CN2826380Y

CN2826380Y - 一种超温保护装置

Info

Publication number: CN2826380Y
Application number: CN 200520050845
Authority: CN
Inventors: 谭寿云; 李辰加; 茹家丹
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2015-05-24

Abstract

一种超温保护装置，包括已知阻值的精密电阻器R1、电阻器R2与合金材料构成的电阻器RA、电阻器RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、电阻器RB为第一对比例臂，电阻器R1、电阻器R2为第二对比例臂；一个连接于第一、第二比例臂中间点的包括隔离电路、整形电路和开关驱动电路的电位比较器；隔离电路的两个输入端分别与信号检测端相连，经该隔离电路隔离耦合的信号输出端分别与将交流信号转变为直流信号的整形电路的两个交流信号输入端相连，该整形电路的两个直流信号输出端分别与所述开关驱动电路的两个输入端相连。它带有无源电压检测开关，具有响应时间快、准确可靠的优点。

Description

一种超温保护装置

技术领域

本实用新型属于一种利用合金电阻值随温度变化的特性的新型超温保护装置，特别是一种带有无源电压检测开关的超温保护装置。

技术背景

传统的超温保护装置测温特别是对较高温度环境的测量通常采用热电偶、红外感光、热敏器件等，其测量的响应时间长，一般达到秒级；测量点具有局限性，误差大，并且很难做到与信号输出系统的电位隔离；特别是在轨道交通等振动及风力散热的情况下，热电偶及红外感光探头很难做到测量点的可靠性和准确性。此前曾有过利用合金电阻值随温度变化的特性的新型超温保护装置，但对于输出检测结果的电位比较电路没有公布简洁、有效的解决方案。目前的各种电压检测装置大都需要独立的电源，且输入/输出隔离电压等级不高，然而某些特殊的应用场合(如机车制动电阻温度的测量)，需要用到一种既要无源，又要有较高的输入/输出隔离等级的装置，能够用来检测某个微小的电压信号的波动情况，当该微电压信号高于或低于某一设定值时，该装置能够以某个触点的接通或是关断来给下位装置以指示。特别的，当被检测的微电压信号有可能在某个值上下频繁波动时，还要求该装置具有类似于斯密特触发器所具有的“滞后”特性。

发明内容

本实用新型的目的，就是提供一种快速、准确、可靠的，带有无源电压检测开关的超温保护装置，特别是提供一种具有简洁有效的电位比较电路的超温保护装置。

一种超温保护装置，包括已知阻值的精密电阻器R1、电阻器R2与合金材料构成的电阻器RA、电阻器RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、电阻器RB为第一对比例臂，电阻器R1、电阻器R2为第二对比例臂；一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器20；所述电位比较器20包括隔离电路1、整形电路2和开关驱动电路3，其中所述隔离电路1的两个输入端分别与信号检测端相连，经该隔离电路1隔离耦合的信号输出端分别与将交流信号转变为直流信号的整形电路2的两个交流信号输入端相连，该整形电路2的两个直流信号输出端分别与所述开关驱动电路3的两个输入端相连。

本实用新型的电位比较器20由隔离电路、整形电路和开关驱动电路构成，不需要从外部输入电源即可检测其输入端的电压信号是否高于或低于某一设定值，并在其输出端可以产生相应的导通或关断的动作。其输出端接入保护对象的电源控制端即可完成对其的超温保护动作。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图；

图2为本实用新型的电位比较器一个实施例的电路原理示意图；

图3为本实用新型的电位比较器的第二个实施例的电路原理示意图；

图4为本实用新型的电位比较器的第三个实施例的电路原理示意图；

图5为本实用新型的电位比较器的第三个实施例的电路原理。

具体实施方式

如图所示，选择两个由合金材料构成的电阻器RA、RB，在一定的温度范围内，该电阻器RA阻值随温度变化的系数为a，电阻器RB的阻值随温度变化的系数为b；所述的电阻器RB阻值随温度变化的系数大于电阻器RA阻值随温度变化的系数，即b大于a；用已知阻值的精密电阻器R1、R2与电阻器RA、RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、RB为第一对比例臂，电阻器R1、R2为第二对比例臂；电源信号加在两个并联的第一对、第二对比例臂之间；还包括一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器1，在常温下(如20℃)，电阻器RA、RB的阻值分别为RA、RB；电阻器RB上的电位小于R2上的电位，使温度变化值为ΔT时，电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等；所述电位比较器1检测到电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等时输出一个开关信号，此时温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。

