缺相和错相保护电路的设计

空调过欠压、缺相、相序保护电路原理与检修.1.电源过欠压电路原理与检修电源过欠压电路原理。

过欠压电路可分为三种电源过欠压电路原理。

过欠压电路可分为三种::第一种是将采样电压直接送入单片机进行比控制；第二种是通过比较器将基准与采样电压进行比较，然后输入单片机进行过欠压控制；第三种是通过比较器将采样电压与基准电压进行比较后，通过继电器直接进行过欠压控制。

第一种过欠压电路如图第一种过欠压电路如图11所示，电路中，所示，电路中，B B 为变压器，为变压器，DB1DB1DB1为全桥，为全桥，为全桥，R1R1R1、、R2R2为分压电阻为分压电阻为分压电阻，，C 为滤波电容。

为滤波电容。

220V 220V 经变压器降压、经变压器降压、DB1DB1DB1整流、整流、整流、R1R1R1限流、限流、限流、R2R2R2分压后，经电容分压后，经电容C 滤波送入滤波送入单单片机进行比较制。

当电源电压过高或过低时，由于采样电路只整流不稳压，所以直流输出电压也随之变化，此电压经单片机内部分析后，然后确定是否进行过欠压控制。

第二种过欠压电路如图第二种过欠压电路如图22所示，它与图所示，它与图11相比较，整流电路完全相同，其主要区别是增加了一级比较电路，而不是直接送入单片机比较。

其中W1,L W1,LM324M324M324的的8、9、1010脚和外围元件组成欠压保护脚和外围元件组成欠压保护脚和外围元件组成欠压保护电电路。

其中W2.W2.L L M324M324的的1212、、1313、、1414脚和外围供基准电压，脚和外围供基准电压，R1R1～～R4R4、、R13R13、、R14R14为分压电阻，为分压电阻，VD1VD1、、VD2为耦合二极管。

电源电压正常时，电源电压正常时，W1W1W1输出电压使输出电压使L M394M394的的9脚电位大于脚电位大于101010脚电位，其脚电位，其脚电位，其88脚输出低电平，脚输出低电平，单单片机判断电源电压正常。

三相缺相检测电路的原理分析三相缺相检测电路的原理分析本部事业部电源开发部付应红前⾔：对于使⽤三相交流电的⽤电设备，⼀个最基本的可靠性保护功能就是三相输⼊缺相检测功能，当三相输⼊中任何⼀相电压缺相时，该电路模块输出缺相告警信号。

通过对告警信号的处理，保证了对⽤电设备的安全保护。

⼀、⼯作原理1、电路原理图原理图如图1所⽰：图1 电路原理图2、⼯作原理其⼯作原理如下：当三相输⼊电压正常时，其三相输⼊相电压波形如图2所⽰，为便于分析，将⼀个电源周期分为6等份，如图2所⽰T1、T2、T3、T4、T5、T6。

在这六个区间，三相电源之间的关系如表1所⽰：T1 T2 T3 T4 T5 T6三相电源之间的关系U A>U C>U B U A>U B>U C U B>U A>U C U B>U C>U A U C>U B>U A U C>U A>U B图2 三相正常时检测电路波形图在区间T1内，U A >U C >U B ，A 相电压最⼤，B 相电压最⼩，因此，在图1中的光藕D1和⼆极管VD5导通，此时，控制信号U C 为低电平，当时间从T1进⼊T2区间时，U A >U B >U C ，A 相电压最⼤，C相电压最⼩，因此，在图1中的光藕D1和⼆极管VD4导通，控制信号U C 为低电平，如此类推，在区间T3、T4、T5、T6时，控制信号U C 均为低电平，所以，在⼀个电源周期内，控制信号U C 为低电平，也就是说，当三相输⼊电压正常时（不缺相），控制信号U C ⼀直为低电平，从⽽使缺相告警信号PHFL 为低电平，表⽰输⼊正常。

