CN103490376A - 用于单相电源系统的过压欠压保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单相电源系统的过压欠压保护装置。该系统包括：直流电源单元、整流单元、采样单元、过压判断延时单元、欠压判断延时单元和断路器触发单元。其中，过压判断延时单元为带延时的第一电压检测芯片；欠压判断延时单元包括：不带延时的电压检测芯片、带一可控开关的RC充电电路和带延时的第二电压检测芯片。本发明实施例中通过三个电压检测芯片实现过欠压判断延时，可节约过压欠压保护装置的成本。

Description

用于单相电源系统的过压欠压保护装置

技术领域

本发明涉及配电系统供电领域，特别是一种用于单相电源系统的过压欠压保护装置。

背景技术

在工业及家用的实际应用中，单相电源系统易受外界因素的影响而出现过压或欠压的问题，而过压或欠压情况的出现又可能会对负载造成一定的损坏，并造成一定的经济损失。因此需要在单相电源系统出现过压或欠压时，利用断路器等切断单相电源系统的通路，以对电路进行保护。

图1示出了三相电源系统的过压欠压保护装置的通用结构示意图。如图1所示，该系统主要包括：直流电源单元10、整流单元20、采样单元30、过压判断单元40、过压延时单元50、欠压判断单元60、欠压延时单元70和断路器触发单元80。

其中，直流(DC)电源单元10用于输出稳定的直流电源。具体可以是对单相电源系统的电压输出进行降压及稳压处理后，产生稳定的直流电源。或者，DC电源单元10也可对单相电源系统经整流单元20处理后的电压输出进行降压及稳压处理后，产生稳定的直流电源。或者，DC电源单元10也可以由其它方式产生，如电池等。

整流单元20用于对单相电源系统A的电压输出进行整流，并得到直流电压输出。

采样单元30用于对整流后的直流电压输出进行降压或降压滤波处理后，得到对应的采样电压信号。

过压判断单元40由所述直流电源单元10供电，并用于将当前输入的采样电压信号与一过压参考信号进行比较，并在当前输入的采样电压信号高于过压参考信号时，输出过压信号。

过压延时单元50用于对所述过压判断单元40的输出进行第一设定时间的延时输出，在所述过压判断单元40输出过压信号的时间达到所述第一设定时间时，输出触发信号，控制所述断路器触发单元80触发单相电源系统回路中的断路器的线圈动作，使断路器断开。

欠压判断单元60由所述直流电源单元10供电，并用于将当前输入的采样电压信号与一欠压参考信号进行比较，并在当前输入的采样电压信号低于欠压参考信号时，输出欠压信号。

欠压延时单元70用于对所述欠压判断单元60的输出进行第二设定时间的延时输出，在所述欠压判断单元60输出欠压信号的时间达到所述第二设定时间时，输出触发信号，控制所述断路器触发单元80触发单相电源系统回路中的断路器的线圈动作，使断路器断开。

目前，在实现上述单相电源系统的过压欠压保护装置时，一些产品主要采用运放来实现上述的过压判断单元40、过压延时单元50和断路器触发单元80。例如，采用四个运放，两个运放分别实现过压判断单元40和欠压判断单元60，两个运放分别实现断路器触发单元80中的过压延时触发和欠压延时触发。

此外，本领域内的技术人员仍然在致力于寻找其他的解决方案，以期在实现单相电源系统的过压欠压保护时，尽量降低过压欠压保护装置的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种用于单相电源系统的过压欠压保护装置，用以降低单相电源系统的过压欠压保护装置的成本。

本发明提出的用于单相电源系统的过压欠压保护装置，包括：直流电源单元、整流单元、采样单元、过压判断延时单元、欠压判断延时单元和断路器触发单元，其中：

直流电源单元用于提供稳定的直流电源；

所述整流单元用于将所述单相电源系统的电压输出由交流转换为直流后输出；

所述采样单元用于对经所述整流单元整流后的电压输出进行采样，并输出采样电压信号；

所述过压判断延时单元为带延时的第一电压检测芯片，用于判断当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第一设定时间的延时，并在该第一设定时间内判断当前输入的采样电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则输出触发信号；

所述欠压判断延时单元包括：不带延时的电压检测芯片、带第一可控开关的RC充电电路和带延时的第二电压检测芯片；所述不带延时的电压检测芯片用于判断当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则输出正常状态信号，并在当前输入的采样电压信号不低于自身的检测电压时，维持该正常状态信号；否则，不输出该正常状态信号；所述带可控开关的RC充电电路在所述不带延时的电压检测芯片输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于闭合状态，所述RC充电电路不充电，在所述不带延时的电压检测芯片不输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于断开状态，所述RC充电电路由所述直流电源单元充电，并输出对应的检测电压信号；所述带延时的第二电压检测芯片用于判断当前输入的检测电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第二设定时间的延时，并在该第二设定时间内判断当前输入的检测电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则输出触发信号；

