一种高压直流恒流输入的过压保护系统的制作方法

本实用新型涉及高压直流恒流输电技术领域，特别涉及一种高压直流恒流输入的过压保护系统。

背景技术：

当今的高压直流恒压输电应用已非常广泛，而高压直流恒流输电的应用才刚开始发展，因此关于高压直流恒流输电的应用相对较少，相关的技术资料也较少。目前的高压直流恒流输电在使用的过程中，由于输电线缆很长，使得高压直流恒流输电容易受到外界的干扰，导致输电线缆上的电压产生较大的电压尖峰，从而对使用设备产生危害。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高压直流恒流输入的过压保护系统，该系统可以把输入的过电压尖峰能量吸收掉，保护后级终端设备不受大浪涌电压的冲击，有效保护了后级终端设备。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种高压直流恒流输入的过压保护系统，包括辅助电源电路、基准电压电路、电压检测电路、过压检测电路、驱动电路和能量吸收电路，其中，

辅助电源电路连接传输高压电的正、负极母线，辅助电源电路连接基准电压电路、过压检测电路和驱动电路，并分别向基准电压电路、过压检测电路和驱动电路提供由输入的高压电转换而成的低压辅助电；

基准电压电路产生基准电压，基准电压电路连接过压检测电路，并将基准电压发送给过压检测电路；

电压检测电路连接正、负极母线，电压检测电路产生低电压信号，电压检测电路连接过压检测电路并向其发送低电压信号；

过压检测电路通过驱动电路连接能量吸收电路，能量吸收电路连接正、负极母线，过压检测电路产生驱动信号并将其发送给驱动电路，且通过驱动电路驱动能量吸收电路。

优选的，辅助电源电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第一电容和第一mos管；

其中，第一电阻一端连接正极母线，另一端连接第一mos管的栅极，第一mos管的栅极还同时连接第一稳压二极管的阴极，第一稳压二极管的阳极连接负极母线；第二电阻一端连接正极母线，另一端连接第一mos管的漏极；第二稳压二极管的阴极连接第一mos管的源极，第二稳压二极管的阳极连接负极母线；第三电阻一端连接正极母线，另一端连接第一mos管的源极；第一mos管的源极连接基准电压电路；第一电容一端连接第一mos管的源极和基准电压电路，另一端连接负极母线。

优选的，基准电压电路包括电压基准芯片、第二电容、第四电阻和第五电阻，电压基准芯片的输入接口连接辅助电源电路，电压基准芯片的接地接口连接负极母线，电压基准芯片的输出接口通过第四电阻连接至过压检测电路，以及通过依次连接的第二电容和第五电阻连接至过压检测电路，第二电容和第五电阻均连接至负极母线。

优选的，电压检测电路包括第六电阻、第七电阻和第三电容，正极母线和负极母线之间通过串联的第六电阻和第七电阻连接，其中，第六电阻连接正极母线，第七电阻连接负极母线，第三电容与第七电阻并联且第三电容一端连接负极母线，另一端连接第七电阻、第六电阻以及过压检测电路。

优选的，过压检测电路包括比较器、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻；

其中，比较器的反相输入端通过第八电阻连接基准电压电路，比较器的同相输入端通过第九电阻连接电压检测电路，比较器的输出端连接驱动电路和通过第十一电阻连接辅助电源电路，以及通过第十电阻连接比较器的同相输入端。

优选的，驱动电路包括驱动放大器、第十二电阻和第十三电阻，驱动放大器的输入端通过第十二电阻连接过压检测电路，驱动放大器的输出端通过第十三电阻连接能量吸收电路。

优选的，能量吸收电路包括第十四电阻、第十五电阻和第二mos管，第二mos管的漏极通过第十四电阻连接正极母线，第二mos管的栅极连接驱动电路和通过第十五电阻连接负极母线，第二mos管的源极连接负极母线。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型提供了一种高压直流恒流输入的过压保护系统，通过该系统可以检测到输入线上的电压，当电压突然增大到保护值时，可以把输入的过电压尖峰能量吸收掉，保护后级终端设备不受大浪涌电压的冲击，从而有效地保护了后级终端设备，确保后级终端设备的使用安全。

(2)本实用新型过压保护系统由纯硬件电路构成，相对于采用单片机作判断的电路，具有器件少，可靠性高的优点，因为单片机要写入一定的程序，在使用过程中，有几率会发生程序卡死，受干扰单片机重启，受干扰单片机进入其它程序的可能，故采用纯硬件电路就没有上述故障的存在，可以大大提高电路的可靠性。

(3)本实用新型过压保护系统由纯硬件电路构成，器件的选择很多，可以选用全国产器件，以满足特定场合100％国产化器件的需求，而采用单片机电路，要达到优秀的性能，目前还很难找到合适的全国产器件。

