CN109066642B - 一种高精度双向过压滞回保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度双向过压滞回保护电路，包括采样调理模块、正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块；所述采样调理模块的输入端连接输入信号，输出端分别连接所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输入端，所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输出端相互连接，输出过压保护信号。本发明能够对正弦波、三角波等需要双向滞回保护的信号进行精准的过压滞回保护，提高控制精度和避免对过压信号进行误判。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别涉及处理器只能识别正信号，不能识别和采样负信号的过压过流双向滞回保护电路。
背景技术
随着电力电子和智能科技的高速发展，控制和运算处理器不断更新，处理器被广泛应用于数据、语音、视像信号的高速数学运算和实时处理控制方面。在目前的处理器中，大多数的处理器只能识别正信号和正电平，而负信号是不能被识别和采样处理的，然而在应用中，经常会涉及到采样和处理负信号，通常的做法是将信号水平上抬，使其信号最小值大于0，最大值在处理器采样和识别范围内。众所周知，在信号处理时还需要进行过压处理，为了使处理器能有效识别过压信号和不误触发，一个有效可靠的电压采样调理电路和双向滞回保护电路是非常重要的。
发明内容
为了有效解决正负电压过压保护和滞回点的问题，使处理器能够有效识别正、负信号，本发明提供一种高精度双向过压滞回保护电路。
本发明具体采用如下技术方案：
一种高精度双向过压滞回保护电路，其特征在于包括采样调理模块、正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块；所述采样调理模块的输入端连接输入信号，输出端分别连接所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输入端，所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输出端相互连接，输出过压保护信号。
优选地，所述负半周过压保护滞回模块由电阻R8~R10、电阻R14、电阻R15、比较器U4和三极管Q1组成，电阻R8的一端连接VDD，另一端连接比较器U4的负输入端；比较器U4的正输入端作为负半周过压保护滞回模块的输入端连接采样调理模块的输出端；电阻R9连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的发射极之间，Q1的发射极接地；电阻R10连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的集电极之间；三极管Q1的基极连接电阻R14 的一端，电阻R14的另一端作为负半周过压保护滞回模块的输出端，同时该另一端还连接电阻R15后连接VDD；在未发生负半周过压时，三极管Q1深度饱和导通，导通压降为0V；负半周过压时，三极管断开。
有益效果
本发明将正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块结合起来，实现了双向过压滞回保护，能够对正弦波、三角波等需要双向滞回保护的信号进行精准的过压滞回保护，提高控制精度和避免对过压信号进行误判。在负半周过压保护中，本发明采用三极管深度饱和导通技术，有效的进行了双向过压滞回保护。
附图说明
图1：本发明高精度双向过压滞回保护电路原理图；
图2：输入信号三角波波形；
图3：调理后的三角波波形；
图4：过压保护点和滞回点波形图；
图5：正半周过压简化电路；
图6：负半周未发生过压时的简化电路。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明的高精度双向过压滞回保护电路拓扑结构如图1所示，包括采样调理模块、正半周过压保护滞回模块、负半周过压保护滞回模块。
采样调理模块包括：R1、R2、R3、R4、R5、R6、C1、C2、C3、C4和运算放大器U1、U2。电阻R1、R3的一端分别连接输入信号的正、负极，电阻R1、R3的另一端分别连接放大器U1的反相输入端、正相输入端；电阻R2与电容C2并联在运算放大器U1的反相输入端和输出端之间；电阻R4和电容C1并联在放大器U1的正相输入端和地之间；电阻R5一端连接放大器U1的输出端，另一端连接放大器U2的正相输入端，电阻R6的一端连接参考电压Vref，另一端连接放大器U2的正相输入端；电容C3连接在放大器U2的正相输入端和地之间；放大器U2的反相输入端连接其输出端，电容C4连接在放大器U2的输出端和地之间；放大器U2的正相输入端作为采样调理模块的输出端连接至正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输入端。
正半周过压保护滞回模块包括：R11、R12、R13、D1和比较器U3。电阻R11的一端连接VDD，另一端连接比较器U3的正输入端，电阻R12的一端连接比较器U3的正输入端，另一端接地，电阻R13和二极管D1串联在比较器U3的正输入端和输出端之间；比较器U3的负输入端作为正半周过压保护滞回模块的输入端连接采样调理模块的输出端，比较器U3的输出端作为正半周过压保护滞回模块的输出端连接负半周过压保护滞回模块的输出端。
负半周过压保护滞回模块包括：R8、R9、R10、R14、R15、Q1和U4。电阻R8的一端连接VDD，另一端连接比较器U4的负输入端；比较器U4的正输入端作为负半周过压保护滞回模块的输入端连接采样调理模块的输出端；电阻R9连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的发射极之间，Q1的发射极接地；电阻R10连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的集电极之间；三极管Q1的基极连接电阻R14 的一端，电阻R14的另一端作为负半周过压保护滞回模块的输出端，同时该另一端还连接电阻R15后连接VDD。
