交流供电电路和装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地涉及一种交流供电电路和装置。


背景技术：

2.从220v或380v交流(alternating current，ac)电网经过转换供给直流(direct current，dc)是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本转换装置，例如电脑、电视机、显示器、日光灯等现代常用的电气设备都会采用ac-dc电源进行供电。
3.现有的交流供电电路中防止储能电容充电电路失效的方法是使用ptc(positive temperature coefficient，正的温度系数)热敏电阻，当继电器失效时，输入电流通过ptc热敏电阻对储能电容充电，ptc热敏电阻受热后电阻变大，从而将输入电流降低，以起到保护储能电容的作用。然而，ptc热敏电阻的价格昂贵，一般是普通电阻的十倍作用，会大大提高电路的制造成本。此外，当电路中出现故障时，ptc热敏电阻会持久发热，继而导致电路的温度上升，存在引起火灾的风险。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种交流供电电路和装置，能够在电路中的继电器闭合失效时及时关闭功率电路，提高电路的安全性和稳定性。
5.根据本实用新型的一方面，提供了一种交流供电电路，包括：整流电路，与交流供电电源连接，接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行整流，产生直流输入电压；储能电容，连接于所述整流电路的第一输出端和第二输出端之间，对所述直流输入电压进行滤波；继电器，连接于所述整流电路的第一输出端与所述储能电容的第一端之间，控制所述整流电路与所述储能电容之间的供电路径的导通和关断；功率电路，与所述储能电容连接，根据所述直流输入电压对负载供电；以及保护电路，用于在所述继电器处于闭合状态时，获得所述交流输入电压与所述直流输入电压之间的电压差，并在所述电压差大于设定阈值时，判定所述继电器闭合失效，关闭所述功率电路。
6.可选的，所述保护电路包括：交流采样单元，与所述交流供电电源连接，对所述交流输入电压进行采样，获得交流采样电压；直流采样单元，与所述储能电容的第一端和第二端连接，对所述直流输入电压进行采样，获得直流采样电压；以及控制单元，与所述交流采样单元和所述直流采样单元连接，接收所述交流采样电压和直流采样电压，并根据所述交流采样电压和所述直流采样电压之间的电压差向所述功率电路提供第一控制信号。
7.可选的，所述交流采样电压为所述交流输入电压的交流峰值电压。
8.可选的，所述控制单元包括：第一比较模块，用于获得所述交流采样电压和所述直流采样电压之间的电压差，并在所述电压差大于所述设定阈值时，判定所述继电器闭合失效，并向所述功率电路提供第一状态的所述第一控制信号，以控制所述功率电路关闭。
9.可选的，所述控制单元还包括：第二比较模块，用于将所述直流采样电压的上升速率与设定速率进行比较，获得比较结果；第一延时模块，用于在所述直流采样电压的上升速
率小于所述设定速率时，经过第一延迟时间之后向所述继电器提供第二控制信号，以控制所述继电器闭合；以及第二延时模块，用于在所述继电器闭合时，经过第二延迟时间之后向所述功率电路提供第二状态的第一控制信号，以控制所述功率电路开启。
10.可选的，所述保护电路还包括：计数单元，用于对所述继电器闭合失效的次数进行计数，获得计数值，其中，所述控制单元用于在所述计数值大于设定的计数值时，控制系统关机。
11.可选的，所述保护电路还包括：报警单元，所述控制单元用于在所述继电器闭合失效时控制所述报警单元发出报警。
12.可选的，所述交流供电电源为2相电源，所述交流采样单元包括：第一二极管，阳极与所述交流供电电源的零线连接；第二二极管，阳极与所述交流供电电源的火线连接，阴极与所述第一二极管的阴极连接；依次连接于所述第一二极管和所述第二二极管的公共点和所述交流采样电压的输出端之间的第一至第四电阻；第五电阻，第一端与第三电阻和所述第四电阻的公共点连接，第二端接地；以及第一电容，第一端与所述交流采样电压的输出端连接，第二端接地。
13.可选的，所述交流供电电源为3相电源，所述交流采样单元包括：第三二极管，阳极与所述交流供电电源的第一相线连接；第四二极管，阳极与所述交流供电电源的第二相线连接；第五二极管，阳极与所述交流供电电源的第三相线连接，阴极与所述第三二极管以及所述第四二极管的阴极连接；依次连接于所述第三二极管、所述第四二极管以及所述第五二极管的公共点和所述交流采样电压的输出端之间的第六至第九电阻；第十电阻，第一端与第八电阻和所述第九电阻的公共点连接，第二端接地；以及第二电容，第一端与所述交流采样电压的输出端连接，第二端接地。
14.可选的，所述直流采样单元包括：依次连接于所述直流输入电压和所述直流采样电压的输出端之间的第十一至第十四电阻；第三电容，第一端与所述直流输入电压连接，第二端接地；第十五电阻，第一端与第十三电阻和所述第十四电阻的公共点连接，第二端接地；以及第四电容，第一端与所述直流采样电压的输出端连接，第二端接地。
