CN103199487B - 过压延时保护器 - Google Patents

Abstract

本发明提供过压延时保护方法及过压延时保护器，可实现对MCB、RCBO、分励脱扣器等的过压保护。保护器主要由电源电路、过压检测电路、延时电路、放电电路、驱动电路顺序连接构成，驱动脱扣线圈吸引铁芯带动脱扣器，实现分断功能。当电路中发生过压故障时，根据过压程度选择不同延时档，对275V、300V、350V、400V四档电压实现不同时间的延时分断。既能实施分断保护用电设备，又能避盲目不必要分断；可以有效监测供电电路过压情况，并且合理选择分断时间保护负载。

Description

过压延时保护器

技术领域

本发明涉及过压保护技术领域，具体涉及低压断路器的过压保护方法及相关辅件。

背景技术

在供电电路中，经常会出现过压故障。在出现过压故障时，如不能及时采取保护措施，当电压超过一些设备的最大承受电压时，将会损坏设备，造成巨大的损失。过压保护器就是用来减小这种情况所造成的损失的装置，它能在检测到供电电路中有过压故障时及时断开电路，保护设备。

一般而言，设备能够承受短时间的过压工作，如果在这个时间中过压消失，恢复正常供电，设备是不会受到损坏的，而在这样的情况下，断电却可能会造成数据丢失，生产停滞，造成的损失反而被扩大了。目前的过压保护产品并不具有能够智能延时监测并选择是否断电的功能。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种过压延时保护方法，并提供相应的过压延时保护器，当供电电路中出现过压时，不立刻断电，而是判定电压范围，然后根据电压范围选择延时时间，在不同电压范围内保护器延时不同时间；在设定好的时间内，过压故障未解除则脱扣，从而避免因供电电路过压故障引起的设备损坏；如果过压故障解除则不脱扣，保证设备继续正常运行，避免因盲目脱扣带来的损失。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种过压延时保护方法，包括以下步骤：1)从供电网络取电，将取得的交流电整流转换为直流电，并通过稳压以及分压，得到三个基准电压；2)将交流电整流后得到的直流电接入分压电阻网络，在分压电阻网络中选择三个点的电压，与所述三个基准电压进行电压比较，将比较结果分为三路输出；3)利用所述三路输出电压，通过不同的电阻对同一电容充电实现不同的延时，并用MOS管实现电容的快速放电；4)当电容中的电压达到限定值时，触发可控硅导通，驱动脱扣线圈带动脱扣器动作，切断电源电压，完成分断动作。

本发明还提供一种过压延时保护器，包括顺序连接的电源电路、过压检测电路、延时电路、放电电路以及驱动电路；

所述电源电路的组成包括脱扣线圈、二极管、稳压管以及分压电阻；脱扣线圈连接供电网络，供电网络中的交流电经过二极管全波整流后，由稳压管稳压和电阻分压得到三个基准电压和芯片电源；所述三个基准电压作为过压检测电路的三路比较的基准，所述芯片电源作为过压检测电路以及放电电路中的各个运放的供电电压；

所述过压检测电路的组成包括运放和分压电阻；市电整流后接入分压电阻网络，在分压电阻网络中选择三个点的电压，通过运放与所述三个电压基准比较，驱动三路运放输出，三路运放的输出做或运算后的电压驱动延时电路；

所述延时电路的组成包括不同的电阻和同一电容，利用过压检测电路的输出电压，通过不同的电阻对电容进行充电，当电容中的电压达到限定值时，用放电电路中的运放触发驱动电路中的可控硅；

所述放电电路的组成包括运放，以及由电阻和P-MOS管组成的放电网络；所述放电网络使延时电路中的充电电容在断电后快速放掉大部分电量，放电电路中运放的输出连接驱动电路的输入；

