CN217087508U - 一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路，包括电源、控制与驱动电路模块、电磁离合器，所述控制与驱动电路模块包括控制电路、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第一开关器件，所述控制电路上安装有MCU，所述电磁离合器设有第一线圈，所述第一自恢复保险丝一端与所述电源相连，所述第一自恢复保险丝另一端与所述控制电路相连，所述第一开关器件分别与所述控制电路和所述第二自恢复保险丝一端相连，所述第二自恢复保险丝另一端与所述第一线圈一端相连，所述第一线圈另一端连接于所述电源与所述控制电路之间。本实用新型的有益效果是：本实用新型的电路简单、元件少、低成本，是高可靠的系统电路。

Description

一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路。

背景技术

电磁离合器已广泛应用于各种设备中，例如，电磁离合器可以应用在高精度工业控制设备、汽车制动控制系统、精密机床、印刷机械、包装机械、食品机械、可移动式电动工具、实验设备、通信机械及打印机、复印机、传真机、等办公设备等传动系统中。

因电磁离合器安装于特定的设备内部，不易拆装和维修、维护，这使设备对控制电路系统的可靠性、安全性、使用寿命等要求都很高，传统的电控方案有MCU为核心的电机系统控制方法、也有纯机械控制方法、还有二次控制法等主要形式。MCU单片机控制方案虽然有其固有的优势，如可软件开关机、软件实现保护与控制功能等，但软件代码容易受干扰出错、或挡机而给使用者带来各种麻烦，而且整体电路系统复杂、成本高、维修难度大、元器件多也会出现更多、更难排除的故障，所以除高端场所有少量应用外，同样需要设计硬件保护；普通应用终端因节省成本而不会采用；对于纯机械控制方案和二次电路控制方案，其电路简单、相对成本低，但因电气触头多而容易出故障，有的故障可能是致命性的，如开关、继电器触头粘连会导致电源短路、这是致命性故障或引起烧线而诱发火灾的故障，其结果同样给维修维护带来困难。上述的电路故障、机械故障等等，各种故障中大部分可修复，小部分是无法修复或是致命性的、或是灾难性的，而无论是否可修复，给终端使用体验者，都会带来的很大的麻烦、或寿命问题、或质量问题等，这种体验会给生产厂家和用户带来一系列的质疑，如服务成本、时间成本、器件成本等等，这仅仅讲了少部分的电控部分的控制电路情况；然而电磁离合器线圈和联动机构本身，也可能出现致命性问题：上述的所有短路问题，其结果是线圈电流突然变大、温度迅速升高而最终烧毁、更为严重的是：在无人看管或不知情况或不知故障状态的情况下，而导致其烧线或着火、也可能产生严重的火灾事故。使其安全性、可靠性、使用寿命大大缩短或降低。工程师在设计中虽然会考虑到，但到目前为止，并没有更多更好的防护方案来避免问题的发生，而成为产品的潜在隐患，而且上述问题到目前还具有普遍性，所以这种产品的可靠性、安全性、长寿命设计等，是生产厂家和工程师们一直以来难于避开的瓶颈难题。所以其高可靠性控制与驱动电路的设计，是各厂家设计生产中最难做好的瓶颈工程，到目前为止，各厂家要么应用复杂的单片机系统电路做控制、要么应用简易的电路、或者为了市场竞争节约成本，而都使用一次性玻璃管保险丝完成保护功能，这更换保险丝也是作业难题，还需要专业人士完成，结果是给使用者带来很多麻烦事，再说工程师在做玻璃管保险丝选型时都不会安装安规要求去选择适合工作电流的一次性玻璃保险丝，当真按照安规要求选择玻璃保险丝时会产生经常更换问题，而用户经常更换保险丝也会认为是产品质量问题而产生退换货问题，为了避免这种问题经常出现，工程师都选择大电流保险丝产生不会经常更换问题，显而易见这种应用只能是对电网的保护，没有达到保护产品的目的，就算应用单片机的智能控制系统也依然如此。单片机系统电路做控制固然很好，但其电路需要采样及传感器与放大运算、以及执行机构电路等，电路复杂、元器件多、占用PCB面积大、成本高、可靠性低、同时故障率和中期失效率也会同步变高，市场竞争优势也随之而大大弱化，因消费者都需要物美价廉的产品，这种矛盾就使得理想化的设计方案变成并不理想的市场了，而简易控制电路使其在应用中的突发短路性事件无法控制，将容易导致大电流使电磁离合器的线圈产生高温损坏、寿命缩短；而省去控制电路、保护电路的产品成本低，虽能暂时满足市场需求，但其寿命和不安全的隐患大大增加、有的还出现短路起火的安全事故。经多年的市场调研，到目前都还没有一种：元件少、可靠性高、不易损坏的、既能保护产品又能保护电网的、还能有效延长其产品系统寿命的电路，来达到理想控制的方案及控制电路。所以是设计工程师们一直以来的一大难点与设计瓶颈。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路，包括电源、控制与驱动电路模块、电磁离合器，所述控制与驱动电路模块包括控制电路、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第一开关器件，所述控制电路上安装有MCU，所述电磁离合器设有第一线圈，所述第一自恢复保险丝一端与所述电源相连，所述第一自恢复保险丝另一端与所述控制电路相连，所述第一开关器件分别与所述控制电路和所述第二自恢复保险丝一端相连，所述第二自恢复保险丝另一端与所述第一线圈一端相连，所述第一线圈另一端连接于所述电源与所述控制电路之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制与驱动电路模块还包括控制键盘，所述控制键盘与所述控制电路相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述电源包括锂电池或铅酸电池、以及固定的开关电源或电源适配器，用于提供12V或24V工作电源。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一自恢复保险丝和所述第二自恢复保险丝是一种正温度系数的非线性热敏电阻。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一开关器件为第一MOS管或第一继电器开关。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一开关器件为第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述控制电路输出端相连，所述第一MOS管的源极与所述第二自恢复保险丝一端相连，所述第一MOS管的漏极连接于所述第一自恢复保险丝与所述控制电路之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制与驱动电路模块还包括第二开关器件、第三自恢复保险丝，所述电磁离合器还设有第二线圈，所述第二开关器件分别与所述控制电路和所述第三自恢复保险丝一端相连，所述第三自恢复保险丝另一端与所述第二线圈一端相连，所述第二线圈另一端连接于所述电源与所述控制电路之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二开关器件为第二MOS管或第二继电器开关。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二开关器件为第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述控制电路输出端相连，所述第二MOS管的源极与所述第三自恢复保险丝一端相连，所述第二MOS管的漏极连接于所述第一自恢复保险丝与所述控制电路之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述第三自恢复保险丝是一种正温度系数的非线性热敏电阻。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的电路简单、元件少、低成本，是高可靠的系统电路。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的原理框图；

