本實(shí)用新型涉及欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路，特別涉及一種基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路。

背景技術(shù)：

電子設(shè)備必須在一定電源電壓下運(yùn)行，否則會(huì)影響電器設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至造成嚴(yán)重事故。當(dāng)電源電壓下降到額定電壓的80％以下后，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速明顯下降，以致被迫停轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)因堵轉(zhuǎn)而燒毀。同時(shí)，過(guò)低的電源電壓還將造成低壓電器開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的釋放，使控制電路不能正常工作，造成人身事故和機(jī)械設(shè)備的損壞。為此需采取必要的保護(hù)措施，將電源迅速切斷，欠電壓保護(hù)在電源系統(tǒng)必不可少。

采用電壓檢測(cè)電路，當(dāng)檢測(cè)電路檢測(cè)到電源電壓低于規(guī)定電壓下限時(shí)，輸出信號(hào)觸發(fā)開(kāi)關(guān)使電源斷開(kāi)，可減少損失，避免發(fā)生事故。

現(xiàn)有技術(shù)普遍采用運(yùn)算放大器為基的電壓比較電路對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)，但是這種電路存在下列不足：易受干擾，需要增加抗干擾設(shè)計(jì)；需要配置直流工作電源；制作成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種簡(jiǎn)單可靠、成本低廉的解決方案：利用電壓非線性元件的伏安特性檢測(cè)電源電壓，根據(jù)電壓高低觸發(fā)或關(guān)斷處于電源回路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件從而控制回路中的負(fù)載通斷。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)開(kāi)關(guān)電路，包括第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、電壓非線性元件、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一電容器、第二電容器以及開(kāi)關(guān)；所述第二電容器與第二穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，對(duì)應(yīng)第二穩(wěn)壓二極管陰極的并聯(lián)端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極或柵極相連，對(duì)應(yīng)第二穩(wěn)壓二極管陽(yáng)極的并聯(lián)端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陰極或源極相連；電壓非線性元件與第四電阻器串聯(lián)后一端與開(kāi)關(guān)的一端連接，另一端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極或柵極相連；第一電阻器的一端與開(kāi)關(guān)的一端相連，另一端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陽(yáng)極或漏極相連；第二電阻器的一端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陽(yáng)極或漏極相連，另一端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陰極或源極相連；第三電阻器的一端與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陽(yáng)極或漏極相連，另一端與第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極或柵極相連；第一電容器與第一穩(wěn)壓二極管并聯(lián)，對(duì)應(yīng)第一穩(wěn)壓二極管陰極的并聯(lián)端與第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極或柵極相連，對(duì)應(yīng)第一穩(wěn)壓二極管陽(yáng)極的并聯(lián)端與第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陰極或源極相連；負(fù)載一端與第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陽(yáng)極或漏極相連，另一端與開(kāi)關(guān)的一端連接；開(kāi)關(guān)的另一端與電源一端連接，電源的另一端與第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陰極或源極相連；第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的陰極或源極與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件2陰極或源極相連。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，優(yōu)選地，所述第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件都為單向可控硅、雙向可控硅或場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選地，所述電壓非線性元件為壓敏電阻或半導(dǎo)體瞬態(tài)電壓抑制元件。

優(yōu)選地，所述第一電阻器和第二電阻器組成分壓器；當(dāng)?shù)诙蜗蚩煽毓璨粚?dǎo)通時(shí)，第二電阻器上的分壓大于第一單向可控硅的觸發(fā)電壓。

優(yōu)選地，所述第三電阻器的阻值是第二電阻器的阻值的10倍。

優(yōu)選地，所述第一單向可控硅的耐壓指標(biāo)大于電源電壓峰值的2.0倍。

優(yōu)選地，所述第一單向可控硅選取耐壓指標(biāo)大于800V的可控硅；第二單向可控硅選取耐壓指標(biāo)大于25V的可控硅。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體瞬態(tài)電壓抑制元件為雙向半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管。

優(yōu)選地，所述雙向半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管的導(dǎo)通電壓為250V。