所述驱动电路的组成包括可控硅，由放电电路的输出信号作为可控硅的控制信号，当放电电路的信号输出高电平时，可控硅导通，驱动电源电路中的脱扣线圈带动脱扣器动作。

其进一步的技术方案为：还包括测试电路，所述测试电路连接在电源电路和延时电路之间，由测试按钮和测试电阻构成；当所述测试按钮按下时，电源电路的芯片电源通过所述测试电阻直接对延时电路的电容进行充电。

其进一步的技术方案为：所述电源电路的脱扣线圈后连接有压敏电阻。

本发明的有益技术效果是：

本发明可用作MCB、RCBO、分励脱扣器等的辅件，实现过压保护。当电路中发生过压故障时，本发明根据过压程度选择不同延时档，对275V、300V、350V、400V四档电压实现不同时间的延时分断。既能实施分断保护用电设备，又能避盲目不必要分断。本发明可以有效监测供电电路过压情况，并且合理选择分断时间保护负载。本发明通过将275V和300V两个档位合并在一路，既符合标准，又优化了电路，减少了器件数量，减少了能耗。此外，本发明自带脱扣装置，无需借助主开关分断，可实现自我分断，可任意接于主开关的前级或后级。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的电路框图。

图3是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明为实现过压延时保护功能，所设计的方法流程如下：

首先，在步骤S01中，从供电网络取电，将取得的交流电整流转换为直流电，并通过稳压以及分压，得到三个基准电压。

然后，在步骤S02中，将交流电整流后得到的直流电接入分压电阻网络，在分压电阻网络中选择三个点的电压，与步骤S01中得到的三个基准电压进行电压比较，将比较结果分为三路输出。

接下来，在步骤S03中，利用步骤S02中得到的三路输出电压，通过不同的电阻对同一电容充电实现不同的延时，并用MOS管实现电容的快速放电。

最后，在步骤S04中，当电容中的电压达到限定值时，触发可控硅导通，回路产生大电流，驱动脱扣线圈带动脱扣器动作，切断电源电压，完成分断动作。

如图2所示，用于实现本发明上述方法的装置结构如下：包括顺序连接的电源电路1、过压检测电路2、延时电路3、放电电路4以及驱动电路5，还包括测试电路6。

电源电路1的组成包括脱扣线圈、整流二极管、稳压管以及分压电阻。电源电路1是将供电电路(电网)中取得的交流电经过二极管全波整流后，再由稳压管稳压和电阻分压得到三个基准电压和芯片电源。其中，三个基准电压作为过压检测电路2的三路比较的基准，芯片电源作为过压检测电路2以及放电电路4中的各个运放的供电电压。

过压检测电路2的组成包括运放和分压电阻。将市电整流后接入过压检测电路2的分压电阻网络，并在分压电阻网络中选择三个点的电压，通过运放与上述三个电压基准比较，建立三路电压比较，驱动三路运放输出，三路运放的输出做或运算后的电压用于驱动延时电路3。

延时电路3的组成包括不同的电阻和同一电容，其利用过压检测电路2的输出电压，通过不同的电阻对电容进行充电，当电容中的电压达到限定值时用放电电路4中的一路运放触发驱动电路5中的可控硅，从而驱动电源电路1中的脱扣线圈，切断电源电压。

放电电路4的组成包括运放，以及由电阻和P-MOS管组成的放电网络。放电网络使延时电路3中的充电电容在断电后快速放掉大部分电量，加快复位，放电电路4中运放的输出连接驱动电路5的输入。

驱动电路5的组成包括可控硅，由放电电路4的输出信号作为可控硅的控制信号，当放电电路4的信号输出高电平时，可控硅导通，回路产生大电流，驱动电源电路1中的脱扣线圈带动脱扣器动作，完成分断动作。

测试电路6由测试按钮和测试电阻构成。当按下测试按钮使电路接通时，电源电路1的芯片电源通过测试电阻直接对延时电路3的电容充电，若正常完成分断动作，则测试表明装置正常。