所述断路器触发单元80用于在接收到所述过压判断延时单元或者所述欠压判断延时单元输出的触发信号时，使得所述单相电源系统回路中的断路器的线圈动作。

在本发明的一个实施方式中，所述直流电源单元通过对单相电源系统的电压输出进行分压及稳压后产生。

在本发明的一个实施方式中，所述直流电源单元包括一阈值判断单元，用于对所述单相电源系统的电压输出进行判断，在所述电压输出低于设定的低压阈值时，使所述直流电源单元输出0电压或小于稳定值的电压；在所述电压输出高于设定的低压阈值时，使所述直流电源单元输出稳定值电压。

在本发明的一个实施方式中，所述直流电源单元包括：由串联连接的至少一个限流电阻构成的第一限流电阻、第一稳压管、储能电容和第二稳压管；所述第一限流电阻的一端与整流单元的输出端相连，另一端与第一稳压管的反向端相连；所述第一稳压管的正向端分别与所述储能电容的一端以及所述第二稳压管的反向端相连，所述储能电容的另一端以及所述第二稳压管的正向端接地；其中，所述第二稳压管的反向端为所述直流电源单元的输出端；所述第一稳压管在所述整流单元输出的电压信号低于设定的低压阈值时，不导通；在所述整流单元输出的电压信号高于设定的低压阈值时，导通。

在本发明的一个实施方式中，所述欠压判断延时单元进一步包括：第一分压电路，用于对来自采样单元的采样电压信号进行分压处理后输出给所述不带延时的电压检测芯片；所述不带延时的电压检测芯片用于判断当前输入的分压后的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则输出所述正常状态信号，并在当前输入的分压后的采样电压信号不低于自身的检测电压时，维持该正常状态信号；否则，不输出所述正常状态信号。

在本发明的一个实施方式中，所述采样单元包括：第二分压电路、滤波电路和第一二极管；

所述第二分压电路用于对经所述整流单元整流后的单相电源系统的电压输出进行分压处理，得到采样电压信号；

所述滤波电路用于对所述分压电路得到的采样电压信号进行滤波，将得到的滤波后的采样电压信号输出；

所述第一二极管位于所述分压电路与所述滤波电路之间，用于防止所述滤波电路中的电流反向流动；

所述第一分压电路包括：由串联连接的至少一个分压电阻构成的第一分压电阻、和由串联连接的第二二极管和至少一个分压电阻构成的第二分压电阻；所述第一分压电阻的一端与所述采样单元的输出相连，另一端与所述第二分压电阻的一端相连，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第二分压电阻的非接地端为所述第一分压电路的输出端；所述第二二极管用于对所述第一二极管因温度变化引起的压降变化进行补偿。

所述带第一可控开关的RC充电电路包括：第一可控开关、第二限流电阻、第三限流电阻、第一充电电容和第一放电电阻；

所述第一可控开关的一个连接端通过第二限流电阻与所述直流电源单元的输出端相连，另一个连接端接地，所述第一可控开关的控制端通过第三限流电阻与所述不带延时的电压检测芯片的输出端相连；所述第一充电电容和第一放电电阻并联连接，且一端通过所述第二限流电阻与所述直流电源单元的输出端相连，另一端接地。

在本发明的一个实施方式中，所述第一可控开关为第一三极管或NMOS管。

在本发明的一个实施方式中，所述系统进一步包括：信号隔离、取或单元，用于对所述过压判断延时单元和所述欠压判断延时单元的输出分别进行隔离并集中到一点，在其中的任一输出为触发信号时，将触发信号输出给所述断路器触发单元。

在本发明的一个实施方式中，所述断路器触发单元包括：第二可控开关、第四限流电阻、第五限流电阻、第二充电电容、第二放电电阻和晶闸管；

所述第二可控开关的一个连接端通过第四限流电阻与所述直流电源单元的输出端相连，另一个连接端分别与第二充电电容、第二放电电阻的一端以及晶闸管的控制端相连，所述第二可控开关的控制端通过第五限流电阻与所述信号隔离、取或单元的输出端相连；所述第二充电电容和第二放电电阻的另一端接地；所述晶闸管用于在导通时控制单相电源系统回路中的断路器的线圈动作。

在本发明的一个实施方式中，所述第二可控开关为第二三极管或NMOS管。

在本发明的一个实施方式中，所述系统进一步包括：连接在所述单相电源系统的零线和火线之间的压敏电阻，用于对所述过压欠压保护装置进行浪涌保护。

从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中利用一个带延时的电压检测芯片来实现过压判断单元和过压延时单元的功能，利用一个不带延时的电压检测芯片和一个带延时的电压检测芯片来实现欠压判断单元和欠压延时单元的功能，从而降低了单相电源系统的过压欠压保护装置的成本。

