CN2041456U

CN2041456U - 电器保护装置

Info

Publication number: CN2041456U
Application number: CN 88217428
Authority: CN
Inventors: 陈策沾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1988-08-15
Publication date: 1989-07-19

Abstract

一种电器保护装置，包括半波整流的整流电源，过压取样装置，欠压取样装置，双向可控硅，逻辑控制装置及延迟恢复装置。在电网上的交流电压处于欠压或过压状态下时双向可控硅不导通，切断电器电源，而在电网上的交流电压恢复正常时经一段时间延迟后双向可控硅导通，重新使电器的电源接通。当电网电压为380V时本装置仍能正常工作。本新型特别适用于对家用电器和电视机，电冰箱的保护，可防止因电网电压的异常而造成的损坏。

Description

本实用新型涉及一种电器保护装置，更具体地涉及一种具有过压及欠压保护、且特别适用于对家用电器进行保护的装置。

当交流电源线路上的电压突然升得很高，或因负载过重等使电源电压降得很低，都对使用的电器带来很大的威胁。例如由于电网中的三相四线制电源线路的共用中线因故障而断开时会使线电压380伏加到不同线路进行分压造成对用户的实际供给电压有的很高，有的很低，而将连接在电源线路上的电视机、照明灯、电冰箱等烧坏，而且烧坏现象会涉及一大片的用户，又电线因家用电器使用剧增，而造成线路超负荷时也会使电源电压低于160伏，此时电机不能启动，流过的电流很大，会烧坏电机，这对常时间与电源线路相连的电冰箱等威胁最大。为此需要一种能在电源线路异常而造成过压或欠压时进行保护的装置，现有的保护装置，线路复杂，成本高，或者本身经不起380伏电压的冲击，内部整流电源或线路元件会先被烧坏，因而装置就不能起到保护作用。

为了克服以上缺点本实用新型的目的在于提供一种能承受380伏电压的冲击，成本便宜，同时具有过压保护及欠压保护功能的电器保护装置。

本实用新型的另一目的在于提供一种在电源线路恢复正常后能延时一段时间再接通电源的电器保护装置。

本实用新型的又一目的在于提供一种兼有过载短路保护功能的电器保护装置。

本实用新型是这样实现的，其整流电源用二极管作半波整流，并有降压电阻，滤波电容及稳压管，取样电路除设有分压器代替降压电阻外也和此电源线路相似，并设有过压取样电路和欠压取样电路，逻辑控制电路，延迟恢复装置，电流放大器，作为开关元件的双向可控硅，该可控硅以交流电源供电，与负载串联。从过压或欠压状态恢复到正常电压时经延时一段时间后可控硅导通，向负载（电器）供电，而当从正常电压状态变成过压或欠压状态时使可控硅立即截止，从而断开电源，逻辑控制电路可由几个与非门或者几个或非门所组成，延时恢复装置有单向导电元件和电阻与电容串联的电路，因电容放电是利用单向导电元件的反向电阻及逻辑输入门的输入电阻，故能使延时导通的时间约为5分钟以上。

以上结合附图对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

图1a为本装置的整流电源的原理线路图；

图1b为本装置的原理方块图；

图2为本实用新型的第一实施例的原理线路图；

图3为本实用新型的第二实施例的原理线路图；

图4为本实用新型的第三实施例的原理线路图；

图5为本实用新型的第四实施例的原理线路图；

图6为本实用新型附加的过电流保护线路的示意图；

图7为本实用新型的外观的示意结构图。

参见图1a，图1a为本实用新型的装置中的整流电源的原理线路图。

图1a中Q，R接电网交流电源，R为本实用新型的交直流电源的公共线。D₃为整流二极管，R₃₈为降压电阻，C₅为滤波电容，ZD2为稳压管，用以稳定整流电压＋V_DD，例如稳定在12伏，供给集成电路及晶体管T₁等作电源用。此整流电源在电源电压高达380伏时仍能正常工作，可对稳压管ZD2及电阻R₃₈等作适当选择，即当交流电源电压为160v时稳压管正好工作在击穿区，而交流电源电压为380v时其电流小于稳压管的最大工作电流，电阻R₃₈功率的选择可取电压为380伏时设计出的电阻的功率，整流二极管D₃应能承受电源电压为380伏时的反压等。

