CN108233329A - 一种提高主电路断开响应速度的保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种提高主电路断开响应速度的保护电路，包括主电路及依次串联在主电路上的电流采样器、切断开关和负载；在电流采样器的两端连接有保护电路，保护电路依次串联有电压滤波放大用信号调理模块、比较器，或门及MOSFET驱动管；MOSFET驱动管串联与切断开关连接为其提供提供切断的电信号；切断开关包括上盖、下盖、导电板，在上盖中设置有气体发生装置及位于气体发生装置下方的用于断开导电板的活塞；气体发生装置包括点火装置，MOSFET驱动管与点火装置串联连接为其提供点火电信号。通过去除杂波干扰，放大电压信号保证及时切断主电路中的智能熔断器的导电板，提高了主电路断开的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高主电路断开响应速度的保护电路，尤其是指使用智能型熔断器进行电路保护时，提高智能型熔断器响应速度的保护电路。
背景技术
熔断器为常用的电气元器件，在电路中起到保护作用。一般熔断器电路过载时，通过过载电流致使熔体发热快速熔断熔体从而断开电路实现电路保护。随着新能源汽车的开发及逐渐普及，新能源汽车使用了大量的电池包，涉及到了为新能源汽车提供动力的主电路。目前熔断器在低倍数额定电流情况下熔断时间较长或者是欠缺保护，在负载类型是半导体类的时候，保护时间太长不能满足要求。或者为新能源车辆提供能量的锂电池包，短路输出电流大约是额定电流的3～5倍，熔断器保护时间不能满足要求，导致电池包发热起火燃烧等严重事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高智能熔断器响应速度的保护电路，在遭受过载或意外事故时，可以滤掉杂波或其他干扰，快速断开熔断器熔体，从而断开主电路，实现电路保护，具有很高的响应速率及很好的安全性能。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种提高主电路断开响应速度的保护电路，包括主电路，其特征在于在所述主电路上依次串联连接有电流采样器、切断开关和负载；在所述电流采样器的两端连接有保护电路，所述保护电路包括将从所述电流采样器转化后的电压信号进行放大滤波的信号调理模块，所述信号调理模块分别与至少两路并联连接的比较器串联，所述比较器分别与或门串联连接；一MOSFET驱动管串联在所述或门与所述切断开关之间，为所述切断开关提供开关切断的电信号；所述切断开关包括上盖、下盖及设置在所述上盖和下盖之间的与所述主电路连接的导电板，在所述上盖中设置有气体发生装置及位于气体发生装置下方的用于断开所述导电板的活塞；所述气体发生装置包括点火装置，所述MOSFET驱动管与所述点火装置串联连接为其提供点火电信号。
在所述活塞的冲击端端面上设置有冲击尖端，对应所述冲击尖端的所述导电板上对应开设有使所述导电板易断开的断裂凹槽
所述点火装置包括发热丝；所述发热丝与所述MOSFET驱动管串联。
所述比较器的电流阈值设定一端串联有电流阈值调节电阻。
在所述或门与所述MOSFET驱动管之间串联有限流电阻。
在所述MOSFET驱动管间的栅极与源极间设置有放电电阻并接地。
所述电流采样器为锰铜分流器。
所述锰铜分流器包括位于两端的接线端，在所述接线端之间倾斜平行间隔设置有若干分流电阻。
在所述电流采样器与所述负载之间还设置与所述切断开关并联的单个或者多个灭弧用熔体熔断型熔断器。