进一步地，本发明实施例中，通过使得直流电源单元对所述整流单元输出的电压信号进行稳压处理时，在所述整流单元输出的电压信号低于设定的低压阈值时，输出0电压或小于稳定值的电压；在所述整流单元输出的电压信号高于设定的低压阈值时，输出稳定值电压。进而可使得欠压判断延时单元中不带延时的电压检测芯片U1在较低电压的情况下输出第二信号时，由于此时直流电源单元输出0电压或低于稳定值的电压，因此对欠压判断延时单元中的RC充电电路充电后，其仅会输出0检测电压信号或低于带延时的第二电压检测芯片的解除电压的检测电压信号，使得带延时的第二电压检测芯片不输出触发信号。这样一来，就可避免现有技术中的如下问题：即由于断路器本身的机械特性，当单相电源系统的电压低于一定值时，如50V或40V等，若过压欠压系统一直输出表示欠压的触发信号，但断路器的脱扣器却没有足够的能量完成脱扣的机械动作，即断路器不能断开，这样就造成断路器线圈在长时间内有大电流通过，进而会导致线圈损坏甚至引起火灾等危害。

此外，对于采样单元中存在防止电流反向的二极管的情况，通过在欠压判断延时单元设置用于进行温度补偿的二极管，可以最大程度的保证欠压判断延时单元的判断准确性。

另外，通过在欠压判断延时单元的RC充电电路中设置滤波电容，可以防止干扰信号对不带延时的电压检测芯片的输出信号进行干扰，引起欠压判断延时单元中第一可控开关的误动作。

此外，通过在所述单相电源系统的零线N和火线L之间设置压敏电阻，可以对所述过压欠压保护装置进行浪涌保护。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为单相电源系统的过压欠压保护装置的通用结构示意图。

图2为本发明实施例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的示例性结构图。

图3为本发明一个实施例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。

图4为本发明又一个实施例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。

图5为对应图4所示实施例的一个示例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。

图6为对应图3所示实施例的一个示例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。

其中，附图说明如下：

10-直流电源单元 20-整流单元 30-采样单元 40-过压判断单元 50-过压延时单元 60-欠压判断单元 70-欠压延时单元 80-断路器触发单元 90-过压判断延时单元100-欠压判断延时单元 110-信号隔离、取或单元

具体实施方式

本发明实施例中，为降低单相电源系统的过压欠压保护装置的成本，考虑采用价格低廉的带延时的电压检测芯片来实现过欠压判断单元和过欠压延时单元。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图2为本发明实施例中用于单相电源系统的过压欠压保护装置的示例性结构图。图3为本发明一个实施例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。如图2所示，该系统包括：直流电源单元10、整流单元20、采样单元30、过压判断延时单元90、欠压判断延时单元100和断路器触发单元80。

其中，直流电源单元10用于提供稳定的直流电源。具体实现时，直流电源单元10可以是对单相电源系统的电压输出进行降压及稳压处理后，产生稳定的直流电源。此时，直流电源单元10可直接与单相电源系统的电压输出相连，也可通过整流单元20与单相电源系统的电压输出相连。或者，直流电源单元10也可以由其它方式产生，如电池等。

本实施例中，直流电源单元10是与整流单元20相连，对经整流单元20处理后的电压输出进行降压及稳压处理后，产生稳定的直流电源。具体实现时，该直流电源单元10可有多种内部结构。图3中示出了其中一种。即该直流电源单元10可包括：由串联连接的至少一个限流电阻R1、R2、R3构成的第一限流电阻、储能电容C1和稳压管Z2。其中，所述第一限流电阻的一端与整流单元20的输出端相连，另一端分别与所述储能电容C1的一端以及所述稳压管Z2的反向端相连，所述储能电容C1的另一端以及所述稳压管Z2的正向端接地；其中，所述稳压管Z2的反向端为所述直流电源单元10的输出端。

整流单元20用于将所述单相电源系统的电压输出由交流转换为直流后输出。具体实现时，整流单元20可以为半波整流，也可以为全波整流。

采样单元30用于对经所述整流单元20整流后的电压输出进行采样，并输出采样电压信号。具体实现时，采样单元30可以是对整流单元20输出的电压信号进行降压处理或降压滤波处理，得到采样电压信号。

过压判断延时单元90为带延时的第一电压检测芯片U3，用于判断管脚5当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第一设定时间的延时，并在该第一设定时间内判断当前输入的采样电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则由管脚4输出触发信号Gate1。该触发信号Gate1例如为高电平。否则，若在该第一设定时间内当前输入的采样电压信号低于自身的检测电压，则管脚4不输出触发信号，即例如为低电平。

