帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電氣短路保護(hù)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，主要包括開關(guān)電源、電流取樣器件、數(shù)字信號(hào)處理器、大電流功率模塊、隔離驅(qū)動(dòng)模塊、冗余裝置、電荷吸收電路和負(fù)載；所述冗余裝置為受控機(jī)械式開關(guān)，交流電220V的L端分別與電阻R1、所述開關(guān)電源的輸入端、差動(dòng)放大器的輸入端和電流取樣器件的一端連接；本實(shí)用新型使用在家庭用電、工業(yè)用電等各種交流強(qiáng)電場(chǎng)所，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，本裝置以微秒的速度瞬間切斷異常供電通路，在短路點(diǎn)不產(chǎn)生危險(xiǎn)火花；當(dāng)電氣回路發(fā)生漏電等異常情形時(shí)，本裝置亦會(huì)高速切斷漏電通路；由于本裝置自帶的冗余裝置設(shè)計(jì)，即使出現(xiàn)大功率電流模塊或者數(shù)字信號(hào)處理器異常等極端情況，亦能保證裝置可靠性。
【專利說明】帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及電氣短路保護(hù)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器。
【背景技術(shù)】:
[0002]近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、人民生活水平不斷提高，社會(huì)對(duì)用電的需求保持逐年增長(zhǎng)，家用電器、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個(gè)場(chǎng)合幾乎都離不開電能；在用電需求量不斷增長(zhǎng)的背景下，如何保證安全用電等問題也隨之突出，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在多起火災(zāi)事故調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因電氣短路、漏電、拉弧而引發(fā)的電氣火災(zāi)一直占據(jù)事故引發(fā)的首要因素，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅，數(shù)以千萬的財(cái)產(chǎn)通常因電氣故障引發(fā)火災(zāi)后瞬間化為灰燼；因此，如何確保更加安全用電、避免人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到損失成為急需解決的問題。
[0003]我們熟知的斷路器、空氣開關(guān)一直占據(jù)我們?nèi)粘Ｓ秒娮鳛槎搪愤^載保護(hù)的主導(dǎo)地位，斷路器或者空氣開關(guān)串聯(lián)于負(fù)載回路中，正常使用時(shí)其機(jī)械觸點(diǎn)接通，負(fù)載回路得電正常工作，當(dāng)負(fù)載短路或者過載時(shí)，斷路器內(nèi)部的感應(yīng)線圈因短路得到足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)啟動(dòng)內(nèi)部機(jī)械閥使串聯(lián)在電氣回路的機(jī)械接觸點(diǎn)迅速分離，有效的切斷了故障電流，根據(jù)斷路器原理結(jié)構(gòu)的不同，有些斷路器也采用雙金屬片的膨脹系數(shù)不同的原理來實(shí)現(xiàn)故障電流機(jī)械觸點(diǎn)的分離等等，最終均能達(dá)到斷開機(jī)械觸點(diǎn)來分?jǐn)喙收想娏鞯哪康摹?br> [0004]傳統(tǒng)斷路器從短路至故障電流分?jǐn)嗟臅r(shí)間通常在數(shù)十毫秒至數(shù)百毫秒間，在短路點(diǎn)易造成較大的危險(xiǎn)火花，在很多高危場(chǎng)所(如加油站、油污嚴(yán)重的酒店廚房、易燃物周圍)極易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。
