一种三相输入开关电源的高压保护装置

摘要

本发明公开了一种三相输入开关电源的高压保护装置，包括两个主继电器，两个启动电阻，交流输入电压检测、整流后直流电压检测和控制电路以及在两个启动电阻中分别串入一个常开触点的辅助继电器电路，每个辅助继电器电路包括：一个辅助继电器，一个正温度系数电阻PTC。本发明通过对交流输入高压和整流后直流高压的完善保护，可显著降低因雷击、浪涌以及其它异常导致的可靠性问题，明显提升充电桩模块的可靠性；因在启动电阻中串入了一个PTC，可以进一步做到异常损坏下的故障隔离，进一步提升可靠性。

说明书

[技术领域]

本发明涉及开关电源中三相交流输入缓启动、交流输入高压保护和直流高压保护技术领域，更具体地说，涉及一种三相交流输入缓启动、交流高压和直流高压保护装置。

[背景技术]

目前业界三相交流输入的充电桩模块，其三相交流输入缓启动电路通常如图1所示，在三相输入A相，B相和C相的任意两相输入线中各串入一个继电器，每一继电器的主触点上并联电阻，在上电后的缓启动阶段通过电阻对后面整流滤波电容进行充电，使得与此输出滤波电容相连的辅助电源及控制电路正常上电启动，在合适时间点同时闭合继电器K1和K2，实现三相交流的正常缓启动，下面对现有缓启动电路技术中存在的一些待完善之处进行具体说明。

如图1所示缓启动电路，当三相输入A相、B相和C相中因雷击、浪涌或其它原因导致异常高压时，高压将窜入整流后的电容上，虽然可以通过交流输入电压检测或整流后电容上电压检测到异常高压，从而可以做异常关机保护和告警，但是此电路不能切断与输入连接，无法将整流后电容上电压控制在允许范围内，存在损坏功率管或整流后电解电容的隐患，工程运行中已出现过因高压损坏的具体案例；此外，在工程运行中，如继电器失效或后级电路故障，启动电阻R1或R2或因功率过大，容易导致启动电阻(一般为水泥电阻)因过热而致PCB碳化损毁或导致故障进一步扩大。

[发明内容]

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种三相输入开关电源的高压保护装置。

为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种三相输入开关电源的高压保护装置，包括两个主继电器，两个启动电阻，交流输入电压检测、整流后直流电压检测和控制电路以及在两个启动电阻中分别串入一个常开触点的辅助继电器电路，每个辅助继电器电路包括：一个辅助继电器，一个正温度系数电阻PTC。

进一步地，两个常开触点的主继电器分别串入在三相输入的任意两相输入线中。

进一步地，两个辅助继电器分别和正温度系数电阻PTC并联。

进一步地，辅助继电器电路和PTC并联后的电路与启动电阻R串联。

进一步地，每个主继电器与由一个常开触点辅助继电器与一个PTC并联之后再与启动电阻串联所构成的电路相并联。

进一步地，通过三相交流输入电压和整流后直流电压的检测来进行主继电器和辅助继电器的控制，控制电路通过对主继电器和辅助继电器的开通和关断控制实现三相交流输入高压和整流后直流高压的保护。

本发明的有益效果为：

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明通过对交流输入高压和整流后直流高压的完善保护，可显著降低因雷击、浪涌以及其它异常导致的可靠性问题，明显提升充电桩模块的可靠性；因在启动电阻中串入了一个PTC，可以进一步做到异常损坏下的故障隔离，进一步提升可靠性。

[附图说明]

图1为本发明一种三相输入开关电源的高压保护装置中现有技术不足之处的电路原理图；

图2为本发明一种三相输入开关电源的高压保护装置的电路原理图；

图3为本发明一种三相输入开关电源的高压保护装置中实施例的电路原理图。

[具体实施方式]

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

依据上述技术方案，本发明的控制保护原理阐述如下：

初始上电时，经PTC串启动电阻给整流后电容充电，电容电压逐渐上升，与整流后电容相连的辅助电源启动工作，检测三相交流输入电压和整流后直流电压，维持检测和控制功能的正常工作。