图3是本发明装置的一个具体实施例。

如图3所示，其中L、N分别为交流电的相线和零线，Coil为脱扣线圈，VR1为压敏电阻，D1、D2、D3、D4为整流二极管，R1为限流电阻，Q2为精密稳压管，R2、R3、R4、R5为分压电阻，C1为滤波电容，TH1为可控硅，U1A、U1B、U1C、U1D为低功耗四运放集成芯片LP2902，Q1为P-MOS管，C3为延时电容，Test为测试按钮，D5为双二极管BAV70，R12、R13、R14为充电电阻，R15、R16、R17、R18构成分压网络，C4为滤波电容。

本发明工作时从供电网络直接取电，脱扣线圈Coil接在相线L上并在脱扣线圈Coil后面接入压敏电阻VR1，用来防止浪涌损坏器件。整流二极管D1～D4构成全桥整流网络，将交流电转换为直流电。通过电阻R1限流后给精密稳压管Q2提供电流。通过电阻R1～R5一起产生了如图3所示的V1、V2、V3三个基准电压以及芯片电源VCC。电容C1起滤波作用，使各基准电压和芯片电源VCC的值更加稳定。上述脱扣线圈Coil、压敏电阻VR1、整流二极管D1～D4、限流电阻R1、精密稳压管Q2、分压电阻R2～R5、滤波电容C1一起构成为本发明的电源电路。

电阻R15～R18构成分压电路，对VOL进行分压并取其三个点电压，与基准电压V1、V2、V3通过四运放集成芯片U1A、U1B、U1C进行电压比较。滤波电容C4的作用是滤去交流电转化过程中的纹波，让各点电压更平滑。上述电阻R15～R18、四运放集成芯片U1A～U1C、滤波电容C4一起构成本发明的过压检测电路。

R12～R14为充电电阻，并通过双二极管D5和二极管D6对前端电路的三路输出做或运算，得到充电电压。当前端电路输出高电平时，延时电容C3开始充电，通过电阻R12～R14的阻值不同，决定充电的快慢。电阻R8、电阻R9和P-MOS管Q1组成放电网络，在断电后P-MOS管Q1导通，可在短时间内将延时电容C3的大部分电量放掉，以实现快速重合闸。电阻R10用于将延时电容C3剩余的电量放电。四运放集成芯片U1D用来输出控制信号，其输出接可控硅TH1的控制脚。上述充电电阻R12～R14、双二极管D5、二极管D6、延时电容C3、电阻R8～R9、P-MOS管Q1、四运放集成芯片U1D一起构成本发明的延时电路及放电电路。

可控硅TH1接在VOL和GND之间，当可控硅TH1导通时回路将产生一个大电流，驱动脱扣线圈Coil。四运放集成芯片U1D的输出经电阻R6、电阻R7分压后驱动可控硅TH1。电容C2用来消除干扰电压，防止误动作。上述可控硅TH1、电阻R6～R7、电容C2一起构成本发明的驱动电路。

R11为测试电阻，Test为测试按钮，它们构成本发明的测试电路，可用于测试本发明是否正常工作。

结合图3，对本发明的工作过程说明如下：

当供电的两相电中出现过压故障时，VOL也会随之上升，电路中各个测试点电压与VOL成正比，所以当VOL升高的同时各个测试点电压同比升高。

当供电电压达到275V时，芯片U1C的10脚(第一测试点)上的电压大于基准电压V1，芯片U1C的8脚输出高电平。电阻R14对电容C3充电，当电容C3上电压大于基准电压V1时，芯片U1D的14脚输出高电平，此高电平加在可控硅TH1控制脚上，使可控硅TH1导通。可控硅TH1和脱扣线圈Coil回路中产生一大电流，驱动脱扣线圈Coil带动机构动作，本发明完成分断动作。