[0005]為彌補(bǔ)機(jī)械式斷路器或空氣開關(guān)斷開故障電流的時(shí)間過長(zhǎng)等弊端，近年來有些公司已經(jīng)開始研究高速電子式短路保護(hù)器，其大電流功率器件均采用半導(dǎo)體來承載，由于其采用的功率器件電路形式原因，會(huì)導(dǎo)致功率器件的數(shù)量大幅增加，在實(shí)際使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的功耗，因此承載電流不可能做到很大，其中，如圖1所示的一種功率器件的電路結(jié)構(gòu):由于交流220V有正負(fù)半周，當(dāng)正半周到來時(shí)，A管柵極施加開通信號(hào)，A管導(dǎo)通，和A管串聯(lián)的功率二極管導(dǎo)通，正半周電壓施加至負(fù)載，此時(shí)不管B管的柵極是否施加開通信號(hào)由于和B管串聯(lián)的二極管單相導(dǎo)電性，因此在正半周時(shí)刻B管中沒有電流流過；同理，負(fù)半周到來的時(shí)刻B管導(dǎo)通，A管截止;AB管分別承載正負(fù)半周電流，負(fù)載上得到接近和市電一致的正弦電壓；如圖1中所示，由于單個(gè)A管或B管無法承載較大的負(fù)載電流，因而需要承載的電流增大時(shí)，勢(shì)必要增加A、B管的數(shù)量，同時(shí)和A、B管串聯(lián)的二極管亦會(huì)成倍增加，導(dǎo)致整個(gè)裝置的體積增大；另外由于高壓二極管的導(dǎo)通壓降不可能做到很小，因此上述圖1的電路結(jié)構(gòu)在大電流場(chǎng)合會(huì)面臨自身功耗增大、發(fā)熱嚴(yán)重的弊端，不利于裝置的可靠性和穩(wěn)定性。
[0006]亦有些采用雙向可控硅作為大電流功率器件，因?yàn)殡p向可控硅的固定壓降存在，一般在IV以上，根據(jù)W=IXV，假如負(fù)載電流超過10A，會(huì)至少產(chǎn)生IOW的功耗，自身功耗太大會(huì)造成雙向可控硅的發(fā)熱嚴(yán)重，此特性限制了其體積小型化，因而不適合在電流稍大的場(chǎng)合使用。
[0007]近年隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，電力大電流功率半導(dǎo)體等新器件不斷問世，如GTO(Gate Turn Off Thyristor)、IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)等，其不但能承載數(shù)百至數(shù)千安倍的電流，同時(shí)具有快速關(guān)斷的特性，是電力行業(yè)日后主要的發(fā)展方向，現(xiàn)階段因器件問世的時(shí)間不長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，因此目前僅限于超大電流承載場(chǎng)所應(yīng)用。
[0008]在已知和本實(shí)用新型同類的高速短路保護(hù)器產(chǎn)品中，電路中的電流采樣器件主要采取以下兩種:1、電流互感器；2、霍爾器件；采用電流互感器和霍爾器件作為高速短路保護(hù)器的電流采樣器件時(shí)，均會(huì)由于器件本身的特性在電流信號(hào)傳遞過程中而導(dǎo)致的延遲，一般的霍爾器件延遲時(shí)間會(huì)在5uS甚至更大，而電流互感器其傳輸延遲時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，如果由于工藝材料的不同，傳輸延遲時(shí)間則無法保證；而短路信號(hào)的識(shí)別，電流采樣器件的延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，從短路發(fā)生時(shí)刻起至故障電流分?jǐn)嗟恼w時(shí)間拉長(zhǎng)，此意味著短路點(diǎn)的火花越大；由于霍爾器件的容量限制，在大電流采樣的場(chǎng)合意味著成本會(huì)大幅增加，而電流互感器也存在磁飽和的現(xiàn)象，如果需要做到檢測(cè)大的電流，體積也會(huì)相應(yīng)變的龐大。
[0009]在已知和本實(shí)用新型同類的高速短路保護(hù)器產(chǎn)品中，分?jǐn)喽搪饭收想娏髦饕揽看箅娏鞴β势骷袛喽搪冯娏鳎坏┐箅娏靼雽?dǎo)體功率器件出現(xiàn)擊穿異常情況，產(chǎn)品就失去了基本保護(hù)功能，在高危場(chǎng)所使用時(shí)會(huì)因裝置本身的故障造成危險(xiǎn)事故的可能性，裝置內(nèi)部無冗余備份設(shè)計(jì)；即當(dāng)發(fā)生最壞的情況時(shí)，大電流功率器件由于擊穿無法起到基本的保護(hù)功能。
