CN206099298U - 一种电源监控电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源监控电路，包括系统供电单元、系统电压转换单元、保护电压采样单元、故障检测单元、保护基准电压发生器、报警输出单元、供电电源输出单元，其中系统电压转换单元包括三只均具备第一次级绕组和第二次级绕组的变压器。本实用新型为一种适用性强，功能强大，价格较低，体积较小的三相电源监控电路，能够实现三相电源的缺相保护、过压保护、欠压保护、电压不平衡保护等功能。具有操作简便、体积小巧、可靠性高等特点，缺相的保护动作时间小于0.1秒，动作快速，可靠，性价比高，适用范围广。

Description

一种电源监控电路

技术领域

本实用新型涉及电源监控保护领域，具体涉及一种电源监控电路。

背景技术

三相负载如三相电动机在运行中偶缺某一相，电动机仍然继续运行，这样三相处于不平衡状态，电动机就会因过热而烧坏；三相变频电源在运行中输入电源缺相或电源过欠压，将造成电源母线降低或升高，IGBT等功率器件过流发热或过压损坏，系统供电发热损坏等异常现象。因此三相负载都需要具备缺相保护功能、输入过欠压保护等功能。同理，单相负载或单相变频电源、直流电源也存在输入过欠压的检测保护需求。

如图8所示，目前现有的缺相保护电路主要是A、B、C三相通过R101～R109这9只电阻，形成一组平衡电路，并与N线电压进行比较，通过二极管D23进行半波整流，确保光耦U17的输入电压为正；当输入正常时，电压平衡，光耦U17不动作，引脚U17-3为低电平，比较器U13B输出为低电平，不报警；当输入缺相时，电源不平衡，光耦U17动作，引脚U17-3为高电平，比较器U13B输出为高电平，输出报警信号；由于使用光耦等开关器件，只能实现缺相保护、三相严重不平衡保护，无法实现过欠压保护。

目前，简单的缺相保护电路可以实现缺相或不平衡保护，但是无法实现过欠压的保护，并且应用于变频电源内部时，需要外加直流电源供电，无法实现上电前的检测保护，容易引起保护不一致、存在电压适用范围较小的问题；而改进的缺相保护板由于原理或工艺的问题，可靠性较低；市场上也有采用检测波形的方法，但是存在干扰、无法实现过欠压保护等缺点，且价格普遍较高。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种集缺相保护、过欠压保护、声光报警显示功能于一体电源监控保护电路。

为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为：一种电源监控电路，包括系统供电单元、系统电压转换单元、保护电压采样单元、故障检测单元、保护基准电压发生器、报警输出单元、供电电源输出单元，其中系统电压转换单元包括三只均具备第一次级绕组和第二次级绕组的变压器，三个第一次级绕组为系统供电绕组分别通过整流桥后并联为系统供电单元供电，三个第二次级绕组为采样测量绕组分别经保护电压采样单元后输出被监控信号，被监控信号与保护基准电压发生器产生的过压保护基准值、欠压保护基准值共同输入故障检测单元，故障检测单元产生保护信号，保护信号输入报警输出单元和供电电源输出单元。当任何一相缺相或过欠压，都可以保证三个第一次级绕组分别通过整流桥后并联产生的转换电压处于工作电压范围内，维持保护系统正常工作。

所述的系统供电单元包括一开关电源，其输入端输入三个第一次级绕组分别通过整流桥后并联输出的转换电压，其输出端输出供电电压。本实用新型使用宽输入范围的开关类电源器件代替线性稳压电路。

所述的保护电压采样单元包括三相相同采样电路，具体为第二次级绕组通过整流桥后将电压整流为半波波形然后经双T带阻滤波电路输出采样电压的有效值，最后经滤波电容滤波后输出被监控信号。

所述的保护基准电压发生器包括一三端基准电源芯片，三端基准电源芯片产生过压保护基准值和欠压保护基准值。三端基准电源芯片的基准电压值为2.5V，精度1％，可以满足保护电路的需求；根据实际过压、欠压保护值的需求，通过调整与三端基准电源芯片连接的电阻实现保护参考值的调节，增强了电路设计的灵活性。

所述的故障检测单元包括三个相相同比较单元，具体为每个比较单元包含两组比较器；被监控信号分别输入第一组比较器的低电平输入端和第二组比较器的高电平输入端，所述第一组比较器高电平输入端输入三端基准电源芯片产生过压保护基准值，所述的第一组比较器低电平输入端输入三端基准电源芯片产生欠压保护基准值；六组比较器的输出经与门电路并滤波后驱动三极管，三极管的集电极输出保护信号。

