CN209200648U - 一种二线制消防总线隔离保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电路应用技术领域，尤其涉及一种二线制消防总线隔离保护电路，包括：控制极连接整流模块正极输出端、输出极接地的第一开关模块；线圈输入端连接在整流模块的正极输出端、线圈的输出端连接第一开关模块输入极、常闭静触头连接整流模块正极输出端的继电器；输入极连接第一开关模块控制极、输出极接地的第二开关模块；正极输出端连接第二开关模块控制极、负极输出端接地的输出接口；输入极连接整流模块正极输出端、输出极连接第二开关模块控制极的第三开关模块；继电器动触头连接输出接口的正极输出端。本实用新型能解决二线制隔离模块采用自恢复保险丝而影响长距离通讯、受温度影响有误差以及恢复时间长的问题。

Description

一种二线制消防总线隔离保护电路

技术领域

本实用新型属于电路应用技术领域，尤其涉及一种二线制消防总线隔离保护电路。

背景技术

传统二线制隔离模块内部使用的自恢复保险丝方案，工作原理为：当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护，当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换，电路组成简单、成本低。但此方案存在一个比较明显的问题，具体如下：(1)自恢复保险丝存在内阻(不同规格，阻值不同)，影响长距离通讯；(2)自恢复保险丝受使用温度影响，存在误差；(3)自恢复保险丝恢复时间较长，影响用户使用体验。

发明内容

本实用新型实施例提供一种二线制消防总线隔离保护电路，旨在解决目前二线制隔离模块内部采用的自恢复保险丝导致的影响长距离通讯、受温度影响存在误差以及恢复时间较长的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种二线制消防总线隔离保护电路，所述电路包括：

连接输入电源的输入接口；

输入极连接所述输入接口、负极输出端接地的整流模块；

控制极连接所述整流模块的正极输出端、输出极接地的第一开关模块；

线圈的输入端连接在所述整流模块的正极输出端与第一开关模块的控制极之间的连接线上、线圈的输出端连接所述第一开关模块的输入极、常闭静触头连接所述整流模块的正极输出端的继电器；

输入极连接所述第一开关模块的控制极、输出极接地的第二开关模块；

正极输出端连接所述第二开关模块的控制极、负极输出端接地的输出接口；

输入极连接所述整流模块的正极输出端、输出极连接所述第二开关模块的控制极的第三开关模块；

所述继电器的动触头连接所述输出接口的正极输出端。

进一步地，所述整流模块为整流桥堆。

进一步地，所述继电器的线圈输入端和输出端之间并联有第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述继电器的线圈输出端，所述第一二极管的负极连接所述继电器的线圈输入端。

进一步地，所述电路还包括一端连接在继电器的线圈输入端与整流桥堆的正极输出端之间的连接线上，另一端接地的第一电容。

进一步地，所述继电器的线圈输入端与整流桥堆的正极输出端之间串联有第一电阻。

进一步地，所述电路还包括防反接保护模块，所述防反接保护模块包括：正极连接所述第三开关模块的输入极、负极连接在继电器的线圈输入端与第一开关模块的控制极之间的连接线上的第二二极管；正极连接所述输出接口的正极输出端、负极连接所述第二开关模块的控制极的第三二极管。

进一步地，第三二极管的正极与负极之间并联有第四二极管，所述第四二极管的正极与第三二极管的负极连接，所述第四二极管的负极与第三二极管的正极连接。

进一步地，所述电路还包括LED状态指示模块，所述LED状态指示模块包括：正极连接所述第二二极管的正极、负极连接输出接口的正极输出端的发光二极管。

本实用新型在输出接口连接的探测器出现短路时，发光二极管亮起，同时第二开关模块截止，进而使得第一开关模块导通，导致继电器动作，其动触头接到常开静触头，实现线路断开；当短路设备移除后，第三开关模块导通，使得第二开关模块导通，进而第一开关模块截止，继电器的动触头与常闭静触头接通，电路又恢复连通状态，无需人为参与，与现有技术相比，更加稳定、可靠、短路反应速度快、恢复接通快。

附图说明

图1是本实用新型实施例一所提供的二线制消防总线隔离保护电路结构图；

图2是本实用新型实施例二所提供的二线制消防总线隔离保护电路结构图；

图3是本实用新型实施例三所提供的二线制消防总线隔离保护电路结构图；

图4是本实用新型实施例四所提供的二线制消防总线隔离保护电路结构图；

图5是某一实际应用场景中的二线制消防总线隔离保护电路的结构框图；

图6是图5的结构框图对应的详细的电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

如图1所示，本实用新型中的一种二线制消防总线隔离保护电路，包括：

连接输入电源的输入接口CN1。

输入极连接输入接口CN1、负极输出端接地的整流模块100。

控制极连接整流模块100的正极输出端、输出极接地的第一开关模块101。

线圈的输入端连接在整流模块100的正极输出端与第一开关模块101的控制极之间的连接线上、线圈的输出端连接第一开关模块101的输入极、常闭静触头连接整流模块100的正极输出端的继电器K1。

