智能家居自动控制系统的供电电源原理阐述.1.docx

智能家居自动控制系统的供电电源原理阐述1， 供电方式：单相工频市电电源AC/220V供电。特征为两线供电制，一条线相线L线和另一条线零线，N线中心线。现在都实行三线制，第三条线为PE线接地线。2， 供电电源的组成：（一） 主电源控制电路漏电保护器、供电电源净化过滤电路、软输出电路。（二） 保护控制电路单线L线AC220V电源鉴别定性控制电路、单相N线AC/0线鉴别定性控制电路、过压，高电压穿入保护电路、抗雷击保护电路、3， 供电控制方式：工频市电通过（限定电流10A，动作保护漏电电流30mA，动作时间0.1s）漏电保护器，主电路经过B2铁芯大电感，C10无极电容器所组成的电源过滤器，将净化的主电源送入交流固态继电器TK1.TK2、由固态继电器输出分成两路，一路经C11电容器过虑后直接供给开关电源器、第二路，也经C12电容器过滤后送入PLC供电电源控制电路。B2.铁芯电感，C10电容器组成供电电源净化过滤电路，当市电电源伴有涌动脉冲到来时，因为电感特性（电流不能突变，电流滞后于电压90度）瞬间时将涌动电流阻挡在外面，只有小部分流过电感并建立电感磁场，同时给电容器C10充电。随着电感磁场的建立，从而也产生了反向感生电流电动势，进一步阻挡了涌动电流的通过，有公式可见Xj=2f j，电感量越大所产生的感抗就越大、感抗越大电流所通过的阻力就越大，通过的电流就越小。因电容特性关系（电压不能突变，电压滞后于电流90度），瞬时将过来的电压下拉，从而抑制了电压对固态继电器瞬时的脉冲冲击，保证固态继电器的平稳输出。软输出的组成部分，由TK1，TK2.和C11,C12所组成、电源经过前面的过滤电路，稳定的输入到固态继电器的交流输入端、当保护电路的控制信号过来时，固态继电器的双向可控硅特性，当电源交流电压过零后开始导通，截止时也是到0V后截止关闭、电源经C11，C12过滤后送入用电器。所谓软输出就是指可控硅的过零触发到零后截止的特性，和电容器的充放电特性、在开启的时候当电压高于0V时可控硅导通，瞬时给电容器充电，将电流的瞬时变化间接短路，当电容器的充电电压等于输出电压时，才输送给负载、所以TK1，TK2,C11，C12所组成的输出电路，它的输出特性是从0V开始的，关闭时也是到0V时截止关闭，从而实现了缓步开启缓步关闭的软输出特性。C11，C12还有一个作用，就是当可控硅在截止状态下，消除漏电流的作用，将轻微的漏电流利用电容充放电的特性进行吸收，保证后面的正常运行。4， 保护电路的控制过程： 保护电路由三部分组成：（1） 单线L线AC220V电源鉴别定性控制电路、电源经过C1电容器压降，DV1整流C3，C6滤波得到一个低压直流电源，再经Q1, R2，V1构成的DC/24伏稳压电路，输出一个稳定的控制电源。R7，LED1构成电源运行指示灯，R10，Q5为TK1，L线相线输出固态继电器和TK2，N线中心线输出固态继电器的主电源输出触发控制电路。控制的原理，由（智能家居自动控制系统供电电源原理图）图可见，在DV2输出的电路上它的条件，必须是0V才能保证Q5有正常的触发电压输出，去触发TK1,L线相线输出固态继电器，与TK2，M线中心线输出固态继电器。也就是说要保证DV2整流管两端的输入电压必须是0V，因为DV2的一端输入点是接在接地（PE）线上的，那么DV2的另一端输入点必须是电源的中心线（N线），才能保证DV2的两个输入点均为等电位。由此条件可见，图中的N线是接在DV2输入点C2和DV1的一个输入点之间，要保证触发电压的产生，在DV1的另一个输入点就必须是电源线（L线）、有这两个电路的控制条件特性，就定性出了TK1输出必须是L线相线，而TK2则必须是N线中心线、只有满足这两个条件才会有电源电压正常输出。