CN112602243B - 用于过电流和过电压保护式电能传输的多级保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从双极电压端子(101)至电气负载(103)的过电流和过电压保护式电能传输的保护装置(100)，该装置包括：第一熔断器电路(105)，用于在当从所述电压端子(101)至所述电气负载(103)的线路电流达到第一电流强度限值时，防止该线路电流流过；连于所述第一熔断器电路(105)下游以及所述电气负载(103)上游的过电压保护电路(107)，该过电压保护电路(107)用于在当所述电压端子(101)的电压达到第一电压限值时，以导电方式连接所述电压端子的各个极柱，以使得达到所述第一标称电流的线路电流；以及连于所述过电压保护电路(107)下游以及所述电气负载(103)上游的第二熔断器电路(109)，其中，该第二熔断器电路(109)用于在所述线路电流达到第二标称电流时，防止该线路电流流过，所述第二电流强度限值小于所述第一电流强度限值。

Description

用于过电流和过电压保护式电能传输的多级保护装置

技术领域

本公开内容涉及一种用于电压端子至电气负载的过电流和过电压保护式电能传输的保护装置。

背景技术

隔离放大器中常常使用限制电流强度、电压和/或功率的保护装置，以保护下游电气部件免受高于相应预定限值的电流强度、电压和/或功率的影响。如此，可以达到降低保护装置下游所连电气部件的最大额定数值的优点。此类保护装置还可用于电气负载与电压端子的安全断开，以满足防爆要求。

此类保护装置一般具有过电流保护装置以及连于过电流保护装置下游的过电压保护装置。该过电压保护装置可在电压达到电压限值时将电压短路，以使得短路电流流过当达到标称电流时触发的所述过电流保护装置，从而中断电流。然而，这一做法具有必须根据标称电流和/或电压限值制定下游电气部件尺寸的缺点。如此，可能会增大电气部件的尺寸，并可能将其标称电流和/或标称电压升高至在该标称电流和/或电压限值以下的操作的所述电气部件所不需要的程度。

发明内容

本公开内容的目的在于提供一种更为有效的保护装置，该保护装置与现有保护装置相比，允许连于下游的电气部件具有更小的最大标称电流。

此目的由独立权利要求的技术特征实现，有利实施方式见从属权利要求、说明书及附图的技术方案。

本公开内容基于如下认知：上述目的可由一种除了第一过电流和过电压保护装置之外还包括额外的过电流保护装置实现。具体而言，第二熔断器可连于第一熔断器的下游，其中，该第二熔断器在低于所述第一熔断器的标称电流下触发。如此，还能够针对小于所述过电压装置所致短路电流的过电流，对电气负载加以保护。所述第一过电压保护器件和额外过电流保护器件可以为钳位电路，该钳位电路可在两个不同电压限值开关，尤其不同尺寸的齐纳二极管的作用下触发。

根据第一方面，本公开内容涉及一种用于从电压端子至电气负载的过电流和过电压保护式电能传输的保护装置，其中，所述电压端子包括两个极柱。该保护装置包括第一熔断器电路，该第一熔断器电路用于在当从所述电压端子至所述电气负载的线路电流的强度达到第一标称电流时，防止该线路电流流过。该保护装置还包括连于所述第一熔断器电路下游以及所述电气负载上游的过电压保护电路。该过电压保护电路用于在当所述电压端子的电压达到第一电压限值时以导电方式连接所述电压端子的各个极柱，以驱动达到所述第一标称电流的线路电流，从而触发所述第一熔断器电路。该保护装置还包括连于所述过电压保护电路下游以及所述电气负载上游的第二熔断器电路。该第二熔断器电路用于在当所述线路电流达到第二标称电流时，防止该线路电流流过。所述第二标称电流取决于所述电气负载。

在一种实施方式中，所述第二标称电流小于所述第一标称电流，以防止具有相应较低短路电流强度的电流流过所述电气负载。

所述保护装置可以为过电流保护器件与钳位电路(撬棒电路)的组合，其可针对电流强度高于电气负载许容电流强度的电流且/或针对高于电气负载许容电压的电压，保证电气负载的安全。此外，结合所述电流强度和电压限制，还可尤其限定耗电装置所能转换的最大电功率。

此外，所述保护装置可例如设置于隔离放大器的信号输入端，以能够降低下游电气部件的最大标称数值。此外，该保护装置可构成爆炸保护装置，以使得下游电气部件能够用于存在潜在爆炸性的环境和/或气氛中。

