CN103247997A - 一种电子熔断器 - Google Patents

Abstract

一种电子熔断器，它由两组功率场效应管及其驱动电路、两个电力二极管、电流互感器、直流偏置模块、模数转换模块、单片机、远程控制台、无线通讯模块和直流电源构成。与现有的各种“电子熔断器”相比较，本发明不仅具有可以重复使用的特点，而且还具有故障远程警报、远程遥控以及故障定位功能；与具有远程警报、远程遥控的电子断路器相比较，本发明具有结构简单、成本低廉，真正适用于需要利用其反时延特性的电路中。

Description

一种电子熔断器

技术领域

本发明涉及电子熔断器。

背景技术

熔断器是串联在电路中通过熔断其熔断体的“断路”措施来对电路（含电器、电源等）进行短路保护或严重过载保护的装置。为省去事后更换熔断体（例如习称“保险丝”的熔丝）的麻烦，人们就又发明了用复位按钮来替换掉熔断体的电子熔断器，用于代替熔断体的元件主要包括功率场效应管（及必要驱动电路）。然而，现有技术中许多称为“电子熔断器”的发明或产品，在实际上并不属于熔断器，而只是一种断路器，因为它们不具有“熔断器”才具备的反时延特性，因此，在需要利用其反时延特性的电路中，这些称为“电子熔断器”的产品还不能取代普通熔断器。另外，无论是具有反时延特性的，或是不具有反时延特性的各种现有的所谓“电子熔断器”，虽然在排除故障后都不必更换熔断体了，但仍然需要操作人员到“电子熔断器”所在现场去按动复位按钮，所以，在某些场合，仍然存在使用上不方便的问题。当然，在不考虑反时延特性的情况下，现有技术中还是有通过断路措施来保护电路，且不需操作人员到现场去按动复位按钮的装置的，这类装置之一是公布号为EP1852950A2的《一种电网和用电器保护装置》（Protective device for electrical networks and for electrical user devices connected to an electrical network）。它是一种在电路短路或过载时，可以自动重合闸一定次数的电网保护装置。该装置的控制单元通过检测电流的快速变化进行判断是否进行了重合闸，当自动重合闸的次数超过固定次数后，断开由全控型电力电子器件构成的第二级开关，并等待外部指令。然而，由于该装置使用了两级开关结构，因此就增大了电路的复杂性和可能发生故障的环节，其装置成本也较高；更重要的是，该装置不具备反时延特性，在需要利用反时延特性的电路中也不适用。

发明内容

本发明的目的是，提出一种具备反时延特性、且结构简单的具有远程通讯控制及故障定位功能的电子熔断器。

实现所述目的的技术方案是这样一种电子熔断器，它与现有技术相同的方面是，它一端连接在交流电源上，另一端连接在交流负载上，在该电子熔断器的电路中包括功率场效应管及其驱动电路。其改进之处是，所述功率场效应管及其驱动电路有两组，并均由同一单片机进行控制，其具体连接顺序是：单片机、驱动电路Ⅰ至功率场效应管Ⅰ的栅极，单片机、驱动电路Ⅱ至功率场效应管Ⅱ的栅极；所述功率场效应管Ⅰ的源极和所述功率场效应管Ⅱ的漏极均与所述交流电源连接，有一个电力二极管Ⅰ的阴极连接在所述功率场效应管Ⅰ的漏极上，有一个电力二极管Ⅱ的阳极连接所述功率场效应管Ⅱ的源极上；所述电力二极管Ⅰ的阳极和电力二极管Ⅱ的阴极相互连接后又通过一个电流互感器与所述交流负载连接，该电流互感器的输出端与一个直流偏置模块连接，直流偏置模块的输出端与一个模数转换模块的模拟信号端相连，该模数转换模块数字信号端连接在所述单片机上，在所述单片机上连接有能够与远程控制台实现远程通信的无线通讯模块；所述驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、模数转换模块、直流偏置模块、单片机和无线通讯模块均由一个直流电源供电。