優(yōu)選地，所述壓敏電阻為氧化鋅壓敏電阻，氧化鋅壓敏電阻的壓敏電壓為240V。

本實(shí)用新型2只半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中的1只(半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件1)與負(fù)載串接后連接在電源兩端，另一只半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件2)的通斷由所述電壓非線性元件控制。

當(dāng)電源電壓不足以使電壓非線性元件導(dǎo)通時(shí)，接通電源，第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件不導(dǎo)通，第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件經(jīng)電阻分壓電路獲得觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，從而使負(fù)載得電工作。

當(dāng)電源電壓達(dá)到一定值，接通電源，電壓非線性元件導(dǎo)通，觸發(fā)第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，使得電阻分壓電路分壓比變化，使第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的觸發(fā)電壓不足而截止，此時(shí)與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件1串聯(lián)的負(fù)載不能獲得電壓。

本實(shí)用新型第一穩(wěn)壓二極管和第二穩(wěn)壓二極管分別用于保護(hù)第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，以免觸發(fā)電壓過(guò)高使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件失效。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本實(shí)用新型利用電壓非線性元件的強(qiáng)非線性特性，實(shí)現(xiàn)欠電壓檢測(cè)與控制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于省去了運(yùn)算放大器電路及其所需直流電源，也無(wú)需增加抗干擾設(shè)計(jì)，所以簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了制作成本，縮小了產(chǎn)品體積。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路連接示意圖。

圖2為實(shí)施例2的基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路連接示意圖。

圖3為實(shí)施例3的基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路連接示意圖。

具體實(shí)施方式

為更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種基于電壓非線性元件的欠電壓檢測(cè)與開(kāi)關(guān)電路，包括第一單向可控硅SCR1、第二單向可控硅SCR2、壓敏電阻Rv、第一電阻器R1、第二電阻器R2、第三電阻器R3、第四電阻器R4、第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第一電容器C1、第二電容器C2以及開(kāi)關(guān)K。各電路元件連接方式為：第二電容器C2與第二穩(wěn)壓二極管D2并聯(lián)，對(duì)應(yīng)第二穩(wěn)壓二極管D2陰極的并聯(lián)端與第二單向可控硅SCR2的控制極相連，對(duì)應(yīng)第二穩(wěn)壓二極管D2陽(yáng)極的并聯(lián)端與第二單向可控硅SCR2的陰極相連；壓敏電阻Rv與第四電阻器R4串聯(lián)后一端與開(kāi)關(guān)K的一端連接，另一端與第二單向可控硅SCR2的控制極相連；第一電阻器R1的一端與開(kāi)關(guān)K的一端相連，另一端與第二單向可控硅SCR2的陽(yáng)極相連；第二電阻器R2的一端與第二單向可控硅SCR2的陽(yáng)極相連，另一端與第二單向可控硅SCR2的陰極相連；第三電阻器R3的一端與第二單向可控硅SCR2的陽(yáng)極相連，另一端與第一單向可控硅SCR1的控制極相連；第一電容器C1與第一穩(wěn)壓二極管D1并聯(lián)，對(duì)應(yīng)第一穩(wěn)壓二極管D1陰極的并聯(lián)端與第一單向可控硅SCR1的控制極相連，對(duì)應(yīng)第一穩(wěn)壓二極管D1陽(yáng)極的并聯(lián)端與第一單向可控硅SCR1的陰極相連；負(fù)載一端與第一單向可控硅SCR1的陽(yáng)極相連，另一端與開(kāi)關(guān)K的一端連接；開(kāi)關(guān)K的另一端與電源一端連接，電源的另一端與第一單向可控硅SCR1的陰極相連；第一單向可控硅SCR1的陰極與第二單向可控硅SCR2的陰極相連。