[0010]在已知和本實(shí)用新型同類的高速短路保護(hù)器產(chǎn)品中，由于裝置內(nèi)部沒有采取電荷吸收電路，當(dāng)發(fā)生感性負(fù)載短路的場(chǎng)合，由于裝置中大電流功率器件的高速切斷，會(huì)在感性負(fù)載兩端引發(fā)很強(qiáng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因短路接觸點(diǎn)存在接觸電阻，亦會(huì)在短路處引發(fā)強(qiáng)大的短路危險(xiǎn)火花，繼而引發(fā)安全事故的可能性。
[0011]在已知和本實(shí)用新型同類的高速短路保護(hù)器產(chǎn)品中，由于無功率因素檢測(cè)、電能檢測(cè)、漏電接口等附加功能，因而使得產(chǎn)品的功能單一。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0012]為彌補(bǔ)現(xiàn)有機(jī)械式斷路器或空氣開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)間過長(zhǎng)、短路產(chǎn)生的危險(xiǎn)火花過大等弊端，本實(shí)用新型提供一種帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器。
[0013]本實(shí)用新型所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，包括開關(guān)電源、電流取樣器件、數(shù)字信號(hào)處理器、大電流功率模塊、隔離驅(qū)動(dòng)模塊、冗余裝置、電荷吸收電路和負(fù)載，所述冗余裝置為受控機(jī)械式開關(guān)；交流電220V的L端分別與電阻R1、所述開關(guān)電源的輸入端、差動(dòng)放大器的輸入端和電流取樣器件的一端連接，所述交流電220V的N端分別與電阻R2的一端、所述開關(guān)電源的輸入端、電荷吸收電路的一端和負(fù)載連接；所述電阻R2的另一端分別與電阻R3的一端和所述數(shù)字信號(hào)處理器連接，所述電阻R3的另一端和電阻Rl的另一端均接地，所述開關(guān)電源的輸出端與所述差動(dòng)放大器的輸入端連接，所述差動(dòng)放大器的輸出端通過第一光電耦合器與所述數(shù)字信號(hào)處理器連接；所述電流取樣器件的另一端與所述大電流功率模塊的一端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊分別與所述大電流功率模塊的一端和數(shù)字信號(hào)處理器連接，所述大電流功率模塊的另一端通過所述受控機(jī)械式開關(guān)分別與所述電荷吸收電路和負(fù)載連接，所述電荷吸收電路并聯(lián)在所述負(fù)載的兩端，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的一端依次通過三極管Ql和電阻R5與所述數(shù)字信號(hào)處理器連接，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的另一端與電源VCC連接并依次通過第二光電耦合器和電阻R6與所述數(shù)字信號(hào)處理器連接，所述第二光電耦合器與所述電荷吸收電路連接。
[0014]作為優(yōu)選，所述數(shù)字信號(hào)處理器分別與漏電互感器輸入模塊、液晶顯示模塊、RS485總線接口、按鍵輸入模塊和LED指示/蜂鳴器連接。
[0015]作為優(yōu)選，所述電流取樣器件為精密低阻無感電阻。
[0016]作為優(yōu)選，所述大電流功率模塊采用大功率MOSFET反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0017]作為優(yōu)選，所述數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)置有漏電算法模塊。
[0018]作為優(yōu)選，所述防火短路保護(hù)器采用相位同步檢測(cè)技術(shù)和多重算法判斷技術(shù)。
[0019]本實(shí)用新型采用精密低阻無感電阻采樣的電流信號(hào)經(jīng)過高速差動(dòng)放大器放大后，通過高速第一光電耦合器進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)處理器同時(shí)采樣輸入電壓得到無延時(shí)的精準(zhǔn)同步相位信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部干擾抑制、FFT變換、斜率運(yùn)算等一系列多項(xiàng)復(fù)雜運(yùn)算，當(dāng)數(shù)字信號(hào)處理器識(shí)別到真性短路信號(hào)后，發(fā)出控制信號(hào)至隔離驅(qū)動(dòng)模塊，利用MOSFET大電流功率模塊的快速關(guān)斷特