所述的报警输出单元包括蜂鸣器报警电路和指示灯报警电路。

所述的供电电源输出单元具体为：保护信号输入三极管基极，三极管集电极接有继电器线圈，继电器用于控制其中一相电压输出与中性线线是否组成回路。

本实用新型为一种适用性强，功能强大，价格较低，体积较小的三相电源监控电路，能够实现三相电源的缺相保护、过压保护、欠压保护、电压不平衡保护等功能。具有操作简便、体积小巧、可靠性高等特点，缺相的保护动作时间小于0.1秒，动作快速，可靠，性价比高，适用范围广。

附图说明

图1是系统供电单元电路图；

图2是系统电压转换单元和保护电压采样单元电路图；

图3是故障检测单元电路图；

图4是保护基准电压发生器电路图；

图5是蜂鸣器报警电路图；

图6是指示灯报警电路图；

图7是供电电源输出单元电路图；

图8为现有的缺相保护电路图。

具体实施方式

一种电源监控电路，包括系统供电单元、系统电压转换单元、保护电压采样单元、故障检测单元、保护基准电压发生器、报警输出单元、供电电源输出单元，其中如图2所示，系统电压转换单元包括三只均具备第一次级绕组和第二次级绕组的变压器T1、T2、T3，三个第一次级绕组为系统供电绕组分别通过整流桥B1、B3、B5后并联输出转换电压ZL+为系统供电单元供电，三个第二次级绕组为采样测量绕组分别经保护电压采样单元后输出被监控信号UINA、UINB、UINC，被监控信号UINA、UINB、UINC与保护基准电压发生器产生的过压保护基准值、欠压保护基准值共同输入故障检测单元，故障检测单元产生保护信号BH，保护信号BH输入报警输出单元和供电电源输出单元。所述的保护电压采样单元包括三相相同采样电路，以A-B相为例，7V电压首先经过整流桥B2整流为100Hz半波波形，经电容C19滤波，后级为R21、R22、R24、R25、C16、C18、C21、C22组成的双T带阻滤波电路，输出为采样测量电压的有效值，经过电容C20滤波后、输出平滑的被监控信号UINA。B-C相、A-C相工作原理同A-B相同，输出平滑的被监控信号UINB、UINC。

如图1所示，所述的系统供电单元包括一开关电源U1，其Gnd端、on/off端接地，其输入端输入三个第一次级绕组分别通过整流桥后并联输出的转换电压ZL+并经两个并联的电容C2和电容C3接地，其Fback端经电容C4接地，其输出端经二极管D3接地并经电感L1输出12V供电电压，电感L1经并联的电容C4、电容C5接地。

如图4所示，所述的保护基准电压发生器具体为：系统供电单元输出的12V供电电压经串联的电阻R11、电阻R12、电阻R13接地，三端基准电源芯片S2的ANODE端接地，REF端接至电阻R12、电阻R13之间，CATHODE端接至电阻R11、电阻R12之间并经串联的电阻R16、电阻R17接地。其中三端基准电源芯片S2的XX端取过压保护基准值8.4V，电阻R16、电阻R17之间取欠压保护基准值5.6V。根据实际过压、欠压保护值的需求，通过调整R12、R13、R16、R17电阻实现保护参考值的调节，增强了电路设计的灵活性。

如图3所示，所述的故障检测单元包括三个相相同比较单元IC1、IC2、IC3，具体为每个比较单元包含两组比较器分别为：IC1A、IC1B、IC2A、IC2B、IC3A、IC3B；以被监控信号UINA为例，被监控信号UINA分别输入第一组比较器的低电平输入端和第二组比较器的高电平输入端，所述第一组比较器高电平输入端输入三端基准电源芯片S2产生过压保护基准值8.4V，所述的第一组比较器低电平输入端输入三端基准电源芯片S2产生欠压保护基准值5.6V；六组比较器的输出端均接有发光二极管并经由二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、电阻R19组成的与门电路并经电阻R20滤波电容C17滤波后驱动三极管N4，三极管N4的集电极输出保护信号BH。

当输入电压UA-B、UB-C、UA-C处于正常工作电压范围内时，UINA、UINB、UINC幅值处于5.6V～8.4V之间，比较器输出均为高电平；当输入电压UA-B、UB-C、UA-C中的一相、两相或三相电压高于额定电压20％时，被监控信号UINA、UINB、UINC升高，超过8.4V时，会引起比较单元IC1、IC2、IC3的第一组比较器动作，低电平输入端电压高于高电平输入端电压，输出信号翻转变成低电平输出，从而与门电路输出为低电平，如果时间较短或仅为电平干扰，低电平信号会被电阻R20、滤波电容C17组成的滤波电路吸收，从而避免引起误动作，如果确实发生过压，则三极管N4的基极电平变低，三极管N4的集电极输出位高电平，从而驱动后级的报警电路；同时，第一组比较器输出端为低电平时，发光二极管LED1、LED3、LED5导通点亮，发出过压指示标志。

