CN101257210A - 一种交流双向限流限压安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流双向限流限压安全装置，一种适用于各种电器以增强用电安全、减少可能产生的故障和危险的安全装置。本发明由交流双向限流电路和交流双向限压电路组合而成，能抑制在各种情况下电器的交流电源侧所可能产生的大电流和脉冲电压，从而增加各种电器的用电安全。使用这种安全装置的电器广泛适用于厂、矿、机关、企业及家庭等交流电源用户。

Description

一种交流双向限流限压安全装置

技术领域

本发明涉及一种交流双向限流限压安全装置，一种适用于各种电器以增强用电安全、减少可能产生的故障和危险的安全装置，使用这种安全装置的电器广泛适用于厂、矿、机关、企业及家庭等交流电源用户。

背景技术

大部分直流电源都具有安全限流限压：如常用的LM7812，其最大短路电流被限制在1.5A，而其本身就是限压输出，开关电源的输出也大都有最大电流和最大电压限制保护，限流限压能减少后面的用电电器的不安全因素。但是，却未见交流双向限流限压保护的通用安全装置，似乎被市场忽略了(目前所采用的交流限流限压只不过是保险丝，当电流电压超过较多时都反映为保险丝熔断，它的反映速度慢，作用很有限)。其实，交流双向限流限压保护是很有必要的，可以减少短路或故障时可能会产生的大电流等不安全因素，也可以减小交流电上电时对整流滤波器电解充电所产生的瞬间大电流，也可以隔离交流电网脉冲电压以避免对电器的不良影响等等。这些都是具有现实意义的，如不慎短路时可以减少元器件的损坏，可以减小变压器初级与电源线接触不好或突然断开时所产生的较大火花，可以减小交流电源接触点处的电火花以满足易燃易爆场合的本质安全防爆要求，可以解决因使用整流滤波电路的电器如节能灯等大量使用时同时上电可能产生的跳闸现象，可以隔离交流电网脉冲电压以减小电器所受到的干扰……本发明涉及一种交流双向限流限压安全装置，其目的是为了增加各种电器的用电安全，以减少可能产生的故障和危险，使用这种安全装置的电器广泛适用于厂、矿、机关、企业及家庭等交流电源用户。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流双向限流限压安全装置，能抑制在各种情况下电器的交流电源侧所可能产生的大电流和脉冲电压，从而增加各种电器的用电安全。本发明由交流双向限流电路和交流双向限压电路组合而成。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明提供一种交流双向限流限压安全装置，由分立元件组成，瞬态特性好，反应速度快。它包括交流双向限流电路，其电路原理图及框图见图1，框图用字母A表示，交流双向限压电路，其电路原理图及框图见图2，框图用字母V表示；其基本结构是在交流双向限流之后进行交流双向限压，正因为有了前面的交流双向限流，后面的交流双向限压才更有实质意义，二者组合形成交流双向限流限压安全装置，其组合电路的结构框图见图3和图5。

(一)、交流双向限流电路：

如图1所示，交流双向限流电路A主要由二极管D1、D1′、稳压二极管DZ1、DZ1′、三极管Q1、Q2、Q3、Q1′、Q2′、Q3′、电阻R1、R2、R3、R4、R1′、R2′、R3′、R4′组成；交流双向限流电路的主要作用一是限制流入电器的最大电流，二是当后面接有交流双向限压电路时可以隔离脉冲电压。交流双向限流电路也可称交流双向恒流电路。

交流双向限流电路A分为上下两部分，如果交流电源从左边送入，D1′、DZ1′、Q1′、Q2′、Q3′、R1′、R2′、R3′、R4′组成交流电正半波限流电路，D1、DZ1、Q1、Q2、Q3、R1、R2、R3、R4组成交流电负半波限流电路。