输入极连接第一开关模块101的控制极、输出极接地的第二开关模块102。

正极输出端连接第二开关模块102的控制极、负极输出端接地的输出接口 CN2。

输入极连接整流模块100的正极输出端、输出极连接第二开关模块102的控制极的第三开关模块103。

继电器K1的动触头连接输出接口CN2的正极输出端。

下面将以图1中的电路为例进行说明。

图1中，输入电源通过输入接口CN1连接到整流模块100，被整流后得到电压IN+。在没有短路出现时，继电器K1的动触头与常闭静触头连接，常闭静触头连接到电压IN+上，电压IN+经过动触头后由输出接口CN2的正极输出端输出，为电压OUT+。

其中，第一开关模块101可以包括一个三极管或者MOS管。第二开关模块102可以包括一个NPN三极管或者NMOS管，第三开关模块103可以是一个二极管，此时第二开关模块102导通，第一开关模块101截止，第三开关模块103截止，继电器K1不动作，电路持续导通输出电压OUT+。

当输出接口CN2后面接的探测器检测到短路发生时，即输出接口CN2的正极输出端和负极输出端短接，第三开关模块103的输入极和输出极之间有电势差，可以变为导通状态。同时，第二开关模块102因控制极的电势被拉低而截止，进而第一开关模块101的控制极电势升高导通，构成回路电压IN+→继电器K1的线圈→第一开关模块101→地GND，继电器K1动作，动触头和常开静触头吸合，动触头上没有电压输入，即输出接口CN2的电压OUT+消失，即实现了线路断开。

当短路设备移除后，即短路消除，第三开关模块103所在回路因为第二开关模块102的控制极与其输出极之间也存在PN结，或者可以通过在第二开关模块102中的NPN三级管或NMOS管的控制极与输出极之间设置上分压模块，构成回路电压IN+→第三开关模块103→第二开关模块102→地GND。

这样，为第二开关模块102的控制极提供高电平，将其导通，进而使得第一开关模块101截止，电路快速恢复正常工作状态，继续输出电压OUT+，无需人为参与。

本实用新型当输出接口CN2的两个接口间出现短路时，第二开关模块102 截止进而导通第一开关模块101，进而使得继电器K1动作，断开线路；当短路设备移除后，第三开关模块103能使第二开关模块102导通，进而恢复电路的连通，能快速断开短路和恢复电路，解决了目前二线制隔离模块内部采用的自恢复保险丝导致的影响长距离通讯、受温度影响存在误差以及恢复时间较长的问题。

实施例二：

如图2所示，本实施例的一种二线制消防总线隔离保护电路，整流模块100 为整流桥堆BR1。

继电器K1的线圈输入端和输出端之间并联有第一二极管D1，第一二极管 D1的正极连接继电器K1的线圈输出端，第一二极管D1的负极连接继电器K1 的线圈输入端。

电路还包括一端连接在继电器K1的线圈输入端与整流桥堆BR1的正极输出端之间的连接线上，另一端接地的第一电容C1。继电器K1的线圈输入端与整流桥堆BR1的正极输出端之间串联有第一电阻R1。

整流桥堆BR1的两个输入端子接入来自输入接口CN1两个端口的交流电，并进行整流，得到脉动的直流电压IN+。因为继电器K1动作的准确性决定了整个电路对短路故障反应的准确性，故设置第一电容C1将电路中的不稳定成分过滤掉，防止继电器K1误动作。

由实施例一可知，当短路设备移除，电路再次接通时，继电器K1的线圈上的能量需要放掉，故在线圈的两端之间并联第一二极管D1，以构成回路释放其上能量。为保护继电器K1，设置第一电阻R1给继电器K1分压，经过线圈的电流不会过大。

实施例三：

如图3所示，本实施例的一种二线制消防总线隔离保护电路与实施例二的区别在于，电路还包括防反接保护模块104。

防反接保护模块104包括正极连接第三开关模块103的输入极、负极连接在继电器K1的线圈输入端与第一开关模块101的控制极之间的连接线上的第二二极管D2。

正极连接输出接口CN2的正极输出端、负极连接第二开关模块102的控制极的第三二极管D3。防反接保护模块104利用了二极管的单向导电性，保护内部电路的工作正常。由实施例一可知，当短路设备移除，电路再次接通时，继电器K1释放能量，其上将产生一定的反向电动势，为了防止该反向电动势损坏第三开关模块103，故利用二极管的单向导电性设置了第二二极管D2；第三二极管D3为预留设置。