15.可选的，所述继电器的线圈的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述继电器的线圈的第二端与所述储能电容的第一端连接，所述继电器的静触点与所述整流电路的第一输出端连接，所述继电器的动触点与所述储能电容的第一端连接。
16.可选的，所述交流供电电路还包括：充电电阻，并联在所述继电器的静触点和动触点之间，用于防止输入电流过充。
17.根据本实用新型的另一方面，提供了一种交流供电装置，包括上述的交流供电电路。
18.本实用新型的交流供电电路包括整流电路、储能电容、继电器、功率电路和保护电路，保护电路用于在继电器处于闭合状态时，获得交流输入电压与直流输入电压之间的电压差，并在电压差大于设定阈值时，判定继电器闭合失效，关闭功率电路，从而能够在大电容充电电路的继电器闭合失效时及时触发保护，避免充电电阻持续发热而出现电路起火等问题的发生，提高了电路的安全性和稳定性。
附图说明
19.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
20.图1示出了本实用新型提供的一种交流供电电路的示意性结构图；
21.图2示出了本实用新型提供的一种控制单元的示意性结构图；
22.图3示出了本实用新型提供的一种交流采样单元的示意性电路图；
23.图4示出了本实用新型提供的另一种交流采样单元的示意性电路图；
24.图5示出了本实用新型提供的一种直流采样单元的示意性电路图；
25.图6示出了本实用新型提供的交流供电电路的工作流程图。
具体实施方式
26.以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
27.在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
28.应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
29.参见图1，为本实用新型实施例提供的一种交流供电电路的示意性结构图。在图1所示的交流供电电路100中，包括整流电路101、继电器k1、充电电阻rt1、储能电容e1、功率电路102和保护电路103。
30.其中，整流电路101与交流供电电源连接，用于接收交流输入电压，对交流输入电压进行整流，以产生直流输入电压。
31.储能电容e1连接于整流电路101的第一输出端和第二输出端之间，用于对所述直流输入电源进行滤波。
32.继电器k1连接于整流电路101的第一输出端和储能电容e1的第一端之间，用于控制所述整流电路101与储能电容e1之间的供电路径的导通和关断。具体的，继电器k1的线圈的第一端与整流电路101的第一输出端连接，继电器k1的线圈的第二端与储能电容e1的第一端连接，继电器k1的静触点与整流电路的第一输出端连接，继电器的动触点与储能电容e1的第一端连接。
33.充电电阻rt1并联连接在继电器k1的静触点和动触点之间，用于防止刚上电时的浪涌冲击。
34.充电电阻rt1可以为热敏电阻或功率电阻，能够实现充电功能的电阻都适用本实用新型实施例。
35.功率电路102与所述储能电容e1连接，用于根据所述直流输入电压对负载供电。
36.保护电路103与功率电路102和继电器k1连接，用于在所述继电器k1处于闭合状态时，获得交流输入电压与直流输入电压之间的电压差，并在所述电压差大于设定阈值时，判定所述继电器k1闭合失效，并关闭所述功率电路，可以有效防止大电容充电电路中继电器k1闭合失效后，充电电阻rt1持续发热所引发的电路起火的安全风险。
37.进一步的，保护电路103包括交流采样单元131、直流采样单元132和控制单元133。
38.其中，交流采样单元131与所述交流供电电源连接，用于对所述交流输入电压进行采样，获得交流采样电压vac。
39.直流采样单元132与所述储能电容e1的第一端和第二端连接，用于对所述直流输入电压进行采样，获得直流采样电压vdc。
40.控制单元133与所述交流采样单元131和所述直流采样单元132连接，用于接收所述交流采样电压vac和直流采样电压vdc，并根据所述交流采样电压vac和所述直流采样电压vdc之间的电压差向所述功率电路102提供第一控制信号ctrl1。当该电压差大于所述设定阈值时，控制单元133判定继电器闭合失效，继而控制功率电路102关闭。
41.进一步的，控制单元133还用于根据所述直流采样电压向vdc所述继电器k1提供第二控制信号ctrl2，控制所述继电器k1的断开和闭合。其中，继电器k1在电路上电时默认断开，控制单元133用于在直流采样电压vdc的上升速率小于设定速率时，即直流采样电压vdc在单位时间的电压值小于设定电压值时，控制所述继电器k1闭合，并开启功率电路102。
42.如图2所示，控制单元133包括第一比较模块1331、第二比较模块1332、第一延时模块1333和第二延时模块1334。其中，第一比较模块1331用于获得所述交流采样电压vac和所述直流采样电压vdc之间的电压差，并在所述电压差大于所述设定阈值时，判定所述继电器闭合失效，并向所述功率电路提供第一状态的所述第一控制信号ctrl1，以控制所述功率电路关闭。第二比较模块1332用于将所述直流采样电压vdc的上升速率与设定速率进行比较，获得比较结果。第一延时模块1333用于在所述直流采样电压vdc的上升速率小于设定速率时，经过第一延迟时间之后向所述继电器k1提供第二控制信号ctrl2，以控制所述继电器k1闭合。第二延时模块1334用于在所述继电器k1闭合后，经过第二延迟时间之后向所述功率电路102提供第二状态的第一控制信号ctrl1，以控制所述功率电路102开启。