图2是本实用新型另一实施例的原理框图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路，包括电源、控制与驱动电路模块10、电磁离合器20，所述控制与驱动电路模块10包括控制电路11、第一自恢复保险丝12、第二自恢复保险丝13、第一开关器件，所述控制电路11上安装有MCU，所述电磁离合器20设有第一线圈L1(电磁离合器20为单线圈驱动)，所述第一自恢复保险丝12一端与所述电源相连，所述第一自恢复保险丝12另一端与所述控制电路11相连，所述第一开关器件分别与所述控制电路11和所述第二自恢复保险丝13一端相连，所述第二自恢复保险丝13另一端与所述第一线圈L1一端相连，所述第一线圈L1另一端连接于所述电源与所述控制电路11之间。

电磁离合器20的线圈得电或失电时能推动其机械运动而具有快速连接、切离、变速、高频正反运转、分度、转动、缓冲起动、精准分切控制等特点，本实用新型地通过巧妙而紧奏的设计组合而成，这种紧奏的一体化设计，组成一个独立完成的高可靠、长寿命、低成本的控制电路系统。

所述控制与驱动电路模块10还包括控制键盘14，所述控制键盘14与所述控制电路11相连。

所述电源包括锂电池或铅酸电池、以及固定的开关电源或电源适配器，用于提供12V或24V工作电源。

第二自恢复保险丝13装联在第一开关器件与电磁离合器20的第一线圈L1之间，完成对的电路系统的过荷保护、搭铁短路保护、线圈匝间短路保护功能。就是可以能对应用场景中所应用到的电磁离合器系统完成及时准确的保护，有效避免系统在上述问题出现时损坏或烧线、着火，并使系统控制电路简单紧奏、耗电低、节能环保、高可靠、长寿命、低成本，具有广阔的市场空间。既利于工程师的设计，又便于自动化、规模化生产。

所述第一开关器件为第一MOS管MOS1或第一继电器开关，如图1所示，作为本实用新型的第一个实施例，所述第一开关器件为第一MOS管MOS1，所述第一MOS管MOS1的栅极与所述控制电路11输出端相连，所述第一MOS管MOS1的源极与所述第二自恢复保险丝13一端相连，所述第一MOS管MOS1的漏极连接于所述第一自恢复保险丝12与所述控制电路11之间。

