CN2033952U

CN2033952U - 市电过压过流电子保险器

Info

Publication number: CN2033952U
Application number: CN 88206467
Authority: CN
Inventors: 张万林; 李增发
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1989-03-08

Abstract

市电过压过流电子保险器，由快速熔断器、阈值鉴别器、补偿电阻和与用电设备相并联的复合电子开关组成。设计利用了线路阻抗。当电网电压有效值高于保险阈值时，当220V突然升为300V或380V左右时，复合电子开关导通、快速熔断器切断电源，保护实验室电子设备或家用电器不受损伤。对于电网中幅度高而脉宽小于一定值的暂态脉冲，保险器有限幅和抑制作用。当负载短路或用电量超过允许值时，熔断芯烧断，起到过流保护作用。

Description

本发明属于市电过压过流电子保险器设计，主要适用于交流市电及直流电路中作过电压、过电流保护。

现有技术中，以继电器为执行元件的过压、过流保护器的动作响应时间较长，有些场合不能起到有效的保护作用。一些串联式电子保险器，控制电路复杂，由于所用半导体开关元件与用电设备是串联，开关元件生热及其它各种原因使得寿命、体积、可靠性都不太理想。目前，能够确保实验室电子设备和家用电器在电压220^～ _V突然升为300^～ _V左右或380^～ _V左右这两种情况下不受损伤的保险器，市面上还很少见到商品。

为了确保用电设备在电网电压过高时不致损坏，特别是要保证额定工作在220^～ _V的用电设备遭受380^～ _V恶性冲击时的安全，为了过流时能及时切断电源，特设计了本产品。

本保险器由串联在输入端的快速熔断器〔1〕、并联在输入端的阈值鉴别器〔2〕、串联在用电主干线上适当位置的补偿电阻〔4〕和与用电设备〔5〕相并联且受〔2〕控制的复合电子开关〔3〕组成。见图1的虚线框内部分。

图1是描述本保险器工作的原理框图。图2、图3、图4是本保险器的电原理图，也是三个实施例。图5是调整保险阈值电压的原理框图。

复合电子开关〔3〕主要由两路反向并联的单向可控硅或一路双向可控硅加上R₁C₁吸收支路和压敏电阻构成。R₁C₁限制dv／dt值以保护可控硅。压敏电阻起限幅作用，既保护可控硅，又保护用电设备〔5〕。R₂、R₃是保护可控硅的限流电阻。图4所示的小功率双向可控硅Ti推动大功率器件T₂的结构，实质上可等效成一只双向可控硅的作用，这里定义该结构为“复合双向可控硅”。采用复合结构，意在减小〔2〕的功耗。图4中，T₁的限流电阻为R₃和R₅的并联值。图3的双向可控硅T也可以改成图4的复合结构。

阈值鉴别器〔2〕的构成方式较多：对于双向可控硅门极的控制，可用一路电阻分压器、禁止电容C、阈值调定电位器W和双向触发二极管D组成（如图4），也可以用两路电阻定向分压器、禁止电容C和稳压管D₁D₂或稳压管串联普通二极管组成（参看图3）。若省去图3中的D₃、D₄，改为两路电阻分压器，两只稳压管上则必须分别串上普通二极管。阈值鉴别器〔2〕在控制单向可控硅门极时，可以由电阻分压器或电阻定向分压器、电容C和稳压管串联普通二极管组成。图2也可以改成定向分压式的，以降低这两个支路上的功耗。图4中的D也可以用两只特性相同的稳压二极管串接代替。

快速熔断器〔1〕，可以采用有灭弧措施的普通熔断芯或其它对半导体器件有保护功能的熔断器。

下面结合图1及实施例说明本保险器的工作原理：

通常情况下，电网电压V_i的有效值低于保险器予先设定的保险阈值电压V_G，〔3〕中的可控硅呈阻断态，用电设备〔5〕安全工作，消耗在本保险器上的平均功率很小。当〔2〕鉴别出V_i的有效值高于V_G或其它严重过电压情况发生时，即令〔3〕中的可控硅导通，造成过电流，由快速熔断器切断电源。在可控硅导通到熔断芯烧毁、切断电源这段时间里，线路阻抗〔6〕和补偿电阻〔4〕的存在使V₀降到较低的数值。当用电设备〔5〕出现短路故障或用电量超过快速熔断器〔1〕所能承受的电流时，熔断芯烧毁，切断电源，起到过流保护作用。

