CN1152459C

CN1152459C - 安全电源控制器

Info

Publication number: CN1152459C
Application number: CNB001141848A
Authority: CN
Inventors: 魏锡秦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2004-06-02
Anticipated expiration: 2020-04-05
Also published as: CN1316813A

Abstract

一和安全电源控制器，由直流稳压电源、信号检测控制器、警示信号发生器和输出开关继电器J组成，其中所说的信号检测控制器是由负载动态检测电路、负载静态检测电路，负载短路检测电路和输出过流保护电路组成，采用了本发明所说结构的安全电源控制器，由于体积小、不但可以监控由于过流过荷引起的电击打火对用户负载的损害，而且可以检测警示由于导线(插座的两极)间的线(极)间漏电、粘连出现的短路故障，防止在220V高压情况下使这些隐性故障因漏电产生升温打火造成的电气火灾，还可以防止触电事故的发生，不但可以用于大型商场、企业仓库等，还可以用于居民住宅、局域性用电设备群中。

Description

安全电源控制器

一种安全电源控制器，涉及短路过流开关保护器的改进。

常用的短路过流开关保护器，统称空气断路开关，用于所有用电场所的基本保护装置，只要把保护器的开关闭合，即使不接用电负载，在输出电路的导线上，均已带有220V的市电高压电了。由于输电导线、电源开关器或用电负载插座的绝缘物质，会随使用时间的延长或工作环境的不同，其绝缘阻抗会逐步下降，一旦绝缘电阻下降后，遇上潮湿天气或雷雨季节，极易产生导线间(或开关、插座的两极间)发生因高压所产生的漏电打火现象，同时发生漏电处温度上升。这时即使漏电电流不足以超过空气断路开关的额定电流，在空气断路开关未动作的情况下，也会引起漏电处发热打火自燃，从而造成电器火灾的发生，给人们带来不可估量的损失。

本发明的目的，在于提供一种安全电源控制器，除了可以起到短路过流开关保护器的短路过荷断电保护功能外，由于其输出端在负载不工作情况下没有市电220V的输出，因而不会产生因线间漏电造成的发热自燃现象，还可以起到报警和控制功能，从而把因漏电发热引起自燃的现象控制在最低限度，甚至使之不发生。

本发明是这样实施的，在由直流稳压电源1、信号检测控制器2、警示信号发生器3和输出开关继电器J组成的安全电源控制器中，所说的信号检测控制器2是由负载动态检测电路4、负载静态检测电路5、负载短路检测电路6和输出过流保护电路7组成。

下面结合附图详述本发明的结构及工作原理：

图1是本发明所说安全电源控制器的原理方框图；

图2是本发明所说安全电源控制器的电原理图；

图3是当负载为使用电感镇流器的日光灯时的电原理示意图。

如图1所示，本发明所说的安全电源控制器是由直流稳压电源1、信号检测控制器2、警示信号发生器3和输出开关继电器J组成，其中所说的信号检测控制器2是由负载动态检测电路4、负载静态检测电路5、负载短路检测电路6和输出过流保护电路7组成。

在实际使用中，可以如图2所示，直流稳压电源1由变压器B、稳压器IC₁、整流管D₁-D₆、滤波电容C₁、C₂组成；警示信号发生器3由音频发生器IC₂、放大管T₆、喇叭R₀、电阻R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₈、R₃₁、R₃₂、二极管D₃₆～D₃₈及警示灯LD₁、LD₂、LD₃组成；所说的负载动态检测电路4由电感器LH的L₄通过二极管D₃₉-D₄₂、电阻R₁-R₆、三极管T₁、电容C₃和运算放大器A1组成；所说的负载静态检测电路5由输出开关继电器J、三极管T₂、T₃、电容C₄、二极管D₈～D₁₁、D₁₃～D₃₀、电阻R₇～R₁₁和运算放大器A₂组成；所说的负载短路检测电路6由三极管T₅、二极管D₃₁～D₃₃、电阻R₁₉-R₂₃和运算放大器A₃组成；所说的输出过流保护电路7则由电感器LH的次级线圈L₅通过电位器W、电容C₆、C₇、二极管D₃₄、D₃₅、D₄₃-D₄₉、电阻R₂₉、R₃₀、R₃₃、R₄₃、三极管T₇、可控硅T₈和输出开关继电器J组成。