参见图1b，图1b为本实用新型的装置的原理方块图，图中1为欠压取样电路，其取样信号为A，2为过压取样电路，其取样信号为B，两取样电路皆从电网电压取样，3为逻辑控制电路用以完成预定的逻辑控制功能，其输出逻辑信号为C，4为延时恢复装置，5为电流放大器，可用射极跟随器，以驱动固态开关6的导通，固态开关可为一双向可控硅，与在输出端上可连接的负载7串联后连到交流电源。逻辑控制电路3所完成的逻辑可见下列的真值表中的A，B，C，表中还附有延时恢复装置4的输出信号E的情况。

A B C E

正常 1 0 0 1

欠压 0 0 1 0

欠压恢复 1 0 0 1

过压 1 1 1 0

过压恢复 1 0 0 1

逻辑控制电路3可用与非门或者或非门等门电路所组成，目的是作到当电网电压V正常（例如260伏＞V＞160伏）时，或从欠压或过压状态恢复到正常状态时E点信号为1，使双向可控硅6导通，向负载7正常供电。而当出现欠压或过压时E点信号为0使双向可控硅关断，从而使负载7自动断电，而起到对负载的保护作用。延时恢复电路，可以作到在发生欠压或过压现象时能迅速切断电源，而在电网电压恢复正常时能延迟接通（约5分钟延迟），以保护冰箱等中的压缩机。

参见图2，图2为本实用新型的第一实施例的原理线路图；图中欠压及过压取样电路由二极管D₁，和分压电阻R₁，R₂；R₄，R₃及滤波电容C₁，C₂分别组成，在∽及公共端丄之间接有交流电源，D₁为二取样电路所公用，显然也可以每个取样电路各用一个二极管。R₁、R₂组成欠压取样电路1的分压电路，R₂可以选配，以便保证当交流电源为正常值时A点输出电压＞7伏为逻辑“1”，而当交流电源电压降至预定欠压值（例如160伏时），A点输出电压＜7伏为逻辑“0”，显然当交流电压过压时，A点输出电压仍为1，但为了防止在最坏的情况下交流电源电压高到380伏时，不致因A点输出电压过高而烧坏后面的集成电路块，因而可在A端与公共端之间并接一齐纳二极管ZD2，将A点电压稳定在例如9v，以保证电路的安全，C₁为滤波电容。R₄、R₃组成过压取样电路2的分压器，C₂为滤波电容，电阻R₃可以选配，以保证当交流电源电压正常时B点电压输出＜7伏（逻辑“0”），在欠压时B点电压输出显然为逻辑“0”，而在过压时即电源电压升高到预定过压值如260伏以上、380伏以下时B点电压输出为逻辑“1”（＞7伏）。逻辑控制电路3由两个与非门（F₁，F₂）所组成，延时恢复装置4包括二极管D₂，电阻R₅，电容C₃，及逻辑输入门（与非门）F₃。与非门F₃的输出经电阻R₆加到晶体管T₁的基极，晶体管T₁的集电极接电源＋12v，其发射极经电阻R₇接到双向可控硅SCR1的控制极，晶体管T₁连成射极跟随器，作为电流放大器推动双向可控硅SCR1的工作，双向可控硅SCR1的一端接公共端丄，其另一端接一电源插座8的T端，其S端则连到交流电源的一端，该电源插座可用以插电器（如电视机、电冰箱等）的电源插头。

以下就其动作情况进行说明。当交流电源的电压正常时，A点电压为逻辑1，而B点电压为逻辑“0”，此时与非门F₂的一输入端与B点相连，而另一输入端与直流电源＋V_DD（例如＋12v）相连，与非门F₂的输出为逻辑“1”，该点（F点）的输出和与非门F₁的一输入端相连，而与非门F₁的另一输入端则和A点相连，此时与非门F₁的输出为逻辑“0”，与非门F₃的一端（即D端）亦为逻辑“0”，由于其另一端接到直流电源＋V_DD，故与非门F₃的输出E为逻辑“1”，晶体管T₁开启，推动双向可控硅SCR1工作，从而输出电源插座8所接的负载可以工作，与双向可控硅两端并联的电阻R₈，电容C₄可对双向可控硅起保护作用。