当交流输入电压正常时，立即吸合两个常开触点的辅助继电器，辅助继电器吸合后便短路了与之并联的PTC，交流输入经启动电阻继续给整流后电容充电，可采取固定延时方式或判断交流输入电压与整流后电压的压差方式来同时吸合两个主继电器，整流后电压进一步上升到不控整流终点值，完成输入缓启动；经一定延时后再启动功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路工作，完成充电桩模块的缓启动。

当交流输入高压时，此时整流后直流电压应仍在正常范围内，两个辅助继电器和两个主继电器维持断开，不启动功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路，上传交流过压告警信息；继续经PTC串启动电阻给整流后电容供电，因辅助电源的工作将使得PTC迅速发热而形成高阻，输入电压基本加在PTC上，使得电容电压逐渐下降直到辅助电源都无法正常工作，实现高压输入上电时的高压防护。

在正常工作模式下，当检测到交流输入高压或整流后直流高压时，时序上立即先停止功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路，然后同时断开两个主继电器和同时断开两个辅助继电器，当直流电压回落到预定值时，再吸合两个辅助继电器，优选地也可以仅吸合某一个辅助继电器，以维持检测和控制电路的正常工作，当直流电压再次上升到预定保护值时，重新断开刚才吸合的辅助继电器，通过启动电阻给整流后电容充电，维持辅助电源电路正常工作，直到整流后直流输出电压再次过压而再次断开辅助继电器，如此反复，从而确保整流前交流电压及整流后直流电压限值在允许范围内，实现高压保护；当检测到交流输入电压和整流后直流电压都恢复正常时，则进入正常输入缓启动模式并随后恢复到正常工作模式。

当整流后部分失效或短路状态下加上三相交流电，因每一路的主继电器和辅助继电器都是常开触点，PTC串入在启动电路中因急剧发热形成高阻而实现交流输入的阻断，可以避免因大电流窜入后面电路而导致故障进一步蔓延扩大，实现故障隔离。

本发明的一种三相输入开关电源的高压保护装置，在每一路的启动电阻中串入一个常开触点的辅助继电器电路，辅助继电器和正温度系数电阻PTC并联，辅助继电器电路和PTC并联后的电路与启动电阻R串联，辅助继电器电路和PTC并联电路与启动电阻R串联后的电路再与常开触点的主继电器电路并联，辅助继电器电路和主继电器电路分别独立控制，当检测到交流输入高压或整流滤波后直流高压时，同时切断每一路的主继电器和辅助继电器，PTC串入主电路，在辅助电源正常工作情况下，PTC将迅速发热形成高阻，输入电压将基本加在PTC上，从而实现整流输入电路与交流输入阻隔，因输入电流不够从而使得整流后电压下降，当整流后直流电压下降到正常范围内某数值时，闭合辅助继电器，经启动电阻R给整流后电容充电，从而实现交流输入高压和整流后直流高压的有效防护。当整流后部分失效或短路状态下加上三相交流电，因每一路的主继电器和辅助继电器都是常开触点，PTC串入启动电路因急剧发热形成高阻而实现交流输入的阻断，可以避免因大电流窜入后面电路而导致故障进一步扩大，实现故障隔离。

实施例：

参阅图3，一种三相输入开关电源的高压保护装置，包括交流输入端INPUT_A、交流输入端INPUT_B、交流输入端INPUT_C、交流输入电压检测电路、整流后直流电压检测电路、控制电路和整流电路，交流输入端INPUT_A和交流输入端INPUT_B、交流输入端INPUT_C端均与整流电路的输入端连接，需要进行说明的是：交流输入电压检测电路、整流后直流电压检测电路、控制电路和整流电路属于本领域技术人员公知常识，同时交流输入电压检测电路、整流后直流电压检测电路、控制电路和整流电路也不是本发明需要解决的技术问题，交流输入电压检测电路、整流后直流电压检测电路、控制电路和整流电路可以根据实际需要选择相应的电路，故此不再对其电路原理作过多赘述。

参考图3，作为具体实施方式，电路整体包括串联在交流输入线中的高压防护继电器和启动电阻、整流及PFC电路、三相交流输入电压检测、整流后直流电压检测电路和信号处理控制电路。