其中，带延时的第一电压检测芯片U3的解除电压高于其检测单元。

欠压判断延时单元100包括：不带延时的电压检测芯片U1、带第一可控开关的RC充电电路101和带延时的第二电压检测芯片U2。其中，不带延时的电压检测芯片U1用于判断管脚2当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则由管脚1输出正常状态信号Out，通常为高电平；并在当前输入的采样电压信号不低于自身的检测电压时，维持该正常状态信号Out；否则，该管脚1不输出该正常状态信号Out，即此时通常为低电平。带第一可控开关的RC充电电路101在所述不带延时的电压检测芯片U1输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于闭合状态，所述RC充电电路101不充电，在所述不带延时的电压检测芯片U1不输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于断开状态，所述RC充电电路101由所述直流电源单元10充电，并输出对应的检测电压信号。带延时的第二电压检测芯片U2用于判断管脚5当前输入的检测电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第二设定时间的延时，并在该第二设定时间内判断当前输入的检测电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则由管脚4输出触发信号Gate2，例如为高电平。否则，若在该第二设定时间内当前输入的采样电压信号低于自身的检测电压时，则管脚4不输出触发信号Gate2，即例如为低电平。

其中，不带延时的电压检测芯片U1的解除电压高于其检测电压，带延时的第二电压检测芯片U2的解除电压高于其检测电压。

断路器触发单元80用于在接收到所述过压判断延时单元90或者所述欠压判断延时单元100输出的触发信号时，使得所述单相电源系统回路中的断路器的线圈动作。

具体实现时，本发明实施例中为了进一步降低过压欠压保护装置的成本，可使过压判断延时单元90和欠压判断延时单元100共用断路器触发单元80中的元器件，为此，本发明实施例中的过压欠压保护装置可进一步如图3所示，包括一信号隔离、取或单元110，用于对所述过压判断延时单元90和所述欠压判断延时单元100的输出分别进行隔离并集中到一点，在其中的任一输出为触发信号时，将触发信号输出给所述断路器触发单元80。

具体实现时，该信号隔离、取或单元110可包括两个二极管D7、D8。其中，一个二级管D7的正极与高压判断延时单元90的输出端相连，另一个二极管D8的正极与低压判断延时单元100的输出端相连；两个二极管D7、D8的负极连接在一起后作为所述信号隔离、取或单元110的输出端与断路器触发单元80的输入端相连。

实际应用中，由于某些断路器的线圈(脱扣线圈)本身的机械特性，当单相电源系统的电压低于一定值时，如50V或40V等，虽然用于欠压判断的元件，如欠压判断延时单元100，一直输出表示欠压的触发信号，但断路器的脱扣线圈却没有足够的能量完成脱扣的机械动作，即断路器不能断开，这样就造成断路器线圈在长时间内有大电流通过，进而会导致线圈损坏甚至引起火灾等危害。

为了解决这个问题，本发明又一个实施例中决定在单相电源系统的电压低于一定值时，如50V或40V等，使用于欠压判断的元件，如欠压判断延时单元100，不输出表示欠压的触发信号，这样一来，断路器线圈中就不会长时间内有大电流通过，避免了线圈损坏及火灾等危害。

为此，直流电源单元10可包括一阈值判断单元，用于对单相电源系统的电压输出进行判断，在所述电压输出低于设定的低压阈值时，使所述直流电源单元10输出0电压或小于稳定值的电压；在所述电压输出高于设定的低压阈值时，使所述直流电源单元10输出稳定值电压。其中，该阈值判断单元例如可以是稳压二极管或者其他具有阈值判断功能的器件。

图4为本发明又一个实施例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。如图4所示，本实施例中，在图3所示系统的基础上，使得直流电源单元10对所述整流单元20输出的电压信号进行稳压处理时，在所述整流单元20输出的电压信号低于设定的低压阈值时，所述直流电源单元10输出0电压或小于稳定值的电压；在所述整流单元20输出的电压信号高于设定的低压阈值时，所述直流电源单元10输出稳定值电压。这样在欠压判断延时单元100中不带延时的电压检测芯片U1输出第二信号，且所述RC充电电路101由所述直流电源单元10充电时，由于此时直流电源单元10输出0电压或低于稳定值的电压，因此所述RC充电电路101会输出0检测电压信号或低于带延时的第二电压检测芯片U2的解除电压的检测电压信号，使得带延时的第二电压检测芯片不输出触发信号。

具体实现时，本实施例中的直流电源单元10在对整流单元20输出的电压信号利用稳压电路进行稳压处理之前，可利用一稳压管Z1作为阈值判断单元对整流单元20输出的电压信号进行过滤，即当整流单元20输出的电压信号低于设定的低压阈值时，该稳压管Z1不导通；在整流单元20输出的电压信号高于设定的低压阈值时，该稳压管Z1导通。这样一来，当单相电源系统的电压低于该设定的低压阈值时，如50V或40V或30V等，经直流电源单元10稳压后会输出0电压或小于稳定值的电压。

