CN110649563B - 一种直流供电保护装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流供电保护装置，由继电器[1]、反向二极管[2]、过流保护模块[3]、供电控制开关[4]、直流电源模块[5]、供电指示灯[6]、反极性供电指示灯[7]、正极性供电指示灯[8]及瞬态抑制二极管[9]组成，该装置接入直流稳压电源[10]，即可确保给用电设备[11]的正确供电。还涉及一种直流供电保护方法。本发明可提高供电系统的可靠性、安全性和工作效率，电路容易搭建，成本低，可推广应用于大多数自动测试系统中。

Description

一种直流供电保护装置及其方法
技术领域
本发明属于测试测量技术领域，涉及一种直流供电控制的供电保护装置及其实现方法。
背景技术
在对直流用电设备进行工作或试验供电时，通常采用具有直流供电控制功能的供电控制设备按工作流程进行供电及分配控制。目前，供电控制设备与直流稳压电源的连接方式一般采用接线柱，无防差错设计，接线时容易出现正负线接反的情况。导致给用电设备接入反极性的直流电压，对用电设备产生伤害甚至直接损坏用电设备，造成较大损失。另外，在供电正确的情况下，通常还可能因直流稳压电源、供电控制设备、用电设备或供电线路等某一部件功能异常导致供电线路电流过载，若未及时发现并切断，容易造成较大损伤。
由于直流稳压电源输出接口规格不同，其供电接线无法进行防差错设计，且部分直流稳压电源不具备过载保护功能，容易出现反极性供电及用电过载现象。针对此类安全隐患，现有防护措施主要有如下几种方式：
1)采用颜色区分的简易防差错设计：采用颜色区分供电线(如正线为红色、负线为白色)，依靠人工判断进行接线，该方式存在安全隐患，无法避免操作错误的发生，人为因素影响较大，不能作为防差错的主要措施。
2)采用多人确认的简易防差错设计：通过其他人员进行接线正确性确认，该方式存在安全隐患，无法避免同时出现错误，人为因素影响较大，不能作为防差错的主要措施。
3)供电线路采取反向隔离设计：在正、负供电线路中的某一根中串入反向隔离型二极管。该方式可以防止用电设备接入反极性电压，但当供电线路与外围采集电路无隔离时会通过采集地短接直流稳压电源的现象。另外，该方式对反向隔离二极管的功率要求较高，且反向隔离二极管工作时存在正向导通压降，导致供电线路电压不准。
4)供电回路反向并联二极管方式：外接直流供电的用电设备，在直流稳压电源上反向并联一只二极管用来防外接直流电源正负接反。如果接反，这只二极管就会过电，把外接电源短路掉，此时就会断保险或其它的保护起作用，从而保护用电设备。该保护方式需根据用电负载特性进行整流二极管选型，且通过烧保险或保护电路过载才起作用，导致直流稳压电源及供电回路出现大电流现象，存在安全隐患。
针对以上弊端，有必要对直流供电采取有效的保护措施。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种直流供电控制的供电保护装置及其实现方法，可接入具有直流供电控制功能的供电控制设备及电路中，用于解决现有直流稳压电源给用电设备供电时容易出现的电源接线错误(如正负线接反)及用电过载时导致用电设备的损坏问题，并能够根据用电设备的负载特性设置电流保护，实现过流保护自动切断供电的功能，可提高供电线路的安全性，保障用电设备安全。
本发明技术方案:
一种直流供电保护装置，由继电器[1]、反向二极管[2]、过流保护模块[3]、供电控制开关[4]、直流电源模块[5]、供电指示灯[6]、反极性供电指示灯[7]、正极性供电指示灯[8]及瞬态抑制二极管[9]组成，该装置仅需接入直流稳压电源[10]，即可确保给用电设备[11]的正确、安全供电；
其中，继电器[1]采用双路继电器，分别用于对直流供电正、负线路的同步通断控制，继电器[1]的功率根据用电设备负载特性进行选取，其控制线圈正端与反向二极管[2]和瞬态抑制二极管[9]的负端同时连接，线圈负端接入直流稳压电源[10]的输出负端，形成线圈工作回路，继电器[1]具有两路触点，每路触点均具有一个中间点和一个常开点，继电器[1]的两个中间点分别与直流稳压电源[10]的输出正端和输出负端连接，继电器[1]的两个常开点分别与用电设备[11]的输出正端和输出负端连接；
