CN103579993B - 突波保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及一种突波保护装置，包括一脉冲控制型开关、一脉冲产生电路、一异常电压检测电路及一个以上的突波吸收电路，所述脉冲控制型开关是串接在一电源回路上且具有一个以上的控制端，所述该控制端分别和脉冲产生电路的输出端和异常电压检测电路的输出端连接，所述异常电压检测电路的输入端是和电源回路连接且位于脉冲控制型开关的后端；所述脉冲产生电路用以产生一脉冲并送给脉冲控制型开关，使其闭合而接通电源回路；当异常电压检测电路测出电源回路上持续出现异常电压，随即送出一脉冲给脉冲控制型开关，在控制端上再次送入脉冲后，将使脉冲控制型开关开路，随即切断电源回路以便对后端设备或电路构成防护。

Description

突波保护装置

技术领域

本发明涉及一种突波保护装置，特别涉及一种可确实达到突波防护且具备自我防护功能的突波防护装置。

背景技术

为确保电源设备及其供电负载不因雷击而受损，以往是在电源回路上设置突波吸收器，所述突波吸收器主要是由金属氧化物压敏电阻(MOV)所构成，其用来吸收消除雷击时的巨大能量。而在UL1449的安全规范中必须对突波保护装置加上240VAC，0.2A~1000A的异常电压测试，此时金属氧化物压敏电阻就会产生动作而形同短路，大量电流通过金属氧化物压敏电阻而使其产生高热，进而可能使金属氧化物压敏电阻爆炸、燃烧，危及设备和人身安全。另外一个存在的危险是：当后端电路无法承受220伏特高压时，也会发生爆炸、燃烧的危机，而同样危及设备和人身安全。

由上述可知，金属氧化物压敏电阻本身也有保护的必要，既有金属氧化物压敏电阻的保护方式是由一个温度保险丝搭配一个金属氧物压敏电阻使用，请参考图7所示，以L,N两线所构成的电源回路为例，温度保险丝81是串接在电源回路的L线上，金属氧化物压敏电阻82的两端是跨接在L,N两线上且位在温度保险丝81后端。当金属氧化物压敏电阻82短路时将产生的高热，进而熔断温度保险丝81以达到断开电路回路的目的。但由于金属氧化物压敏电阻82动作迅速，热的传递又受热阻所影响，因而通常在温度保险丝81熔断以后，金属氧化物压敏电阻82也已经爆炸或是着火，而后端电路也可能已经损毁，而且上述由金属氧化物压敏电阻82、温度保险丝81组成的突波保护电路在此后也无法再使用。

在现有的技术，也有改进的突波保护装置是在电源回路上改为开关元件，并由一电压检测电路所控制，当电压检测电路测出异常高压或突波时，将使电源回路上原为闭合状态的继电器接点转呈开路，以断开电路回路，藉此避开雷击突波或是异常高压进入到突波保护装置后端的电路。但缺点是开关元件可能在工作保护点上发生弹跳现象，因而对于后端电路而言，其危机依然存在。

对于开关元件在保护点上可能发生弹跳的状况，一种可行的改进措施是加上一个迟滞电压保护电路，并设定保护电压和回复电压，当异常电压高于保护电压时即断开电源回路，直到电压低于回复电压之后，才重新接通电源回路。上述措施可以有效避免长时间的异常电压状态，然而如果电压浮动过大或是有瞬间突波的连续冲击时，依然无法达到保护目的。

由上述可知，既有突波保护装置和其改进措施仍无法全面而有效的提供保护效果，实有待进一步检讨，并谋求可行的解决方案。

发明内容

因此本发明主要目的在提供一种突波保护装置，其可有效解决开关元件在保护点弹跳的问题，同时对于本身的元件和后端电路可以提供周延的保护，有效解决现有突波保护电路保护效果不佳的缺点。

