一种自动过压保护和预充电路及控制方法与流程

本发明涉及电子电路，特别是一种自动过压保护和预充电路及控制方法。

背景技术：

1、在电子电路行业中，直流输入设备对输入电压的要求颇为严格，电源被反接时通常会导致设备的损坏，故在多数的直流输入设备中，均会设计防反接保护电路。同时输入电压过高会导致用电设备的异常，直流供电类产品经常因输入电压过高造成pcb板上元器件损坏，影响用户的正常使用。并且为了防止冲击电流对直流用电设备上电时通常要要进行预充电，如果不设计预充电路可能会导致冲击电流过大使后端负载损坏。

2、虽然目前公开有关于电源过流保护和过压保护的电路，但是也存在不足的地方。例如专利申请文件cn202111355616.7公开了一种直流输入保护电路，采用低成本电路达到对电源保护电路和电路系统，包括过流保护电路、过压保护电路以及欠压保护电路,提高了电源电路的工作可靠性、稳定性和适用性。但是该电路比较复杂，并有可能出现假性过压或欠压导致误关断的情况。因此，该专利申请文件采用低成本电路达到了浪涌及高压保护的目的，但是没有对电压过低情况的保护措施及故障报警不利于设备维护。绝大部分直流用电设备的输入电压存在一定的范围。在上电瞬间如果电压过高会直接导致用电设备的损坏。损坏的原因通常为高压以及大电流烧毁元器件或对电子元器件损伤导致无法正常工作。通常因为错误的接入过电压、接反导致元器件的损坏，所以过压保护、防反接以及预充电路设计是很有必要的。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种自动过压保护和预充电路及控制方法，以解决上述背景技术提出的问题，防止直流用电设备输入端的反接，对正确上电进行指示，并对上电瞬间进行预充防止冲击电流，以及过压检测保护。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动过压保护和预充电路，包括输入电压、防接反电路、电压采样电路、过电压自动保护电路和输出电压，所述防接反电路的一端与输入电压连接，所述防接反电路的另一端与电压采样电路的一端连接，所述电压采样电路的另一端与过电压自动保护电路的一端连接，所述过电压自动保护电路的另一端与输出电压连接，所述输入电压包括高电压端和低电压端。

3、作为本发明的进一步改进：所述防接反电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第一限流电阻，所述第一分压电阻的一端与高电压端连接，所述第一分压电阻的另一端与第一限流电阻的一端连接，所述第二分压电阻的一端与低电压端连接，所述第二分压电阻的另一端与第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与电压跟随器连接，所述第三分压电阻的一端与低电压端连接，所述第三分压电阻的另一端与第一限流电阻和电压跟随器的串联节点连接。

4、作为本发明的进一步改进：所述防接反电路还设有稳压二极管和n沟道mos管，所述稳压二极管的一端与低电压端连接，所述稳压二极管的另一端与第二分压电阻和第一限流电阻的串联节点连接，所述n沟道mos管的栅极与第二分压电阻和第一限流电阻的串联节点连接，所述n沟道mos管的漏极与低电压端连接，所述n沟道mos管的源极与输出电压连接。

5、作为本发明的进一步改进：所述电压采样电路包括主控制器、电压跟随器和第二限流电阻，所述电压跟随器的第一输出端与电压跟随器的负输入端连接，所述电压跟随器的第一输出端还与第二限流电阻的一端连接，所述电压跟随器的第二输出端与电压转换模块连接，所述电压跟随器的第三输出端与低电压端连接，所述电压跟随器的正输入端与第一限流电阻连接，所述第二限流电阻的另一端与主控制器的第一端连接，所述主控制器的第一端为ad端口，所述主控制器的第二端与电压跟随器和电压转换模块的串联节点连接，所述主控制器的第三端与过电压自动保护电路连接，所述主控制器的第四端与低电压端连接。

6、作为本发明的进一步改进：所述电压采样电路还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与低电压端连接，所述滤波电容的另一端与第一限流电阻和电压跟随器的串联节点连接。