(4)本实用新型过压保护系统由纯硬件电路构成，在国产器件的选择上，有很多-55℃至125℃温度范围内的器件可供选择，环境适应性好，可极大的拓展使用场合，并可满足特定场合的使用需求。而单片机电路则很难选到-55℃至125℃温度范围内的器件，而且成本也非常高，环境适应性也较差。

(5)现有的其它辅助电源电路方案，因为功率较大，电路要外加一路辅助电，使用极不方便，而本实用新型的辅助电源由于是从输入通过非隔离转换而来，辅助电源电路不用外加一路辅助电，因此使用更方便，整个过压保护电路的接线也更简单，只需接两根线(输入正极、输入负极)即可工作。

附图说明

图1是本实用新型高压直流恒流输入的过压保护系统的原理框图。

图2是实施例过压保护系统的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种高压直流恒流输入的过压保护系统，如图1所示，包括辅助电源电路、基准电压电路、电压检测电路、过压检测电路、驱动电路和能量吸收电路。

其中，辅助电源电路连接传输高压电的正、负极母线，用于将输入的高电压转换成低压辅助电。辅助电源电路连接基准电压电路、过压检测电路和驱动电路，并将低压辅助电供给基准电压电路、过压检测电路和驱动电路使用。

基准电压电路用于产生基准电压，基准电压电路连接过压检测电路，并将基准电压发送给过压检测电路以进行过压信号的比较判断。

电压检测电路连接传输高压电的正、负极母线，用于检测输入电压，并把高电压信号转换为低电压信号，电压检测电路连接过压检测电路并向其发送低电压信号。

过压检测电路通过驱动电路连接能量吸收电路，过压检测电路用于接收电压检测电路送来的低电压信号和基准电压电路送来的基准电压，然后将两者进行比较判断，从而发出驱动信号去控制驱动电路。

驱动电路用于接收驱动信号，将其进行电压和功率的匹配放大后，驱动能量吸收电路。

能量吸收电路连接正极母线和负极母线，能量吸收电路用于接收驱动电路送来的驱动信号，从而驱动自身的开关器件，把输入的过电压能量吸收掉，保护后级终端设备不受大电压尖峰的冲击。

具体来说，如图2所示，辅助电源电路包括第一电阻r3、第二电阻r4、第三电阻r5、第一稳压二极管z1、第二稳压二极管z2、第一电容c1和第一mos管q1。

其中，第一电阻一端连接正极母线(vin+)，另一端连接第一mos管的栅极，第一mos管的栅极还同时连接第一稳压二极管的阴极，第一稳压二极管的阳极连接负极母线(vin-)；第二电阻一端连接正极母线，另一端连接第一mos管的漏极；第二稳压二极管的阴极连接第一mos管的源极，第二稳压二极管的阳极连接负极母线；第三电阻一端连接正极母线，另一端连接第一mos管的源极；第一mos管的源极连接基准电压电路，且向其输出辅助电压vcc；第一电容一端连接第一mos管的源极和基准电压电路，另一端连接负极母线。这里，第一mos管采用n沟道mos管。

在本实施例中，第一电阻r3为大阻值电阻(即阻值为1m以上的电阻)，与第一稳压二极管z1共同作用，为第一mos管q1提供静态栅极电压；第三电阻r5为大阻值电阻，与第二稳压二极管z2、第一电容c1共同作用，在整个保护电路没有进入过压保护状态时，提供静态的稳定供电电压。由于r5为大阻值电阻，则静态的功率损耗很低。第二电阻r4为中阻值电阻(即阻值为1k～1m的电阻)，与q1、c1共同作用，在整个保护电路进入过压保护状态时，提供动态的、较大功率的稳定供电电压，供过压检测电路、基准电压电路和驱动电路使用。在过压保护时，由于能量吸收电路工作，会把输入电压拉低，通过r4、q1、c1共同作用，还可以提供足够的辅助电压给其它电路使用，在整个保护电路没有进入过压保护状态时，由于z2的电压高于z1的电压，故r4、q1不导通，不产生功率损耗。可见，本实施例辅助电源电路充分考虑了保护电路的各种工作状态，并尽可能提高了效率。

如图2所示，基准电压电路包括电压基准芯片u3、第二电容c2、第四电阻r6和第五电阻r7，电压基准芯片的输入接口连接辅助电源电路中第一mos管的源极，以接入辅助电压vcc；电压基准芯片的接地接口连接负极母线，电压基准芯片的输出接口通过第四电阻连接至过压检测电路，以及通过依次连接的第二电容和第五电阻连接至过压检测电路，第二电容和第五电阻均连接至负极母线。