为达成前述目的采取的主要技术手段是使前述突波保护装置包括有：

一脉冲控制型开关，是串接在一电源回路上，具有一个以上的控制端；

一脉冲产生电路，具有一输入端和一输出端，输入端和电源回路连接且位于脉冲控制型开关的前端；其输出端是和所脉冲控制型开关的控制端连接；

一异常电压检测电路，具有一个以上的检测输入端和一个输出端，所述检测输入端是和电源回路连接且位于脉冲控制型开关的后端，所述异常电压检测电路的输出端是和脉冲控制型开关的控制端连接。

以上所述的突波保护装置是由脉冲产生电路产生一脉冲送给脉冲控制型开关，使其闭合而接通电源回路；当异常电压检测电路测出电源回路上出现持续异常电压，随即送出一脉冲给脉冲控制型开关的控制端，在其控制端送入脉冲后，将使脉冲控制型开关开路，以切断电源回路以保护后端设备或电路。而使用所述突波保护装置的有益效果是：

1.本发明提供一种可有效防止开关元件弹跳的突波保护装置，本发明主要是使用一种脉冲控制型开关以控制电源回路的通断，所述的脉冲控制型开关是由脉冲控制其脉冲控制型开关的闭合或断开，当脉冲由脉冲控制型开关的控制端送入时，将使其闭合，且维持在该闭合状态，若有脉冲由脉冲控制型开关的控制端送入时，则使脉冲控制型开关断开并维持断开状态；因此在突波保护装置开始工作时，可由脉冲产生电路产生一脉冲，由脉冲控制型开关的控制端送入，以便使其闭合，随即接通电源回路，此后则由异常电压检测电路检测电源回路上是否出现异常电压或突波，若出现持续异常电压波，则产生一脉冲送入脉冲控制型开关的控制端，使脉冲控制型开关断开而切断电源回路，以便对后端电路构成防护；由于脉冲控制型开关具备以脉冲控制开闭，并可维持在控制后的状态，因而可有效防止在保护点发生弹跳的状况，而对后端电路构成确实的防护。

2.本发明提供一种可回复的突波保护装置，当电源回路上的电压恢复正常后，可令脉冲产生电路送出一脉冲到脉冲控制型开关的控制端，随即可使脉冲控制型开关恢复闭合而正常工作。

3.本发明提供一种节能环保的突波保护装置，由于本发明的脉冲控制型开关只须一脉冲即可改变并维持其开闭状态，换言之，就维持脉冲控制型开关的开闭状态并无电力消耗，因此具有节能的效果。

本发明又一目的在提供一种可手动回复且具有防误触设计的突波保护装置。

为达成前述目的采取的技术手段是使前述脉冲产生电路的输入端上设有一控制键，通过控制键的按压与否决定脉冲产生电路是否送出脉冲和突波保护装置是否恢复工作；又脉冲产生电路进一步和一异常电压监控电路连接，所述异常电压监控电路的输入端是和电源回路连接，且位于脉冲控制型开关前端，所述异常电压监控电路的输出端则和控制键连接，当脉冲控制型开关将电源回路断开后，但异常电压监控电路测得电源回路上的电压依然异常，将脉冲产生电路输入端上的控制键失效，以避免误触回复功能，确保装置安全。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的方框图；

图2为本发明第一较佳实施例的详细电路图；

图3为本发明第二较佳实施例的详细电路图；

图4为本发明第三较佳实施例的详细电路图；

图5为本发明第四较佳实施例的详细电路图；

图6为本发明第五较佳实施例的详细电路图；

图7为现有突波保护电路的线路图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

关于本发明的第一较佳实施例，请参考图1所示，主要是在一电源回路上分设有一脉冲控制型开关10、一脉冲产生电路20和一异常电压检测电路30；其中

该脉冲控制型开关10是串接在前述电源回路上，其具有一个以上的控制端，分别和脉冲产生电路20和异常电压检测电路30的输出端连接，在本实施例中，所述电源回路包括一火线和一中性线(以下依序简称L,N线)。该脉冲控制型开关10可以由两可关断晶闸管(GTO,GateTurn-Offthyristor)构成，分别串接在电源回路的L，N线上，该可关断晶闸管具有一栅极以作为控制端，而分别和前述脉冲产生电路20和异常电压检测电路30的输出端连接。

