本實(shí)用新型涉及電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)在電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器方面的應(yīng)用正處于起步應(yīng)用階段，大部分限流保護(hù)器是利用絕緣柵型電力場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET)或IGBT等半導(dǎo)體電力電子器件作為開(kāi)關(guān)部件對(duì)負(fù)載進(jìn)行投入或切除。下面簡(jiǎn)單介紹電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器的基本原理。

電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器是利用絕緣柵型電力場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET)或IGBT等半導(dǎo)體電力電子器件開(kāi)關(guān)的如下特性作為開(kāi)關(guān)部件進(jìn)行線(xiàn)路短路故障保護(hù)的一種保護(hù)器。

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的開(kāi)關(guān)特性包括:

(1)uS級(jí)短路限流；

(2)無(wú)觸點(diǎn)形式，短路限流時(shí)無(wú)故障電弧產(chǎn)生；

(3)設(shè)備耐久性好，可承受萬(wàn)次以上短路試驗(yàn)后保持性能正常；

(4)導(dǎo)通電阻低；

(5)開(kāi)關(guān)速度快；

(6)驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。

該特性使得短路電流只上升到正常負(fù)荷電流的數(shù)倍，同時(shí)短路點(diǎn)附近不產(chǎn)生電弧，極大的降低了引發(fā)火災(zāi)的機(jī)率，對(duì)短路電氣火災(zāi)具有很好的預(yù)防控制作用，減少了火災(zāi)引起的經(jīng)濟(jì)損失。

該型限流式保護(hù)器是一類(lèi)新型的消防電子產(chǎn)品，使用在市電220V及以下的交流供配電系統(tǒng)中，與被保護(hù)對(duì)象回路串聯(lián)，當(dāng)被保護(hù)回路的故障電流值超過(guò)保護(hù)整定電流報(bào)警值時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)通過(guò)限流方式對(duì)被保護(hù)線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)。其主要特點(diǎn)為：只要線(xiàn)路上短路故障引起的故障電流超過(guò)最大瞬間負(fù)載電流值，就能以微秒級(jí)速度分?jǐn)嘣摱搪饭收想娏鳎瑥亩苟搪饭收厢尫诺哪芰勘葌鹘y(tǒng)繼電保護(hù)方式減少數(shù)倍，從而有效防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

但是，目前的電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器受限于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通損耗，而不能做太大功率的限流保護(hù)器。本專(zhuān)利旨在利用絕緣柵型電力場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET)或IGBT等半導(dǎo)體電力電子器件設(shè)計(jì)一種大功率的快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出了一種大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器。

本實(shí)用新型的一種大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器，包括：信號(hào)獲取元件，其串聯(lián)在火線(xiàn)線(xiàn)路中獲取電流信號(hào)；信號(hào)調(diào)理單元，其輸入端與信號(hào)獲取單元連接，其輸出端與CPU連接，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理；CPU，其輸入端與信號(hào)調(diào)理單元連接，其輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接，向驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，其輸入端與CPU連接，其輸出端與MOS管開(kāi)關(guān)元件連接，根據(jù)CPU發(fā)出的控制命令控制開(kāi)關(guān)元件；MOS管開(kāi)關(guān)元件，其串聯(lián)在火線(xiàn)線(xiàn)路中，由驅(qū)動(dòng)電路控制閉合或斷開(kāi)。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括與所述CPU連接的告警指示燈，其根據(jù)CPU在超過(guò)閥定值時(shí)發(fā)出的短路或過(guò)載告警信號(hào)發(fā)光。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括與所述CPU連接的蜂鳴器，其根據(jù)CPU在超過(guò)閥定值時(shí)發(fā)出的短路或過(guò)載告警信號(hào)發(fā)出蜂鳴聲。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括與所述CPU連接的按鍵，當(dāng)故障排除后，其控制所述CPU發(fā)出恢復(fù)線(xiàn)路負(fù)載供電的合閘信號(hào)。

優(yōu)選地，所述MOS管開(kāi)關(guān)元件為MOSFET管或IGBT管。

優(yōu)選地，所述MOS管開(kāi)關(guān)元件由多個(gè)MOSFET管串并聯(lián)組成，IN端連接電源，OUT端連接被保護(hù)的負(fù)載。

優(yōu)選地，所述MOSFET管的最大耐受電壓在500V以上。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型的電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器可以應(yīng)用在消防系統(tǒng)上，具有分?jǐn)喽搪饭收想娏魉俣瓤?、無(wú)電火花產(chǎn)生、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)于一些易燃易爆場(chǎng)所等的電氣火災(zāi)具有非常好的預(yù)防作用。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器的功率開(kāi)關(guān)器件結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為更好的理解本實(shí)用新型的精神，以下結(jié)合本實(shí)用新型的部分優(yōu)選實(shí)施例對(duì)其作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示為大功率快速電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的限流式保護(hù)器包括信號(hào)獲取元件1，信號(hào)調(diào)理單元2，微信號(hào)數(shù)字處理器CPU3，驅(qū)動(dòng)電路4，MOS管開(kāi)關(guān)元件5，告警指示燈6，蜂鳴器7，按鍵8，通信接口9，顯示器10以及AC/DC供電處理單元11。

信號(hào)獲取元件1串聯(lián)在火線(xiàn)線(xiàn)路中，將火線(xiàn)線(xiàn)路上的電流信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為微小弱電流信號(hào)。這里，信號(hào)獲取單元1可以是電流互感器或取樣電阻。電流互感器可以是電磁式電流互感器或霍爾電流互感器等。