如图2所示，作为本实用新型的第二个实施例，第二个实施例与第一个实施例不同之处在于：第二个实施例在第一个实施例的基础上增加了第二开关器件、第三自恢复保险丝15，电磁离合器20还设有第二线圈L2(电磁离合器20为双线圈驱动)，具体为，所述控制与驱动电路模块10还包括第二开关器件、第三自恢复保险丝15，所述电磁离合器20还设有第二线圈L2，所述第二开关器件分别与所述控制电路11和所述第三自恢复保险丝15一端相连，所述第三自恢复保险丝15另一端与所述第二线圈L2一端相连，所述第二线圈L2另一端连接于所述电源与所述控制电路11之间。

所述第二开关器件为第二MOS管MOS2或第二继电器开关，第二开关器件优选为第二MOS管MOS2，所述第二MOS管MOS2的栅极与所述控制电路11输出端相连，所述第二MOS管MOS2的源极与所述第三自恢复保险丝15一端相连，所述第二MOS管MOS2的漏极连接于所述第一自恢复保险丝12与所述控制电路11之间。

工作时，DC12V(24V)电源从A+、B-输入给控制与驱动电路模块10，输入电压经第一自恢复保险丝12给控制电路11及MCU提供电源，MCU在控制键盘14的指令下输出控制信号给第一MOS管MOS1、第二MOS管MOS2，使其导通或截止，第一MOS管MOS1、第二MOS管MOS2管导通后经第二自恢复保险丝13、第三自恢复保险丝15输出电流给电磁离合器20的第一线圈L1、第二线圈L2，使电磁离合器20的线圈得电工作。电磁离合器20(小型电磁离合器)靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离工作，线圈通电时产生磁力吸合“衔铁”片，离合器处于接合状态；线圈断电时“衔铁”弹回，离合器处于分离状态。微型电磁离合器在起动和停止均可实现良好的应答性能有稳定的重复动作时间。转矩的起动及消失快速，可确保准确无误的运转。电磁离合器(小型电磁离合器)可同轴安装，也可以对轴安装，轴向必须固定，主动部分与从动部分均不允许有轴向窜动，对轴安装时，主动与从动部分轴之间同轴度应不大于0.lmm。微型电磁离合器为B级绝缘,正常温升40℃。极限热平衡时的工作温度不允许超过100℃,否则线圈与摩擦部分容易发生破坏；第一自恢复保险丝12、第二自恢复保险丝13、第三自恢复保险丝15完成大电流的保护限流作用，当有大电流经过自恢复保险丝时，自恢复保险丝在大电流的作用下，迅速发热、温度迅速升高，这时自恢复保险丝在高温(超过居里点)后产生由低电阻到高电阻值的突变，从而限制了大电流的通过，这就是自恢复保险丝的保护原理、也是第一自恢复保险丝12、第二自恢复保险丝13、第三自恢复保险丝15在该电路系统的工作原理。从上述原理、以及在电磁离合器20的实际装联、应用情况中，会有多种情况出现大电流、特大电流，这些大电流、特大电流不仅会使设备自身烧毁、烧电线，严重的会出现引起火灾的情况。而可预知的故障大电流有：1、电磁离合器20的线圈与控制电路板的连接线因抖动摩擦而破裂搭铁短路产生短路大电流；2、电磁线圈因骨架高温变形、摩擦破损而擦搭铁短路产生大电流；3、电磁线圈因长期工作的高温使绝缘层老化皲裂而打火产生大电流；4电磁线圈因匝间短路产生大电流；5、MOS管的内部击穿短路产生大电流；6、应用继电器替代MOS管时。其触头打火、粘连、失控会产生大电流；7、不可预知的接线短路、搭铁、操作错误产生短路大电流等等。