该脉冲产生电路20具有一输入端和一输出端，输入端和电源回路连接且位于脉冲控制型开关10的前端；其输出端是和两脉冲控制型开关10的控制端连接；

该异常电压检测电路30具有一个以上的检测输入端和一个输出端，所述检测输入端是和电源回路连接且位于脉冲控制型开关10的后端，所述异常电压检测电路30的输出端是和脉冲控制型开关的控制端连接。

前述脉冲控制型开关10除可关断晶闸管以外，也可以由一脉冲控制型继电器所构成，请参考图2所示，当脉冲控制型开关10是由脉冲控制型继电器所构成时，所述脉冲控制型开关10包括一激磁线圈11及两个受激磁线圈11控制开闭的开关接点K1,K2，所述激磁线圈11具有一顺向控制端和一逆向控制端，其顺向控制端是连接脉冲产生电路20，逆向控制端是和异常电压检测电路30连接。所述两个开关接点K1,K2分别串接在L，N线上，以决定L,N线的通断。以下称电源回路在开关接点K1,K2之前为输入侧，在开关接点K1,K2之后为输出侧；

所述脉冲产生电路20的输入端和电源回路连接，所述输出端和激磁线圈11的顺向控制端连接。

所述异常电压检测电路30的检测输入端分别和电源回路的L,N线连接，其输出端和激磁线圈11的逆向控制端连接。

在前述电路架构下，脉冲控制型开关10的激磁线圈11若由顺向控制端送入一脉冲，将使开关接点K1,K2闭合，在此状态下，电源回路的输入侧和输出端是呈现接通状态。若激磁线圈11是由逆向控制端送入一脉冲，则激磁线圈11将使两开关接点K1,K2断开，意即在此状态下，电源回路的输入侧和输出端是呈断开状。前述激磁线圈11顺向控制端的脉冲是由脉冲产生电路20产生，激磁线圈11逆向控制端的脉冲则由异常电压检测电路30在电源回路上出现持续异常电压所产生。

至于本发明第一较佳实施例的详细电路图，仍请参考图2所示，所述脉波产生电路20包含一第一晶体管Q1、第二晶体管Q3和一控制键SW，在本实施例中，所述第一晶体管Q1是一PNP晶体管，其发射极通过一二极管、一电阻和电源回路的L线连接，其集电极通过另一二极管和激磁线圈11的顺向控制端连接，其基极是和第二晶体管Q3的集电极连接，第二晶体管Q3基极是通过控制键SW和电源回路的L线连接，当控制键SW被按下时，将产生一个小脉冲送到第二晶体管Q3的基极，第二晶体管Q3导通后，其发射极与集电极之间的电压近似0伏特，第一晶体管Q1因而导通，电流通过第一晶体管Q1而对激磁线圈11的顺向控制端送出一脉冲，脉冲控制型开关10的两开关接点K1,K2随即闭合，电源回路的L,N线因而接通，而电源回路上的电压将受异常电压检测电路30监控。

在本实施例中，所述异常电压检测电路30包括一导入单元31、一电阻R1、一齐纳二极管ZD1、一二极管D1；其中

所述导入单元31是由多个二极管串接组成，并具有多个检测输入端和一个输出端，在本实施例中，是以三相电源回路(L,N,G)为例，前述导入单元31的各个检测输入端分别和电源回路的L,N,G线连接，藉此，无论发生在L,N,G线上的异常电压或突波都会通过导入单元31进入异常电压检测电路30，并通过电阻R1、齐纳二极管ZD1产生一脉冲，当脉冲通过激磁线圈11，随即使开关接点K1,K2断开。