性，隔離驅(qū)動(dòng)模塊在幾微秒的時(shí)間內(nèi)瞬間切斷串聯(lián)在負(fù)載回路中的MOSFET大電流功率模塊；與此同時(shí):數(shù)字信號(hào)處理器和受控機(jī)械式開關(guān)控制輸出端并輸出信號(hào)，連接于受控機(jī)械式開關(guān)的線圈得電，串聯(lián)在負(fù)載回路中的受控機(jī)械式開關(guān)分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)電氣回路的物理分離；此時(shí)數(shù)字信號(hào)處理器的電荷吸收電路的控制端輸出信號(hào)，電荷吸收電路瞬間開啟，吸收來自回路中可能存在的剩余電荷，進(jìn)一步減小短路處的火花；同時(shí)和數(shù)字信號(hào)處理器連接的相應(yīng)LED指示燈點(diǎn)亮、蜂鳴器打開，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，而液晶顯示屏則顯示此次短路的詳細(xì)信息:短路發(fā)生的時(shí)刻，短路分?jǐn)鄷r(shí)間，故障類型等詳細(xì)信息；當(dāng)短路故障排除后，通過和數(shù)字信號(hào)處理器連接的按鍵輸入模塊中“復(fù)位”按鍵，可重新接通負(fù)載通路。本實(shí)用新型和同類電子式交流短路保護(hù)器、電子式斷路器比較，由于采用了高速數(shù)字信號(hào)處理器和可靠的算法，有不誤判、短路分?jǐn)鄷r(shí)間大幅度縮短等諸多優(yōu)點(diǎn)；
[0020]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，主要包括開關(guān)電源、電流取樣器件、數(shù)字信號(hào)處理器、大電流功率模塊、隔離驅(qū)動(dòng)模塊、冗余裝置、電荷吸收電路和負(fù)載；其中，冗余裝置為受控機(jī)械式開關(guān)，本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)，首先，與機(jī)械式斷路器或者空氣開關(guān)相比，短路電流的分?jǐn)鄷r(shí)間提高數(shù)千倍至數(shù)萬倍，在短路處只產(chǎn)生極微小的火花甚至看不到火化，大大降低了發(fā)生安全事故的可能性；其次，與同類電子式高速短路保護(hù)器相比，由于本裝置采用無感電阻作為電流取樣器件，并同時(shí)采用電荷吸收電路、電壓電流相位同步檢測(cè)技術(shù)和特定的算法等措施，使得分?jǐn)喽搪饭收宵c(diǎn)的時(shí)間亦比同類電子式高速短路保護(hù)器提高數(shù)倍，且不會(huì)受感性或者容性負(fù)載的非線性特性而影響本裝置的性能，亦不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作；然后，與同類電子式高速短路保護(hù)器相t匕，由于本裝置采取的冗余裝置，即所述的受控機(jī)械式開關(guān)，即使發(fā)生大電流功率模塊擊穿、數(shù)字信號(hào)處理器失效等最壞的情形，本裝置的受控機(jī)械式開關(guān)不但能依靠自帶的短路保護(hù)措施切斷故障回路、而且受數(shù)字信號(hào)處理器控制的線圈磁閥亦可可靠的切斷故障回路，而且受數(shù)字信號(hào)處理器控制的線圈磁閥亦可可靠的切斷故障回路，保證了本裝置的高可靠性；再然后，與同類電子式高速短路保護(hù)器相比，本裝置使用的大電流功率模塊采用反向串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)形式，省去了大量的外置二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，而且自身的功耗極?。蛔詈?，與同類電子式高速短路保護(hù)器相比，本裝置拓展了漏電檢測(cè)輸入功能、功率因素檢測(cè)功能、電量計(jì)算功能、RS485總線接口等諸多功能，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)裝置多功能化。另外，本實(shí)用新型使用在家庭用電、工業(yè)用電等各種交流強(qiáng)電場(chǎng)所，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，本裝置以微秒的速度瞬間切斷異常供電通路，在短路點(diǎn)不產(chǎn)生危險(xiǎn)火花；當(dāng)電氣回路發(fā)生漏電等異常情形時(shí)，本裝置亦會(huì)高速切斷漏電通路；由于本裝置自帶的冗余裝置設(shè)計(jì)，即使出現(xiàn)極端異常情況，亦能保證裝置可靠性。終上所述，本實(shí)用新型能有效防止交流用電場(chǎng)所因線路短路或者漏電而引發(fā)的各種安全事故。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0021]為了易于說明，本實(shí)用新型由下述的具體實(shí)施及附圖作以詳細(xì)描述。