如图1所示，当输入的交流电压为左负右正时，图1电路上半部导通下半部截止，上半部的电流流过D1，进入由R1、R2、Q1、Q2、Q3、R4形成的恒流源电路，所限定的峰值电流为Iop(A)＝Vbe1/R1＝0.60(V)/R1(Ω)(因Q1的工作电流较小，故其Vbe也较小，取Vbe1＝0.60V)，其平均电流Io(A)＝0.707Iop(A)，综合以上两式得Io(A)≈0.42(V)/R1(Ω)(公式一)，例：当Io取50mA时，R1＝0.42/0.05＝8.4Ω，8.4Ω可使用8.2Ω/0.25W高精度金属膜电阻。当Q1和R4确定时，本恒流源的精度只取决于R1的精度。图4的R3、DZ1的作用是：当恒流源两端的电压增大时，由于R4的存在，IR4增大使得Q1的Ic1也增大、Ib1增大、Vbe1也增大，本恒流源的电流将随之略为增加；这时加入R3、DZ1，使R2上产生一点压降，促使VR1基本不变，以使恒流源的电流保持基本恒定。R3的取值计算方法如下：例当恒流源两端电压从4V升到100V时，电流增大约10％，即VR1增大约10％，这时就需使VR1下降10％，R2取470Ω电阻，这时DZ1取2.7V稳压管，则R3(Ω)≈{[100-(2.7+0.6)](V)/0.6×10％(V)}×R2(Ω)≈758(KΩ)(公式二)，可取750KΩ电阻；实际设计时，也可以把图1的两端接入0-100V直流稳压电源通过实测确认，当输入电压在3V-100V时，输入电流基本不变。当R2取470Ω、DZ1取2.7V时，电阻R3也可取经验值约为750-820KΩ。

本交流限流电路实际上是由两个单向限流电路反向并联组成，当输入电压为左正右负时，图1下半部导通上半部截止，分析方法同上。

图1的关键元件是Q2、Q2′、Q3、Q 3′。当输入交流电压为127V或220V时，Q2、Q2′可选用MJE13003(400V/1.5A/14W)或MJ E13005(400V/4A/60W)，其Hfe一般在30-40倍。Q3、Q3′可选用2N3440(450V/1A/1W)等Vceo≥400V的晶体管，其Hfe一般在60-100倍。当输入交流电压为127V时，Q3、Q3′也可选用2SC227(300V/0.1A/0.75W)或2SC2610(300V/0.1A/0.80W)等Vceo＝300V的晶体管，此类晶体管型号较多。晶体管都选用NPN型是因为NPN型高反压型号多。

本交流双向限流电路在正常工作时峰值压降约为3V，对于交流127V或220V电压来说，实际效率不低，交流220V时效率可达99％。D1′、R1和Q1的公共端与D1、R1′和Q1′的公共端为交流电的任意一极的输入端和输出端，因本电路采用全对称设计，可选任意一端为输入另一端为输出，而不必区分极性。本交流双向限流电路采用的元件只有二极管、三极管和电阻，易于集成，若集成为一片专用集成电路，就叫“交流双向限流二极管”或“交流双向恒流二极管”，将能降低成本并更易于使用。

(二)、交流双向限压电路：

如图2所示，交流双向限压电路V主要由瞬态电压抑制二极管DZ3、DZ4、电阻R5、电容C1组成。交流双向限压电路的主要作用：其一是当ACIN端即交流电网存在脉冲电压时，交流双向限压电路可以吸收这些脉冲，其二是当ACOUT端接有变压器时，当交流电源接触不好或突然断开时，会产生脉冲电压，交流双向限压电路也可以吸收这些由电器所产生的脉冲电压，以减小在交流电源接触点处所产生的电火花，这两个作用在前面交流双向限流电路的配合下才能得到最佳效果。

DZ3、DZ4选用P6KE×××A瞬态电压抑制二极管(×××伏/5W、瞬间峰值功率600W/1ms)，其击穿电压×××伏应比交流电源最大峰值电压略高一些，C1选用105PF/400V，R5选用3K/3W。当交流电网存在脉冲电压或变压器产生一个高电压脉冲时，因电容两端的电压不能突变，这个电压通过R5和C1加在DZ3、DZ4上，DZ3、DZ4可吸收超出交流电源峰值的瞬变电压，保证了ACOUT端不会产生高电压。DZ3、DZ4也可以改用一个双向瞬态电压抑制二极管。