请参考图3所示，是本发明第二较佳实施例的详细电路图，其基本架构和前述第一较佳实施例相同，不同处在于：所述异常电压检测电路30进一步包含一逆向回路控制单元32和一突波过滤单元33，所述逆向回路控制单元32是在激磁线圈11的顺向控制端和电源回路L线之间设有串接的二极管D2、电阻R2和晶体管Q4，所述晶体管Q4的基极和导入单元31的输出端连接，其发射极则接地。当电源回路上的突波或异常持续时间过长(约0.8~1ms)，晶体管Q4才会导通，而激磁线圈11的逆向回路形成，脉冲通过激磁线圈11，随即使开关接点K1,K2断开。

所述突波过滤单元33的输入端是和导入单元31的输出端连接，所述突波过滤单元33包括相互串接的一二极管D3、一电阻R3、一电容C1，和一齐纳二极管ZD2，该电阻R3和电容C1的串接节点通过齐纳二极管ZD2和逆向回路控制单元32的晶体管Q4基极连接。

上述突波过滤单元33可以辨认出从导入单元31进入的异常信号为突波(Surge)或是140伏特以上的异常交流电压，由于突波通常为一个电压极高(6000伏特)但时间极为短暂的异常电压，因此当突波进入突波过滤单元33后，将经过二极管D3、电阻R3对电容C1充电，若异常信号发生时间短，电容C1上的电压将低于VZD2+VBE4，此时逆向回路控制单元32的晶体管Q4为截止状态，所以脉冲无法通过激磁线圈，开关接点K1,K2不会断开，但突波会被后端的突波吸收电路40所吸收。然而，当异常信号持续，电容C1上的电压就会高于VZD2+VBE4，此时逆向回路控制单元32的晶体管Q4导通，而激磁线圈11的逆向回路形成，脉冲通过激磁线圈11，随即使开关接点K1,K2断开，以保护突波吸收电路40和后端的电路。

请参考图4所示，是本发明第三较佳实施例的详细电路图，其基本架构与第一、第二较佳实施例大致相同，不同处在于：所述脉冲产生电路20进一步和异常电压检测电路60连接，所述异常电压检测电路60包括一晶体管Q2、一齐纳二极管ZD3和一发光二极管LED，晶体管Q2的集电极和脉冲产生电路20的第二晶体管Q3基极连接，所述异常电压检测电路60的晶体管Q2的基极通过齐纳二极管ZD3、发光二极管LED和电源回路L线连接。在上述实施例中，是设定140伏特以上的交流电压为异常电压，而红色的发光二极管LED会亮起以提醒使用者目前市电处于异常状态，且依照异常电压的的高低，以不同明暗程度显示。另外当异常电压发生时，异常电压检测电路60的晶体管Q2会将脉冲产生电路20的第二晶体管Q3的基极电压拉到近似0伏特，使得其控制键SW失去作用，如此一来，当异常电压发生，0开关接点K1,K2跳开，但异常电压仍持续时，使用者即使按压控制键SW也无法使突波保护装置恢复工作，藉以确保后端电路的安全。

请参考图5所示，是本发明第四较佳实施例的详细电路图，其基本架构与前述第三较佳实施例大致相同，不同处在于：本实施例在电路回路的输出侧和输入侧分别设有一突波吸收电路40,50，该些突波吸收电路40,50分别由多个金属氧化物压敏电阻(MOV4~MOV6)(MOV1~MOV3)组成，各个金属氧化物压敏电阻(MOV4~MOV6)(MOV1~MOV3)分别跨接在电源回路的L,N线间、L,G线间和N,G线间。

请参考图6所示，是本发明第五较佳实施例的详细电路图，其基本架构与前述第三较佳实施例大致相同，不同处在于：本实施例在电路回路的输出侧和输入侧分别设有一突波吸收电路40’,50’，该些突波吸收电路40’,50’分别由两金属氧化物压敏电阻(MOV4,MOV5)(MOV1,MOV2)和一雷击管(Sparkgap)41,51组成，各个金属氧化物压敏电阻(MOV4,MOV5)(MOV1,MOV2)分别跨接在电源回路的L,N线间，又两金属氧化物压敏电阻(MOV4,MOV5)(MOV1,MOV2)的串接节点又通过雷击管41,51连接到G线上。