当三相输⼊电压缺相时，其检测电路波形图如图3所⽰，图3 三相缺C 相时检测电路波形图由于缺C 相时，线电压只有U AB ⼀相，当U AB 在过零点附近时，光藕D1不导通，U C其余⼆个光藕也不导通，此时，控制信号U C 为⾼电平，从⽽使缺相告警信号PHFL 为⾼电平，表⽰输⼊缺相，送ECU 处理。

三相交流电源缺相保护电路张海涛Ξ(长沙学院物电系,湖南长沙410003) 摘　要:介绍了一个主要由峰值检波器和脉冲宽度鉴别器构成的三相交流电源缺相保护电路.当三相交流电源出现缺相或某相电压过低时,电路动作切断电源,保护用电设备,并发出报警信号.关键词:三相交流电源;缺相;峰值检波器;脉冲宽度鉴别器中图分类号:TN710 文献标识码:A 文章编号:1671-119X(2005)01-0016-04 目前世界上电力系统所采用的供电方式,绝大多数是三相制[1].所谓三相制,就是由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电的体系.这是由于三相制在发电、输电和用电方面都有许多优点.三相电源一般是由三个同频率、等幅值和初相依次相差120°的正弦电压源按一定的方式连接而成.这组电压源称为对称三相电源,依次称为A相、B相和C相,分别记为U A、U B、U C.U A(t)=U PMcosωtU B(t)=U PMcos(ωt-120°)U B(t)=U PMcos(ωt+120°)它们的波形和向量如下图1:(a)波形 (b)向量图1　三相电压源的波形和向量图 在实际电路中,由于种种原因会出现缺少相序的情况,该情况称之为缺相.如缺少U A,或U B,或U C.电机在缺少相序的情况下不能启动工作,或者工作不稳定甚至烧毁.为了保护用电设备,特此设计电路在缺相时(相电压过低也视为缺相)起保护及报警作用.1　设计思想考虑到三相电源为交变电源,若正常时U A、U B、U C峰值电压出现为等间隔时间,通常在电路中把时间表示转换为脉冲表示,因而把三个峰值表示为三个脉冲形式,如此转换电路可使用峰值检波器[2].如果出现缺相的情况,即缺少峰值,那么脉冲宽度将变宽.考虑到这样的现象,使用脉冲宽度检测便能判断出是否缺相.大致方框图如图2所示.图2　脉冲宽度检测框图2　功能模块实现(1)实现峰值检波部分工作原理如图3所示.该峰值检波器由电压比较器μA760与电容C、电阻R、二极管D组成.V I加在比较器的同相输入端,此时比较器输出高电平,反第15卷第1期2005年3月 湖南工程学院学报Journal of Hunan Institute of EngineeringVo1.15.No.1Mar.2005Ξ收稿日期:2004-06-048作者简介:张海涛(1972-),男,讲师,研究方向:微电子与固体电子.相输入端的电容C 经过二极管、电阻充电到输入信号的峰值.但由于比较器的输入偏流及二极管的漏电流,电容器上的电压在非充电时间内缓慢放电,故在同相端的输入信号到达峰值那一时刻,比较器才有高电平输出.这样在比较器的输出端出现了一串反映峰值的脉冲信号.图3　峰值检波器(2)脉冲宽度鉴别部分 工作原理如图4所示:该鉴别器由比较器与运算放大器及电容、电阻、N 沟道的J FET 管组成.Vi 加在运放的反相输入端,如果J FET 栅极为低电平,那么J FET 处于截止状态,JFET 截止.则Vi 对电容C充电,电容C 两端电压VC 上升,由于V c =(Vi/RC )T ,若令V c <V2比较器输出高电平;充电时间持续到J FET 栅极发生电平翻转,J FET 栅极发生电平翻转,此时J FET 导通,电容C 通过J FET源极漏及开始放电,电容C 两端电压V c0快速下降,V c0<V 2比较器输出仍为高电平.如此反复对电容充电放电.图4　鉴别器3　功能模块仿真测试为进一步证实设计思想的正确性,我们通过计算机辅助电子线路设计软件来帮助我们对该电路进行检测.