所述保护装置可连于电气负载的电源下游，以能够使得该保护装置下游实现所期望的预定电流强度、电压和/或功率值。相应地，由于可以实现所期望的更低电压和/或电流强度水平，因此连于所述保护装置下游的电子电路可具有更小的电气间隙和/或爬电距离。

通过在所述第一熔断器电路的下游设置第二熔断器电路，可实现的优点在于，可在连于所述第二熔断器电路下游的电子部件之间以更为灵活的方式设置电气参数，尤其最大标称电流。所述第二熔断器电路可实施为部件尺寸小于所述第一熔断器电路的芯片保险丝。此外，与设于所述第一熔断器电路下游的情形相比，通过将电气部件连于所述第二熔断器电路下游，可以减小部件尺寸，并且/或者降低性能数值。

所述熔断器电路的电压端子可尤其由设于供电网络与该熔断器电路之间的电路构成。这一中间级可例如为开关模式电源和/或电压转换器。

所述第二标称电流可小于所述第一标称电流。具体而言，如果所述第一熔断器电路和第二熔断器电路之间不设对所述电压端子的电压进行变压的功能，则连于所述第二熔断器电路下游的电气负载可具有更低的标称电流，并且可相应地以性价比更高和/或尺寸更小的方式制造。

此外，所述第一熔断器电路和第二熔断器电路之间可设置用于升高或降低所述电压端子电压的变压器。该变压器可例如用于将电压从24V降至5V。连于所述第二熔断器电路下游的电气负载可用于比所述第一熔断器电路更高的电流强度，以使得所述第二标称电流可大于所述第一标称电流。

所述保护装置可以为连于电源下游的备用保险丝，以向连于该保护装置下游的电气负载提供明确的电流强度、电压和/或功率值。电气负载的电气部件之间的绝缘距离可尤其设置于最大电压水平，如50V。所述保护装置的下游可例如设置开关模式电源，该电源可增大或减小其输出电压。具体而言，可将20V～30V范围内的电压降低至3V～12V的电压。如此，与现有撬棒电路相比，下游隔离元件(如变压器)可设置为与更低最大电压对应的尺寸。

举例而言，所述第一熔断器电路可用于当预期短路电流为1500A时防止所述线路电流流过，而且所述过电压保护电路将电压限制于可调节的电压值(如18V)。相应地，所述第二熔断器电路可用于防止电流强度低于所述第一熔断器电路所保护的短路电流的线路电流流过。如此，由于所述第二熔断器电路可实施为芯片保险丝，并且可相应地按多种设计制造，因此下游电子电路的保护参数能够从多种参数中选择。具体而言，如此可以以在市场上极易获得的电子部件组成保护装置，从而可使得该保护装置能够以更为有效和低成本的方式制造。

在一种实施方式中：所述第二标称电流尤其为第二预期短路电流，所述第一标称电流尤其为第一预期短路电流，所述第二标称电流小于所述第一标称电流；并且/或者，所述过电压保护电路用于降低所述第二熔断器电路的标称电压。如此，可以实现如上所述的各种优点。

在一种实施方式中，所述第一熔断器电路和第二熔断器电路均包括过电流保护器件，尤其保险丝和/或电源电路开关，其中，所述过电流保护熔断器用于在达到所述第一标称电流或第二标称电流时，或达到该第一标称电流或第二标称电流的预定时间段后，断开所述电压端子和电气负载之间的电连接。

所述预定时间段可由相应熔断器的触发延迟时间确定，其中，该熔断器的熔丝元件因电流流过而受热熔断。所述第一熔断器电路的过电流保护熔断器的触发延迟时间可长于所述第二保护电路的过电流保护熔断器的跳闸延迟时间。所述第一过电流保护熔断器尤其用于在所述半导体开关发生切换后，断开所述电压端子和电气负载之间的电连接。如此，电流强度大于所述第一标称电流且使所述第一过电流保护熔断器触发的线路电流流过所述半导体开关，而非所述电气负载。

所述第二过电流保护器件可用于针对电流强度可能会对所述电气负载造成损害的线路电流，实现对该电气负载的保护。因此，与所述第一过电流保护器件相比，该第二过电流保护器件可在更低的电流强度下以更快的速度触发。

在一种实施方式中，所述第一保护电路和/或第二保护电路用于在短路电流流过所述过电压保护电路时，断开所述电压端子与所述电气负载之间的电连接，以防止电流强度高于所述第一标称电流和/或第二标称电流的线路电流流至所述电气负载。

