CN110907713A - 浪涌保护器的检测 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种用于浪涌保护器的检测方法和检测设备。该检测方法包括：基于流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流，确定表示所述压敏电阻的老化程度的第一老化值；基于流过所述压敏电阻的稳态漏电流和施加在所述压敏电阻上的稳态电压，确定表示所述压敏电阻的老化程度的第二老化值；以及根据所述第一老化值和/或所述第二老化值，确定所述压敏电阻的工作状态。本公开的实施例能够同时检测浪涌电流和阻性漏电流，从而更好地监控压敏电阻的工作状态。

Description

浪涌保护器的检测

技术领域

本公开的实施例总体上涉及浪涌保护器的检测，具体涉及用于浪涌保护器的检测方法和检测设备。

背景技术

浪涌保护器是一种为电子设备、仪器仪表及通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通讯线路中由于诸如雷电等外部干扰而出现尖峰电流或电压时，浪涌保护器能够在极短的时间内进行分流，从而避免浪涌电流对回路中的其他设备造成损害。

浪涌保护器包括一个非线性的电压限制元件，例如是压敏电阻。压敏电阻是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻。当施加在压敏电阻上的电压低于其阈值时，压敏电阻呈高阻态并流过极小的电流。当施加在压敏电阻上的电压超过其阈值时，压敏电阻呈低阻态而使流过它的电流激增，从而泄放由于诸如雷电所产生的浪涌电流，以保护回路中的其他设备。

发明内容

发明人注意到，压敏电阻在使用中会存在老化的问题，使得压敏电阻在多次经受浪涌电流或过电压后性能下降而无法实现上述的保护作用。如何能够更有效地监控压敏电阻的工作状态成为值得研究的课题。

本公开的实施例提供了用于浪涌保护器的检测方法和检测设备。

在本公开的第一方面，提供了一种检测方法。该检测方法包括：基于流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流，确定表示压敏电阻的老化程度的第一老化值；基于流过压敏电阻的稳态漏电流和施加在压敏电阻上的稳态电压，确定表示压敏电阻的老化程度的第二老化值；以及根据第一老化值和/或第二老化值，确定压敏电阻的工作状态。

在一些实施例中，确定第一老化值包括：确定瞬态浪涌电流的电流峰值和浪涌宽度；响应于电流峰值和浪涌宽度，对瞬态浪涌电流进行计数；以及基于计数确定压敏电阻损耗寿命以确定第一老化值。

在一些实施例中，确定第二老化值包括：根据稳态漏电流和稳态电压，确定压敏电阻消耗的有功功率；根据稳态电压，确定施加在压敏电阻上的电压有效值；根据有功功率和电压有效值，确定阻性漏电流；以及基于阻性漏电流来确定第二老化值。

在一些实施例中，确定压敏电阻的工作状态包括：响应于第一老化值超过第一预设阈值或第二老化值超过第二预设阈值，确定压敏电阻即将发生故障。

在一些实施例中，该检测方法还包括：响应于确定压敏电阻即将发生故障，提供用于提醒更换压敏电阻的警报信息。

在本公开的第二方面，提供了一种检测设备。该检测设备包括：浪涌电流检测模块，被配置为获取流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流；漏电流检测模块，被配置为获取流过压敏电阻的稳态漏电流；电压检测模块，被配置为获取施加在压敏电阻上的稳态电压；以及控制器，控制器被设置为执行根据本公开第一方面所述的检测方法。

在一些实施例中，浪涌电流检测模块包括：罗氏线圈，被配置为获得对应于瞬态浪涌电流的微分的第一电压信号；以及积分器，被配置为将第一电压信号转换成对应于瞬态浪涌电流的第二电压信号。

在一些实施例中，该检测模块还包括：第一模数转换器，被配置为将浪涌电流检测模块所获取的瞬态浪涌电流数字化并传输到控制器。

在一些实施例中，第一模数转换器内置于控制器。

在一些实施例中，漏电流检测模块包括：电流互感器，被配置为获取表示稳态漏电流的经缩小的电流信号；以及互阻放大器，被配置为将经缩小的电流信号转换为经放大的电压信号。

在一些实施例中，电压检测模块包括：电阻分压器，被配置为获取表示稳态电压的经缩小的电压信号。

在一些实施例中，该检测设备还包括：第二模数转换器，被配置为将漏电流检测模块所获取的稳态漏电流和电压检测模块所获取的稳态电压数字化并传输到控制器。

在一些实施例中，第二模数转换器外置于控制器。

在一些实施例中，该检测设备还包括：输出装置，被配置为显示压敏电阻的工作状态。

在一些实施例中，该检测设备还包括：有线或无线的通信装置，被配置为传输表示压敏电阻的工作状态的信息。

在一些实施例中，该检测设备还包括：输入装置，被配置为接收用于调节控制器的参数设置。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开的实施例的检测设备的示意性框图；

