CN203722200U - 一种智能直流短路保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能直流短路保护器，涉及电子电气领域，系统电源的一端分别与电源输入端的正极及霍尔电流传感器的一端连接，系统电源的另一端与电源输入端的负极连接且接地，霍尔电流传感器的另一端分别与电流信号处理电路的一端及数字信号处理器的1脚连接，电流信号处理电路的另一端与数字信号处理器的2脚连接，数字信号处理器的3脚与复位开关的一端连接，复位开关的另一端接地，数字信号处理器的4脚与模块驱动电路的一端连接，模块驱动电路的另一端与大电流功率模块连接，数字信号处理器的5脚与LED指示灯连接。它能有效的避免设备因短路造成故障范围进一步扩大而引发的安全事故。

Description

一种智能直流短路保护器

技术领域：

本实用新型涉及一种智能直流短路保护器，具体涉及电子电气领域直流回路发生短路时的一种高速短路保护装置。

背景技术：

目前主流的直流短路过载保护方案主要采取以下几种措施：

1)熔丝型保险丝；2）自恢复保险丝；3）直流断路器；

采用熔丝型保险丝作为直流回路中短路过载的方式是一种最通用的方式，因其成本最为低廉，通常作为各种电子电气设备短路过载保护的首选方案。熔丝型保险丝在使用过程中一旦烧毁会导致其性能不可逆----即烧毁后需要开机（如果有外壳的话）更换新的保险丝才能恢复直流回路的正常供电，且熔丝型保险丝内部的材料从发生短路至其烧毁切断直流回路需要数十毫秒的时间，因此在短路处会产生较大的危险火花，另外短路产生的花火大小和保险丝的承载电流成正比，所以当熔丝型保险丝在大电流（如几十或者几百安培）场合使用时，短路产生的火花会更加危险，其缺点显而易见；

自恢复保险丝是新近发展起来的一种可逆的电子电气回路短路保护器件，和熔丝型保险丝比较，当其使用场合的负载电流超过额定电流后，自恢复保险丝内部复合材料发生聚变，内阻迅速增大直至接近开路状态，能有效切断回路中的故障电流通路，而当短路故障排除后，自恢复保险丝的内阻迅速减小重新接通负载供电回路，设备恢复到正常工作状态。自恢复保险丝的成本相对熔丝型保险丝要高，当负载发生短路时和熔丝型保险丝特性一致需要数十毫秒的时间才能切断直流供电回路，所以发生短路时故障点亦会产生较明显的火花；自恢复保险丝对使用环境温度敏感，在宽温度范围内使用时容易造成误动作或者达不到预期保护效果；由于工艺以及自恢复保险丝自身的特性，其载荷容量不可能做到很大（如电流需达到几十至几百安培的级别），这些因素也制约了自恢复保险丝在一些大电流的场合使用；

直流断路器采用机械触点来分断短路电流，当直流负载短路或者过载时能迅速切断故障回路，故障排除后亦可重新人工合闸恢复负载供电，载荷量大，使用便捷。由于机械触点的固有特性，当直流回路短路时其分断的时间会在数十毫秒至数百毫秒之间，因此短路点会产生更危险火花，而在很多场合大的火花会带来很多安全隐患；当负载电流达到几百安培级别时，机械式直流断路器的体积也会相应变得庞大。

实用新型内容：

为弥补现有直流短路保护装置切断负载时间过长、短路点火花大、载荷小、体积庞大等不足，本实用新型提供一种智能直流短路保护装置。

本实用新型的智能直流短路保护装置，它包含系统电源、霍尔电流传感器、电流信号处理电路、模块驱动电路、大电流功率模块、数字信号处理器、复位开关及LED指示灯，系统电源的一端分别与电源输入端的正极及霍尔电流传感器的一端连接，系统电源的另一端与电源输入端的负极连接且接地，霍尔电流传感器的另一端分别与电流信号处理电路的一端及数字信号处理器的1脚连接，电流信号处理电路的另一端与数字信号处理器的2脚连接，数字信号处理器的3脚与复位开关的一端连接，复位开关的另一端接地，数字信号处理器的4脚与模块驱动电路的一端连接，模块驱动电路的另一端与大电流功率模块连接，数字信号处理器的5脚与LED指示灯连接。

作为优选，所述的大电流功率模块由数个MOSFET管组成，且数个MOSFET管的G极均与模块驱动电路连接，数个MOSFET管的D级均与电源输入端正极连接，数个MOSFET管的S极均与电源输出端正极连接。

作为优选，所述的LED指示灯由工作指示灯、过载指示灯及短路指示灯组成。

本实用新型通过霍尔电流传感器采样到的电流经过电流信号处理电路传送给数字信号处理器，数字信号处理器经过数学运算、阀值判断等多项条件运算，当识别到真性短路信号后，发出控制信号至模块驱动电路，利用半导体MOSFET的快速开关特性，模块驱动电路在小于几个微秒的时间内高速切断串联在主回路中的大电流功率模块MOSFET通路，实现输入至输出的瞬间切断，有效分断输出端的短路大电流，同时数字信号处理器点亮LED指示灯，实现警示提示以识别故障造成的原因；当短路或者过载故障排除后，按下复位开关，数字信号处理器发出控制信号至模块驱动电路，模块驱动电路打开大功率电流模块，串联在负载回路中的通路重新打开，负载得电开始正常工作。