当出现“欠压”状态时，A点电压为逻辑“0”，而B点电压仍为逻辑“0”，此时F点电压为逻辑“1”，C点电压为逻辑“1”经二极管D₂向电容C₃充电，此时因二极管D₂的正向电阻很小，充电时间常数小，因而C₃可较快地充足，D点电压为逻辑“1”，E点电压为逻辑“0”，晶体管T₁不工作，双向可控硅SCR1也不工作，输出电源插座迅速断电，从而对有关电器进行保护。

而当电源线路故障排除，恢复正常电压时，A点电压变为逻辑“1”，B点电压变为逻辑“0”，从而C点电压又恢复到逻辑“0”，此时D₂不导通，电容C₃上的电压经二极管D₂的反向电阻及与非门F₃的输入电阻放电，由于此两种电阻阻值都较大，因而放电时间较长，当D点电压由原逻辑“1”变为逻辑“0”时须经一较长时间，此后E点的输出为逻辑“1”因而双向可控硅SCR1导通，恢复向负载供电。

在过压时A点电压为逻辑“1”，B点电压亦为逻辑“1”，故F点的电压为逻辑“0”，而C点电压为逻辑“1”，以后各级的工作情况与欠压时相同，使输出电源插座7的电源电压为零。待过压现象因电网故障的排除而消失时，A点电压仍为逻辑“1”，B点电压为逻辑“0”，从而F点的电压为逻辑“1”而“D”点电压为逻辑“0”，此后各级的工作情况与欠压时恢复情况相同，经延时一段时间后双向可控硅SCR1又恢复导通，输出电源插座7又有电源输出。

三个与非门（F₁，F₂，F₃）可选用集成电路块CC4011B。

参见图3，图3为本实用新型的第二实施例的示意原理线路图，图3和图2的区别在于在取样电路后面及与非门F₃前面可分别插接入比较电路F₄，F₅，F₆。他们由运算放大器构成，其负输入端接有分别来自分压电路R₉，R₁₀，R₁₁；R₁₂，R₁₃，R₁₄；及R₁₅，R₁₆，R₁₇的、其大小可调节的参考电压，其正输入端则分别接到取样电压A，B和二极管D₂。各比较电路结构和工作原理相似，故仅以比较电路F₄为例进行说明，当A点电压为低电位即逻辑“0”时，因低于来自R₁₀的参考电压时比较电路F₄输出为逻辑“0”，而当A点电压为高电位即逻辑“1”时因高于参考电压，故比较电路的输出（G点）为逻辑“1”。这样本装置的逻辑控制关系不会改变，但过压，欠压动作精度可以做得较高，当电网电压大于或小于参考电压1毫伏时运算放大器就有10v的控制电压输出。因G，H的逻辑值分别与A，B的逻辑值相同，故比较器的接入不影响逻辑电路工作，仅仅是为了提高动作精度。图中的比较电路可用集成电路块LM324作成。三个比较装置，显然可以三个全用，也可仅用其中的一个或两个。

参见图4，图4为本实用新型的第三实施例的原理线路图，其与图2的区别仅在于逻辑电路使用或非门，因而在电路的连接上有所不同，但A，B，C，D，E点的逻辑关系是和图2相同的，在线路连接上欠压取样电路的输出A和或非门F₇的一输入端相连，或非门F₇的另一端则和公共端相连，其输出（J点）则与或非门F₈的一输入端相连，而过压取样电路的输出端（B端）则和或非门F₈的另一输入端相连，或非门F₈的输出端K则和或非门F₉的一输入端相连，而或非门F₉的另一输入端则与公共端相连，或非门F₉的输出端（C点）则和二极管D₂的阳极相连。或非门F₁₀取代图2中的与非门F₃，两者不同之处仅在于或非门F₁₀的一输入端连接在公共端，而与非门F₃的一输入端则连接到＋V_DD。从逻辑关系看：