本发明的保护电路，通过保护电路将电流信号转换为电压信号，再经信号处理模块将电压信号放大并进行滤波，滤除杂波后对放大后的电压信号经比较器和或门后与设定的电流阈值比较后输出高电平或低电平后，高电平驱动MOSFET管工作，使其向切断开关输出电信号，即驱动智能熔断器的气体发生装置点火产生气体，驱动活塞断开导电板，从而断开主回路进行电路保护，如输出的是低电平，则MOSFET驱动管不动作，放电电阻将积存于MOSFET驱动管BE两端的电荷放掉。该保护电路通过去除杂波干扰，放大电压信号保证及时切断主电路中的智能熔断器的导电板，提高了主电路断开的响应速度。同时通过增加的并联灭弧的熔断器，在切断开关断开时，灭弧熔断器可通过分流熔断进行灭弧，降低熔断时的电弧带来的危害，提高安全性。
附图说明
图1，本发明保护电路图。
图2，本发明的锰铜分流器结构示意图。
图3，本发明智能熔断器的结构示意图。
图4，本发明智能熔断器的结构示意图。
图5，本发明智能熔断器的结构示意图。
图6，本发明智能熔断器的结构示意图。
具体实施方式
针对上述技术方案，现举一较佳实施例并结合图示进行具体说明。参看图1，本发明的提高智能熔断器响应速度的保护电路，包括主电路1，在主电路1上依次串联连接有电流采样器2、切断开关3和负载4；在电流采样器的两端连接有保护电路，保护电路包括将从电流采样器转化后的电压信号进行放大滤波的信号调理模块51，信号调理模块分别与单路或者多路并联连接的比较器(52、53)串联，比较器分别与或门54串联连接；一MOSFET驱动管55串联在或门与切断开关之间，为切断开关提供开关切断的电信号。其中。
主电路1，为电动车或其他用电设备仪器的主要工作电路。在主电路上依次串联连接有电流采样器2、切断开关3和负载4。电流采样器3为检测主电路电流大小。通常，电流采样器为锰铜分流器，图2为锰铜分流器结构示意图。锰铜分流器包括两端的电流输入或输出端口31及倾斜平行位于接线端子间的分流电阻32。电流输入和输出端口的材质可以是紫铜黄铜等其它导电材质，分流电阻的材质为采用锰铜或康铜材质，它们具有材质一致性好、温漂小、损耗小和线性度高等特点，因此用在电流采样电路非常适用；目前市面上的锰铜分流器的分流电阻采用水平平行的分流电阻，其体积大，在本发明中，采用自行研发改进的锰铜分流器，分流电阻为倾斜平行设置，降低了锰铜分流器的体积。在电流经过锰铜分流器后，在锰铜分流器两端会因一定的功能损耗产生较小的电压差。切断开关3，切断开关3为智能型熔断器，在图1中仅显示了微型气体发生器的点火装置启动部分结构。图3至图6为智能型熔断器的结构示意图。智能型熔断器主要包括上盖301、下盖303、位于上盖和下盖之间的与主电路连接的导电板302、位于上盖中的微型气体发生装置300(其英文简称为MGG),在微型气体发生装置与导电板之间的上盖内设置有可沿腔体运动的活塞304，活塞位于卫星气体发生装置气体释放端的下方，并可通过卫星气体发生装置释放的高压气体予以驱动并使导电板断裂，从而断开主电路达到保护主电路的目的。为了使活塞在高压气体作用下容易使导电板断裂，通常在活塞下端设置有冲击尖端，在导电板的相应位置处开设有断裂凹槽以减薄导电板的厚度，使其容易断裂。活塞的冲击尖端根据需要设置有多个，相应地，在对应活塞冲击尖端的导电板处开设有断裂凹槽。在导电板下方的下盖中设置有供导电板掉落的空腔。参看图6，也可以水平平行间隔设置两个导电板，分别与不同的主电路连接。活塞设置有中空部305，位于上面的导电板穿过活塞的中空部，位于下面的导电板位于活塞的下端。在活塞的中空部的上面和下端端面上分别设置有冲击尖端，当活塞受到高压气体驱动向下时，中空部的冲击尖端和下端的冲击尖端会分别使上下两层导电板分别断裂，实现主电路断开保护。导电板的材质可以是紫铜、黄铜、铝、钢或者其其它材质。作用是导通主回路电路，使电流经过时损耗尽可能的小。微型气体发生装置300，为快速驱动的器件微型气体发生器MGG，其动作时间＜1ms。这样就能控制主回路断开时间在10ms以下。如果需要加长主回路断开时间，可以在输入信号时加入延时电路即可。