本实用新型的有益效果：本装置能以微秒的速度切断短路电流，和上述采用熔断丝或者直流断路器等短路保护方式比较，分断短路点的时间提高数千至上万倍，在短路处只产生极小的火花甚至看不到火花，能有效的避免设备因短路造成故障范围进一步扩大而引发的安全事故；本装置能承载数百安培的电流，几乎没有插入损耗，也不会受温度影响导致装置误动作或者不动作的可能性。在汽车因电气短路故障导致的自燃、对火花敏感或要求较高的各种危险场所使用时，本装置的优势更加明显。

附图说明：

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型电路正常工作时的状态示意图；

图3为本实用新型电路短路或过载时的状态示意图。

1-系统电源；2-霍尔电流传感器；3-电流信号处理电路；4-模块驱动电路；5-大电流功率模块；6-数字信号处理器；7-复位开关；8-LED指示灯；9-MOSFET管。

具体实施方式：

如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含系统电源1、霍尔电流传感器2、电流信号处理电路3、模块驱动电路4、大电流功率模块5、数字信号处理器6、复位开关7及LED指示灯8，系统电源1的一端分别与电源输入端的正极及霍尔电流传感器2的一端连接，系统电源1的另一端与电源输入端的负极连接且接地，霍尔电流传感器2的另一端分别与电流信号处理电路3的一端及数字信号处理器6的1脚连接，电流信号处理电路3的另一端与数字信号处理器6的2脚连接，数字信号处理器6的3脚与复位开关7的一端连接，复位开关7的另一端接地，数字信号处理器6的4脚与模块驱动电路4的一端连接，模块驱动电路4的另一端与大电流功率模块5连接，数字信号处理器6的5脚与LED指示灯8连接。

其中，所述的大电流功率模块5由数个MOSFET管9组成，且数个MOSFET管9的G极均与模块驱动电路4连接，数个MOSFET管9的D级均与电源输入端正极连接，数个MOSFET管9的S极均与电源输出端正极连接；所述的LED指示灯8由工作指示灯、过载指示灯及短路指示灯组成。

如图2所示，直流电源正负极通过输入端子，正负电源经过系统电源1稳压后给霍尔电流传感器2、数字信号处理器6、LED指示灯8、模块驱动电路4提供必要的工作电源，正常工作时，霍尔电流传感器2输出的电流信号经过信号处理后进入数字信号处理器6，数字信号处理器6经过内部运算分析，如果判断未发生短路或者过载异常情况时，数字信号处理器6发出控制信号至模块驱动电路4，模块驱动电路4控制大电流功率模块5开关接通，输出回路接通，负载得电正常工作，同时此刻受数字信号处理器6控制的LED指示灯8的工作指示灯点亮，指示装置处于正常工作状态。

如图3所示，当负载短路时，霍尔电流传感器2输出的异常电流信号经过信号处理后进入数字信号处理器6，数字信号处理器6经过实时运算分析，以微秒的速度发出控制信号至模块驱动电路4，模块驱动电路4发出控制信号传递至大电流功率模块5，由于半导体大电流功率模块5的高速开关特性，大电流功率模块5以微秒的速度迅速切断负载供电回路，及时有效的切断故障电流，同时受数字信号处理器6控制的LED指示灯8的短路指示灯点亮，其它所有指示灯熄灭，从检测到短路故障电流开始至大电流功率模块5切断故障通路总的延迟时间在50微秒内，因此短路点只产生极其微小的火花甚至看不到火花；

当负载过载时，霍尔电流传感器2输出的异常电流信号经过信号处理后进入数字信号处理器6，数字信号处理器6经过延时分析确定过载后，同上述一样发出的控制信号最终传递至大功率电流模块5，大功率电流模块5迅速切断负载中的过载异常电流，同时受数字信号处理器6控制的LED指示灯的过载指示灯点亮，其它所有指示灯熄灭；

因此，当负载发生短路或过载异常情况时，由于大电流功率模块5的断开，负载的电源供应通路被切断，负载停止工作；当短路或过载故障排除后，按下图中的复位开关7，负载的电源通路重新接通，负载正常工作，装置重新进入正常的监测模式。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种智能直流短路保护器，其特征在于：它包含系统电源(1)、霍尔电流传感器(2)、电流信号处理电路(3)、模块驱动电路(4)、大电流功率模块(5)、数字信号处理器(6)、复位开关(7)及LED指示灯(8)，系统电源(1)的一端分别与电源输入端的正极及霍尔电流传感器(2)的一端连接，系统电源(1)的另一端与电源输入端的负极连接且接地，霍尔电流传感器(2)的另一端分别与电流信号处理电路(3)的一端及数字信号处理器(6)的1脚连接，电流信号处理电路(3)的另一端与数字信号处理器(6)的2脚连接，数字信号处理器(6)的3脚与复位开关(7)的一端连接，复位开关(7)的另一端接地，数字信号处理器(6)的4脚与模块驱动电路(4)的一端连接，模块驱动电路(4)的另一端与大电流功率模块(5)连接，数字信号处理器(6)的5脚与LED指示灯(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能直流短路保护器，其特征在于：所述的大电流功率模块(5)由数个MOSFET管(9)组成，且数个MOSFET管(9)的G极均与模块驱动电路(4)连接，数个MOSFET管(9)的D级均与电源输入端正极连接，数个MOSFET管(9)的S极均与电源输出端正极连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能直流短路保护器，其特征在于：所述的LED指示灯(8)由工作指示灯、过载指示灯及短路指示灯组成。