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功率器件的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一的狀態(tài)示意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二的狀態(tài)示意圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例三的狀態(tài)示意圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例四的狀態(tài)示意圖。
[0028]1-開關(guān)電源；2_電流取樣器件；3_數(shù)字信號(hào)處理器；4_大電流功率模塊；5_隔離驅(qū)動(dòng)模塊；6_冗余裝置；7_電荷吸收電路；8_負(fù)載；9_差動(dòng)放大器；10-第一光電耦合器；11-第二光電耦合器；12_漏電互感器輸入模塊；13_液晶顯示模塊；14-RS485總線接口 ；15-按鍵輸入模塊；16-LED指示/蜂鳴器。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]如圖2所示，本【具體實(shí)施方式】采用以下技術(shù)方案:帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，包括開關(guān)電源1、電流取樣器件2、數(shù)字信號(hào)處理器3、大電流功率模塊4、隔離驅(qū)動(dòng)模塊5、冗余裝置6、電荷吸收電路7和負(fù)載8，所述冗余裝置6為受控機(jī)械式開關(guān)；交流電220V的L端分別與電阻R1、所述開關(guān)電源I的輸入端、差動(dòng)放大器9的輸入端和電流取樣器件2的一端連接，所述交流電220V的N端分別與電阻R2的一端、所述開關(guān)電源I的輸入端、電荷吸收電路7的一端和負(fù)載8連接；所述電阻R2的另一端分別與電阻R3的一端和所述數(shù)字信號(hào)處理器3連接，所述電阻R3的另一端和電阻Rl的另一端均接地，所述開關(guān)電源I的輸出端與所述差動(dòng)放大器9的輸入端連接，所述差動(dòng)放大器9的輸出端通過第一光電耦合器10與所述數(shù)字信號(hào)處理器3連接；所述電流取樣器件2的另一端與所述大電流功率模塊4的一端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊5分別與所述大電流功率模塊4的一端和數(shù)字信號(hào)處理器3連接，所述大電流功率模塊4的另一端通過所述受控機(jī)械式開關(guān)分別與所述電荷吸收電路7和負(fù)載8連接，所述電荷吸收電路7并聯(lián)在所述負(fù)載8的兩端，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的一端依次通過三極管Ql和電阻R5與所述數(shù)字信號(hào)處理器3連接，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的另一端與電源VCC連接并依次通過第二光電耦合器11和電阻R6與所述數(shù)字信號(hào)處理器3連接，所述第二光電耦合器11與所述電荷吸收電路7連接。
[0030]其中，如圖2所示，所述數(shù)字信號(hào)處理器3分別與漏電互感器輸入模塊12、液晶顯示模塊13、RS485總線接口 14、按鍵輸入模塊15和LED指示/蜂鳴器16連接；其中上述各模塊或接口均可用于聯(lián)網(wǎng)或聯(lián)動(dòng)等諸多功能，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)裝置的多功能化。
[0031]如圖2所示，所述電流取樣器件2為精密低阻無感電阻；本實(shí)施例中，這樣設(shè)計(jì)的目的是保證在采樣過程中信號(hào)不失真，無延遲現(xiàn)象。
[0032]如圖2所示，所述大電流功率模塊4采用大功率MOSFET反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)；這樣設(shè)計(jì)的目的是使得大電流功率模塊4分別負(fù)責(zé)承載正負(fù)半周電流通路，和其它同類電子式斷路器、電子式短路保護(hù)器相比，節(jié)省了數(shù)個(gè)額外的單相大電流二極管，節(jié)約了成本。