如图4所示，本直流电源单元10可具体包括：由串联连接的至少一个限流电阻R1、R2构成的第一限流电阻、第一稳压管Z1、储能电容C1和第二稳压管Z2。其中，所述第一限流电阻的一端与整流单元20的输出端相连，另一端与第一稳压管Z1的反向端相连；所述第一稳压管Z1的正向端分别于所述储能电容C1的一端以及所述第二稳压管Z2的反向端相连，所述储能电容C1的另一端以及所述第二稳压管Z2的正向端接地；其中，所述第二稳压管Z2的反向端为所述直流电源单元10的输出端。

具体实现时，本发明实施例中带第一可控开关的RC充电电路101可有多种具体实现形式。图2至图4中仅示出了其中一种。具体包括：第一可控开关K1、第二限流电阻R12、第三限流电阻R11、第一充电电容C4、第一放电电阻R13和滤波电容C11。其中，第一可控开关K1的一个连接端通过第二限流电阻R12与所述直流电源单元10的输出端相连，另一个连接端接地，所述第一可控开关K1的控制端通过第三限流电阻R11与所述不带延时的电压检测芯片U1的输出端相连；所述第一充电电容C4和第一放电电阻R13并联连接，且一端通过所述第二限流电阻R12与所述直流电源单元10的输出端相连，另一端接地；所述滤波电容C11一端通过第三限流电阻R11与所述不带延时的电压检测芯片U1的输出端相连，另一端接地。其中，滤波电容C11用于防止干扰信号对不带延时的电压检测芯片U1的输出信号进行干扰，引起第一可控开关K1的误动作。实际应用中，若该干扰信号可以忽略，则滤波电容C11可以省略。

具体实现时，第一可控开关K1可以为三级管，也可以为NMOS管等。

较佳地，本发明实施例中不带延时的电压检测芯片U1的解除电压低于带延时的第一电压检测芯片U3的解除电压，例如，不带延时的电压检测芯片U1的解除电压可以为2V，带延时的第一电压检测芯片U3的解除电压可以为4V等。此外，带延时的第一电压检测芯片U3和带延时的第二电压检测芯片U2可以为相同型号的电压检测芯片，且二者可具有相同的解除电压，这样方便元器件的采购。

下面列举两个示例分别对基于图4和图3所示的单相电源系统的过压欠压保护装置的一种具体实现进行详细描述。

示例一

图5为对应图4所示实施例的一个示例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。如图5所示，在但相电源系统火线L、零线N的回路中串联有断路器L1的线圈Coil。

本示例中，整流单元20采用的是全波整流，即利用四个二极管D1、D2、D3、D4对单相电源系统的电压输出进行全波整流。

本示例中的直流电源单元10的内部结构与图3中的内部结构一致，此处不再赘述。

本示例中的采样单元30包括：一分压电路、一滤波电路和第一二极管D5。

其中，分压电路用于对经所述整流单元20整流后的单相电源系统的电压输出进行分压处理，得到采样电压信号。具体地，该分压电路包括：由串联的至少一个分压电阻R4、R5、R6构成的第一分压电阻、由串联连接的至少一个分压电阻R18、R7构成的第二分压电阻。其中，第一分压电阻的一端与整流单元20的输出端相连，另一端与第二分压电阻相连，第二分压电阻的另一端接地。第二分压电阻的非接地端为所述分压电路的输出端。具体实现时，第一分压电阻可以用一个电阻或其它个数的电阻实现。同样，第二分压电阻也可以用一个电阻或其它个数的电阻实现。

滤波电路用于对所述分压电路得到的采样电压信号进行滤波，将得到的滤波后的采样电压信号输出。具体实现时，该滤波电路可包括一滤波电容C2和一放电电阻R8，且该滤波电容C2和该放电电阻R8并联连接。

第一二极管D5位于所述分压电路与所述滤波电路之间，用于防止所述滤波电路中的采样电压信号反向。第一二极管D5的正极与分压电路的输出端相连，负极与滤波电路的一端相连，滤波电路的另一端接地。其中，滤波电路的非接地端为所述采样单元30的输出端。

本示例中，在分压电路中可进一步包括一个稳压管Z3，该稳压管Z3与第二分压电阻并联连接，用于对过压欠压保护装置进行浪涌保护。当然，若具体实现时滤波电容C2设置的足够大时，该用于浪涌保护的稳压管Z3可以省略。