采样调理电路主要作用为调理采样变比、将负电压信号进行上抬和增强信号质量，使其满足处理器采样要求。正半周过压保护滞回模块主要进行正半周过压保护保护点和滞回点设置，正半周采样比较信号进入比较器U3负输入。负半周过压保护滞回模块主要进行负半周过压保护保护点和滞回点设置，负半周采样比较信号进入比较器U4正输入。
高精度双向过压滞回保护电路主要应用在需要进行双向保护电路中，比如正弦波、三角波和其他需要双向滞回保护的信号，下面以三角波为输入信号，介绍高精度双向过压滞回保护电路工作原理，即图1中的输入信号V1为三角波，波形如图2。
1．检测电压V1为三角波，信号流过信号调理电路后得到V2和V3，调理电路主要采用差分放大电路、跟随器和参考上抬电路。根据差分放大原理和节点电流为0，当R1=R3,、R2=R4，可知放大增益A=R2/R1，电压抬升参考为REF=R5*Vref/(R5+R6)。Vref为参考电压，在目前应用的处理器中，采样范围一般为0-3V，故Vref一般设置为3V。V2=V3=(V1*R6*R2/R1+Vref*R5)/(R5+R6),由于考虑到处理器只能采样大于0的信号，而且要求最大信号不能大于处理器采样范围，故只需要调整R1、R2、R3、R4、R5、R6即可得到采样参考波形，波形如图3所示。
2．经过调理后的采样参考波形如图3，在工程中，需要保护设备和人员安全等，当电压大于一定设定值时，需要发出过压信号，同时需要信号保持一定时间，这样有助于处理器识别和采取行动，同时避免误动作。如图4，正半周需要保护的过压点为A，滞回点为B，负半周需要的保护点为C，滞回点为D。
3．根据图1可知，未过压时，比较器U3、U4输出高阻态，故过压信号Over signal为高电平，当发生过压时，U3、U4输出低阻态，故过压信号Over signal为低电平，当处理器检测到低电平持续一定时间后报过压。
4．正半周过压滞回原理，当V3点电压大于V5时，正半周过压，比较器U3输出低电平，相当于采样参考地，参考点电压V5降低，故需要电压降到滞回值时过压信号才清除，正半周过压后的参考波形如图5，根据图1和图5可知：
正半周过压点A的电压：A=VDD*R12/(R12+R11)
正半周过压滞回点B的电压：B=VDD*（R12||R13）/(R12||R13+R11)
5．负半周过压滞回原理，在未发生负半周过压时，三极管深度导通，相当于R9和R8并联，比较电压为并联电阻所分电压V4。当V3点电压小于V4时，负半周过压，比较器输出低电平，相当于采样参考地，此时三极管关断，参考点电压V4升高，故需要电压上升到滞回值时过压信号才被清除，负半周未过压时的参考波形如图6，根据图6可知：
负半周过压点C的电压：C=VDD*（R9||R10）/(R9||R10+R8)
负半周过压滞回点D的电压：D=VDD*R9/(R8+R9)
6．正半周滞回深度可根据实际需要调整R11、R12和R13即可。
7．负半周滞回深度可根据实际需要调整R8、R8和R10即可。
8．负半周的三极管Q1导通配置，本电路采用了三极管深度饱和功能，这样可以确保三极管的导通压降为0V，排除三极管压降干扰，提高保护点精度。
9．为了确保三极管Q1深度导通，一般三极管的电流传输比为1:10，即IB=1mA可以饱和导通的IC=10mA，故此双向滞回保护电路三极管深度导通的条件为：
V4/R10＜＜10*VDD/(R14+R15)。
Claims (3)
1.一种高精度双向过压滞回保护电路，其特征在于：包括采样调理模块、正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块；所述采样调理模块的输入端连接输入信号，输出端分别连接所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输入端，所述正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块的输出端相互连接，输出过压保护信号；所述负半周过压保护滞回模块由电阻R8~R10、电阻R14、电阻R15、比较器U4和三极管Q1组成，电阻R8的一端连接VDD，另一端连接比较器U4的负输入端；比较器U4的正输入端作为负半周过压保护滞回模块的输入端连接采样调理模块的输出端；电阻R9连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的发射极之间，Q1的发射极接地；电阻R10连接在比较器U4的负输入端和三极管Q1的集电极之间；三极管Q1的基极连接电阻R14 的一端，电阻R14的另一端作为负半周过压保护滞回模块的输出端，同时该另一端还连接电阻R15后连接VDD；在未发生负半周过压时，三极管Q1深度饱和导通，导通压降为0V；负半周过压时，三极管断开；所述正半周过压保护滞回模块由电阻R11~R13、比较器U3、二极管D1组成，电阻R11的一端连接VDD，另一端连接比较器U3的正输入端，电阻R12的一端连接比较器U3的正输入端，另一端接地，电阻R13和二极管D1串联在比较器U3的正输入端和输出端之间；比较器U3的负输入端连接采样调理模块的输出端，比较器U3的输出端作为正半周过压保护滞回模块的输出端连接负半周过压保护滞回模块的输出端。
2.如权利要求1所述的高精度双向过压滞回保护电路，其特征在于：所述采样调理模块由电阻R1~R6、电容C1~C4、运算放大器U1、U2组成，电阻R1、R3的一端分别连接输入信号的正、负极，电阻R1、R3的另一端分别连接放大器U1的反相输入端、正相输入端；电阻R2与电容C2并联在运算放大器U1的反相输入端和输出端之间；电阻R4和电容C1并联在放大器U1的正相输入端和地之间；电阻R5一端连接放大器U1的输出端，另一端连接放大器U2的正相输入端，电阻R6的一端连接参考电压Vref，另一端连接放大器U2的正相输入端；电容C3连接在放大器U2的正相输入端和地之间；放大器U2的反相输入端连接其输出端，电容C4连接在放大器U2的输出端和地之间；放大器U2的正相输入端作为采样调理模块的输出端连接至正半周过压保护滞回模块和负半周过压保护滞回模块。
3.如权利要求1所述的高精度双向过压滞回保护电路，其特征在于：
V4/R10＜＜10*VDD/(R14+R15)，其中V4为比较器U4负输入端的输入电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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