[0033]如圖2所示，所述數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)置有漏電算法模塊；其中，漏電互感器輸入模塊12與漏電算法模塊連接，這樣可兼容各種不同型號(hào)的漏電檢測(cè)互感器，在需要時(shí)偵測(cè)漏電脫扣的場(chǎng)合，使得本實(shí)用新型的功能進(jìn)一步得到擴(kuò)展。
[0034]如圖2所示，所述防火短路保護(hù)器采用相位同步檢測(cè)技術(shù)和多重算法判斷技術(shù)；這樣可確保本裝置不會(huì)誤判，同時(shí)提高了從短路發(fā)生起至短路電流切斷的時(shí)間，進(jìn)一步減小了短路處的危險(xiǎn)火花。
[0035]如圖3所示，交流220V電源進(jìn)入開關(guān)電源I的輸入端，經(jīng)過開關(guān)電源I的變換輸出經(jīng)隔離的兩組低壓直流電壓，一組給高速差動(dòng)放大器9及高速第一光電耦合器11供電，另外一組給其它的所有系統(tǒng)供電，下述所有圖例中的開關(guān)電源I功能均一樣，因此在下述的所有章節(jié)或者描述中不再重復(fù)。
[0036]實(shí)施例一:如圖3所示，其中，本裝置正常工作時(shí)，精密低阻無感電阻的信號(hào)經(jīng)過第一光電耦合器11隔離后送入數(shù)字信號(hào)處理器3，數(shù)字信號(hào)處理器3同時(shí)采樣輸入電壓相位等信息，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器3內(nèi)部運(yùn)算處理，負(fù)載8未發(fā)生短路或過載異常情形時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器3發(fā)出閉合信號(hào)至隔離驅(qū)動(dòng)模塊5，驅(qū)動(dòng)模塊打開大電流功率模塊4，大電流功率模塊4的通路開放；由于在正常情況下數(shù)字信號(hào)處理器3至受控機(jī)械式開關(guān)的線圈通路不動(dòng)作，且受控機(jī)械式開關(guān)自身的短路機(jī)構(gòu)亦不脫扣，因此受控機(jī)械式開關(guān)也處于閉合狀態(tài)，與此同時(shí)電荷吸收電路7關(guān)閉，如圖3中所示相當(dāng)于開路，交流220V至負(fù)載8的通路接通，負(fù)載8得電正常工作。同時(shí)受數(shù)字信號(hào)處理器3控制的LED指示燈綠色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器16不發(fā)出警告訊響信號(hào)，液晶顯示模塊13顯示功率因素、電量等信息。
[0037]實(shí)施例二:如圖4所示，當(dāng)負(fù)載8短路時(shí)，精密低阻無感電阻的信號(hào)經(jīng)放大隔離后輸入至數(shù)字信號(hào)處理器3，數(shù)字信號(hào)處理器3經(jīng)多項(xiàng)條件運(yùn)算確定為真性短路信號(hào)時(shí)，發(fā)出斷開信號(hào)給隔離驅(qū)動(dòng)模塊5瞬間切斷串聯(lián)于負(fù)載8回路中的大電流功率模塊4，同時(shí)數(shù)字信號(hào)處理器3的機(jī)械開關(guān)控制端輸出信號(hào)，受控機(jī)械式開關(guān)線圈得電，串聯(lián)于負(fù)載8回路中的機(jī)械觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的物理分?jǐn)嘁淮伺e能有效避免大電流功率模塊4因性能不良或者受溫度影響導(dǎo)致半導(dǎo)體大電流功率模塊內(nèi)部電子空穴對(duì)增加造成的泄露電流對(duì)后級(jí)造成的其它安全事故，于此同時(shí)數(shù)字信號(hào)處理器3的電荷吸收控制輸出端輸出開通信號(hào)，并聯(lián)在負(fù)載8兩端的電荷吸收電路7瞬間關(guān)閉，吸收可能來自線路中的剩余電荷，進(jìn)一步減小短路處的危險(xiǎn)火花；當(dāng)數(shù)字信號(hào)處理器3確認(rèn)真性負(fù)載短路信號(hào)后，大電流功率模塊4、受控機(jī)械式開關(guān)、電荷吸收電路7三者之間的時(shí)序關(guān)系是:大電流功率模塊4首先以微秒的速度斷開，在2uS之內(nèi)電荷吸收電路7關(guān)閉，接著是受控機(jī)械式開關(guān)在內(nèi)部線圈得電后斷開受控機(jī)械開關(guān)；同時(shí)和數(shù)字信號(hào)處理器3連接的紅色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器16訊響警示，液晶顯示模塊13上顯示本次短路的詳細(xì)信息。