对于偶然来自电网的幅度很高（有时高达几千伏）而作用时间很短的暂态脉冲，对于负载通、断等原因引起的暂态电压，本保险器是这样处理的：一、〔3〕中的R₁C₁使陡的脉冲沿变斜，即限制dv／dt值。〔3〕中的压敏电阻将暂态电压的幅度箝位于设计值，从而保护〔5〕。二、〔2〕中的禁止电容C和分压电阻等元件构成一时间常数，使得脉宽小于一定值的暂态干扰脉冲不能触发可控硅导通。这种禁止作用使保险器具有一定的抗干扰能力。

禁止电容C的取值范围由实验确定：取值太小，保险器的抗干扰性能差，不实用。取值过大，保险器的动作灵敏度太低，甚至不动作，不起保险作用。其最小取值，应以实际的负载在正常接入、断开时刚不产生误动作且能起保险作用为宜。

本保险器V_G可按需设定为几十伏至380伏以内的任意一个值。图4的阈值V_G是可调式的，“阈值调定”电位器W的电阻为零时V_G最小，电阻最大时则V_G最大。图2、图3中，只要在R₄、R₅处再串入电位器，也可以改成V_G可调式的。对于额定工作电压为220^～ _V的用电设备，V_G可设定在255^～ _V左右。

按所允许配用的快速熔断芯的最大安培数，本设计可制成1型、2型、3型……系列产品。最大安培数可选定为2A、3A、4A、5A、6A、10A、13A、15A、20A……等数种。

由于本方案采取了复合电子开关与用电设备并联的方式，控制电路简单，主要的开关元件平时处于不导通状态，避免了加散热片等问题，因此产品的可靠性、寿命、体积、功耗等指标都可以做得较理想。

实施要点：

元件的选取：设计某一型号的产品时，先定下允许配用的快速熔断芯的最大安培数和估定V_i有效值可能达到的最大值，再选用可控硅和压敏电阻等元件。关键是可控硅的耐压和电流参数要有适当裕量。若采用普通的RL1型熔断芯，则可控硅的电流参数必须留出更大的裕量。绝不允许用普通的合金保险丝去代替对半导体器件有保护功能的熔断器。对220^～ _V电网，压敏电阻的u_1mA取值范围为390V～510V，通流容量的取值范围一般为1kA～5kA。要求较高的场合，通流容量必须选取更大的数值。补偿电阻r用康铜丝或锰铜丝绕制，数值视允许配用的熔断芯的最大安培数和所选可控硅的浪涌电流I_TSM而定。可控硅门极与阴极之间并联的电容C₂、C₃取0.01μF左右。图4中，取R₅

V_G／I_GT2，其中I_GT2是T₂的最大门极触发电流，取R₃

（10～50）R₅，选取T₁的最大有效电流I_T1（RMS）≥V_G／（R₅∥R₃）。

调整阈值V_G：调整方法之一见图5，255^～ _V±5^～ _V、50Hz的稳定电源〔7〕经10瓦灯泡〔8〕后加于欲调整的保险器〔9〕上，调整〔9〕中带＊号的元件为合适值，可控硅的导通情况由灯泡显示。

Claims

1、一种市电过压过流电子保险器，其特征在于它由串联在输入端的快速熔断器[1]、并联在输入端的阈值鉴别器[2]、串联在用电主干线上的补偿电阻[4]和与用电设备相并联且受[2]控制的复合电子开关[3]组成。

2、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的快速熔断器〔1〕采用有灭弧措施的普通熔断芯或其它对半导体器件有保护功能的熔断器。

3、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的阈值鉴别器〔2〕在控制双向可控硅的门极时，由一路电阻分压器、电容C、阈值调定电位器W和双向触发二极管D组成。

4、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的阈值鉴别器〔2〕在控制双向可控硅的门极时，由一路电阻分压器、电容C、阈值调定电位器W和两只串接的特性相同的稳压二极管组成。

5、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的阈值鉴别器〔2〕在控制双向可控硅的门极时，由两路电阻定向分压器、电容C和稳压管组成。

6、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的阈值鉴别器〔2〕在控制双向可控硅的门极时，由两路电阻分压器、电容C和稳压管串联普通二极管组成。

7、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的阈值鉴别器〔2〕在控制单向可控硅门极时由电阻分压器或电阻定向分压器、电容C和稳压管串联普通二极管组成。

8、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的复合电子开关〔3〕主要由两路反向并联的单向可控硅或一路双向可控硅加上R₁C₁吸收支路和压敏电阻构成。

9、按照权利要求1所述的保险器，其特征在于上述的复合电子开关〔3〕主要由一路复合双向可控硅并联上R₁C₁吸收支路和压敏电阻构成。