将本发明接入电路中使用时，单片机将采集到的电流信号模拟一定时间内普通熔断器在通电状态下的发热过程，将电流信号平方后求和，当求和得到的值超过预设的阈值时，单片机判定电路处于过流状态，同时关断两个功率场效应管；反之，则判定电路处于正常工作状态，保持两个功率场效应管的导通状态。由于采用功率场效应管通断主回路，因此具有可以重复使用的特性；由于单片机软件程序采用了模拟普通熔断器的算法，故具有普通熔断器的反时延特性；由于加入了无线通讯模块，故可以实现电子熔断器的故障报警、远程通讯控制功能。本发明用于多个熔断器共存的过流保护场合时，通过单片机软件程序对每个熔断器单元编号，可以实现故障定位功能。

因此，与现有的各种“电子熔断器”相比较，本发明不仅具有可以重复使用的特点，而且还具有故障远程警报、远程遥控以及故障定位功能，提升检修效率，大大降低了电路运行维修的成本。与公布号为EP1852950A2的《一种电网和用电器保护装置》相比较，本发明不仅可以远程警报、远程遥控，而且还具有结构简单、成本低廉，真正适用于需要利用其反时延特性的电路中。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明的结构原理图；

图2——本发明采用增强型N沟道结构的功率场效应管的结构原理图；

图3——运用本发明故障定位功能进行远程控制的示意图；

图4——证明本发明具有反时延特性的电流-时间特性曲线图。

具体实施方式

一种电子熔断器（参考图1），它一端连接在交流电源上，另一端连接在交流负载上，在该电子熔断器的电路中包括功率场效应管及其驱动电路。本发明中，所述功率场效应管及其驱动电路有两组，并均由同一单片机进行控制，其具体连接顺序是：单片机、驱动电路Ⅰ至功率场效应管Ⅰg1的栅极，单片机、驱动电路Ⅱ至功率场效应管Ⅱg2的栅极；所述功率场效应管Ⅰ的源极和所述功率场效应管Ⅱ的漏极均与所述交流电源连接，有一个电力二极管Ⅰ的阴极连接在所述功率场效应管Ⅰ的漏极上，有一个电力二极管Ⅱ的阳极连接所述功率场效应管Ⅱ的源极上；所述电力二极管Ⅰ的阳极和电力二极管Ⅱ的阴极相互连接后又通过一个电流互感器与所述交流负载连接，该电流互感器的输出端与一个直流偏置模块连接，直流偏置模块的输出端与一个模数转换模块ADC的模拟信号端相连，该模数转换模块ADC数字信号端连接在所述单片机上，在所述单片机上连接有能够与远程控制台实现远程通信的无线通讯模块；所述驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、模数转换模块ADC、直流偏置模块、单片机和无线通讯模块均由一个直流电源供电。

本发明中的无线通讯模块和远程控制台，与现有的无线通讯（例如“手机”通讯）的情况及构造一样，所以，本发明更可以用于对多电力用户进行远程控制的场合（参考图3）。具体应用时，首先给不同电子熔断器进行编号（在实质上与给出不同手机号的情形完全一样。图2中，交流负载Ⅰ、交流负载Ⅱ、交流负载N分别表示不同电力用户，电子熔断器Ⅰ、电子熔断器Ⅱ、电子熔断器N分别表示不同电力用户所用的不同电子熔断器），并将不同电子熔断器的编号固化到各自的无线通讯模块的指令中，以实现故障定位和通过同一远程控制台来分别控制的功能——显然，在远程控制台内，也固化有不同电子熔断器编号及相应的控制程序。各电力用户和交流电源的连接与常规连接方式一样——相对于交流电源而言，以不同电力用户为单位进行并联。

进一步讲，所述功率场效应管Ⅰ和所述功率场效应管Ⅱ，均为增强型N沟道结构的功率场效应管（参考图2）。

另外，P沟道功率场效应管、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等其他全控型电力电子器件，由于可以通过外加信号控制其开通与关断，故也可以应用于本电路中。