图2示出了根据本公开的实施例的检测设备的示意性框图；

图3示出了压敏电阻的示意性的伏安特征曲线；

图4示出了压敏电阻的示意性的脉冲电流降额曲线；以及

图5示出了根据本公开的实施例的检测方法的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

压敏电阻由于其具有相当优越的非线性伏安特性及过电压吸收能力，在浪涌保护器中得到了广泛应用。然而，压敏电阻在运行过程中因遭受大电流或大电压的冲击，会导致性能下降并加速老化。

发明人认识到，压敏电阻的老化主要是由于电气回路中出现的浪涌电流和过电压导致。浪涌电流引起的老化表现为压敏电阻的压敏电压下降，而过电压导致的老化表现为压敏电阻的阻性漏电流增加。为此，本公开提出同时检测浪涌电流和阻性漏电流，以对压敏电阻的工作状态进行更好的监控，从而能够及时提醒用户更换老化的压敏电阻，实现对电气设备的不间断保护。

图1示出了根据本公开的实施例的检测设备100的示意性框图。该检测设备100主要包括浪涌电流检测模块120、漏电流检测模块130、电压检测模块140以及控制器110。浪涌电流检测模块120被配置为获取流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流，并将检测结果传输到控制器110。漏电流检测模块130被配置为获取流过压敏电阻的稳态漏电流，而电压检测模块140被配置为获取施加在压敏电阻上的稳态电压。控制器110基于该瞬态浪涌电流确定表示压敏电阻的老化程度的第一老化值，并且基于该稳态漏电流和该稳态电压确定表示压敏电阻的老化程度的第二老化值。根据该第一老化值和第二老化值，控制器110评估压敏电阻的老化程度并确定压敏电阻的工作状态。

在根据本公开的实施例中，浪涌电流检测模块120、漏电流检测模块130和电压检测模块140例如可以通过相应的电路实现。

浪涌电流检测模块120主要负责检测流过压敏电阻的浪涌电流，例如检测浪涌电流的电流峰值和浪涌宽度。参考图2，浪涌电流检测模块120可以包括罗氏线圈121和积分器122。罗氏线圈121例如可以是印制线路板罗氏线圈，积分器122例如可以是硬件积分器。当电气回路中例如由于雷电而出现浪涌电流时，该浪涌电流会在罗氏线圈121中感应产生电压信号，该电压信号的波形对应于浪涌电流的波形的微分。通过连接在罗氏线圈121下游的积分器122，对该电压信号进行相移并还原波形，从而使得经相移的电压信号的波形对应于浪涌电流的波形。

检测设备100可选地还包括第一模数转换器150，其对浪涌电流检测电路120输出的信号或者说对积分器122输出的电压信号进行采样，并将结果输出到控制器110。在某些实施例中，第一模数转换器150可以是内置于控制器110的模数转换器。

控制器110基于采样结果，确定浪涌电流的电流峰值和脉冲宽度，并将其与预设的阈值进行比较。当电流峰值和脉冲宽度超过阈值时，控制器110确定电气回路中出现了影响压敏电阻寿命的浪涌电流，并进行计数。

然后，控制器110根据该计数并结合压敏电阻的自身特性，更新压敏电阻的寿命信息。压敏电阻的自身特性决定了压敏电阻所能耐受的浪涌电流的最大耐受次数。根据所计数的浪涌电流发生次数与该最大耐受次数的比较，控制器110确定压敏电阻的老化程度，并且在必要时通过输出装置170提供用于提醒更换压敏电阻的警报信息。输出装置170例如可以是发光二极管。

在某些实施例中，可以对压敏电阻的老化程度分级。例如对于正常工作的压敏电阻，发光二极管显示为绿色。当回路中的浪涌电流发生次数达到压敏电阻的最大耐受次数的例如30％至70％时，发光二极管显示为黄色，以进行预警。当回路中的浪涌电流发生次数达到压敏电阻的最大耐受次数的例如70％以上时，发光二极管显示为红色，以提醒用户及时更换压敏电阻。