在图2中C＝ F·A·

＝ BA＝B＋ A

在图4中C＝ J+B=

＝（ A+0＋B）·1＝B＋ A

又在图2中E＝ D·1= D

在图4中E＝ D+0= D

从而通过以上的逻辑式可以证明与非门F₁，F₂与或非门F₇，F₈，F₉的作用及与非门F₃与或非门F₁₀的作用都是等效的，同时显然还可以作其他变化。如与非门F₁，F₂还可用一个非门和一或门来代替，与非门F₃也可以用一非门代替等。但本实用新型的线路便于使用集成电路块，如图4中的各或非门只要用例如一个CC40001 B即可。

参见图5，图5为本实用新型的第4实施例，与图3相似，也可以在各取样电路后或F₁₀门之前分别加装比较电路F₁₁，F₁₂，F₁₃，用以分别控制欠压、过压转换等的电压精度，其原理与图3中所述很相似，故不作重复。

参见图6，图6为本实用新型中附加的过流保护电路，即在双向可控硅电路中串联一由例如锰铜丝作成的电阻R₃₀，在该电阻上的电压与负载电流成正比，此电压经二极管D₄整流及电容C₁₆滤波后产生的过流取样电压送到图4中或非门F₁₀的原接公共端的输入端（第9点），如负载电流过大，则过流取样电压为逻辑“1”，也可使E点的输出电压为逻辑“0”，从而切断双向可控硅SCR1，起到过流保护作用。在不过流时，因过流取样电压的输出为逻辑“0”，对原欠压、过压保护无任何影响。显然在图2中增加一些门电路也可以使用。

参见图7，图7为本实用新型的示意结构图，图中为电器保护装置的一种结构外形，18为胶木或塑料的外壳，16为可以插入所要保护的电器的电源插头的插座，17为电器保护装置的插头，可以插入到市电的电源插座内。内部装有印刷电路板，且其上装有集成电路块，电阻、电容，二极管，晶体三极管及双向可控硅等元件（未图示），显然也可集成作成上面有多个电源插座，以供电冰箱、电视机等同时使用，多个电源插座除设在前面外，还可以在其下面及其侧面等设有电源插座，也可以不设插头17，而用电源线与外部电源相连。

这样本实用新型可以作到在电网出现过压及欠压现象时，对接在电网上的电器进行保护，而且体积小，成本低，使用很方便。

Claims

1、一种电器保护装置包括直流电源，固态开关，取样装置，驱动固态开关的电流放大器，其特征在于上述直流电源为半波整流的整流电源，上述取样装置包括过压取样装置及欠压取样装置，并设有逻辑控制装置和延迟恢复装置，该两装置响应上述取样装置产生的取样电压在电网上的交流电源电压处于欠压或过压状态下时，固态开关不导通，从而迅速切断电器的电源，而在电网上的交流电源电压恢复正常时经一段时间延迟后使固态开关导通，从而重新使电器的电源接通。

2、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述延迟恢复装置包含二极管D₂，电阻R₅、电容C₃及逻辑输入门 F₃或F₁₀组成。

3、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述逻辑控制装置包括与非门F₁及F₂，或者包括或非门F₇，F₈及F₉。

4、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述欠压取样装置包括整流二极管，电阻分压器R₁，R₂，滤波电容C₁，及与电容C₁并联的稳压管ZD1。

5、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述过压取样装置包括整流二极管，电阻分压器R₃，R₄及滤波电容C₂。

6、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述半波整流的整流电源含整流二极管D₃，降压电阻R₃₈，滤波电容C₅，并联在电容C₅上的稳压管ZD2，及上述固态开关为双向可控硅。

7、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述还设有负载保护装置 R₃₀，D₄，C₁₆。

8、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于在逻辑控制装置的至少一个输入端和相应的取样装置之间插入有比较装置。

9、如权利要求1所述的电器保护装置，其特征在于上述逻辑输入门 F₃或F₁₀与二极管D₂之间插入有比较装置。