43.进一步的，所述保护电路103中还包括计数单元134和报警单元135。计数单元134与控制单元133连接，用于对继电器k1闭合失效的次数进行计数，获得计数值。其中，每当控制单元133判定继电器k1闭合失效，计数单元134的计数值加1。控制单元133用于在所述计数值小于设定的计数值时，尝试重启功率电路102，并继续监测交流采样电压vac与直流采样电压vdc之间的电压差。当计数值大于设定的计数值时，控制单元133不再尝试重启功率电路102，并控制系统关机。
44.报警单元135例如为蜂鸣器、指示灯或显示屏等，与控制单元133连接，控制单元133用于在每次继电器k1闭合失效时，控制报警单元135发出报警。
45.控制单元133可以通过mcu(microcontroller unit，微控制单元)实现，计数单元134和报警单元135可以同时通过集成于mcu中的模块来实现。
46.在本实用新型中，由于控制单元133在确定交流采样电压vac与直流采样电压vdc之间的电压差大于设定阈值时，会控制功率电路102关闭，从而能够在大电容充电电路的继电器k1闭合失效时及时触发保护，避免充电电阻rt1持续发热而出现电路起火等问题的发
生，提高了电路的安全性和稳定性。
47.图3示出了本实用新型提供的一种交流采样单元的示意性电路图。在一种实施例中，交流供电电源提供的是220v的2相交流电，所述交流采样单元131包括二极管d1和d2、电阻r1～r5以及电容c1。其中，二极管d1的阳极与交流供电电源的零线n连接，二极管d2的阳极与交流供电电源的火线l连接，阴极与二极管d1的阴极连接，电阻r1～r4依次连接于所述二极管d1和所述二极管d2的公共点和交流采样电压vac的输出端之间，电阻r5的第一端与电阻r3和电阻r4的公共点连接，第二端接地，电容c1的第一端与交流采样电压vac的输出端连接，第二端接地。
48.图4示出了本实用新型提供的另一种交流采样单元的示意性电路图。在另一种实施例中，交流供电电源提供的是380v的3相交流电，交流采样单元231包括二极管d3～d5、电阻r6～r10以及电容c2。其中，二极管d3的阳极与交流供电电源的相线r连接，二极管d4的阳极与交流供电电源的相线s连接，二极管d5的阳极与交流供电电源的相线t连接，阴极与二极管d3和d4的阴极连接，电阻r6～r9依次连接于所述二极管d3～d5的公共点和交流采样电压vac的输出端之间，电阻r10的第一端与电阻r8和电阻r9的公共点连接，第二端接地，电容c2的第一端与交流采样电压vac的输出端连接，第二端接地。
49.图5示出了本实用新型提供的一种直流采样单元的示意性电路图。如图5所示，直流采样单元132包括电阻r11～r15和电容c3和c4。其中，电阻r11～r14依次连接于直流输入电压dc和直流采样电压vdc的输出端之间，电容c3的第一端与直流输入电压dc连接，第二端接地，电阻r15的第一端与电阻r13和电阻r14的公共点连接，第二端接地，电容c4的第一端与直流采样电压vdc的输出端连接，第二端接地。
50.图6示出了本实用新型提供的交流供电电路的工作流程图。下面参照图1和图6对本实用新型提供的交流供电电路的工作原理进行说明。
51.在步骤s01中，电路上电，继电器k1默认断开，输入电流通过充电电阻rt1给储能电容e1充电。
52.在步骤s02中，直流采样单元132对直流输入电压进行采样，获得直流采样电压vdc，控制单元133监测直流采样电压vdc的变化。
53.在步骤s03中，判断直流采样电压vdc的上升速率是否小于设定速率。若是，则继续步骤s04；若否，则返回步骤s02。
54.在步骤s04中，经过第一延迟时间之后，控制继电器k1闭合。
55.在步骤s05中，经过第二延迟时间之后，控制功率电路102开启。
56.在步骤s06中，交流采样单元131对交流输入电压进行采样，获得交流采样电压vac，控制单元133计算交流采样电压vac的峰值，并获得其与直流采样电压vdc之间的电压差。
57.在步骤s07中，判断该电压差是否大于设定阈值。若是，继续步骤s08；若否，则返回步骤s06。
58.在步骤s08中，控制单元133判定继电器k1闭合失效，并控制功率电路102关闭，发出报警。
59.在步骤s09中，经过第三延迟时间之后，对继电器k1闭合失效的次数进行计数，获得计数值。
60.在步骤s10中，判断该计数值是否大于设定的计数值。若是，则继续步骤s11；若否，则返回步骤s04。
61.在步骤s11中，控制单元133不再尝试开启功率电路，并控制系统关机。
62.综上所述，本实用新型的交流供电电路还包括保护电路，由于保护电路在确定交流输入电压与直流输入电压之间的电压差大于设定阈值时，会控制功率电路关闭，从而能够在大电容充电电路的继电器闭合失效时及时触发保护，避免充电电阻持续发热而出现电路起火等问题的发生，提高了电路的安全性和稳定性。
63.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。