圖1中，第一電阻器R1和第二電阻器R2組成分壓器，并且，將分壓比調(diào)整為當(dāng)?shù)诙蜗蚩煽毓鑃CR2不導(dǎo)通時(shí)，第二電阻器R2上的分壓大于第一單向可控硅SCR1的觸發(fā)電壓。第三電阻器R3的阻值是第二電阻器R2的阻值的10倍，使第三電阻器R3作為第一單向可控硅SCR1的觸發(fā)電流通路，同時(shí)對(duì)第一電阻器R1和第二電阻器R2組成分壓器回路參數(shù)影響很小。第四電阻器R4與壓敏電阻Rv串聯(lián)起限流作用，以保護(hù)壓敏電阻Rv。第一電容器C1與第一穩(wěn)壓二極管D1并聯(lián)在第一單向可控硅控制極和陰極之間，一方面限制觸發(fā)信號(hào)電壓，保護(hù)第一單向可控硅SCR1，另一方面可吸收干擾信號(hào)防止誤觸發(fā)。第二電容器C2與第二穩(wěn)壓二極管D2并聯(lián)在第二單向可控硅SCR2控制極和陰極之間，一方面限制觸發(fā)信號(hào)電壓，保護(hù)第二單向可控硅SCR2，另一方面可吸收干擾信號(hào)防止誤觸發(fā)。第一單向可控硅SCR1耐壓指標(biāo)應(yīng)大于電源電壓峰值的2.0倍。本實(shí)施例采用耐壓800V可控硅；第二單向可控硅SCR2選取耐壓指標(biāo)大于25V的可控硅即可。

本實(shí)施例中電源端連接工頻可調(diào)電源，采用的壓敏電阻Rv的壓敏電壓為240V，當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到175VAC以下時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，壓敏電阻Rv漏電流很小(不導(dǎo)通)，第二單向可控硅SCR2不導(dǎo)通，第二電阻器R2上的分壓觸發(fā)第一單向可控硅SCR1導(dǎo)通，與第一單向可控硅SCR1串聯(lián)的負(fù)載得電而工作。

當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到178V以上時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，流過(guò)壓敏電阻Rv的漏電流使可控硅第二單向可控硅SCR2導(dǎo)通，第一電阻器R1和第二電阻器R2的分壓比因第二單向可控硅SCR2的導(dǎo)通而改變，第二電阻器R2上的分壓低于第一單向可控硅SCR1的觸發(fā)電壓，此時(shí)，第一單向可控硅SCR1處于截止?fàn)顟B(tài)，與第一單向可控硅SCR1串聯(lián)的負(fù)載不能獲得工作電壓。

當(dāng)電源電壓調(diào)節(jié)到175～178VAC范圍時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，第二單向可控硅SCR2的通斷狀態(tài)不確定，第一單向可控硅SCR1的通斷狀態(tài)也不確定，這個(gè)不確定電壓范圍決定于兩只可控硅的參數(shù)分散性及工作重復(fù)性等因素。電源電壓在175～178VAC范圍為本實(shí)施例欠壓保護(hù)臨界電壓范圍。

本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了電源欠電壓的檢測(cè)與控制，當(dāng)電源電壓低于設(shè)計(jì)的下限電壓時(shí)，負(fù)載得電，負(fù)載可以是繼電器或斷路器線圈，當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)利用繼電器或斷路器切斷電源回路以保護(hù)用電設(shè)備。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)施例的電路連接方式與實(shí)施例1相同，但是，本實(shí)施例以雙向可控硅TRIAC代替實(shí)施例1中的第一單向可控硅SCR1，以雙向半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管TVS代替實(shí)施例1中的壓敏電阻Rv。

本實(shí)施例中雙向可控硅TRIAC的耐壓指標(biāo)與實(shí)施例1中的第一單向可控硅SCR1相同；雙向半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管TVS的導(dǎo)通電壓為250V；其他元件與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例的電源端連接工頻可調(diào)電源。

當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到183VAC以下時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，雙向半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管TVS漏電流很小(不導(dǎo)通)，單向可控硅SCR2不導(dǎo)通，第二電阻器R2上的分壓大于雙向可控硅TRIAC的觸發(fā)電壓，此時(shí)，雙向可控硅TRIAC導(dǎo)通，與雙向可控硅TRIAC串聯(lián)的負(fù)載得電而工作。