[0038]實(shí)施例二:如圖4所示，當(dāng)負(fù)載8過載時(shí)，無精密低阻無感電阻的信號(hào)經(jīng)放大隔離后輸入至數(shù)字信號(hào)處理器3，數(shù)字信號(hào)處理器3經(jīng)過延時(shí)分析確定過載后，同上述一樣發(fā)出的控制信號(hào)最終傳遞至大功率電流模塊4，大功率電流模塊4迅速切斷負(fù)載8中的過載電流，電荷吸收電路7導(dǎo)通，之后受控機(jī)械式開關(guān)斷開，同時(shí)受數(shù)字信號(hào)處理器3控制的LED指示模塊黃色指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器16訊響警示。
[0039]實(shí)施例二:如圖4所示，當(dāng)外部漏電互感器輸入模塊12接入數(shù)字信號(hào)處理器3檢測(cè)到大于閥值的漏電流時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器3發(fā)出控制信號(hào)最終傳遞至大電流功率模塊4，大電流功率模塊4斷開，電荷吸收電路7導(dǎo)通，之后受控機(jī)械式開關(guān)斷開，同時(shí)受數(shù)字信號(hào)處理器3控制的漏電指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器16訊響警示。
[0040]實(shí)施例二:綜上所述，如圖4所示，當(dāng)發(fā)生短路、過載、漏電異常情形后，負(fù)載8的電源通路被切斷而停止工作；當(dāng)短路或過載漏電故障排除后，按下圖中的數(shù)字信號(hào)處理器3連接的按鍵輸入模塊中的“復(fù)位”開關(guān)，負(fù)載8的電源通路重新接通，即回復(fù)到圖3的狀態(tài)，負(fù)載8正常工作，裝置重新進(jìn)入正常的監(jiān)測(cè)模式。
[0041]實(shí)施例三:如圖5所示，在最壞的情況下，當(dāng)大功率電流模塊4擊穿短路，即使數(shù)字信號(hào)處理器3發(fā)出斷開信號(hào)，大功率電流模塊4也不會(huì)斷開，假如此時(shí)數(shù)字信號(hào)處理器3也因?yàn)槟撤N原因損毀，此時(shí)隔離驅(qū)動(dòng)模塊5的信號(hào)、受控機(jī)械式開關(guān)的信號(hào)、電荷吸收電路7相當(dāng)于均失效，此時(shí)如果發(fā)生負(fù)載8短路或者過載，由于短路電流的迅速增加，導(dǎo)致受控機(jī)械式開關(guān)內(nèi)部感應(yīng)線圈磁力增強(qiáng)并吸合內(nèi)部機(jī)械閥，導(dǎo)致串聯(lián)在負(fù)載8回路中的受控機(jī)械式開關(guān)脫扣，負(fù)載8異常電流被切斷。本受控機(jī)械式開關(guān)受兩路信號(hào)控制，一是自身附帶的短路和過載檢測(cè)機(jī)械裝置，只要電流超出預(yù)定的閥值，受控機(jī)械式開關(guān)自動(dòng)斷開負(fù)載電源，二是受外部控制如圖中三極管Ql的控制，只要三極管Ql導(dǎo)通，額外給受控機(jī)械式開關(guān)施加一個(gè)電壓，達(dá)到的效果和第一點(diǎn)一樣同樣會(huì)斷開其機(jī)械觸點(diǎn)；加入此機(jī)械開關(guān)作為本裝置的一種冗余備份，在裝置出現(xiàn)極端情況下時(shí)，本裝置亦能有效斷開故障電流，不會(huì)導(dǎo)致因本裝置內(nèi)部器件失效而引發(fā)嚴(yán)重安全事故的可能性，因此和其它同類產(chǎn)品相比，此舉措能保證裝置的高可靠性。
[0042]實(shí)施例四:如圖6所示，當(dāng)所接感性負(fù)載8端短路時(shí)，由于上節(jié)所述大電流功率模塊4會(huì)以微秒的速度迅速斷開主回路中的電源，假如大電流功率模塊4斷開的瞬間為正半周，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:
[0043]e=_L*di/dt