（2） 单相N线AC/0线鉴别定性控制电路此电路的控制过程，也由N线经过C2电容降压，和PE接地线分别接在DV2的两个输入点上。看过去N线和PE线都为等电位0V位，设计它的目的是为了防止人为的将N线错接在相线上，造成动力电工频380V./AC电源进入，从而烧坏整个控制系统，造成不必要的损失。电源经过DV2的整流C4，C7的滤波，再经过R3，V2，Q2的12V/DC稳压后得到一个稳定的12V直流电压，去控制IC1。假定DV2的C2输入端上，将N线错接成相线，电源经过C2电容器的压降和PE线之间产生一个电压差，经DV2的整流和C4，C7的滤波，得到一个直流电压、再经Q2稳压后直接加到限流电阻R8和IC1的控制负端2脚之间，电流流过R8，指示灯LED2进入IC1的控制正端1脚上，IC1的控制正负两脚得到了控制电压，使IC1的输出端3,脚和4脚由截止状态转变为导通状态。有图可见，IC1的输出负端3脚接在公共端负电源上，而4脚的正端和IC2的输出正极共同直接的接在TK1，TK2的触发管Q5控制脚B脚基极上，当IC1输出导通时，瞬间将Q5的B脚电位下拉，接近与0V状态、Q5由导通转变为截止状态，TK1，TK2失去了触发电压当交流电源到0的交叉点时，固态继电器的双向可控硅由导通转变为截止状态，关断了供电电源，完成了电源供电的检测保护工作。单相N线AC/0线鉴别定性控制电路，在正常供电工作情况下是不工作的，只有当N线出现问题时才启动保护工作。它的功能是由两个方面来体现的，一，是配合L线鉴别电路，来实现稳定可靠的相线和中心线鉴别与定性区分、保证后面的受电系统得到稳定安全的AC/220V工频电源。二，随时检测供电电源的准确与否，及时阻断因各种原因错误的电源电压进入，确保供电源安全可靠。定性的作用：保护受电系统安全稳定的工作、预防因供电线的错位而造成的干扰因素，也避免了人体在检查时因L线N线之间的人为错位而造成的触电现象。（3） 过压，高电压穿入保护电路、抗雷击保护电路：过压保护和高压电穿入保护，主要是防止供电电源的电压超过受电器的额定最高电压，使受电器难以承受，为防止受电器烧坏而设计的。过高电源的进入有两种可能，一，市电工频动力AC380V两相电穿入、二，当雷击时，雷电高空放电现象产生高压大电流进过导线穿入。具体保护电路如下：保护一，AC220V市电工频单相电源，经漏电保护器直接在DV3进行整流，C5，C8电容滤波B1电感限流，得到一个随电源电压变化的直流电源、经R4，R5 （9.1：1）分压，在Q3的发射极上取出低电位电源变量电压、之后分成三路，一路直接去抗高压保护电路，第二路则通过R9，V3，Q4的稳压电路，一方面给过压检测保护电路供电，另一方面经R11限位电阻连接到IC3电源电压比较器负输入端2脚的电压定位脚上，IC3的正输入端3脚为比较器取样信号输入脚，Q3发射极输出的电源直流变量电压，经R6压降通过W1取样信号调整电位器的中心调整端，将信号输送到IC3比较器的取样信号输入脚，进行差分比较。W1上提取的取样信号应在电源电压AC230V以上电路动作为宜，不然电路的动作太过频繁，会影响整个系统的正常工作，使智能自动控制系统无法运行。运算的过程当取样信号电压大于定位电压时，比较器有正电压放大信号输出，输出量随差分值改变而大小变化、当取样信号电压低于定位电压时，IC3比较器无输出。比较器输出的信号，经Q6一级放大通过D2隔离二极管进入Q8的二级放大器，放大后的信号在Q8集电极上取出再进行Q7的电流放大，然后去驱动控制电路。过压保护电路的控制电路部分，是有R13，LED3，IC2所组成，动作的过程当Q8将放大的控制信号经Q8电流放大后，输出驱动控制电流，经过R13的电阻电压降，LED3到达IC2的输入点正极1脚，通过IC2内部的红外发光管，通过输入负端2脚到控制的负电源构成一个电回路。