微型气体发生装置主要包括点火装置、产气药室和气体释放端。点火装置包括发热丝306，发热丝为阻值较大的电阻。当发热丝306接收到电信号产生足够热量从而产生高温，产气药在高温作用下发生反应释放高压气体，从而驱动活塞运动使导电板断裂从而断开主电路。由于在主电路断开时，会产生较大的电弧，为了实现更好的灭弧，在主电路上，与智能熔断器并联设置有至少1个普通熔断器作为灭弧熔断器308。如此设置，当切断开关，即智能型熔断器断开时，瞬间大电流会使普通的熔断器熔断实现灭弧。设置的灭弧熔断器越多，灭弧效果越好。负载4，为主电路中所有可利用主电路电能进行工作的器件或设备。
保护电路，由电流采样器2的两端引出与信号调理模块51串联，信号调理模块51分别与单路或者多路并联连接的比较器(52、53)串联，比较器(52、53)分别与或门54串联连接；MOSFET驱动管55串联在或门54与切断开关3之间，为切断开关提供开关切断的电信号。在电流采样器与信号调理模块之间的电路上设置有调节保护电路电流大小的电阻(511、512)。信号调理模块51为电压信息放大器，由于电流采集器两端的产生的电压比较小，容易受到干扰，因此通过电压信号放大器对该电压进行电压信号放大，同时滤除无用的干扰杂波，使短时间的毛刺信号不会触发切断开关。
为了保证信号调理模块能够提取有用信号，电流采样器则需采用高精度低温漂、线性度好的锰铜材料或者使用电流传感器。如果选用电流采样器，阻值过大，主回路电阻过大，发热严重。阻值过小，信号调理模块很难提取有用的信号，容易使杂波信号混入。举例说明，主电路电流是I，根据电阻计算公式R＝ρL/S计算电流采样器的阻值R，经过电流采样器后输出的电压信号是V＝I*R，电流采样器在主电路上消耗的无用功P＝V*I，由于自身的功耗大会导致其它器件发热不可靠。因此调整电流采样器的尺寸规格使输出信号尽可能的低，但是还要满足信号调理模块输入信号范围的要求。这也是自行设计锰铜分流器结构的原因。
比较器(52、53)为并联设置于信号调理模块与或门之间，为或门输入两组电信号进行比较，然后决定或门输出的逻辑值。在比较器(52、53)的阈值设定输入端均设置有电流阈值调节电阻(521、522、531、532)，用于调节设定的电流阈值。比较器52的电流阈值为设定的第一档电流阈值，比较器53的电流阈值为设定的第二档电流阈值。比较器52和比较器53用于比较电流阈值和信号调理模块输出的电信号，当电信号大于第一档电流阈值时，比较器52输出高电平，当电信号小于第一档电流阈值时，比较器52输出低电平；当信号大于第二档电流阈值时，比较器53输出高电平，当信号小于第二档电流阈值时，比较器53输出低电平。
或门54，整合比较器(52、53)输出的电信号，当任一比较器输出高电平时，或门则输出高电平信号，当所有比较器输出低电平时，或门输出低电平。
MOSFET驱动管55栅极输入端与或门54串联，在其串联连接电路中设置有限流电阻551，用于限制由或门向MOSFET驱动管输出的电流大小，避免电流过大损坏MOSFET驱动管。在MOSFET驱动管的源极和栅极之间串联有放电电阻552，并接地。当或门向MOSFET驱动管输出低电平时，MOSFET驱动管不导通，可通过放电电阻将积聚在MOSFET驱动管的GS(栅极和源极)两端间的电荷放掉，加速MOSFET驱动管关断速度。MOSFET驱动管55的漏极输出端与微型气体发生器点火装置的发热丝串联。当MOSGET驱动管接收到自或门输出的高电平时，则MOSFET驱动管导通向微型气体发生器点火装置的发热丝输出电信号，发热丝在电信号作用下产生磁场使微型气体发生器的点火装置的电磁开关闭合进行点火工作，使智能型熔断器断开。