更进一步讲，所述无线通讯模块是基于CDMA公用网络平台的模块，所述远程控制台是手机或者个人计算机。

显然，在了解了本发明后，本领域的技术人员完全可能选用其他具体的公用有线或无线网络平台来作为无线通讯模块使用。

本领域的技术人员清楚，驱动电路Ⅰ和驱动电路Ⅱ是分别控制与它们匹配的功率场效应管Ⅰ和功率场效应管Ⅱ的通断的执行机构电路，早就已经有了这样的驱动芯片（集成驱动电路的产品）。鉴于本领域的技术人员结合对本发明有益效果的了解，完全能够准确选用，故不对驱动电路Ⅰ和驱动电路Ⅱ的具体选用作详细介绍。

本发明通过了试验验证，验证时的电子熔断器的额定电压为250V，额定电流为0.5A。电子熔断器中的驱动电路均选用MAX4426驱动芯片，功率场效应管均为IRFP450，电力二极管均为6A10，电流传感器为LTS6-NP，模数转换器为ADC0804，单片机选用为STC90C52AD，无线通讯模块为MU203。因仅有三个电子熔断器即可对远程定位与控制进行验证，故验证时就只组装了三个电子熔断器，并通过CDMA公用网络平台与手机建立无线连接。

试验验证分为检测反时延特性和检测远程定位与控制两个方面。

反时延特征的验证结果见图4，从图4中可以看出，本发明的电流-时间特性曲线与现有熔断器的电流-时间特性曲线十分接近，故能说明本发明是具有反时延特性的熔断器中的一种。

检测远程定位与控制时，各电子熔断器的连接与图1所示的相同，模拟各“电力用户”的连接与图3所示的相同。在试验中，模拟2号交流负载处于过流状态时，相应的电子熔断器断开负载并发送报警信息给手机。信息中即包含该电子熔断器的编号（2号）、位置及其断开的时间。试验人员在排除故障后，对2号电子熔断器发送导通电路的指令，成功地导通了2号支路，实现了电子熔断器的故障报警、定位与远程控制。

Claims (3)

1.一种电子熔断器，它一端连接在交流电源上，另一端连接在交流负载上，在该电子熔断器的电路中包括功率场效应管及其驱动电路，其特征在于所述功率场效应管及其驱动电路有两组，并均由同一单片机进行控制，其具体连接顺序是：单片机、驱动电路Ⅰ至功率场效应管Ⅰ（g1）的栅极，单片机、驱动电路Ⅱ至功率场效应管Ⅱ（g2）的栅极；所述功率场效应管Ⅰ的源极和所述功率场效应管Ⅱ的漏极均与所述交流电源连接，有一个电力二极管Ⅰ的阴极连接在所述功率场效应管Ⅰ的漏极上，有一个电力二极管Ⅱ的阳极连接所述功率场效应管Ⅱ的源极上；所述电力二极管Ⅰ的阳极和电力二极管Ⅱ的阴极相互连接后又通过一个电流互感器与所述交流负载连接，该电流互感器的输出端与一个直流偏置模块连接，直流偏置模块的输出端与一个模数转换模块（ADC）的模拟信号端相连，该模数转换模块（ADC）数字信号端连接在所述单片机上，在所述单片机上连接有能够与远程控制台实现远程通信的无线通讯模块；所述驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ、模数转换模块（ADC）、直流偏置模块、单片机和无线通讯模块均由一个直流电源供电。

2.根据权利要求1所述的电子熔断器，其特征在于所述功率场效应管Ⅰ和所述功率场效应管Ⅱ，均为增强型N沟道结构的功率场效应管。

3.根据权利要求1或2所述的电子熔断器，其特征在于所述无线通讯模块是基于CDMA公用网络平台的模块，所述远程控制台是手机或者个人计算机。

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