当供电电压达到350V时，芯片U1A的3脚(第二测试点)上的电压大于基准电压V2，则芯片U1C的8脚、芯片U1A的1脚同时输出高电平，对电容C3充电，最后完成分断动作。

当供电电压达到400V时，芯片U1B的5脚(第三测试点)上的电压大于基准电压V3，则芯片U1C的8脚、芯片U1A的1脚、芯片U1B的7脚同时输出高电平，对电容C3充电，最后完成分断动作。

由于电阻R12、电阻R13、电阻R14的阻值不同，所以导通路数不同，充电时间不同，这样就产生了不同电压的不同延时。当电压为275V和300V时都是导通第一路。本发明将275V和300V设计为一路，大大节约了资源。当实验测试按钮Test时，电源VCC通过测试电阻R11直接对电容C3充电，当电容C3电压大于基准电压V1时，可控硅TH1导通，驱动脱扣线圈Coil，从而使本发明完成分断动作，表面本发明能够正常工作。

综上所述，本发明可以实现以下过压延时功能：

1、当供电电路发生过压故障，并且电压达到275V时，过压检测电路第一路导通，开始对延时电路充电，如果过压故障持续3～15秒，保护器脱扣。

2、当供电电路发生过压故障，并且电压达到300V时，过压检测电路第一路导通，开始对延时电路充电，如果过压故障持续1～5秒，保护器脱扣。

3、当供电电路发生过压故障，并且电压达到350V时，过压检测电路第二路导通，开始对延时电路充电，如果过压故障持续250～750毫秒，保护器脱扣。

4、当供电电路发生过压故障，并且电压达到400V时，过压检测电路第三路导通，开始对延时电路充电，如果过压故障持续70-200毫秒，保护器脱扣。

5、当供电电压在255V时，产品1小时内不动作。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种过压延时保护器，其特征在于：包括顺序连接的电源电路(1)、过压检测电路(2)、延时电路(3)、放电电路(4)以及驱动电路(5)；

所述电源电路(1)的组成包括脱扣线圈、二极管、稳压管以及分压电阻；脱扣线圈连接供电网络，供电网络中的交流电经过二极管全波整流后，由稳压管稳压和电阻分压得到三个基准电压和芯片电源；所述三个基准电压作为过压检测电路(2)的三路比较的基准，所述芯片电源作为过压检测电路(2)以及放电电路(4)中的各个运放的供电电压；

所述过压检测电路(2)的组成包括运放和分压电阻；市电整流后接入分压电阻网络，在分压电阻网络中选择三个点的电压，每个点的电压分别通过运放与所述三个基准电压中的一个比较，驱动三路运放输出，三路运放的输出做或运算后的电压驱动延时电路(3)；

所述延时电路(3)的组成包括不同的电阻和同一电容，利用过压检测电路(2)的输出电压，通过不同的电阻对电容进行充电，当电容中的电压达到限定值时，用放电电路(4)中的运放触发驱动电路(5)中的可控硅；

所述放电电路(4)的组成包括运放，以及由电阻和P-MOS管组成的放电网络；所述放电网络使延时电路(3)中的充电电容在断电后快速放掉大部分电量，放电电路(4)中运放的输出连接驱动电路(5)的输入；

所述驱动电路(5)的组成包括可控硅，由放电电路(4)的输出信号作为可控硅的控制信号，当放电电路(4)的信号输出高电平时，可控硅导通，驱动电源电路(1)中的脱扣线圈带动脱扣器动作。

2.根据权利要求1所述过压延时保护器，其特征在于：还包括测试电路(6)，所述测试电路(6)连接在电源电路(1)和延时电路(3)之间，由测试按钮和测试电阻构成；当所述测试按钮按下时，电源电路(1)的芯片电源通过所述测试电阻直接对延时电路(3)的电容进行充电。

3.根据权利要求1所述过压延时保护器，其特征在于：所述电源电路(1)的脱扣线圈后连接有压敏电阻。