當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到187V以上時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，流過(guò)半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制二極管TVS的漏電流使單向可控硅SCR2導(dǎo)通，第一電阻器R1和第二電阻器R2的分壓比因單向可控硅SCR2的導(dǎo)通而改變，第二電阻器R2上的分壓低于雙向可控硅TRIAC的觸發(fā)電壓，雙向可控硅TRIAC截止，與雙向可控硅TRIAC串聯(lián)的負(fù)載不能獲得工作電壓。

當(dāng)電源電壓調(diào)節(jié)到183～187VAC范圍時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，單向可控硅SCR2的通斷狀態(tài)不確定，雙向可控硅TRIAC的通斷狀態(tài)也不確定，這個(gè)不確定電壓范圍決定于兩只可控硅的參數(shù)分散性及工作重復(fù)性等因素。電源電壓在183～187VAC范圍為本實(shí)施例欠壓保護(hù)臨界電壓范圍。

與實(shí)施例1一樣，本實(shí)施例也實(shí)現(xiàn)了電源欠電壓的檢測(cè)與控制，當(dāng)電源電壓低于設(shè)計(jì)的下限電壓時(shí)，負(fù)載得電，負(fù)載可以是繼電器或斷路器線圈，當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)利用繼電器或斷路器切斷電源回路以保護(hù)用電設(shè)備。

實(shí)施例3

如圖3所示，本實(shí)施例的電路連接方式與實(shí)施例1相同，但是，本實(shí)施例以N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS代替實(shí)施例1中的第二單向可控硅SCR2。替換連接方式為：本實(shí)施例的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS的源極S、漏極D、柵極G分別對(duì)應(yīng)實(shí)施例1中第二單向可控硅SCR2的陰極、陽(yáng)極、控制極。

本實(shí)施例中N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS的耐壓指標(biāo)與實(shí)施例1中的第二單向可控硅SCR2相同，其他元件與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例的電源端連接工頻可調(diào)電源，與實(shí)施例1一樣，本實(shí)施例采用的壓敏電阻Rv的壓敏電壓仍為240V。

當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到175VAC以下時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，壓敏電阻Rv漏電流很小(不導(dǎo)通)，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS不導(dǎo)通，第一電阻器R1和第二電阻器R2組成分壓器，第二電阻器R2上的分壓大于可控硅SCR1的觸發(fā)電壓，可控硅SCR1導(dǎo)通，與可控硅SCR1串聯(lián)的負(fù)載得電而工作。

當(dāng)將工頻可調(diào)電源電壓調(diào)節(jié)到178V以上時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，流過(guò)壓敏電阻Rv的漏電流使N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS導(dǎo)通，第一電阻器R1和第二電阻器R2的分壓比因N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS的導(dǎo)通而改變，第二電阻器R2上的分壓低于可控硅SCR1的觸發(fā)電壓，可控硅SCR1截止，與可控硅SCR1串聯(lián)的負(fù)載不能獲得工作電壓。

當(dāng)電源電壓調(diào)節(jié)到175～178VAC范圍時(shí)，接通電源(開(kāi)關(guān)K合閘)，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS的通斷狀態(tài)不確定，可控硅SCR1的通斷狀態(tài)也不確定，這個(gè)不確定電壓范圍決定于可控硅SCR1和N溝道場(chǎng)效應(yīng)管NMOS的參數(shù)分散性及工作重復(fù)性等因素。電源電壓在175～178VAC范圍為本實(shí)施例欠壓保護(hù)臨界電壓范圍。

與實(shí)施例1一樣，本實(shí)施例也實(shí)現(xiàn)了電源欠電壓的檢測(cè)與控制，當(dāng)電源電壓低于設(shè)計(jì)的下限電壓時(shí)，負(fù)載得電，負(fù)載可以是繼電器或斷路器線圈，當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)利用繼電器或斷路器切斷電源回路以保護(hù)用電設(shè)備。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。