具体的，参考图3，交流输入INPUT_A(A相)与第一常开主继电器K1的一端、第三常开辅助继电器K3的一端和第一正温度系数热敏电阻PTC1的一端连接，第一常开主继电器K1的另一端与第一启动电阻R1的一端连接构成交流输出信号PHS_A，第三常开辅助继电器K3的另一端与第一正温度系数热敏电阻PTC1的另一端和第一启动电阻R1的另一端连接；交流输入INPUT_B(B相)与第二常开主继电器K2的一端、第四常开辅助继电器K4的一端和第二正温度系数热敏电阻PTC2的一端连接，第二常开主继电器K2的另一端与第二启动电阻R2的一端连接构成交流输出信号PHS_B，第四常开辅助继电器K4的另一端与第二启动电阻R2的另一端和第二正温度系数热敏电阻PTC2的另一端连接；交流输入INPUT_C(C相)跟后面的整流电路相连，第一常开主继电器K1控制线圈的一端与第二常开主继电器K2控制线圈的一端、第三常开辅助继电器K3控制线圈的一端、第四常开辅助继电器K4控制线圈的一端、第一二极管VD1的阴极、第二二极管VD2的阴极、第三二极管VD3的阴极以及第四二极管VD4的阴极连接到VCC,第一常开主继电器K1控制线圈的另一端与第二常开主继电器K2控制线圈的另一端、第一二极管VD1的阳极以及第二二极管VD2的阳极连接到主继电器控制信号RELAY_M,第三常开辅助继电器K3控制线圈的另一端与第四常开辅助继电器K4控制线圈的另一端、第三二极管VD3的阳极以及第四二极管VD4的阳极连接到辅助继电器控制信号RELAY_F。

工作原理：

初始上电时，经PTC1串联启动电阻R1以及PTC2串联启动电阻R2进行充电，电压逐渐上升，辅助电源及控制电路正常工作，从而可以检测交流输入电压和整流后直流电压。

当交流输入电压正常时，立即同时吸合常开触点辅助继电器K3和常开触点辅助继电器K4，即同时将PTC1和PTC2分别通过辅助继电器K3和辅助继电器K4短路，输入电流经启动电阻R1和R2继续给整流后电路充电，可采取固定延时方式或判断交流输入电压与整流后电压的压差方式来同时吸合常开触点主继电器K1和常开触点主继电器K4，整流后电压进一步上升到不控整流终点值，完成输入缓启动；再经一定延时后启动功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路工作，完成充电桩模块的缓启动；

当交流输入高压时，此时整流后直流电压应仍在正常范围内，常开触点继电器K1、常开触点继电器K2、常开触点继电器K3和常开触点继电器K4都维持断开，不启动功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路，上传交流过压告警信息；继续经PTC1串启动电阻R1以及PTC2串启动电阻R2进行充电，因辅助电源的工作将使得PTC迅速发热而形成高阻，输入电压基本加在PTC上，使得电容电压逐渐下降直到辅助电源都无法正常工作，实现高压输入上电时的高压防护。

在正常工作模式下，当检测到交流输入高压或整流后直流高压时，时序上立即先停止功率因数校正(PFC)电路及后级DCDC变换电路，然后同时断开常开触点继电器K1、常开触点继电器K3和同时断开常开触点继电器K2、常开触点继电器K4，当直流电压回落到预定值时，再吸合常开触点辅助继电器K3和常开触点辅助继电器K4，优选地也可以仅吸合常开触点继电器K3和常开触点继电器K4的其中一个，以维持检测和控制电路的正常工作，当直流电压再次上升到预定保护值时，重新断开刚才吸合的常开触点继电器K3和常开触点继电器K4，如此反复，从而确保整流前交流电压及整流后直流电压限值在允许范围内，实现高压保护；当检测到交流输入电压和整流后直流电压都恢复正常时，则进入正常输入缓启动模式并随后恢复到正常工作模式。

当整流后部分失效或短路状态下加上三相交流电，因每一路的主继电器和辅助继电器都是常开触点，每个PTC串入在启动电路中因急剧发热形成高阻而实现交流输入的阻断，可以避免因大电流窜入后面电路而导致故障进一步蔓延扩大，实现故障隔离。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。