采用了上述结构的安全电源控制器，其工作原理如下：

1、当把安全电源控制器接到市电电路后，并把用户的各使用负载R_L……全部接入输出开关继电器J的输出端J₁、J₂上，只要全部负载都不进入使用状态(即负载开路)时，由于在电感器LH的初级端L₃上没有电流，故其次级L₄上也没有感应电压，但是所说的负载静态检测电路5仍在工作。这时在三极管T₁的基极偏置电路呈低电位，T₁截止，由T₁、R_4-6组成的电压比较器使运算放大器A₁的输出为低电位，从而使开关管T₂截止、T₃导通，其结果使输出开关继电器J吸合为图2所示状态的反状态，切断了用电负载上的220V高压市电，在用户的用电负载(含输出开关继电器J₁J₂所接的负载、电线、插座、开关等)上呈无电压的开路状态；

2、仍然处于上述用电状况下，此时若出现有的负载有短路现象，若是因某种原因导致导线的绝缘体损坏，出现有导线间短路的现象时，此时形同在输出开关继电器J₁J₂两端并联了一个数值极小的短路电阻R_L′，这时，由于短路电阻R_L′与取样电阻R₁₃、R₁₅和比较电阻R₁₉、R₂₀、R₂₁进行比较时，给运算放大器A₃的正向输入端一个高于反向输入端的信号，A₃输出高电位。这时A₃输出的其中一路电流经D₃₂、R₂₃使三极管T₅基极呈正偏导通，触发警示信号发生器3的短路信号灯LD₁接通发亮，并从D₉使开关三极管T₂基极呈反向偏置而截止；A₃输出的另一路电流经D₃₁、R₂₂加到另一个开关三极管T₃的基极，使其呈正向偏置而导通，从而使输出开关继电器J吸合，切断了市电220V对室内用电的供电，这时在室内的供电负载R_L两端，仍可变为无高压状态；A₃输出第三路电流经过二极管D₃₃、电阻R₃₀加到警示信号发生器3的三极管T₇的基极，使其呈正偏导通，接通了警示信号发生器3的声音报警器IC₂，发出警示声音，以提醒人们检测用电负载的短路原因，从而做到防患未然；

3、当人们通过本发明所说的安全电源控制器接通用电负载R_L时，由于负载电阻R_L在工作状态下，其阻值均远小于比较电阻R₁₄，因此由负载电阻R_L和偏阻电阻R₁₅一起与比较电阻R₁₄比较后，在负载静态检测电路5的运算放大器A₂的反向输入端高于正向输入端的信号，导致运算放大器A₂输出低电位，其输出电流使二极管D₁₂导通，使开关三极管T₃呈负偏置截止，从而使输出开关继电器J线圈断电，J₁J₂把外电路市电220V加到用电负载R_L上，使室内负载R_L正常工作。由于本发明所说的安全电源控制器，一直处于工作状态中，为了使输出开关继电器J的J₁J₂极能可靠地闭合或打开，可以在负载静态检测电路5的运算放大器A₂的输出端与输出开关继电器J之间，加有一级由三极管T₄、电阻R_16-18、电容C₅组成的输出开关继电器可靠吸合保护电路。

4、当室内用电器R_L正常工作过程中，若某一用电负载出现短路、或是因室内用电器过多，超过安全电源控制器的额定使用值时，在电感器LH的L₃级产生一个电流增大值，从而次级L₅上出现一个增大了的电压，这时在取样电阻电位器W上的变化电压就超过了由电阻R₂₅、R₂₇组成的的基准电压，经比较从而使运算放大器A₄输出一个高电位信号，其输出电流使警示信号发生器3的三极管T₇导通，接通声音报警器IC₂，同时A₄还输出一路电流，经二极管D₃₄、电阻R₂₉加到可控硅管T₈的控制极，触发T₈管导通(由于此时室内的用电负载是处于工作状态，手动选择开关K应由人工置于闭合)，从而使输出开关继电器J吸合，切断了外电路送来的市电220V高压，J₁、J₂处于打开状态，保证了室内的供电线路上不再带有220V的高压，方便检修人员在无高压无电流状态下，对用电设备、负载及过荷现象进行检修，以尽快恢复正常，不致使室内线路因此处于大电流情况下继续发温升温以造成电气火灾的发生；

5、为了保护用电负载免受雷击的损坏，我们还可以在所说的安全电源控制器直流稳压电源1的变压器B的输入端两极间，接入一个压敏电阻RR。在雷雨期间，只要用户关闭了所有用电负载R_L的用电开关后，就切断了室内全部市电220V高压。发生雷击时，其雷电就从变压器B的保险RX、压敏电阻RR及市电的N级回到市电的中性线落地，形成一个安全的雷电回路，仅使熔断保险丝BX熔断，不会导致雷电通过安全电源控制器的输出开关继电器J进入室内负载回路，保护室内的安全。