反向二极管[2]用于继电器[1]的正向电压接通控制及反向电压关断控制，其正端与过流保护模块[3]的内部继电器的常闭点连接，负端与继电器[1]的控制线圈正端及瞬态抑制二极管[9]负端连接；
瞬态抑制二极管[9]反向并联在继电器[1]的线圈两端，快速有效防止供电控制开关[4]断开瞬间电感电流产生突变，减少对系统的影响；
过流保护模块[3]由电流传感器、继电器及采集驱动电路组成，电流传感器检测工作电流，过流保护模块[3]可预先设定限流值，当实际电流大于预先设定限流值时，断开继电器[1]的供电，过流保护模块[3]的电流传感器接入直流稳压电源[10]输出正端，内部继电器中间点与供电控制开关[4]常开点连接，内部继电器常闭点与反向二极管[2]正端连接，采集驱动电路输入正端连接至直流电源模块[5]的输出正端，内部继电器线圈负端接地，采集驱动电路的输出端与内部继电器的线圈正端连接；
供电控制开关[4]的中间点与直流稳压电源[10]正端连接，用于控制继电器[1]的线圈供电实现对用电设备[11]的供电控制；
直流电源模块[5]用于给过流保护模块[3]提供工作电压，其电压范围取决于过流保护模块[3]的用电特性；
供电指示灯[6]、反极性供电指示灯[7]、正极性供电指示灯[8]均为单极性指示灯，供电指示灯[6]接在直流稳压电源[10]正端与地之间，反极性供电指示灯[7]与正极性供电指示灯[8]分别反向和正向并联在直流稳压电源[10]的正负端之间，其中供电指示灯[6]用于指示用电设备的供电状态，反极性供电指示灯[7]、正极性供电指示灯[8]用于指示接入的直流稳压电源[10]供电接线极性状态。
其特征在于，继电器[1]采用DPST或DPDT。
其特征在于，反向二极管[2]采用反向隔离型开关二极管。
其特征在于，瞬态抑制二极管[9]采用肖特基二极管，其单向导电性是金属与半导体接触形成的，开关速度快。
其特征在于，过流保护模块[3]的电流传感器为霍尔电流传感器。
其特征在于，供电控制开关[4]为手动控制开关。
其特征在于，直流电源模块[5]的工作电压范围取决于过流保护模块[3]的用电特性。
一种直流供电保护方法，包括以下步骤：
1)将直流供电保护装置串联在直流稳压电源[10]和用电设备[11]之间；
2)直流电源模块[5]启动，给过流保护模块[3]提供工作电源，直流稳压电源[10]输出直流电压，若直流稳压电源[10]和用电设备[11]接线正确，则正极性供电指示灯[8]亮、反极性供电指示灯[7]灭，反之则相反；
3)在正确接线的情况下，正极性供电指示灯[8]亮，手动接通供电控制开关[4]，直流稳压电源[10]的供电电压经供电控制开关[4]、过流保护模块[3]、反向二极管[2]后进入继电器[1]的线圈，并与直流稳压电源[10]的输出负端形成回路，此时继电器[1]线圈正常工作，两路触点均吸合，供电指示灯[6]点亮，直流稳压电源[10]给用电设备[11]正常供电，过流保护模块[3]同步实时监测用电设备[11]的负载，并进行保护判断，若超出预设的过流保护值，则通过内部继电器切断继电器[1]的线圈工作电源，此时瞬态抑制二极管[9]可快速吸收继电器[1]线圈因开关断开瞬间产生的突变电感电流，减少对系统的影响。
4)在错误接线的情况下，反极性供电指示灯[7]点亮，手动接通供电控制开关[4]，直流稳压电源[10]的供电正端经供电负线接至继电器[1]的线圈负端与瞬态抑制二极管[9]的正端，再接入至反向二极管[2]的负端，因反向二极管[2]的反向截止特性，此时继电器[1]的线圈无法形成供电回路，两路触点均处于断开状态，供电指示灯[6]不会点亮，用电设备[11]不会被接入反极性电压，起到反极性供电保护的作用。
发明的有益效果：本发明可根据用电设备的负载特性进行相应器件的规格选型，可灵活嵌入至具有直流供电需求的供电电路或供电设备中，实现对直流稳压电源、供电控制设备、用电设备及供电线路的反极性防护及过载保护，并成功利用于多种具有直流供电控制功能的相关设备中，可提高供电系统的可靠性、安全性和工作效率，本发明的保护装置电路容易搭建，可单独串联接入供电线路，也可直接嵌入至直流供电电路中；且成本低，可推广应用于大多数自动测试系统中。
附图说明
图1为直流供电保护装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