在上述的故障大电流出现后，如果没有及时关断电源处理，则会出现不可预料的电路损坏、电源烧毁、或产生严重的火灾等安全事故。本实用新型采用一种全新的、而且是最简单、元器件最少的单个自恢复保险丝就可以达到及时保护限流的目的。元器件越少、电路的可靠性越高，这已是工程师们的共识。本实用新型中，应用单个元件来完成限流保护的功能。用单个自恢复保险丝替代传统的多元器件的电路块，是本方案的核心创新点。第一自恢复保险丝12既针对MOS管短路、也针对连接线搭铁短路的限流保护，其保护的结果是对电源及系统电路的安全保护；第二自恢复保险丝13是针对连接线搭铁短路、第一线圈L1的搭铁短路、匝间短路等的限流保护；第三自恢复保险丝15是针对连接线搭铁短路、第二线圈L2的搭铁短路、匝间短路等的限流保护；有自恢复保险丝的及时限流作用，就避免了上述各种故障情况下的灾难性事故的产生，而且无论什么情况产生的大电流，都会因自恢复保险丝的存在而得到限流保护，并且自恢复保险丝的保护是提前保护的、是在设备损坏之前保护的，不像以往的其它保护方式，如玻璃管保险丝等都是在设备损坏后才会烧断，还有，自恢复保险丝的保护，并不是只保护某一个器件的问题，而是当自恢复保险丝产生保护动作后，是对整个系统的保护，当故障排除、或是偶发性异常大电流消失后，整个系统又恢复正常工作状态，而不影响工作。本实用新型的自恢复保险丝是一种正温度系数的非线性热敏电阻，我们通常也叫做聚合物开关或万次保险丝，起到过流、过温的保护控制作用。其自恢复保险丝发挥作用的机理，主要是通过聚合物的热胀冷缩，使纳米导电粒子的电流通路达到高温断开和低温重新接通的目的。在电路正常工作时，自恢复保险丝因通过的正常工作电流会一直呈低电阻状态而正常工作。当大电流通过自恢复保险丝后，自恢复保险丝内部发热温度升高，在设定温度范围内，其电阻值会在一个小范围内变化，当自恢复保险丝因内部发热、外温度叠加后(外温指MOS管及其偏置电阻发热传导给自恢复保险丝的热量)，自恢复保险丝将产生热膨胀，使自恢复保险丝内部的大部分导电链路断开，电阻值会呈阶跃式突变到高电阻，如果遇到环境温度更高(如MOS管发热等)、再加上大电流使其内部发热更多，则自恢复保险丝电阻值会突变为几KΩ或几十KΩ而阻断电流；当自恢复保险丝温度降低，产生遇冷收缩，导电链路会重新接通，自恢复保险丝又恢复到初始低阻状态，而且在电路没有大电流但自恢复保险丝靠近热源而由热源的高温也会使其突变为高阻限流，降温后恢复，这是自恢复保险丝的特性，我们的所有应用都基于其特性的正确应用。从上述设计方案、元器件布局、工作过程的分析与描述可以看出：可能的故障特点、电路的大电流产生的原因、温度环境产生的原因、自恢复保险丝的电阻值变化的条件与过程、自恢复保险丝限流过程和结果等，所有过程的变化会让自恢复保险丝的电阻值变化、或变高限流、或直接变为很高电阻值的限流、断流状态。其所有参量变化、稳定过程的核心是通过自恢复保险丝的内阻变化而发挥作用的，不仅能完成对上述各种原因所引起的灾难性大电流的及时限制保护，还能对整个电磁离合器电路系统完成生产与安装工程中人为、非人为的短路、以及产品在自然失效短路等情况的自适应控制与智能保护。所以自恢复保险丝能在电磁离合器电路系统有短路、或各种大电流产生后不会因短路、大电流而烧坏电路、更不会产生严重火灾的情况。