当输入电压UA-B、UB-C、UA-C中的一相、两相或三相电压低于额定电压20％时，被监控信号UINA、UINB、UINC降低，低于5.6V时，会引起比较单元IC1、IC2、IC3的第二组比较器动作，低电平输入端电压高于高电平输入端电压，输出信号翻转变成低电平输出，从而与门电路输出为低电平，如果时间较短或仅为电平干扰，低电平信号会被电阻R20、滤波电容C17组成的滤波电路吸收，从而避免引起误动作，如果确实发生过压，则三极管N4的基极电平变低，三极管N4的集电极输出位高电平，从而驱动后级的报警电路；同时，第二组比较器输出端为低电平时，发光二极管LED2、LED4、LED6导通点亮，发出欠压指示标志。

当输入电源缺相或不平衡时，输入电压UA-B、UB-C、UA-C中电压将发生掉电或电压偏移，从而触发故障报警。

所述的报警输出单元包括蜂鸣器报警电路和指示灯报警电路。所述的供电电源输出单元具体为：保护信号输入三极管基极，三极管集电极接有继电器线圈，继电器用于控制其中一相电压输出与中性线线是否组成回路。

当输入电源异常时，电路将发出声光报警信号，供电电源输出断开，如图5所示，保护信号BH的高电平经过电阻R4驱动三极管N1，三极管N1导通，蜂鸣器LS1发出报警声音；如图6所示，保护信号BH信号的高电平经过电阻R6驱动三极管N2，三极管N2导通，红色报警指示灯点亮，发出报警灯光；如图7所示，保护信号BH的高电平无法驱动三极管N3，从而继电器JD1不动作，B相压被切断无法输出，系统供电断电；同时发光二极管LED7作为继电器动作指示灯，也随之熄灭；

当电源输入正常时，电路正常工作，供电电源输出到负载端，如图5所示，保护信号BH为低电平，三极管N1、三极管N2关断，蜂鸣器LS1停止报警声音；红色报警指示灯熄灭；保护信号BH的低电平通过电阻R7驱动三极管N3，三极管N3导通，从而继电器JD1动作，B相电压输出与中性线N线组成回路，为交流、直流电源设备提供系统供电电源，同时发光二极管LED7作为继电器动作指示灯，也随之点亮，方便维护和检修。

Claims (6)

1.一种电源监控电路，其特征在于：包括系统供电单元、系统电压转换单元、保护电压采样单元、故障检测单元、保护基准电压发生器、报警输出单元、供电电源输出单元，其中系统电压转换单元包括三只均具备第一次级绕组和第二次级绕组的变压器，三个第一次级绕组为系统供电绕组分别通过整流桥后并联为系统供电单元供电，三个第二次级绕组为采样测量绕组分别经保护电压采样单元后输出被监控信号，被监控信号与保护基准电压发生器产生的过压保护基准值、欠压保护基准值共同输入故障检测单元，故障检测单元产生保护信号，保护信号输入报警输出单元和供电电源输出单元。

2.根据权利要求1所述的电源监控电路，其特征在于：所述的系统供电单元包括一开关电源，其输入端输入三个第一次级绕组分别通过整流桥后并联输出的转换电压，其输出端输出供电电压。

3.根据权利要求1或2所述的电源监控电路，其特征在于：所述的保护电压采样单元包括三相相同采样电路，具体为第二次级绕组通过整流桥后将电压整流为半波波形然后经双T带阻滤波电路输出采样电压的有效值，最后经滤波电容滤波后输出被监控信号。

4.根据权利要求3所述的电源监控电路，其特征在于：所述的保护基准电压发生器包括一三端基准电源芯片，三端基准电源芯片产生过压保护基准值和欠压保护基准值。

5.根据权利要求4所述的电源监控电路，其特征在于：所述的故障检测单元包括三个相相同比较单元，具体为每个比较单元包含两组比较器；被监控信号分别输入第一组比较器的低电平输入端和第二组比较器的高电平输入端，所述第一组比较器高电平输入端输入三端基准电源芯片产生过压保护基准值，所述的第一组比较器低电平输入端输入三端基准电源芯片产生欠压保护基准值；六组比较器的输出经与门电路并滤波后驱动三极管，三极管的集电极输出保护信号。

6.根据权利要求5所述的电源监控电路，其特征在于：所述的供电电源输出单元具体为：保护信号输入三极管基极，三极管集电极接有继电器线圈，继电器用于控制其中一相电压输出与中性线线是否组成回路。