(三)、本发明结构框图一：

本发明结构框图一见图3，交流输入电压经交流双向限流电路A限流，交流双向限压电路V限压后，形成一个没有大脉冲电压干扰的、较为平稳的交流电源以提供给电器使用，并减少短路或故障时可能会产生的不安全因素。

(四)、本发明结构框图二：

本发明结构框图二见图5，为增强可靠性和安全性以符合易燃易爆场合的本质安全防爆要求，交流输入电压经两级交流双向限流电路A串联双重限流，两级交流双向限压电路V并联双重限压后，形成一个没有大脉冲电压干扰的、较为平稳的交流电源以提供给电器使用，并减少短路或故障时可能会产生的不安全因素。

本发明可集成为一片专用集成电路，只把C1外接，这样将能降低成本并更易于使用。

本发明的有益效果是：提供了一种交流双向限流限压安全装置，使用它可以增加各种电器的用电安全，减少可能产生的故障和危险，以适用于厂、矿、机关、企业及家庭等交流电源用户。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1本发明的交流双向限流电路原理图及框图；

图2本发明的交流双向限压电路原理图及框图；

图3本发明结构框图一；

图4本发明结构框图一电路原理图；

图5本发明结构框图二；

图6本发明结构框图二电路原理图。

具体实施方式

图3是本发明的结构框图一，其电路原理图见图4。本实施例采用一级交流双向限流电路和一级交流双向限压电路组成，可以满足一般电器的要求。设计要求：交流输入电压220V±10％，输出功率10W。要在220V-10％输出功率10W，则交流电流有效值Io＝10W/(220V-10％)＝50.5mA，由(公式一)Io(A)≈0.42(V)/R1(Ω)算得R1＝8.2Ω，取R2＝470Ω则由(公式二)算得R3＝750KΩ，DZ1取2.7V，取R4＝30KΩ/1W，D1＝1N4007，Q1对反压没有要求取为2N5551，Q2取MJE13003(400V/1.5A/14W)，Q3取2N3440(450V/1A/1W)，C1取105PF/400V，R5选用3K/3W。交流输入最高峰值电压＝220V×1.414×110％≈342V，DZ3DZ4取P6KE350A(350伏/5W、瞬间峰值功率600W/1ms)。R1′R2′R3′R4′D1′DZ1′Q1′Q2′Q3′的参数和R1R2R3R4D1DZ1Q1Q2Q3对应相同。

图5是本发明的结构框图二，其电路原理图见图6。本实施例采用两级交流双向限流电路串联双重限流和两级交流双向限压电路并联双重限压，以双重保护增强可靠性，可以满足具有更高安全要求的电器例如本质安全防爆仪器的要求。因电路相同，参数计算同图3。

Claims (5)

1. 一种交流双向限流限压安全装置，它包括交流双向限流电路和交流双向限压电路，二者组合形成交流双向限流限压安全装置。

2. 根据权利要求1所述的一种交流双向限流限压安全装置，其特征在于所述交流双向限流电路主要作用一是限制流入电器的最大电流，二是当后面接有交流双向限压电路时可以隔离脉冲电压。

3. 根据权利要求1所述的一种交流双向限流限压安全装置，其特征在于所述交流限流电路可集成为一片专用集成电路。

4. 根据权利要求1所述的一种交流双向限流限压安全装置，其特征在于所述交流双向限压电路的主要作用是：在交流双向限流电路的配合下，其一是吸收交流电网的脉冲电压，其二是吸收由电器所产生的脉冲电压。

5. 根据权利要求1所述的一种交流双向限流限压安全装置，其特征在于所述交流双向限流电路和交流双向限压电路可集成为一片专用集成电路，只把C1外接。

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