[0044]由于dt時(shí)間非常小，因此會(huì)在感性負(fù)載兩端產(chǎn)生和原輸入極性相反極高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果在電荷吸收電路未接入時(shí)，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)通過線路內(nèi)阻和接觸電阻直接施加在短路點(diǎn)，如圖中的電流通路222所示，此時(shí)會(huì)在短路點(diǎn)產(chǎn)生非常大的危險(xiǎn)火花，極易引發(fā)安全事故。
[0045]實(shí)施例四:如圖6所示，本裝置內(nèi)部加入電荷吸收電路7后，由于電荷吸收電路7在開通的瞬間內(nèi)阻非常小，相當(dāng)于一個(gè)大電容充電的過程，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很大一部分電荷通過圖6中的所示的電流通路111泄放，在短路處只產(chǎn)生極其微小的火花，因此本裝置不管接感性負(fù)載或者容性負(fù)載時(shí)，均不會(huì)產(chǎn)生較大的危險(xiǎn)火花。
[0046]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，其特征在于:包括開關(guān)電源(I)、電流取樣器件⑵、數(shù)字信號(hào)處理器⑶、大電流功率模塊(4)、隔離驅(qū)動(dòng)模塊(5)、冗余裝置(6)、電荷吸收電路(7)和負(fù)載(8)，所述冗余裝置(6)為受控機(jī)械式開關(guān)；交流電220V的L端分別與電阻(Rl)、所述開關(guān)電源(I)的輸入端、差動(dòng)放大器(9)的輸入端和電流取樣器件(2)的一端連接，所述交流電220V的N端分別與電阻(R2)的一端、所述開關(guān)電源(I)的輸入端、電荷吸收電路(7)的一端和負(fù)載(8)連接；所述電阻(R2)的另一端分別與電阻(R3)的一端和所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)連接，所述電阻(R3)的另一端和電阻(Rl)的另一端均接地，所述開關(guān)電源(I)的輸出端與所述差動(dòng)放大器(9)的輸入端連接，所述差動(dòng)放大器(9)的輸出端通過第一光電耦合器(10)與所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)連接；所述電流取樣器件(2)的另一端與所述大電流功率模塊(4)的一端連接，所述隔離驅(qū)動(dòng)模塊(5)分別與所述大電流功率模塊(4)的一端和數(shù)字信號(hào)處理器(3)連接，所述大電流功率模塊(4)的另一端通過所述受控機(jī)械式開關(guān)分別與所述電荷吸收電路(7)和負(fù)載(8)連接，所述電荷吸收電路(7)并聯(lián)在所述負(fù)載(8)的兩端，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的一端依次通過三極管(Ql)和電阻(R5)與所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)連接，所述受控機(jī)械式開關(guān)中線圈的另一端與電源VCC連接并依次通過第二光電耦合器(11)和電阻(R6)與所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)連接，所述第二光電耦合器(11)與所述電荷吸收電路(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，其特征在于:所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)分別與漏電互感器輸入模塊(12)、液晶顯示模塊(13)、RS485總線接口(14)、按鍵輸入模塊(15)和LED指示/蜂鳴器(16)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，其特征在于:所述電流取樣器件(2)為精密低阻無感電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，其特征在于:所述大電流功率模塊(4)采用大功率MOSFET反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶冗余裝置的多功能防火短路保護(hù)器，其特征在于:所述數(shù)字信號(hào)處理器(3)內(nèi)置有漏電算法模塊。
【文檔編號(hào)】H02H3/08GK203787934SQ201420054443
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】謝模順 申請(qǐng)人:上海譽(yù)煊電子技術(shù)有限公司