漏电流检测模块130主要负责检测流过压敏电阻的漏电流。参考图2，漏电流检测模块130例如可以包括电流互感器131和互阻放大器132。电流互感器131例如可以是具有高磁导率磁芯的电流互感器。在电流互感器131的次级线圈中，输出表示流过压敏电阻的漏电流的经比例缩小的电流信号。由于该电流信号较小，所以采用互阻放大器132对该电流信号放大并输出经放大的电压信号，使得该电压信号达到可被检测的电压范围。

电压检测模块140主要负责检测施加在压敏电阻的稳态电压。参考图2，电压检测模块140例如可以包括电阻分压器141，以便按比例将电压缩小至可被检测的电压范围。

在某些实施例中，检测设备100可选地还包括第二模数转换器160，其对漏电流检测模块130和电压检测模块140输出的信号进行采样，并将结果输出到控制器110。在某些实施例中，第二模数转换器160可以是外置于控制器110的模数转换器，并且第二模数转换器160的采样频率可以低于第一模数转换器的采样频率。

控制器110根据对流过压敏电阻的漏电流和施加在压敏电阻上的电压的多个采样信号，例如通过求取电压和漏电流的乘积的均值，确定压敏电阻所消耗的有功功率。控制器110还根据对施加在压敏电阻上的电压的多个采样信息，确定该电压的电压有效值。根据该有功功率和该电压有效值，例如通过计算两者之间的商确定阻性漏电流。

然后，控制器110根据所确定的阻性漏电流与预设的阈值的比较，确定压敏电阻的老化程度，并且在必要时通过输出装置170提供用于提醒更换压敏电阻的警报信息。

在某些实施例中，检测设备100还可以包括有线或无效的通信装置180，例如是Modbus电路或ZigBee无线电路。通过该通信装置180可以将压敏电阻的工作状态发送到终端设备，例如发送到计算机或移动设备，从而实现远程监控。

在某些实施例中，检测设备100还可以包括输入装置190，例如是旋钮开关。通过该输入装置190可以调节控制器110的参数设置，使得控制器110中所存储的软件算法与浪涌保护器的压敏电阻型号匹配。

图3示出了压敏电阻的示意性的伏安特征曲线，其中横坐标表示流过压敏电阻的电流值，纵坐标表示施加在压敏电阻两侧的电压值。应当理解，图3中示出的数值和曲线走向仅仅是示意性而非限制性的。

从图3示出的曲线中可以看出，压敏电阻的电阻值是非线性的。当压敏电阻上的电压低时，压敏电阻呈现高阻态并流过很小的电流(例如在电压约为400V时，电流约为10^-4A，电阻约为4x10⁶Ω)。而当压敏电阻上的电压高时，压敏电阻呈现低阻态并分流具有高电流值的浪涌电流(例如在电压约为1000V时，电流约为10³A，电阻约为1Ω)，从而避免浪涌电流损坏回路中的其他设备。

图4示出了压敏电阻的示意性的脉冲电流降额曲线，其中横坐标表示脉冲宽度，纵坐标表示电流峰值，不同的曲线代表压敏电阻能够承受的耐受次数。应当理解，图4中示出的数值和曲线走向仅仅是示意性而非限制性的。

从图4示出的曲线中可以看出，压敏电阻能够承担的耐受次数将随着电流峰值和电流脉冲宽度的大小而发生变化。通过压敏电阻的固有特征曲线，可以在控制器110中预先设定相应的阈值。

图5示出了根据本公开的实施例的检测方法的框图。该检测方法可以在图1和图2中示出的检测设备实现，当然这仅仅是示例性的。应当理解，框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

在框510，基于流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流，确定表示压敏电阻的老化程度的第一老化值。在框520，基于流过压敏电阻的稳态漏电流和施加在压敏电阻上的稳态电压，确定表示压敏电阻的老化程度的第二老化值。在框530，根据第一老化值和/或第二老化值，确定所述压敏电阻的工作状态。这些框所代表动作的示例实施例已在上文描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，确定第一老化值包括：确定瞬态浪涌电流的电流峰值和浪涌宽度；响应于电流峰值和浪涌宽度，对瞬态浪涌电流进行计数；以及基于计数确定压敏电阻损耗寿命以确定所述第一老化值。通过这种方式，能够评估浪涌电流对压敏电阻寿命的消耗。

在一些实施例中，确定第二老化值包括：根据稳态漏电流和稳态电压，确定压敏电阻消耗的有功功率；根据稳态电压，确定施加在压敏电阻上的电压有效值；根据有功功率和电压有效值，确定阻性漏电流；以及基于阻性漏电流来确定第二老化值。通过这种方式，能够基于阻性漏电流评估过电压对压敏电阻寿命的消耗。