在放大电路输出的电压电流足够大的时候，LED3和IC2内部的发光管同时发光，因IC2内部输出电路是一个光敏三极管，当IC2内部光敏三极管受到来自输入端光的照射后立即由截止转变为导通状态，有图见，在IC2的输出负端3脚是直接与电源的公共负端连接，IC2的输出正端4脚与IC1的输出正端4脚共同接在电源触发控制管Q5的控制端基极B脚上的，由此可见，当IC2的输出端导通时，近似与将触发管Q5的控制脚基极短路，使TK1，和TK2失去触发电压由导通转变为截止状态，将软输出的供电电源过零后关断，实现了过压保护的目的。LED3在这里作用是工作指示与控制电流通过情况指示之用。抗高压穿入保护电路是由R15，W2，J1所组成，（因为在整个保护电路中，已经在前面设计了一个准确动作的过压保护电路，所以这个抗高压穿入保护电路无需要设计准确，只要能够在TK1和TK2所能承受的电压范围内动作切断电源，从而防止因高压穿入导致元件的击穿现象）控制电源是在Q3的发射极上取出，这个控制直流电源是随主供电电源的电压按比例9.1：1的比值变化而变化的。当电源电压出现大于工频单相AC/250V以上时，电流通过R15的限流电阻和W2调节电阻，使J1保护动作继电器得电、只要动作电压在9V以上，动作电流在32mA以上，保护动作继电器就能够正常工作，触点吸合。在漏电保护器的输出端L线上的电流立即通过J1-1触点，经15W的电阻R1对接地线进行大于45mA漏流，使漏电保护器迅速动作保护切断主电源停止供电。抗雷电保护电路：雷电是以高电压大电流的高空直流放电形式，对大地进行放电、在放电过程中假如雷电的落地点刚好处在低压市电线路区，而输电变压器，送电设施等，都未能很好的保护接地，就有很大可能在线路上产生高压大电流的雷电携带现象，瞬间烧毁用电器，给人们带来一定的损失。电流的特性就跟水流一样，那边低那边近就往那边走、所以我们最低的电位应该是大地，我们的线路是接地线。虽然N线为电源的中心线电压近似为0V，故有时也把N线看成是等地位线、单实际意义上N 线也会在一定的条件下产生电压，所以在严格的来说不能作为0电位。在此款的抗雷击保护电路（有图可见）就是把PE接地线设为0电位，电路的过程输入有两路、一路为工频电源L线经R01大电阻限流压降，D01整流二极管的整流与反向隔离，又分开两路，一路直接经R03旁路分流到地、另一路通过W01可调整电阻进入IC01的输入控制正极1脚，IC01的负输入点2脚通过限流电阻R04到接地线上。第二路的过程，电源是在漏电保护器输出端的N线上引出，（前面已经讲过，N线在真正意义上不等于0电位，当雷电来是，也会借用N线以就近的方式走道大地，从而因回流的不及，在线路上产生一个很大的电压降，使之产生N线电压。）电流通过R02电阻的限流压降，经D02二极整流管进行整流与反向隔离和D01二极管的N端并联，汇合在一起，一路共同经R03旁路分流，另一路经W01可调电阻，IC01的输入端通过R04到地。抗雷电保护电路的输出控制是由光耦合模块IC01(PC817)去执行的，它的控制保护方式有两个、一，直接保护：在高电压大电流出现时，因电压和电流的猛增，不管是在L线上还是N线上出现，电流都通过R01或者R02的限流降压电阻，通过整流管直接经旁路电阻R03分流到地、只要流过R03上的电流大于30mA电流，漏电保护器的动作保护漏流启动阀值时、漏电保护器在小于0.1s时间内动作关断电源。二，在正常工作情况下，因W01调整在IC01内部截止状态下，输出电路是不会动作的、只有当瞬间雷电来时，电流电压的猛增使IC01的输入端有足够的电能，IC01输入端内