在本实用新型的一种较优的实施例中，第三二极管D3的正极与负极之间并联有第四二极管D4，第四二极管D4的正极与第三二极管D3的负极连接，第四二极管D4的负极与第三二极管D3的正极连接。当线路中出现短路时，第二开关模块102截止使得第一开关模块101导通进而使得继电器K1动作，断开线路，第二开关模块102对短路的反应速度关系到整个断开线路的反应速率，所以第四二极管D4能在出现短路时，迅速拉低第二开关模块102的控制极电平，使保护电路对短路状况反应速度快速。

实施例四：

如图4所示，本实施例的一种二线制消防总线隔离保护电路，还包括LED 状态指示模块105。

LED状态指示模块105包括正极连接第二二极管D2的正极、负极连接输出接口CN2的正极输出端的发光二极管LED1。第二二极管D2避免了继电器K1释放能量过程中产生的反向电动势损坏发光二极管LED1。

当没有短路发生、电路正常导通时，整流桥堆BR1的正极输出端和输出接口CN2的正极输出端电势相同，发光二极管LED1不导通，当短路发生时，输出接口CN2的正极输出端与地GND短接，发光二极管LED1输入极和输出极之间存在电势差，故导通发光，为了醒目，发光二极管LED1可以选用红色。当故障解除电路再次导通时，发光二极管LED1不再发光。

假设在某一应用场景中的二线制消防总线隔离保护电路的结构框图如图5 所示，输入电源经过整流模块100整流后，经过防反接保护模块104到驱动模块，驱动模块就是上述的第一开关模块101，之后再经过电压输出控制电路。在本申请中，电压输出控制电路就是上述的继电器K1，然后再被输出，其中被输出的正极电源还经过防反接保护模块104接到输出接口检测电路，输出接口检测电路就是上述第二开关模块102和第三开关模块103，然后由输出接口检测电路(即第二开关模块102和第三开关模块103)控制驱动电路(即第一开关模块100)的动作进而控制电压输出控制电路(即继电器K1)的动作，以此控制电路的通断。

在整流模块100的输出端和整个电路的输出端之间还设置了LED状态指示模块105，显示本电路是处于隔离保护状态还是连通状态。

对应图5所示的结构框图，本具体的应用场景中的详细电路组成如图6所示：

其中，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3型号均为IN4007，第一开关模块101采用第一三极管Q1，第二开关模块102采用第二三极管Q2，两者均是型号为MMBT5551的NPN型三极管，第三开关模块103可以通过一个二极管来实现，而发光二极管LED1正好能兼具第三开关模块103的功能，所以为了电路简洁高效，第三开关模块103用发光二极管LED1来实现。

第一开关模块101的控制极对应第一三极管Q1的基极，其输入极对应第一三极管Q1的集电极，其输出极对应第一三极管Q1的发射极，为了给第一三极管Q1提供合适的基极电压，还可以在继电器K1的线圈输入端和第一电容 C1之间的连接线上与第一三极管Q1的基极之间串联一个第三电阻R3，具体地，第三电阻R3的参数可以为100KΩ。

同样，第二开关模块102的控制极对应第二三极管Q2的基极，其输入极对应第二二极管Q2的集电极，其输出极对应第二二极管Q2的发射极，为了给第二三极管Q2导通时提供合适的基极电压，在第三二极管D3的负极到第二三极管Q2的基极之间设置有分压用的第四电阻R4，其参数可选为100KΩ。

因为在第二三极管Q2检测到短路时，应以最快速度做出反应，故设置了第四二极管D4，并选用的具体型号为SS14，以保证短路出现时尽快将第二三极管Q2的基极电平拉低，此外，为了保证这个拉低电平过程不受分压电阻第四电阻R4的影响，具体电路可以设置为第四二极管D4并联在第三二极管D3 和第四电阻R4串联后组成的电路两端。

第三开关模块103利用了发光二极管LED1的导通功能，其输入端对应发光二极管LED1的正极，其输出端对应发光二极管LED1的负极。

在具体使用过程中，对检测到短路的反应首先需要第二三极管Q2由导通变为截止，故第二三极管Q2反应的准确性至关重要，所以在第二三极管Q2的基极和射极之间并联有第五电阻R5，其阻值为100KΩ，以保证第二三极管Q2 能够有效截止，而且第五电阻R5也可以为电路再次导通时提供通路以给第二三极管Q2的基极提供合适的偏置电压。同时为了防止电路中杂质信号导致第二三极管Q2误动作，还可以在第二三极管Q2的基极和发射极之间并联有参数为100uF/50V的第二电容C2以过滤低频杂质信号，还可以与第二电容C2并联一个参数为0.1uF的第三电容C3以过滤高频杂质信号。