基准电压电路的工作原理为：辅助电压vcc经过电压基准芯片u3得到基准电压，第二电容c2对基准电压进行滤波，从而得到品质非常高的基准电压，然后通过第四电阻r6和第五电阻r7进行分压，得到最终的基准电压vref给过压检测电路使用。

如图2所示，电压检测电路包括第六电阻r1、第七电阻r15和第三电容c3，正极母线和负极母线之间通过串联的第六电阻和第七电阻连接，其中，第六电阻连接正极母线，第七电阻连接负极母线，第三电容与第七电阻并联且第三电容一端连接负极母线，另一端连接第七电阻、第六电阻以及过压检测电路。

电压检测电路的原理为：第六电阻r1和第七电阻r15用来检测输入电压，并把输入电压转换为低电压信号，送到过压检测电路进行处理。c3为滤波电容，r1和c3组成rc滤波电路，对低电压信号进行滤波，滤掉干扰引起的电压尖峰和超短时间内的输入电压尖峰，只允许通过较长时间内的电压尖峰，然后把低电压信号送到过压检测电路进行处理，从而吸收输入电线上的较长时间和较大能量的电压尖峰。

如图2所示，过压检测电路包括比较器u1、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第十一电阻r11。其中，比较器u1的电源引脚连接辅助电源电路中第一mos管的源极，以接入辅助电压vcc，比较器u1的接地引脚连接负极母线；比较器的反相输入端通过第八电阻连接基准电压电路中的第四电阻r6和第五电阻r7，以获取基准电压vrff；比较器的同相输入端通过第九电阻连接电压检测电路中第三电容用于连接第七电阻及第六电阻的一端，以获取低电压信号；比较器的输出端连接驱动电路和通过第十一电阻连接辅助电源电路中第一mos管的源极，比较器的输出端还通过第十电阻连接比较器的同相输入端。

过压检测电路的工作原理为：比较器u1通过第九电阻r9接收电压检测电路送来的低电压信号，通过第八电阻r8接收基准电压电路送来的基准电压vrff，然后将低电压信号和基准电压vrff进行比较判断，从而发出驱动信号去控制驱动电路；第十一电阻r11为比较器u1输出端的上拉电阻；r10为比较器u1的滞回电阻，用于防止u1误动作。

如图2所示，驱动电路包括驱动放大器u2、第十二电阻r12和第十三电阻r13，驱动放大器u2的电源引脚连接辅助电源电路中第一mos管的源极，以接入辅助电压vcc，驱动放大器u2的接地引脚连接负极母线；驱动放大器的输入端通过第十二电阻连接过压检测电路中的比较器输出端和第十一电阻r11，驱动放大器的输出端通过第十三电阻连接能量吸收电路。

驱动电路的工作原理为：驱动电路通过第十二电阻r12接收过压检测电路送来的驱动信号，驱动放大器u2对驱动信号进行电压和功率的匹配放大后，通过第十三电阻r13向能量吸收电路输出功率驱动信号，以驱动能量吸收电路。这里的u2是作为能量吸收电路中开关管件(即q2)的驱动放大器，主要作用是进行功率匹配驱动。

如图2所示，能量吸收电路包括第十四电阻r2、第十五电阻r14和第二mos管q2，第二mos管的漏极通过第十四电阻连接正极母线，第二mos管的栅极连接驱动电路中的第十三电阻r13，和通过第十五电阻连接负极母线，第二mos管的源极连接负极母线。这里，第二mos管采用n沟道mos管。

能量吸收电路的工作原理为：能量吸收电路接收驱动电路送来的功率驱动信号，从而驱动自身的第二mos管q2，输入的电压尖峰能量通过第十四电阻r2和第二mos管q2，并把能量消耗在第十四电阻r2上，保护后级终端设备不受电压尖峰的冲击，从而有效地保护了后级终端设备。电阻r14为第二mos管q2的静态栅极保护电阻，保护第二mos管q2不受静电的影响从而误导通。

本实施例过压保护系统可加在终端设备的输入端口前，通过吸收输电线上的较大能量的电压尖峰，从而保护终端设备不受电压尖峰的危害，有效地保护了后级终端设备，提高终端设备的可靠性。

另外，本实施例过压保护系统还可以与常规的tvs管、防雷管、压敏电阻等一起工作，tvs管、防雷管、压敏电阻等并接在正极母线和负极母线上，即这些元件的一端均连接正极母线，另一端均连接负极母线，高电压、超短时的电压尖峰由常规的tvs管、防雷管、压敏电阻吸收，而稍低一点的电压的、较长时间的电压尖峰则由本实施例过压保护系统吸收，共同构成一个更为完善的电压尖峰吸收电路。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。