如图1所示，本发明的直流供电保护装置，由继电器[1]、反向二极管[2]、过流保护模块[3]、供电控制开关[4]、直流电源模块[5]、供电指示灯[6]、反极性供电指示灯[7]、正极性供电指示灯[8]及瞬态抑制二极管[9]组成。该装置仅需接入直流稳压电源[10]，即可确保给用电设备[11]的正确、安全供电。
部件1：继电器，采用双路型继电器，如DPST或DPDT型，其工作电压及带载能力根据用电设备进行选型；
部件2：反向二极管，采用反向隔离型开关二极管，具有正向导通及反向截止的功能，其工作电压及反向击穿电压根据继电器[1]工作特性及系统供电电压进行选取；
部件3：过流保护模块，由电流传感器、继电器及采集驱动电路组成，采用霍尔电流传感器检测工作电流，可预先设定限流值，当实际电流大于预先设定电流值时，开关信号会由低电平变为高电平，可驱动继电器进行切换，并有LED指示灯指示；
部件4：供电控制开关，用于手动控制供电，根据继电器[1]线圈工作特性进行选型；
部件5：直流电源模块，给过流保护模块[3]提供工作电压，其电压范围取决于过流保护模块[3]的用电特性；
部件6：供电指示灯，采用单极性指示灯，用于指示用电设备的供电状态；
部件7：反极性供电指示灯，采用单极性指示灯，用于指示接入的直流稳压电源[10]供电接线极性状态；
部件8：正极性供电指示灯，采用单极性指示灯，用于指示接入的直流稳压电源[10]供电接线极性状态；
部件9：瞬态抑制二极管，采用具有开关响应速度快的二极管，如肖特基二极管，其单向导电性是金属与半导体接触形成的，开关速度快，反向并联在继电器[1]的线圈可快速有效防止开关断开瞬间电感电流产生突变，减少对系统的影响。
本发明的直流供电保护装置的工作原理为：
1)将直流供电保护装置串联在直流稳压电源[10]和用电设备[11]之间；
2)直流电源模块[5]启动，给过流保护模块[3]提供工作电源，直流稳压电源[10]输出直流电压，若直流稳压电源[10]和用电设备[11]接线正确，则正极性供电指示灯[8]亮、反极性供电指示灯[7]灭，反之则相反；
3)在正确接线的情况下，正极性供电指示灯[8]亮，手动接通供电控制开关[4]，直流稳压电源[10]的供电电压经供电控制开关[4]、过流保护模块[3]、反向二极管[2]后进入继电器[1]的线圈，并与直流稳压电源[10]的输出负端形成回路，此时继电器[1]线圈正常工作，两路触点均吸合，供电指示灯[6]点亮，直流稳压电源[10]给用电设备[11]正常供电，过流保护模块[3]同步实时监测用电设备[11]的负载，并进行保护判断，若超出预设的过流保护值，则通过内部继电器切断继电器[1]的线圈工作电源，此时瞬态抑制二极管[9]可快速吸收继电器[1]线圈因开关断开瞬间产生的突变电感电流，减少对系统的影响。
4)在错误接线的情况下，反极性供电指示灯[7]点亮，手动接通供电控制开关[4]，直流稳压电源[10]的供电正端经供电负线接至继电器[1]的线圈负端与瞬态抑制二极管[9]的正端，再接入至反向二极管[2]的负端，因反向二极管[2]的反向截止特性，此时继电器[1]的线圈无法形成供电回路，两路触点均处于断开状态，供电指示灯[6]不会点亮，用电设备[11]不会被接入反极性电压，起到反极性供电保护的作用。

Claims (8)

1.一种直流供电保护装置，由继电器(1)、反向二极管(2)、过流保护模块(3)、供电控制开关(4)、直流电源模块(5)、供电指示灯(6)、反极性供电指示灯(7)、正极性供电指示灯(8)及瞬态抑制二极管(9)组成，该装置接入直流稳压电源(10)，实现给用电设备(11)的正确、安全供电；
其中，继电器(1)采用双路继电器，分别用于对直流供电正、负线路的同步通断控制，继电器(1)的功率根据用电设备负载特性进行选取，其控制线圈正端与反向二极管(2)和瞬态抑制二极管(9)的负端同时连接，线圈负端接入直流稳压电源(10)的输出负端，形成线圈工作回路，继电器(1)具有两路触点，每路触点均具有一个中间点和一个常开点，继电器(1)的两个中间点分别与直流稳压电源(10)的输出正端和输出负端连接，继电器(1)的两个常开点分别与用电设备(11)的输出正端和输出负端连接；
反向二极管(2)用于继电器(1)的正向电压接通控制及反向电压关断控制，其正端与过流保护模块(3)的内部继电器的常闭点连接，负端与继电器(1)的控制线圈正端及瞬态抑制二极管(9)负端连接；