在实际应用中，由于本发明所说的安全控制器采用了电感器LH作信号检测控制器2的器件之一，当对于负载是使用电感镇流器的日光灯或使用氖泡启辉器时，在没有接改善功率因数的电容时，是不能启动工作的，故对于上述这种结构的日光灯或启辉器，可以如图3所示的结构，在图2所说的安全电源控制器的输出开关继电器J的J₁J₂端之间，对每一个带电感镇流器的日光灯上，再并接一组由介质电容C’和泄放电阻R’组成的功率因数控制器，其中C为1μf400V，R为300KΩ1/4W电阻，从而帮助所有负载均能安全使用在本发明所说的安全控制器所控制的用电回路中。

在实际使用中，所说的运算放大器A₁、A₂、A₃、A₄可以采用市售的四运算放大器芯片代替各分立元件，最好采用LM系列的四运算放大器，其体积小，运算可靠。

采用了本发明所说的结构，由于增加的器件不多，控制器的体积不大，除了可对用户常见的过流过荷情况进行有效的处理，还可以在负载静态情况下，也可以及时处理因线间漏电、极间打火引起的各种异常状态，防止了由这些情况而导致的线路发热引起的电气火灾的发生，特别适用于大型商场、企业仓库等大用电量的场所，也可以广泛使用于各居民住宅或局域性的用电设备群中。

Claims

1、一种安全电源控制器，由直流稳压电源(1)、信号检测控制器(2)、警示信号发生器(3)和输出开关继电器(J)组成，其特征在于：所述的信号检测控制器(2)包括：

一负载动态检测电路(4)，对电流互感器送出的信号识别后，输出控制继电器(J)的通、断；

一负载静态检测电路(5)，对负载的电阻值取样识别后输出至继电器(J)的线圈；

一负载短路检测电路(6)，当检测到负载或线路短路时，接通警示信号发生器(3)，并输出控制继电器(J)；

以及一输出过流保护电路(7)，对电流互感器送出的另一路信号进行比较，当电流超过设定值，接通警示信号发生器(3)，并接通继电器(J)。

2、根据权利要求1所说的安全电源控制器，其特征在于所说的负载动态检测电路(4)是由电感(LH)的次级线圈(L₄)的一端与二极管(D₄₀)的阳极和二极管(D₄₂)的阴极相连接，二极管(D₄₀)的阴极与二极管(D₃₉)的阳极相接，二极管(D₃₉)的阴极与二极管(D₄₁)的阳极及次级线圈(L₄)的另一端与电源的负极相接，二极管(D₄₂)的阳极与二极管(D₄₁)的阴极相接，电阻(R₁)的一端接电源正极，另一端分别与电阻(R₂)和电阻(R₃)的一端相接，电阻(R₂)的另一端与次级线圈(L₄)的一端和电容(C₃)的正极端相接，电容(C₃)的负极端接电源负极，电阻(R₃)的另一端接三极管(T₁)的基极，三极管(T₁)的发射极接电源负极，三极管(T₁)的集电极与电阻(R₄)的一端和运算放大器(A₁)的反相端相接，电阻(R₄)的另一端和电阻(R₅)的一端接电源正极，电阻(R₅)的另一端与运算放大器(A₁)的正相端及电阻(R₆)的一端相接，电阻(R₆)的另一端接电源负极，运算放大器(A₁)的输出端与二极管(D₈)的阳极端相接。

3、根据权利要求1的所说的安全电源控制器，其特征在于所说的负载静态检测电路(5)由输出开关继电器(J)的一组(J₂)常开静触点一端接电源负极，另一组(J₁)常开静触点一端接电阻(R₁₅)一端，(J₁、J₂)常闭静触点分别接市电220V电源的火线和零线，(J₁、J₂)的动触点分别接负载输出，二极管(D₈)的阴极分别与二极管(D₉)的阳极与电阻(R₇)的一端和电阻(R₁₆)的另一端及电容(C₄)的正极端相接，电容(C₄)的负极端接电源负极，二极管(D₉)的阴极接三极管(T₅)的集电极，电阻(R₇)的另一端分别与电阻(R₈)和三极管(T₂)的基极相接，电阻(R₈)的另一端与三极管(T₂)的发射极接电源负极，集电极分别与电阻(R₉、R₁₀)的一端相接，电阻(R₉)的另一端接电源正极，电阻(R₁₀)的另一端与二极管(D₁₀)的阳极相接，二极管(D₁₀)的阴极分别与电阻(R₁₁、R₂₂)一端及三极管(T₃)的基极相接，电阻(R₁₁)的另一端及三极管(T₃)的发射极与电源的负极相接，集电极分别与二极管(D₁₁)的阳极、继电器(J)的线图一端及可控硅的阳极相接，二极管(D₁₁)的阴极与继电器(J)线图的另一端与电源的正极相接，电阻(R₁₂)的一端接电源正极端，电阻(R₁₂)的另一端分别与运算放大器(A₂)的反相端和电阻(R₁₄)的一端相接，电阻(R₁₄)的另一端接电源负极，电阻(R₁₃)的一端接电源正极端，电阻(R₁₃)的另一端分别与运算放大器(A₂)的正相端和电阻(R₁₅)的一端相接，电阻(R₁₅)的另一端与开关继电器(J)输出端(J₁)常开静触点相接，运算放大器(A₂)的输出端与二极管(D₁₂)的阴极和电阻(R₁₈)的一端及电容(C₅)的负极相接。