前述第四、第五较佳实施例分别增加突波吸收电路，可进一步提升突波与雷击防护效果。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种突波保护装置，其特征在于，包括有：

一脉冲控制型开关，是串接在一电源回路上，具有一个以上的控制端；

一脉冲产生电路，具有一输入端和一输出端，输入端和电源回路连接且位于脉冲控制型开关的前端；其输出端是和所述脉冲控制型开关的控制端连接；

一异常电压检测电路，具有一个以上的检测输入端和一个输出端，所述检测输入端是和电源回路连接且位于脉冲控制型开关的后端，所述异常电压检测电路的输出端是和脉冲控制型开关的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的突波保护装置，其特征在于，所述脉冲控制型开关是一可关断晶闸管，其具有一栅极作为控制端。

3.根据权利要求1所述的突波保护装置，其特征在于，所述脉冲控制型开关是一种脉冲控制型继电器，所述脉冲控制型继电器具有一激磁线圈和两个以上的开关接点，所述激磁线圈具有一顺向控制端和一逆向控制端，所述开关接点是串接在电源回路上；

该脉冲产生电路的输入端和电源回路连接且位于开关接点的前端；其输出端是和所述激磁线圈的顺向控制端连接；

该异常电压检测电路的检测输入端是和电源回路连接且位于开关接点的后端，所述异常电压检测电路的输出端是和激磁线圈的逆向控制端连接。

4.根据权利要求3所述的突波保护装置，其特征在于，所述脉冲产生电路包含一第一晶体管、第二晶体管和一控制键，所述第一晶体管是一PNP晶体管，其发射极和电源回路连接，其集电极和激磁线圈的顺向控制端连接，其基极是和第二晶体管的集电极连接，第二晶体管的基极是通过控制键和电源回路连接。

5.根据权利要求4所述的突波保护装置，其特征在于，所述异常电压检测电路包括一导入单元，所述导入单元是由多个二极管串接组成，并具有多个检测输入端和一个输出端，前述导入单元的各个检测输入端分别和电源回路连接。

6.根据权利要求5所述的突波保护装置，其特征在于，所述异常电压检测电路进一步包含一逆向回路控制单元和一突波过滤单元；

所述逆向回路控制单元是在激磁线圈的顺向控制端和电源回路之间设有串接的二极管、电阻和第三晶体管(Q4)，所述第三晶体管(Q4)的基极和导入单元的输出端连接，其发射极则接地；

所述突波过滤单元的输入端是和导入单元的输出端连接，所述突波过滤单元包括一电阻、一电容和一齐纳二极管，该电阻和电容相互串接，其串接节点通过齐纳二极管和逆向回路控制单元的第三晶体管(Q4)基极连接。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的突波保护装置，其特征在于，所述脉冲产生电路进一步和另一个异常电压检测电路连接，另一个异常电压检测电路包括一第四晶体管、一齐纳二极管和一发光二极管，第四晶体管的集电极和脉冲产生电路的第二晶体管基极连接，另一个异常电压检测电路的第四晶体管的基极通过齐纳二极管、发光二极管和电源回路连接。

8.根据权利要求7所述的突波保护装置，其特征在于，电源回路的输出侧和输入侧分别设有一突波吸收电路，该些突波吸收电路分别由多个金属氧化物压敏电阻组成，各个金属氧化物压敏电阻分别跨接在电源回路的各线间。

9.根据权利要求7所述的突波保护装置，其特征在于，电源回路的输出侧和输入侧分别设有一突波吸收电路，该些突波吸收电路分别由两金属氧化物压敏电阻和一雷击管组成，两串接的金属氧化物压敏电阻是跨接在电源回路的L,N线间，两金属氧化物压敏电阻的串接节点通过该雷击管连接到电源回路的G线上。