在一些实施例中，确定压敏电阻的工作状态包括：响应于第一老化值超过第一预设阈值或第二老化值超过第二预设阈值，确定压敏电阻即将发生故障。通过这种方式，能够同时考虑浪涌电流和阻性漏电流对压敏电阻的影响，实现对压敏电阻的更好的监控。

在一些实施例中，响应于确定压敏电阻即将发生故障，提供用于提醒更换压敏电阻的警报信息。通过这种方式，能够提醒用户及时更换老化的压敏电阻，实现对电气设备的不间断保护。

本公开的实施例通过对浪涌电流和阻性漏电流的检测，从多方面监控压敏电阻的老化程度，能够更及时并准确地提醒用户更换浪涌保护器中的压敏电阻，从而更有效地保护电气回路中的用电设备。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (16)

1.一种检测方法，包括：

基于流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流，确定表示所述压敏电阻的老化程度的第一老化值；

基于流过所述压敏电阻的稳态漏电流和施加在所述压敏电阻上的稳态电压，确定表示所述压敏电阻的老化程度的第二老化值；以及

根据所述第一老化值和/或所述第二老化值，确定所述压敏电阻的工作状态。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其中确定所述第一老化值包括：

确定所述瞬态浪涌电流的电流峰值和浪涌宽度；

响应于所述电流峰值和所述浪涌宽度，对所述瞬态浪涌电流进行计数；以及

基于所述计数确定压敏电阻损耗寿命以确定所述第一老化值。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其中确定所述第二老化值包括：

根据所述稳态漏电流和所述稳态电压，确定所述压敏电阻消耗的有功功率；

根据所述稳态电压，确定施加在所述压敏电阻上的电压有效值；

根据所述有功功率和所述电压有效值，确定阻性漏电流；以及

基于所述阻性漏电流来确定所述第二老化值。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其中确定所述压敏电阻的工作状态包括：

响应于所述第一老化值超过第一预设阈值或所述第二老化值超过第二预设阈值，确定所述压敏电阻即将发生故障。

5.根据权利要求1所述的检测方法，还包括：

响应于确定所述压敏电阻即将发生故障，提供用于提醒更换所述压敏电阻的警报信息。

6.一种检测设备(100)，包括：

浪涌电流检测模块(120)，被配置为获取流过浪涌保护器的压敏电阻的瞬态浪涌电流；

漏电流检测模块(130)，被配置为获取流过所述压敏电阻的稳态漏电流；

电压检测模块(140)，被配置为获取施加在所述压敏电阻上的稳态电压；以及

控制器(110)，所述控制器(110)被设置为执行根据权利要求1至5中任一项所述的检测方法。

7.根据权利要求6所述的检测设备，其中所述浪涌电流检测模块(120)包括：

罗氏线圈(121)，被配置为获得对应于所述瞬态浪涌电流的微分的第一电压信号；以及

积分器(122)，被配置为将所述第一电压信号转换成对应于所述瞬态浪涌电流的第二电压信号。

8.根据权利要求6所述的检测设备，还包括：

第一模数转换器(150)，被配置为将所述浪涌电流检测模块(120)所获取的所述瞬态浪涌电流数字化并传输到所述控制器(110)。

9.根据权利要求8所述的检测设备，其中所述第一模数转换器(150)内置于所述控制器(110)。

10.根据权利要求6所述的检测设备，其中所述漏电流检测模块(130)包括：

电流互感器(131)，被配置为获取表示所述稳态漏电流的经缩小的电流信号；以及

互阻放大器(132)，被配置为将经缩小的所述电流信号转换为经放大的电压信号。

11.根据权利要求10所述的检测设备，其中所述电压检测模块(140)包括：

电阻分压器(141)，被配置为获取表示所述稳态电压的经缩小的电压信号。

12.根据权利要求6所述的检测设备，还包括：

第二模数转换器(160)，被配置为将所述漏电流检测模块(130)所获取的所述稳态漏电流和所述电压检测模块(140)所获取的所述稳态电压数字化并传输到所述控制器(110)。

13.根据权利要求12所述的检测设备，其中所述第二模数转换器(160)外置于所述控制器(110)。

14.根据权利要求6所述的检测设备，还包括：

输出装置(170)，被配置为显示所述压敏电阻的工作状态。

15.根据权利要求6所述的检测设备，还包括：

有线或无线的通信装置(180)，被配置为传输表示所述压敏电阻的工作状态的信息。

16.根据权利要求6所述的检测设备，还包括：

输入装置(190)，被配置为接收用于调节所述控制器(110)的参数设置。

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