本示例中的过压判断延时单元90的内部结构与图2和图3中的内部结构一致，此处不再赘述。

本示例中的欠压判断延时单元100中在不带延时的电压检测芯片U1之前进一步包括一个分压电路。实际应用中，可根据不带延时的电压检测芯片U1和带延时的电压检测芯片U2的具体选取情况来确定是否需要该分压电路。例如，若选取的不带延时的电压检测芯片U1和带延时的电压检测芯片U2的组合，使得不带延时的电压检测芯片U1的解除电压值和检测电压值在当前的采样电压信号下能满足要求，则无需该分压电路。若不能满足要求，则可对当前的采样电压信号利用该分压电路进行电压的调整，使得不带延时的电压检测芯片U1的解除电压值和检测电压值在调整后的电压信号下能满足要求。

本示例中，该分压电路包括：由串联连接的至少一个分压电阻R19、R9构成的第一分压电阻、和由串联连接的第二二极管D6和至少一个分压电阻R10构成的第二分压电阻。其中，所述第一分压电阻的一端与所述采样单元30的输出相连，另一端与所述第二分压电阻的一端相连，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第二分压电阻的非接地端为所述分压电路的输出端。其中，第二二极管D6用于对所述第一二极管D5因温度变化引起的压降变化进行温度补偿。实际应用中，若可忽略该温度变化引起的第一二极管D5的压降变化，则该第二二极管可以省略。

此外，该分压电路中可包括：一个滤波电容C3，用于对分压后的采样电压信号进行滤波，并将滤波后的采样电压信号输出给不带延时的电压检测芯片U1。

本示例中，欠压判断延时单元100中的第一可控开关K1采用三极管Q1实现。欠压判断延时单元100中的其它结构及实现与图2和图3中的描述一致，此处不再赘述。

本示例中的信号隔离、取或单元110的内部结构与图3中的描述一致，此处不再赘述。

本示例中的断路器触发单元80主要采用晶闸管T1实现。该断路器触发单元80的内部结构具体包括：第二可控开关、第四限流电阻R15、第五限流电阻R14、第二充电电容C5、第二放电电阻R16和晶闸管T1。其中，第二可控开关的一个连接端通过第四限流电阻R15与所述直流电源单元10的输出端相连，另一个连接端分别与第二充电电容C5、第二放电电阻R16的一端以及晶闸管T1的控制端相连，所述第二可控开关的控制端通过第五限流电阻R14与所述信号隔离、取或单元110的输出端相连；所述第二充电电容C5和第二放电电阻R16的另一端接地；所述晶闸管T1用于在导通时控制单相电源系统回路中的断路器的线圈L1 Coil动作。在图5所示的例子中，优选地，断路器的脱扣线圈L1 Coil与晶闸管T1串联连接到单项电源的输出L和N上。这样当T1导通时，脱扣线圈L1 Coil会短时内获得大电流，从而执行脱扣动作，并进而通过机械方式促使断路器动作。图5仅仅给出了脱扣线圈和触发单元的一种连接方式。然而本发明提出的保护装置可以适应于多种不同的触发设计而不限于图5所示情况，这一点对于本领域技术人员而言是显而易见的。

此外，本示例中的过压欠压保护装置中进一步包括一个连接在所述单相电源系统的零线N和火线L之间的压敏电阻R17，用于对所述过压欠压保护装置进行浪涌保护。

本实发明实施例中通过在直流电压单元以及采样单元等电路中采用多个子电阻组成一个限流电阻或分压电阻，可以充分利用有限的狭窄空间，并且降低系统功耗，实现更好的散热面积。

本示例中的过压欠压保护装置的工作流程如下：

当输入的单相交流电压大于0V，低于一定值时，即低于预定低压值(如30V)，此时处于欠压状态，稳压管Z1不导通，稳压管Z2两端电压为0V，当输入的单相交流电压继续增大，但仍小于一定值时(如40V)，稳压管Z1开始导通，稳压管Z2两端电压小于一定值，即VCC电压为0或小于一定值，不带延时的电压检测芯片U1的电压输入端子VDD的电压低于电压检测芯片U1的解除电压，电压检测芯片U1不输出高电平，三极管Q1处于截止状态，由于VCC电压为0或小于一定值，所以带延时的电压检测芯片U2的电压输入端子VDD的电压也为0或小于它的解除电压，此时电压检测芯片U2不输出高电平，晶闸管T1不导通，没有大电流流过线圈。

当输入交流电压逐渐增大时，此时仍处于欠压状态，稳压管Z1导通，直流电源单元10的电压足够大，电压检测芯片U1的电压输入端子VDD的电压低于电压检测芯片U1的解除电压，电压检测芯片U1不输出高电平，三极管Q1处于截止状态，稳压管Z2两端电压开始增大，VCC电压开始增大，此时电压检测芯片U2电压输入端子VDD的电压开始增大，电压检测芯片U2的电压输入端子VDD的电压大于电压检测芯片U2的解除电压，并在一段时间内不低于电压检测芯片U2的检测电压，此时电压检测芯片U2输出高电平，此时晶闸管T1导通，大电流通过线圈，断路器的脱扣器机构动作。