所述电连接可通过阻断半导体元件、机械式开关触点或所述过电流保护器件的明确式熔断断开。如此，该电连接可以以可逆方式断开，或者在所述明确式熔断情形中，以不可逆方式断开。在所述第一保护电路和/或第二保护电路触发后，可能需要通过手动干预使得电路恢复运行。例如，其中可能需要更换其中一个过电流保护器件，并且/或者消除过电压或过电流的源头。

在一种实施方式中，所述第二熔断器电路具有分别用于向电气负载传输电能的至少两条电流路径，其中，每一电流路径内均设置过电流保护器件。

在一种实施方式中，所述电流路径内的过电流保护器件用于在不同标称电流下触发，以防止电流流过相应电流路径。

在一种实施方式中，所述第一熔断器电路和/或第二熔断器电路用于检测部件温度和/或环境温度，并在当所述部件温度和/或环境温度达到温度限值时，触发所述过电压保护电路，并且/或者防止电流从所述电压端子流至所述电气负载。如此，所具有的优点在于，可实现对所述电气负载的热负荷保护。

在一种实施方式中，所述第二熔断器电路用于通过将所述线路电流限制于所述第二标称电流而将所述电气负载的最大电功率降至低于所述第一熔断器电路和过电压保护电路的复合体的最大电功率。

在一种实施方式中，所述过电流保护器件可连于所述电气负载下游。

附图说明

以下，参考附图，描述其他例示实施方式。附图中：

图1所示为一种实施方式的保护装置；

图2所示为一种实施方式的保护装置。

附图标记

100 保护装置

101 电压端子

103 电气负载

105 第一熔断器电路

107 过电压保护电路

109 第二熔断器电路

111 半导体开关

113 控制输入端

115 电压限制开关

117 开关输入端

119 开关输出端

121 电阻器

123 过电流保护器件

125 过电流保护器件

201-1 电流路径

201-2 电流路径

203 过电流保护器件

205 电气负载

具体实施方式

图1为用于从电压端子101至电气负载103的过电流和过电压保护式电能传输的保护装置100示意图，电压端子101包括两个极柱。保护装置100包括第一熔断器电路105，该第一熔断器电路用于在当从电压端子101至电气负载103的线路电流达到第一标称电流强度限值时中断该线路电流。

保护装置100还包括连于第一熔断器电路105下游以及电气负载103上游的过电压保护电路107。过电压保护电路107用于在电压端子101的电压达到第一电压限值时以导电方式连接电压端子101的各个极柱，以驱动达到所述第一标称电流的线路电流，使第一熔断器电路105触发。

此外，保护装置100包括连于过电压保护电路107下游以及电气负载103上游的第二熔断器电路109。第二熔断器电路109用于在所述线路电流强度达到第二标称电流时防止该线路电流流过。该第二标称电流小于所述第一标称电流。

过电压保护电路107包括与电压端子101的各个极柱并联电连接且具有控制输入端113的半导体开关111，尤其晶闸管。该半导体开关111用于以施加至控制输入端113的控制信号以导电方式连接电压端子101的各个极柱，并在当线路电流降至最小电流值以下时，断开电压端子101各个极柱之间的导电连接。

过电压保护器件107还包括电压限制开关115，尤其具有开关输入端117和开关输出端119的齐纳二极管。电压限制开关115通过开关输入端117连于第一熔断器电路105下游，并通过开关输出端119与半导体开关111的控制输入端113连接。此外，电压限制开关115用于在当电压端子101的电压达到所述第一电压限值时，将所述控制信号提供于开关输出端119。

过电压保护电路107还包括电阻器121，该电阻器连于电压限制开关115的开关输出端119下游，且与电压限制开关115一起与电压端子101的各个极柱并联电连接。控制输入端113与电压限制开关115的开关输出端119和电阻器121连接，电阻器121用于在当电压限制开关115切换时，向控制输入端113提供控制信号，以切换半导体开关111，所述控制信号的形式尤其为电压端子101电压的一部分。

第一熔断器电路105和第二熔断器电路109均具有过电流保护器件123，125，尤其保险丝。过电流保护熔断器123用于在当达到所述第一电流强度限值时断开电压端子101和电气负载103之间的电连接，或者在达到该第一标称电流的预定时间段之后断开该电连接。相应地，过电流保护器件125用于在当达到所述第二标称电流时断开电压端子101和电气负载103之间的电连接，或者在达到该第二电流强度限值时的预定时间段之后断开该电连接。

图2为用于从电压端子101至至少两个电气负载103，205的电能传输的保护装置100示意图。保护装置100包括第一熔断器电路105，该第一熔断器电路用于在当从电压端子101至电气负载103，205的线路电流达到第一标称电流时，防止该线路电流流过。