本发明的工作原理：当V+和V-之间的主电路施加电压后，经电流采样器和切断开关和负载会有电流流过，电流采样器会把当前电流值转化为电压信号。由于转化后的电压信号幅度较小和杂波较多，因此采用信号调理模块把电压信号滤波并放大，使输出电压信号在合理的范围内。经调理的电压信号输出至比较器(52、53)与设定的电流阈值进行比较比较，①当输出电压信号小于第一档电流阈值时，两个比较器都输出低电平信号，低电平信号经过或门后依然是低电平信号，则不能驱动MOSFET驱动管，MOSFET驱动管不导通，切断开关就不会触发断开，主回路电路正常工作；②当输出电压信号大于第一档电流阈值和小于第二档电流阈值时，比较器52输出高电平，比较器53输出低电平，经过或门后输出高电平信号，驱动MOSFET驱动管导通，切断开关就会触发断开，切断主回路电路，同时在瞬间大电流作用下，灭弧熔断器断开实现灭弧；③当输出电压信号大于第二档电流阈值时，比较器52输出高电平，比较器53输出高电平，经过或门后输出高电平信号，驱动MOSFET驱动管导通，向发热丝发送电信号使其发热产生高温释放高压气体，切断开关即智能型熔断器就会触发断开，切断主回路电路，同时在瞬间大电流作用下，灭弧熔断器断开实现灭弧。由于微型气体发生装置的响应速度非常快，则主回路电路的切断开关，即智能型熔断器会快速断开主回路电路对其进行保护。当需要多路电流阈值保护时，依次类推。
Claims (9)
1.一种提高主电路断开响应速度的保护电路，包括主电路，其特征在于在所述主电路上依次串联连接有电流采样器、切断开关和负载；在所述电流采样器的两端连接有保护电路，所述保护电路包括将从所述电流采样器转化后的电压信号进行放大滤波的信号调理模块，所述信号调理模块分别与单路或者多路并联连接的比较器串联，所述比较器分别与或门串联连接；一MOSFET驱动管串联在所述或门与所述切断开关之间，为所述切断开关提供开关切断的电信号；
所述切断开关包括上盖、下盖及设置在所述上盖和下盖之间的与所述主电路连接的导电板，在所述上盖中设置有气体发生装置及位于气体发生装置下方的用于断开所述导电板的活塞；所述气体发生装置包括点火装置，所述MOSFET驱动管与所述点火装置串联连接为其提供点火电信号。
2.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于在所述活塞的冲击端端面上设置有冲击尖端，对应所述冲击尖端的所述导电板上对应开设有使所述导电板易断开的断裂凹槽。
3.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于所述点火装置包括发热丝，所述发热丝与所述MOSFET驱动管串联。
4.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于所述比较器的电流阈值设定一端串联有电流阈值调节电阻。
5.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于在所述或门与所述MOSFET驱动管之间串联有限流电阻。
6.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于在所述MOSFET驱动管间的栅极与源极间设置有放电电阻并接地。
7.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于所述电流采样器为锰铜分流器。
8.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于所述锰铜分流器包括位于两端的接线端，在所述接线端之间倾斜平行间隔设置有若干分流电阻。
9.根据权利要求1所述的提高主电路断开响应速度的保护电路，其特征在于在所述电流采样器与所述负载之间还设置与所述切断开关并联的单个或者多个灭弧用熔体熔断型熔断器。
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