识别的示例电路图，其与图3的第一电压识别模块的结构类似，但进一步包括了光耦u2构成的第二电压识别模块150。该光耦u2的输入端连接例如图7中的c10输出端(即供电保护电路100的电压输出端)，输出端接入例如图3的光耦u1的输出端。该光耦u2用于识别变压器143是否正常输出电压。具体地，参考图9，当u/v/w三相的其中两相作为供电电源，电源正常工作，但是变
压器143(图2中的高频变压器j2)其中一路电压经过二极管整流输出，电压超过设定电压，光耦u2工作，光耦输出导通，开关管q1、q2不能工作导通，继电器/接触器供电输出j5、j6形成不了回路，进而断开相应主回路。另外，当零线n缺相，电源200不工作，最终不会输出dc24v电压，从而继电器/接触器不能接通，同样使得上述主回路被断开以起到电路保护作用。
53.综上，第二电压识别模块150与第一电压识别模块130一起控制线路中常开接触器/常开继电器(对应开关器件120)的通断，当电源或变压器输入侧接线不正确或者输出电压不适配时，则没有dc24v电压输出，常开接触器/常开继电器等开关电器呈断开状态，保证线路安全；而当电源或变压器输入侧接线正确且输出电压适配，有dc24v电压输出，接触器/继电器等开关电器闭合，整个线路导通。
54.在更为优选的实施例中，所述第一电压识别模块130和所述第二电压识别模块150可集成为具有至少两个输入端口的同一模块。其中，一个输入端口用于接收所述电源输出的电源输出信号，另一输入端口用于接收所述变压器供电模块140(更为具体地是变压器143)的输出电压信号。
55.在更为优选的实施例中，所述供电保护电路100还可以包括报警模块(图中未示出)，其与所述第一电压识别模块130和/或所述第二电压识别模块150相连接，用于在以下情况进行声音和/或灯光报警：所述第一电压识别模块130识别到所述三相输出信号未被正常输出；和/或所述第二电压识别模块150识别到相应开关器件的工作电压未被正常输出。
56.对于该报警模块的配置，可继续参考图3和图9，d11和d14为发光二极管，两者构成报警模块154，当主回路工作正常时，继电器/接触器j3吸合而使得d11(绿灯)亮，当主回路工作异常时，主回路工作异常时，继电器/接触器j3断开而使得d14(红灯)亮。在其他示例中，针对u/v/w三相(以380v为例)与零线n的连接情况，可通过配置d11和d12的不同亮灯情况来显示相应的故障，如下面的表1所示。
57.表1—灯光报警状态表
58.状态红灯绿灯继电器(接触器)等开关器件u/v/w/n正确接线灭亮吸合u不接亮灭断开v不接亮灭断开w不接灭灭断开n不接灭灭断开u与n接反亮灭断开v与n接反亮灭断开w与n接反亮灭断开
59.可理解的是，也可以通过扬声器来实现报警模块的功能，即进行声音报警。
60.其中，报警模块和两个电路识别模块的工作状态可适应于两个电压识别模块的识别结果而同步，如针对电源缺相，一者断开线路，另一者同时进行报警。
61.在更为优选的实施例中，所述供电保护电路100还可以包括：布置在所述电源与所述负载之间的线路上的任意位置处的一个或多个滤波模块，例如设置在电源200的输出端以进行电源输出信号的滤波，或者设置在变压器143的输出端以对变压品输出电压信号进
行滤波。其中，滤波模块可以是：滤波元件、磁环和rc电路中的任意一者；或者至少两级相串联的滤波单元，其中每级滤波单元被配置为能够实现谐波滤除。其中，所述滤波单元例如是滤波元件、磁环和rc电路中的任意一者，或者由滤波元件、磁环和rc电路中的任意两者或多者串联形成的电路。请注意，图中虽未明确滤波模块，但上文涉及对滤波的介绍，本领域技术人员结合电路图，可以理解关于滤波模块的设置。
62.综上，本实用新型实施例的供电保护电路100增加了进行线路通断的保护功能，且增加了声音或灯光警报的提示功能，从而在供电中出现接错线、电压不匹配、电源故障等时，一方面能够及时断开线路,保证线路以及后端负载的安全，另一方面能够及时提醒作业人员进行维修。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化，例如可以改变附图中涉及的各模块或元件在线路中的位置。但请注意，凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。