保护装置100还包括连于第一熔断器电路105下游以及电气负载103，205上游的过电压保护电路107。过电压保护电路107用于在当电压端子101的电压达到第一电压限值时以导电方式连接电压端子101的各个极柱，以驱动达到所述第一标称电流的线路电流，使第一熔断器电路105触发。

此外，保护装置100包括连于过电压保护电路107下游以及电气负载103，205上游的第二熔断器电路109。第二熔断器电路109具有分别用于向电气负载103，205输送电能的两条电流路径201-1，201-2。每一电流路径201-1，201-2中均设有过电流保护器件125，203。

过电流保护熔断器125用于在当流过电流路径201-1的电流达到第二标称电流时，阻止该电流流过电流路径201-1。过电流保护器件203用于在当流过电流路径201-2的电流达到第三标称电流时，阻止该电流流过电流路径201-2。所述第二标称电流和第三标称电流可均小于所述第一标称电流。过电流保护器件125，203用于在不同标称电流下触发，以防止电流流过相应电流路径201-1，201-2。

Claims (11)

1.一种保护装置（100），用于从电压端子（101）至电气负载（103）的过电流和过电压保护式电能传输，其中，所述电压端子（101）包括两个极柱，其特征在于，该保护装置包括：

第一熔断器电路（105），用于在当从所述电压端子（101）至所述电气负载（103）的线路电流达到第一标称电流时，防止所述线路电流流过；

过电压保护电路（107），连于所述第一熔断器电路（105）下游以及所述电气负载（103）上游，其中，所述过电压保护电路（107）用于在当所述电压端子（101）的电压达到第一电压限值时，以导电方式连接所述电压端子的各个所述极柱，以使得达到所述第一标称电流的线路电流触发所述第一熔断器电路（105）；以及

第二熔断器电路（109），连于所述过电压保护电路（107）下游以及所述电气负载（103）上游，其中，所述第二熔断器电路（109）用于在所述线路电流达到第二标称电流时，防止所述线路电流流过，其中，所述第二标称电流取决于所述电气负载（103），其中，所述过电压保护电路（107）用于降低所述第二熔断器电路（109）的标称电压。

2.根据权利要求1所述的保护装置（100），其特征在于，所述第二标称电流为第二预期短路电流，且小于第一预期短路电流的所述第一标称电流。

3.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述第二标称电流小于所述第一标称电流，以防止具有相应较低短路电流强度的电流流过所述电气负载（103）。

4.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述过电压保护电路（107）包括半导体开关（111），所述半导体开关与所述电压端子（101）的各个所述极柱并联电连接，并具有控制输入端（113），所述半导体开关（111）用于在控制信号施加至所述控制输入端（113）时以导电方式连接所述电压端子（101）的各个所述极柱，并在所述线路电流降至最小电流值以下时断开所述电压端子（101）的各个所述极柱的电连接。

5.根据权利要求4所述的保护装置（100），其特征在于，所述半导体开关（111）由晶闸管或晶体管形成。

6.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述第一熔断器电路（105）和所述第二熔断器电路（109）均包括过电流保护器件（123，125），各过电流保护器件（123，125）用于在达到所述第一标称电流或所述第二标称电流时，或达到所述第一标称电流或所述第二标称电流的预定时间段后，断开所述电压端子（101）和所述电气负载（103）之间的电连接。

7.根据权利要求6所述的保护装置（100），其特征在于，所述过电流保护器件（123，125）是保险丝和/或电源开关。

8.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述第二熔断器电路（109）具有分别用于向电气负载（103，205）传输电能的至少两条电流路径（201-1，201-2），各所述电流路径（201-1，201-2）内分别设置有过电流保护器件（125，203）。

9.根据权利要求8所述的保护装置（100），其特征在于，所述过电流保护熔断器用于在不同标称电流下触发，以防止电流流过相应的所述电流路径（201-1，201-2）。

10.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述第一熔断器电路（105）和/或所述第二熔断器电路（109）用于检测部件温度和/或环境温度，并在当所述部件温度和/或环境温度达到温度限值时，触发所述过电压保护电路（107），并且/或者防止电流从所述电压端子（101）流至所述电气负载（103）。

11.根据权利要求1或2所述的保护装置（100），其特征在于，所述第二熔断器电路（109）用于通过将所述线路电流限制于所述第二标称电流而将所述电气负载（103）的最大电功率降至低于所述第一熔断器电路（105）和所述过电压保护电路（107）的复合体的最大电功率。