瞬态抑制二极管(9)反向并联在继电器(1)的线圈两端，快速有效防止供电控制开关(4)断开瞬间电感电流产生突变，减少对系统的影响；
过流保护模块(3)由电流传感器、内部继电器及采集驱动电路组成，电流传感器检测工作电流，过流保护模块(3)可预先设定限流值，当实际电流大于预先设定限流值时，断开继电器(1)的供电，过流保护模块(3)的电流传感器接入直流稳压电源(10)输出正端，内部继电器中间点与供电控制开关(4)常开点连接，内部继电器常闭点与反向二极管(2)正端连接，采集驱动电路输入正端连接至直流电源模块(5)的输出正端，内部继电器线圈负端接地，采集驱动电路的输出端与内部继电器的线圈正端连接；
供电控制开关(4)的中间点与直流稳压电源(10)正端连接，用于控制继电器(1)的线圈供电实现对用电设备(11)的供电控制；
直流电源模块(5)用于给过流保护模块(3)提供工作电压，其电压范围取决于过流保护模块(3)的用电特性；
供电指示灯(6)、反极性供电指示灯(7)、正极性供电指示灯(8)均为单极性指示灯，供电指示灯(6)接在直流稳压电源(10)正端与地之间，反极性供电指示灯(7)与正极性供电指示灯(8)分别反向和正向并联在直流稳压电源(10)的正负端之间，其中供电指示灯(6)用于指示用电设备的供电状态，反极性供电指示灯(7)、正极性供电指示灯(8)用于指示接入的直流稳压电源(10)供电接线极性状态。
2.如权利要求1所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，继电器(1)采用DPST或DPDT。
3.如权利要求2所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，反向二极管(2)采用反向隔离型开关二极管。
4.如权利要求3所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，瞬态抑制二极管(9)采用肖特基二极管，其单向导电性是金属与半导体接触形成的，开关速度快。
5.如权利要求4所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，过流保护模块(3)的电流传感器为霍尔电流传感器。
6.如权利要求5所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，供电控制开关(4)为手动控制开关。
7.如权利要求6所述的一种直流供电保护装置，其特征在于，直流电源模块(5)的工作电压范围取决于过流保护模块(3)的用电特性。
8.采用如权利要求1-7任意一项所述的一种直流供电保护装置进行的直流供电保护方法，包括以下步骤：
1)将直流供电保护装置串联在直流稳压电源(10)和用电设备(11)之间；
2)直流电源模块(5)启动，给过流保护模块(3)提供工作电源，直流稳压电源(10)输出直流电压，若直流稳压电源(10)和用电设备(11)接线正确，则正极性供电指示灯(8)亮、反极性供电指示灯(7)灭，反之则相反；
3)在正确接线的情况下，正极性供电指示灯(8)亮，手动接通供电控制开关(4)，直流稳压电源(10)的供电电压经供电控制开关(4)、过流保护模块(3)、反向二极管(2)后进入继电器(1)的线圈，并与直流稳压电源(10)的输出负端形成回路，此时继电器(1)线圈正常工作，两路触点均吸合，供电指示灯(6)点亮，直流稳压电源(10)给用电设备(11)正常供电，过流保护模块(3)同步实时监测用电设备(11)的负载，并进行保护判断，若超出预设的过流保护值，则通过内部继电器切断继电器(1)的线圈工作电源，此时瞬态抑制二极管(9)可快速吸收继电器(1)线圈因开关断开瞬间产生的突变电感电流，减少对系统的影响；
4)在错误接线的情况下，反极性供电指示灯(7)点亮，手动接通供电控制开关(4)，直流稳压电源(10)的供电正端经供电负线接至继电器(1)的线圈负端与瞬态抑制二极管(9)的正端，再接入至反向二极管(2)的负端，因反向二极管(2)的反向截止特性，此时继电器(1)的线圈无法形成供电回路，两路触点均处于断开状态，供电指示灯(6)不会点亮，用电设备(11)不会被接入反极性电压，起到反极性供电保护的作用。
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