信號(hào)調(diào)理單元2與信號(hào)獲取單元1連接，對(duì)微小弱電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，并傳給CPU3。CPU3與信號(hào)調(diào)理單元2連接，對(duì)調(diào)理后的被探測(cè)電流參數(shù)進(jìn)行分析，當(dāng)所述被探測(cè)電流參數(shù)超過(guò)報(bào)警閥定值時(shí)，發(fā)出短路或過(guò)載控制命令。驅(qū)動(dòng)電路4與CPU3連接，接收CPU3發(fā)出的控制命令并根據(jù)所述控制命令對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制。MOS管開(kāi)關(guān)元件5串聯(lián)在火線(xiàn)線(xiàn)路中，由驅(qū)動(dòng)電路4控制閉合或斷開(kāi)。

如果CPU3發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路4的信號(hào)為短路跳閘控制信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)電路4控制MOS管開(kāi)關(guān)元件5斷開(kāi)；如果CPU3發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路4的信號(hào)為過(guò)載跳閘控制信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)電路也控制MOS管開(kāi)關(guān)元件5斷開(kāi)。

另外，與所述CPU3連接的告警指示燈6，根據(jù)CPU3在超過(guò)閥定值時(shí)發(fā)出的短路或過(guò)載告警信號(hào)發(fā)光以進(jìn)行告警指示。與所述CPU3連接的蜂鳴器7，根據(jù)CPU3在超過(guò)閥定值時(shí)發(fā)出的短路或過(guò)載告警信號(hào)發(fā)出蜂鳴聲。

并且，本實(shí)用新型的限流式保護(hù)器還包括與所述CPU3連接的按鍵8，當(dāng)故障排除后，可以通過(guò)按壓按鍵8控制所述CPU3發(fā)出恢復(fù)線(xiàn)路負(fù)載供電的合閘信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路4根據(jù)該合閘信號(hào)控制MOS管開(kāi)關(guān)元件5閉合。

本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件5為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)開(kāi)關(guān)元件?？商娲兀_(kāi)關(guān)元件5也可以是IGBT管開(kāi)關(guān)元件。

開(kāi)關(guān)功率器件是負(fù)責(zé)負(fù)載供電的關(guān)鍵部件，因此該期間選擇及應(yīng)用應(yīng)考慮一定條件。下面對(duì)開(kāi)關(guān)功率器件進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一般說(shuō)來(lái)選擇該期間應(yīng)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：

a.最大耐受電壓的確定

選擇M0SFET必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大VDS，MOSFET的最大耐受電壓應(yīng)當(dāng)大于總線(xiàn)電壓的最大值，這樣才能提供足夠的保護(hù)，使M0SFET不會(huì)失效。對(duì)于應(yīng)用對(duì)象為市電220V的交流供電系統(tǒng)，考慮短路故障及電磁浪涌擾動(dòng)等安全情況選用最大耐受電壓應(yīng)該在500V以上的MOSFET。

b.額定工作電流的確定

視應(yīng)用場(chǎng)合而定，該額定電流應(yīng)是被保護(hù)線(xiàn)路上負(fù)載完全工作時(shí)的最大電流。與分析電壓的情況相似，應(yīng)確保所選的M0sFET能承受這個(gè)額定電流，額定電流通常和配電系統(tǒng)的斷路器相匹配。同時(shí)，還須計(jì)算導(dǎo)通損耗。導(dǎo)通損耗由MOSFET的RDS(0N)所確定，并隨溫度變化而變化。器件功率耗損可由I×I×RDS(0N)計(jì)算獲得。由于導(dǎo)通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會(huì)隨之變化。對(duì)MOsFET施加的電壓VGs越高，RDs(0N)就會(huì)越小。

功率開(kāi)關(guān)器件根據(jù)背景技術(shù)中描述的M0SFET開(kāi)關(guān)特性，以及所保護(hù)線(xiàn)路的功率要求，選擇合適的MOSFET串并聯(lián)組成，即兩個(gè)MOSFET串聯(lián)，多個(gè)串聯(lián)的MOSFET再并聯(lián)起來(lái)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，IN端連接電源、0UT端連接被保護(hù)負(fù)載。其作用在于根據(jù)控制電路的命令維持相應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以達(dá)到對(duì)被保護(hù)回路的保護(hù)作用。

本實(shí)用新型可以根據(jù)通信協(xié)議要求與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將一些重要檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，以構(gòu)成電氣防火監(jiān)控系統(tǒng)。通信接口9可采用RS485、CAN等多種通信方式。

通過(guò)本實(shí)用新的電氣火災(zāi)限流式保護(hù)器的結(jié)構(gòu)，可以獲得分?jǐn)喽搪饭收想娏魉俣瓤?、無(wú)電火花產(chǎn)生、帶負(fù)載能力強(qiáng)等技術(shù)效果。本實(shí)用新型可以應(yīng)用在消防系統(tǒng)上，對(duì)于一些易燃易爆場(chǎng)所等的電氣火災(zāi)具有非常好的預(yù)防作用。

本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本實(shí)用新型的教示及揭示而作種種不背離本實(shí)用新型精神的替換及修飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本實(shí)用新型的替換及修飾，并為本專(zhuān)利申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)所涵蓋。