发光二极管LED1选用红色，为了保证发光二极管LED1两端有合适的电压，在发光二极管LED1的负极与输出接口CN2的正极输出端之间还串联有起到分压作用的第二电阻R2，第二电阻R2的阻值可以为24KΩ。

如图6所示，该电路实现隔离保护并迅速恢复输出的具体工作如下：

(1)正常工作时

此时第二三极管Q2导通，第一三极管Q1因基极电势被拉低处于截止，继电器K1线圈上没有电流通过，其常闭静触头始终与动触头接触，经整流桥堆 BR1得到的电压IN+从输出接口CN2的正极输出端输出为电压OUT+，此时发光二极管LED1的正负两端均电平相同，故状态为不亮。

(2)出现短路，实现隔离保护

当输出接口CN2连接的探测器出现短路时，即输出接口CN2的正极输出端与负极输出端短接，此时发光二极管LED1的两端出现电势差，将其导通发光；第二三极管Q2的基极电压通过第四二极管D4迅速被拉低，致使其截止，第一三极管Q1的控制极电势因第二三极管Q2截止而抬高，第一三极管Q1导通，构成回路电压IN+→继电器K1的线圈→第一开关模块101→地GND，继电器K1动作将动触头与常闭静触头分离而与常开静触头吸合，动触头上不再有电源输入，所以输出接口CN2没有电压输出，电路断开，实现隔离保护。

(3)短路故障解除，恢复输出

当短路设备移除后，输出接口CN2的正极输出端不再与地GND短接，所以发光二极管LED1所在回路变为电压IN+发光二极管LED1→第三二极管D3 →第四电阻R4→第五电阻R5→地，第五电阻R5上的电压加到第二三极管Q2 的基极，使之导通，进而第一三极管Q1因基极电压被拉低而截止，继电器K1 的线圈所在回路电压IN+→继电器K1的线圈→第一三极管Q1→地GND断开，动触头与常开静触头接触分离后与常闭静触头接触，电路导通，电压OUT+输出，发光二极管LED1两端没有电势差而灭掉，同时继电器K1线圈上的能量通过第一二极管D1释放，释放能量过程中，继电器K1线圈上产生反向电动势，为大约在70V～100V左右的脉冲电压，第二二极管D2保护发光二极管LED1 不被该反向电动势损坏。本电路能够快速自动恢复正常工作时的连接状态，无需人为干预。

Claims (8)

1.一种二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述电路包括：

连接输入电源的输入接口；

输入极连接所述输入接口、负极输出端接地的整流模块；

控制极连接所述整流模块的正极输出端、输出极接地的第一开关模块；

线圈的输入端连接在所述整流模块的正极输出端与第一开关模块的控制极之间的连接线上、线圈的输出端连接所述第一开关模块的输入极、常闭静触头连接所述整流模块的正极输出端的继电器；

输入极连接所述第一开关模块的控制极、输出极接地的第二开关模块；

输入极连接所述整流模块的正极输出端、输出极连接所述第二开关模块的控制极的第三开关模块；

正极输出端连接所述第二开关模块的控制极、负极输出端接地的输出接口；

所述继电器的动触头连接所述输出接口的正极输出端。

2.根据权利要求1所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述整流模块为整流桥堆。

3.根据权利要求2所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述继电器的线圈输入端和输出端之间并联有第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述继电器的线圈输出端，所述第一二极管的负极连接所述继电器的线圈输入端。

4.根据权利要求3所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述电路还包括一端连接在继电器的线圈输入端与整流桥堆的正极输出端之间的连接线上，另一端接地的第一电容。

5.根据权利要求3所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述继电器的线圈输入端与整流桥堆的正极输出端之间串联有第一电阻。

6.根据权利要求3所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述电路还包括防反接保护模块，所述防反接保护模块包括：

正极连接所述第三开关模块的输入极、负极连接在继电器的线圈输入端与第一开关模块的控制极之间的连接线上的第二二极管；

正极连接所述输出接口的正极输出端、负极连接所述第二开关模块的控制极的第三二极管。

7.根据权利要求6所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述第三二极管的正极与负极之间并联有第四二极管，所述第四二极管的正极与第三二极管的负极连接，所述第四二极管的负极与第三二极管的正极连接。

8.根据权利要求6所述的二线制消防总线隔离保护电路，其特征在于，所述电路还包括LED状态指示模块，所述LED状态指示模块包括：正极连接所述第二二极管的正极、负极连接输出接口的正极输出端的发光二极管。