本文中的所有电路图都是通过Protel [3]制作.以下就便通过Pspice 仿真各功能模块电路如图5所示:通过对各部分的模拟伪真后,发现设计思路基本可行,并无很大的误差,基本能实现设想的情况,对缺相情况时能起到保护作用.图5　整体电路方框图71第1期 张海涛:三相交流电源缺相保护电路 4　外围辅助电路部分411　集成稳压电源此外,我们还要为电路提供供电用的和比较使用的集成稳压源[4],它是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备.其输出电压大小基本上不受电网电压、负载及环境温度的变化而影响.在本电路中需要两种独立提供稳定电压的电路,第一种是给集成块供电用的电压源,另一种是具有精密电压的供比较器作比较时用的基准电压源.(1)供电电压源我们选取CW317,这是一种三端式集成稳压器,它是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的.这种稳压器是鉴于许多电子仪器仪表要求稳定的固定输出电压而设计的.它只有3个外部引出端子:输入端、输出端、公共端.使用灵活方便.它的性能指标是:电压调整率为0.005%～0.02%/V ,电流调整率为0.1%～1.0%,纹波抑制比为-65～-85db.其电路设计的特点是使集成片的输入电流几乎全部流到输出端,流到公共端的电流非常小,一般为50～100μA ,当负载电流从10mA 变化到额定值时或从3V 输入到最大的额定输入电压时,其公共端可调整节点电流的变化量为0.2～5μA.基于集成芯片这一特点,可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压器或稳流器电路.它的应用电路如图6:图6　供电电压源的应用电路(2)基准电压源我们选用MAX873,这是一种采用激光修正的低功耗、低温漂、精密带隙基准电压源,广泛用于便携数字仪表、数据采集系统、A/D 或D/A 转换器中.MAX873可输出2.500V 的基准电压,最在允许偏差为+—115mV ;低温漂,电压温度系数的典型值为3×10-6℃,最大也不超过7×10-6℃;电源电压范围宽,为+415～18V ,最大工作电流为10mA ;低功耗,静态电流为280μA.它的应用电路如图7:利用TRIM 端能对基准电压进行微调,调节范围是+—4%;在此电路中,C 为消噪电容,取0.1μf ;RP1为100K 精密多圈电位器,对输出电压微调,调节范围是+—95mV ;RP2为20K 精密多圈电位器,调整RP2可获得0～2.5V 的任意基准电压值.图7　MAX873基准电压源的应用电路4.2　控制报警部分作为三相电机电源缺相保护的一部分,当电源出现问题的时候,它必须能够在第一时刻切断电路,以保护电机不受损伤;并且要能够及时发出信号提醒操作者,不管是可见的还是可闻的.我们可以采用双向可控硅组成电子开关,来控制三相交流电源的通断;另外只用一个红色L ED 开关来报警,当然我们可以另加一个音乐芯片.可控硅[5](SCR )是一种三端可控器件,实现了弱电对强电的控制.它体积小、重量轻、效率高、寿命长、无噪声、无磨损、维修方便,在工业上应用广泛.可控硅可用作电子开关,以代替触点交流接触器使用.应用交流场合的可控硅器件,我们可以选用双向可控硅,这是因为它具有双向可控的优点.双向可控硅的管心是用N 型硅单晶片的两面三刀侧扩散形成PN P ,再在两面三刀端设置PN 结,形成N PN PN 五层结构的三极管.它在两个方向均能触发.它用作电子开关时的应用电路如图8所示:图8　可控硅电子开关的应用电路在图8中,Vct1为控制电压,当它取值为高电平时,SCR 导通,所以电源通过SCR 给负载提供电力;而当它取值为低电平时,SCR 截止,负载停止工作.5　完整的电路结构完整的电路结构如图9所示,它将前面分析的各功能模块电路有机有结合在一起,能够较好的完成缺相保护功能。