7、作为本发明的进一步改进：所述滤波电容与第一限流电阻组成低通滤波电路，所述低通滤波电路用于滤除干扰信号。

8、作为本发明的进一步改进：所述过电压自动保护电路包括电压转换模块、第三限流电阻、第四限流电阻、三极管和继电器，所述电压转换模块的第一端与电压跟随器连接，所述电压转换模块的第二端与高电压端连接，所述电压转换模块的第三端与继电器的线圈一端连接，所述电压转换模块的第四端与低电压端连接，所述第三限流电阻的一端与主控制器连接，所述第三限流电阻的另一端与三极管的一端连接，所述三极管的集电极与第四限流电阻的一端连接，所述三极管的发射极与低电压端连接，所述第四限流电阻的另一端与继电器的线圈另一端连接。

9、作为本发明的进一步改进：所述三极管为npn型三极管。

10、作为本发明的进一步改进：所述过电压自动保护电路还包括下拉电阻和续流二极管，所述下拉电阻的一端与低电压端连接，所述下拉电阻的另一端与主控制器和第三限流电阻的串联节点连接，所述续流二极管的一端与电压转换模块和继电器的线圈一端的串联节点连接，所述续流二极管的另一端与第四限流电阻和继电器的线圈另一端串联节点连接，所述继电器设有调节开关，所述调节开关的一端与高电压端连接，所述调节开关的另一端与输出电压连接。

11、作为本发明的进一步改进：所述过电压自动保护电路设有ptc电阻、第五限流电阻和发光二极管，所述ptc电阻的一端与高电压端连接，所述ptc电阻的另一端与输出电压连接，所述第五限流电阻的一端与高电压端连接，所述第五限流电阻的另一端与发光二极管的一端连接，所述发光二极管的另一端与输出电压连接，所述ptc电阻用于预充电，所述发光二极管用于未反接上电指示和过压指示。

12、作为本发明的进一步改进：所述第五限流电阻和发光二极管组合连接并分别与ptc电阻和继电器的调节开关并联连接。

13、作为本发明的进一步改进：所述过电压自动保护电路还设有储能电容，所述储能电容的一端与高电压端和输出电压的串联节点连接，所述储能电容的另一端与低电压端和输出电压的串联节点连接，所述储能电容为电解电容，所述储能电容用于储能滤波。

14、一种自动过压保护和预充电路的控制方法，使用如上所述的一种自动过压保护和预充电路，包括以下步骤：

15、过压自动检测保护工作：

16、当输入电压为正，即未发生反接时，上电瞬间电压跟随器将第二分压电阻两端的电压送至主控制器的ad端口，主控制器判断输入电压是否发生电压过高或电压过低；

17、若是，主控制器输出低电平，三极管不导通，继电器断开，后端负载停止工作，发光二极管常亮；

18、若否，主控制器输出高电平控制三极管饱和导通，继电器闭合，ptc电阻短接，后端负载正常工作；

19、电路预充电工作：

20、电路未发生反接正常上电时，ptc电阻限制电路的电流，储能电容缓慢充电，主控制器记录储能电容的充电时间，当储能电容充电电压与输入电压接近或相同时，记录充电时间，主控制器控制继电器关断，ptc电阻和发光二极管短接，自动过压保护和预充电路正常工作；

21、防反接工作：

22、当输入电压为负，即发生反接时，n沟道mos管无法导通，电路处于开路状态，后端负载输出电压无法形成回路，发光二极管无法点亮，负载得到了保护。

23、作为本发明的进一步改进：所述过压自动检测保护工作中，主控制器对电压过高的判断过程包括持续高压和假性高压；

24、若判断为持续高压，继电器不关断，主控制器控制后端负载停止工作，实现过高压保护，发光二极管常亮，提示发生过电压故障；

25、若判断为假性高压，则关断继电器。

26、作为本发明的进一步改进：所述持续高压为电压高压持续时间超过th；所述假性高压为电压高压持续时间低于th。

27、作为本发明的进一步改进：所述过压自动检测保护工作步骤中，发生持续高压或电压过压时，主控制器记录整个过电压故障过程，所述过电压故障过程包括故障电压及故障时间、时长等详细信息，便于维修人员进行故障分析及设备维修。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.本发明通过预充电路，防止上电瞬间电流应力过大，保护后端负载不被冲击电流损坏，避免用电设备损坏，且成本低，可靠性高。

30、2.通过对上电瞬间输入电压的检测判断是否发生过电压，并对后端负载进行保护，避免用电设备损坏。

31、3.通过在输入端增加防反接电路以及母线上增加工作指示灯，实现电路防反接以及未反接时正常工作的指示，避免用电设备损坏。