当输入交流电压继续增大，此时处于正常状态，电压检测芯片U1的电压输入端子VDD的电压大于电压检测芯片U1的解除电压，电压检测芯片U1输出高电平，三极管Q1处于导通状态，此时电压检测芯片U2电压输入端子VDD的电压为0，电压检测芯片U2不输出高电平。此时电压检测芯片U3的电压输入端子VDD的电压小于电压检测芯片U3的检测电压，此时电压检测芯片U3不输出高电平，此时晶闸管T1不导通，没有大电流流过线圈。

当输入交流电压继续增大，此时处于过压状态，电压检测芯片U3的电压输入端子VDD的电压大于电压检测芯片U3的解除电压，并在一段时间内不低于电压检测芯片U3的检测电压，此时电压检测芯片U3输出高电平，此时晶闸管T1导通，大电流通过线圈，断路器的脱扣器机构动作。

示例二

图6为对应图3所示实施例的一个示例中的单相电源系统的过压欠压保护装置的结构示意图。如图6所示，该示例中将图5中的稳压管Z1替换为限流电阻R3，而其他结构一致。

本示例中的过压欠压保护装置的工作流程如下：

当输入的单相交流电压大于0V，且低于欠压参考值时，此时处于欠压状态，稳压管Z2两端电压逐渐增大到稳定值，不带延时的电压检测芯片U1的电压输入端子VDD的电压低于电压检测芯片U1的解除电压，电压检测芯片U1不输出高电平，三极管Q1处于截止状态，带延时的电压检测芯片U2的电压输入端子VDD的电压大于它的解除电压，并在一段时间内不低于电压检测芯片U2的检测电压，此时电压检测芯片U2输出高电平，晶闸管T1导通，大电流通过线圈，断路器的脱扣器机构动作。

当输入交流电压继续增大，此时处于正常状态，电压检测芯片U1的电压输入端子VDD的电压大于电压检测芯片U1的解除电压，电压检测芯片U1输出高电平，三极管Q1处于导通状态，此时电压检测芯片U2电压输入端子VDD的电压为0，电压检测芯片U2不输出高电平。此时电压检测芯片U3的电压输入端子VDD的电压小于电压检测芯片U3的检测电压，此时电压检测芯片U3不输出高电平，此时晶闸管T1不导通，没有大电流流过线圈。

当输入交流电压继续增大，此时处于过压状态，电压检测芯片U3的电压输入端子VDD的电压大于电压检测芯片U3的解除电压，并在一段时间内不低于电压检测芯片U3的检测电压，此时电压检测芯片U3输出高电平，此时晶闸管T1导通，大电流通过线圈，断路器的脱扣器机构动作。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于单相电源系统的过压欠压保护装置，包括：直流电源单元(10)、整流单元(20)、采样单元(30)、过压判断延时单元(90)、欠压判断延时单元(100)和断路器触发单元(80)，其中：

所述直流电源单元(10)用于提供稳定的直流电源；

所述整流单元(20)用于将所述单相电源系统的电压输出由交流转换为直流后输出；

所述采样单元(30)用于对经所述整流单元(20)整流后的电压输出进行采样，并输出采样电压信号；

所述过压判断延时单元(90)为带延时的第一电压检测芯片(U3)，用于判断当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第一设定时间的延时，并在该第一设定时间内判断当前输入的采样电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则输出触发信号，其中解除电压高于检测电压；

所述欠压判断延时单元(100)包括：不带延时的电压检测芯片(U1)、带第一可控开关的RC充电电路(101)和带延时的第二电压检测芯片(U2)，

其中所述不带延时的电压检测芯片(U1)用于判断当前输入的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则输出正常状态信号，并在当前输入的采样电压信号不低于自身的检测电压时，维持该正常状态信号；否则，不输出该正常状态信号；

所述带可控开关的RC充电电路(101)在所述不带延时的电压检测芯片(U1)输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于闭合状态，所述RC充电电路(101)不充电，在所述不带延时的电压检测芯片(U1)不输出所述正常状态信号时，所述第一可控开关处于断开状态，所述RC充电电路(101)由所述直流电源单元(10)充电，并输出对应的检测电压信号；

所述带延时的第二电压检测芯片(U2)用于判断当前输入的检测电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则启动第二设定时间的延时，并在该第二设定时间内判断当前输入的检测电压信号是否不低于自身的检测电压，如是，则输出触发信号；