4、根据权利要求1所述的安全电源控制器，其特征在于所说的负载短路检测电路(6)是由通过电阻(R₁₉)的一端接电源的正极，电阻(R₁₉)的另一端分别与运算放大器(A₃)的正相端和电阻(R₂₀)的一端相接，电阻(R₂₀)的另一端与电阻(R₂₁)的一端相接，电阻(R₂₁)的另一端接电源的负极，运算放大器(A₃)的反相端分别与运算放大器(A₂)的正相端和二极管(D₁₃)的阳极端相接，运算放大器(A₃)的输出端分别与二极管(D₃₁、D₃₂)的阳极相接，二极管(D₃₁)的阴极与电阻(R₂₂)的一端相接，电阻(R₂₂)的另一端与三极管(T₂)的基极相接，二极管(D₃₂)的阴极分别与电阻(R₂₃)的一端及二极管(D₃₃)的阳极相接，二极管(D₃₃)的阴极与二极管(D₃₅)的阴极相接，电阻(R₂₃)的另一端与三极管(T₅)的基极相接，三极管(T₅)的发射极接电源负极，其集电极分别与指示灯的一端及二极管(D₉)的阴极相接。

5、根据权利要求1所说的安全电源控制器，其特征在于所说的输出过流保护电路(7)由电感器(LH)的次级线圈(L₅)的一端分别接二极管(D₄₃)的阴极和电容(C₇)的负极和电位器(W)的上端与电源的负极相接，次级线圈(L₅)的另一端接二极管(D₄₉)的阳极，二极管(D₄₉)的阴极与电阻(R₃₄)的一端相接，电阻(R₃₄)的另一端分别与二极管(D₄₈)的阳极和电容(C₇)的正极及电位器(W)的下端相接，其中二极管(D₄₃～D₄₈)6个分别串联，电位器(W)的活动可变端分别与运算放大器(A₄)的正相端和电阻(R₂₆)的一端相接，电阻(R₂₆)的另一端接电源正极，运算放大器(A₄)的反相端分别与电阻(R₂₅、R₂₇)的一端相接，电阻(R₂₅)的另一端与电源正极相接，电阻(R₂₇)的另一端与电源的负极相接，运算放大器(A₄)的输出端分别与二极管(D₃₄、D₃₅)的阳极相接，二极管(D₃₄)的阴极与电阻(R₂₉)的一端相接，电阻(R₂₉)的另一端分别与电阻(R₃₃)的一端和电容(C₆)的正极端及可控硅(T₈)的控制极相接，电阻(R₃₃)的另一端和电容(C₆)的负极端接电源的负极，可控硅(T₈)的阳极与三极管(T₃)的集电极相接，可控硅(T₈)的阴极与开关(K)的一端相接，开关(K)的另一端接电源的负极，其中，二极管(D₃₅)的阴极分别与二极管(D₃₃)的阴极和电阻(R₃₀)的一端相接，电阻(R₃₀)的另一端与三极管(T₇)的基极相接，三极管(T₇)的发射极接电源的负极，集电极与放大管(T₆)的发射极及二极管(D₃₈)的阴极和音频发生器(IC₂)的负极相接。

6、根据权利要求1所说的安全电源控制器，其特征在于可以在负载静态工作检测电路(5)的运算放大器(A₂)输出端与输出开关继电器(J)之间，加有一级由三极管(T₄)的发射极接电源的正极，集电极与电阻(R₁₆)的一端相接，电阻(R₁₆)的另一端与二极管(D₈)的阴极相接，三极管(T₄)的基极分别与电容(C₅)的正极和电阻(R₁₇、R₁₈)的一端相接，电阻(R₁₇)的另一端接电源的正极，电容(C₅)的负极分别与电阻(R₁₈)的另一端和运算放大器(A₁)的输出端及二极管(D₁₂)的阴极相接，组成一个输出开关继电器的可靠工作保护电路。

7、根据权利要求2、3、4、5所说的安全电源控制器，其特征在于所说的运算放大器(A₁、A₂、A₃、A₄)可用运算放大器集成器件，最好采用LM系列的运算放大器器件。