本实用新型巧妙的自恢复保险丝自适应设计，不仅能解决电磁离合器电路系统的大电流出现的及时控制，还能对电磁离合器电路系统完成生产过程中人为、非人为的短路保护，以避免因短路烧坏电路板、或产生严重火灾的情况。解决了电磁离合器生产厂家及工程师设计工作中的难题，并且使用元器件少，占用的空间小、成本低、可靠性高、不会改变既有设备的整体外观、使得产品具有真正的安全保障、有效延长电磁离合器的可使用寿命、直接提升了生产厂家的市场竞争优势。

本实用新型的特点在于三个方面：1.供电电压低，电流范围大，一般多用DC-12V、DC24V，有利于正反转控制，但电流大、电流变化范围宽、发热高，整体可靠性要求高；2.电磁离合器20的线圈有单线圈型和双线圈型两类，无论哪一类，都有线圈与紧固件的摩擦而产生短路、搭铁短路、高温老化漆皮皲裂打火短路、匝间短路等情况，可能出现烧线或起火等灾难性事故，需要专用的检测与保护电路，以确保其安全性，而应用自恢复保险丝可以实现单个元件完成需要保护的功能；3.电磁离合器20本身是一个整体，线圈镶嵌在离合器内部，电磁离合器与控制电路板是分离的，有一段距离(这也是连接电线容易破损搭铁短路的原因之一)，其控制电路板是另一个整体的存在；3.电磁离合器20的线圈与其外部的控制电路板是一个完整的电路系统方案，整个方案的巧妙选择、巧妙的排板布局、所有元器件、结构件均通过紧奏的设计布局成为一个整体，以实现规模化、自动化批量生产，所说方案的巧妙选择：指应用到的元器件少、电路简洁、自适应控制准确、可靠性高、生产与维护成本低、占用的空间小、易于微型化生产和安装使用，使其具有非智能的智能化使用体验。而且系统控制电路简单紧奏、耗电低、节能环保、高可靠、长寿命、低成本，具有广阔的市场空间。不仅更有利于工程师的设计，而且可采用自动化、规模化生产。

本实用新型研究出以最少的元件来完成背景技术上述功能的PPTC自恢复保险丝的自适应管理控制电路，不仅电路简单、能及时完成在上述各种短路问题、各种故障出现时，提供及时的保护、或提前的电流限制、既能保护产品系统也能保护电网系统。而且还会让该系统产品不仅仅更安全、可靠、还能大大延长产品的使用寿命、使用的元器件少(因去掉了不需要的：采样电路、放大电路、运算电路、执行控制电路等)、缩小了整体安装体积、成本降低、可靠性提高。既能很好的解决与避免背景技术系统电路与电控器件的所有问题和隐患，也是对长期的困惑与瓶颈问题解决方案的大突破，并让维修维护变得更简单、使产品的市场竞争优势会显著提高，还能改变工程师的相关设计思路、给厂家带来多重利益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有自恢复保险丝的自适应管控电路，其特征在于：包括电源、控制与驱动电路模块(10)、电磁离合器(20)，所述控制与驱动电路模块(10)包括控制电路(11)、第一自恢复保险丝(12)、第二自恢复保险丝(13)、第一开关器件，所述控制电路(11)上安装有MCU，所述电磁离合器(20)设有第一线圈(L1)，所述第一自恢复保险丝(12)一端与所述电源相连，所述第一自恢复保险丝(12)另一端与所述控制电路(11)相连，所述第一开关器件分别与所述控制电路(11)和所述第二自恢复保险丝(13)一端相连，所述第二自恢复保险丝(13)另一端与所述第一线圈(L1)一端相连，所述第一线圈(L1)另一端连接于所述电源与所述控制电路(11)之间。

2.根据权利要求1所述的自适应管控电路，其特征在于：所述控制与驱动电路模块(10)还包括控制键盘(14)，所述控制键盘(14)与所述控制电路(11)相连。

3.根据权利要求1所述的自适应管控电路，其特征在于：所述电源包括锂电池或铅酸电池、以及固定的开关电源或电源适配器，用于提供12V或24V工作电源。

4.根据权利要求1所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第一自恢复保险丝(12)和所述第二自恢复保险丝(13)是一种正温度系数的非线性热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第一开关器件为第一MOS管(MOS1)或第一继电器开关。

6.根据权利要求1所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第一开关器件为第一MOS管(MOS1)，所述第一MOS管(MOS1)的栅极与所述控制电路(11)输出端相连，所述第一MOS管(MOS1)的源极与所述第二自恢复保险丝(13)一端相连，所述第一MOS管(MOS1)的漏极连接于所述第一自恢复保险丝(12)与所述控制电路(11)之间。

7.根据权利要求6所述的自适应管控电路，其特征在于：所述控制与驱动电路模块(10)还包括第二开关器件、第三自恢复保险丝(15)，所述电磁离合器(20)还设有第二线圈(L2)，所述第二开关器件分别与所述控制电路(11)和所述第三自恢复保险丝(15)一端相连，所述第三自恢复保险丝(15)另一端与所述第二线圈(L2)一端相连，所述第二线圈(L2)另一端连接于所述电源与所述控制电路(11)之间。

8.根据权利要求7所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第二开关器件为第二MOS管(MOS2)或第二继电器开关。

9.根据权利要求7所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第二开关器件为第二MOS管(MOS2)，所述第二MOS管(MOS2)的栅极与所述控制电路(11)输出端相连，所述第二MOS管(MOS2)的源极与所述第三自恢复保险丝(15)一端相连，所述第二MOS管(MOS2)的漏极连接于所述第一自恢复保险丝(12)与所述控制电路(11)之间。

10.根据权利要求7所述的自适应管控电路，其特征在于：所述第三自恢复保险丝(15)是一种正温度系数的非线性热敏电阻。

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