所述断路器触发单元(80)用于在接收到所述过压判断延时单元(90)或者所述欠压判断延时单元(100)输出的触发信号时，使得所述单相电源系统回路中的断路器的线圈动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流电源单元(10)通过对单相电源系统的电压输出进行分压及稳压后产生。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述直流电源单元(10)包括一阈值判断单元，用于对所述单相电源系统的电压输出进行判断，在所述电压输出低于设定的一低压阈值时，使所述直流电源单元(10)输出0电压或小于一稳定值的电压；在所述电压输出高于设定的低压阈值时，使所述直流电源单元(10)输出稳定值电压。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述直流电源单元(10)包括：由串联连接的至少一个限流电阻(R1，R2)构成的第一限流电阻、第一稳压管(Z1)、储能电容(C1)和第二稳压管(Z2)；所述第一限流电阻的一端与整流单元(20)的输出端相连，另一端与第一稳压管(Z1)的反向端相连；所述第一稳压管(Z1)的正向端分别与所述储能电容(C1)的一端以及所述第二稳压管(Z2)的反向端相连，所述储能电容(C1)的另一端以及所述第二稳压管(Z2)的正向端接地；其中，所述第二稳压管(Z2)的反向端为所述直流电源单元(10)的输出端；所述第一稳压管(Z1)在所述整流单元(20)输出的电压信号低于设定的低压阈值时，不导通；在所述整流单元(20)输出的电压信号高于设定的低压阈值时，导通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述欠压判断延时单元(100)还包括：第一分压电路，用于对来自采样单元(30)的采样电压信号进行分压处理后输出给所述不带延时的电压检测芯片(U1)；所述不带延时的电压检测芯片(U1)用于判断当前输入的分压后的采样电压信号是否高于自身的解除电压，如高于，则输出所述正常状态信号，并在当前输入的分压后的采样电压信号不低于自身的检测电压时，维持该正常状态信号；否则，不输出所述正常状态信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述采样单元(30)包括：第二分压电路、滤波电路和第一二极管(D5)；

所述第二分压电路用于对经所述整流单元(20)整流后的单相电源系统的电压输出进行分压处理，得到采样电压信号；

所述滤波电路用于对所述分压电路得到的采样电压信号进行滤波，将得到的滤波后的采样电压信号输出；

所述第一二极管(D5)位于所述分压电路与所述滤波电路之间，用于防止所述滤波电路中的电流反向流动；

所述第一分压电路包括：由串联连接的至少一个分压电阻(R19，R9)构成的第一分压电阻、和由串联连接的第二二极管(D6)和至少一个分压电阻(R10)构成的第二分压电阻；所述第一分压电阻的一端与所述采样单元(30)的输出相连，另一端与所述第二分压电阻的一端相连，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第二分压电阻的非接地端为所述第一分压电路的输出端；所述第二二极管(D6)用于对所述第一二极管(D5)因温度变化引起的压降变化进行补偿。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述带第一可控开关的RC充电电路(101)包括：第一可控开关(K1)、第二限流电阻(R12)、第三限流电阻(R11)、第一充电电容(C4)和第一放电电阻(R13)；

所述第一可控开关(K1)的一个连接端通过第二限流电阻(R12)与所述直流电源单元(10)的输出端相连，另一个连接端接地，所述第一可控开关(K1)的控制端通过第三限流电阻(R11)与所述不带延时的电压检测芯片(U1)的输出端相连；所述第一充电电容(C4)和第一放电电阻(R13)并联连接，且一端通过所述第二限流电阻(R12)与所述直流电源单元(10)的输出端相连，另一端接地。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一可控开关(K1)为第一三极管(Q1)或NMOS管。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：信号隔离、取或单元(110)，用于对所述过压判断延时单元(90)和所述欠压判断延时单元(100)的输出分别进行隔离并集中到一点，在其中的任一输出为触发信号时，将触发信号输出给所述断路器触发单元(80)。

10.根据权利要求9所示的系统，其特征在于，所述断路器触发单元(80)包括：第二可控开关、第四限流电阻(R15)、第五限流电阻(R14)、第二充电电容(C5)、第二放电电阻(R16)和晶闸管(T1)；

所述第二可控开关的一个连接端通过第四限流电阻(R15)与所述直流电源单元(10)的输出端相连，另一个连接端分别与第二充电电容(C5)、第二放电电阻(R16)的一端以及晶闸管(T1)的控制端相连，所述第二可控开关的控制端通过第五限流电阻(R14)与所述信号隔离、取或单元(110)的输出端相连；所述第二充电电容(C5)和第二放电电阻(R16)的另一端接地；所述晶闸管(T1)用于在导通时控制单相电源系统回路中的断路器的线圈(L1 Coil)动作。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二可控开关(K2)为第二三极管(Q2)或NMOS管。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：连接在所述单相电源系统的零线和火线之间的压敏电阻(R17)，用于对所述过压欠压保护装置进行浪涌保护。

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