电位比较器20包括隔离电路1、整形电路2和开关驱动电路3，其中：

所述隔离电路1的两个输入端分别与信号检测端相连，经该隔离电路1隔离耦合的信号输出端分别与将交流信号转变为直流信号的整形电路2的两个交流信号输入端相连，该整形电路2的两个直流信号输出端分别与所述开关驱动电路3的两个输入端相连，该开关驱动电路3在输入端有直流电流通过时，其输出端处于导通的低阻状态；

还包括一个由直流、交流变换电路4和选择开关5构成的串联支路，所述选择开关5的动端与一个信号检测输入端相连，其一个定端与一个信号检测输入端相连，另一个定端与所述直流、交流变换电路4的直流输出端相连，且该直流、交流变换电路4的直流输出端还与所述隔离电路1的一个输入端相连，所述隔离电路1的另一个输入端与另一个信号检测输入端相连。

所述隔离电路1包括一个脉冲变压器；

所述整形电路2包括由整流二极管6、第一限流电阻器7和滤波电容器8构成的整流滤波电路，其中由整流二极管6、第一限流电阻器7串联在所述隔离电路1的一个输出端和所述整形电路2的一个输出端，滤波电容器8并联在整流二极管6、第一限流电阻器7串联支路的中间点和隔离电路1的另一个输出端之间，且所述整形电路2的另一个输出端与所述隔离电路1的另一个输出端相连；

所述开关驱动电路3包括第一光耦开关9。

所述开关驱动电路3还包括由第二光耦开关10和第二限流电阻器11构成的回差电路，其中所述整形电路2的第一限流电阻器7、第一光耦开关9的两个控制输入端和第二限流电阻器11依次构成一个串联电路，第二限流电阻器11的另一端与所述整形电路2的输出端相连；第一光耦开关9与第二光耦开关10的受控端串联。

电位比较器包含隔离放大、信号整形、开关驱动三个部分。隔离放大部分主要元件是一个升压脉冲变压器，它不仅负责对输入信号进行放大，还承担第一级交流4000V的输入/输出隔离。如果被检测电压是交流信号，可以直接加在此脉冲变压器上；如果被检测电压是直流信号，则还要在此脉冲变压器前面加上主要由一个PWM升压芯片所组成的升压电路用来将输入的直流信号转变为加在脉冲变压器原边上的交流信号，此时脉冲变压器除负责升压和隔离外，其原边还充当PWM升压芯片的升压储能电感。信号整形部分通过简单的二极管半波整流和滤波电容将脉冲变压器副边产生的交流信号变为直流信号以供下一级使用。开关驱动部分使用上级整流后的直流电压经限流电阻来驱动一个光耦开关从而在输出端产生导通或关断的指示信号，同时光耦开关还承担第二级交流2000V的输入/输出隔离。特别的，为使该装置具有类似于斯密特触发器所具有的“滞后”特性，还使用了第二个光耦开关，通过以第一个光耦开关的输出作为第二个光耦开关的输入同时以第二个光耦开关的输出作为第一个光耦开关的输入的方法，并且在第二个光耦开关的输出端并联一个限流电阻，从而可以通过调节此电阻的值来控制被检测的电压值的上限和下限之间回差的大小。最后，在该装置的输出端还加了一些过压保护和输出滤波电路。

在一定的温度范围内，当环境温度变化ΔT时，电阻器RA、RB的电阻值RA′、RB′分别满足：

RA′＝RA+ΔTa

RB′＝RB+ΔTb

其中RA、RB为电阻器RA、RB在常温下已知的电阻值。

精密电阻器R1、R2之阻值已知并可以忽略其随环境温度变化而产生的阻值变化。由于b大于a，通过对电阻器R1、R2、RA、RB的电阻值的搭配，使得当环境温度低于设定温度值时，电阻器RB的上的压降小于电阻器R2上的压降；当环境温度高于或等于设定温度值时，电阻器RB上的压降大于或等于R2上的压降；同时电位比较器20检测到该变化，输出一个开关信号，该开关信号的动作时刻即是环境温度达到设定值的时刻。

在动作点有以下等式成立：

RA′/RB′＝R1/R2

其中：

RA′＝RA+ΔTa

RB′＝RB+ΔTb，因此以下等式成立：

(RA+ΔTa)/(RB+ΔTb)＝R1/R2

于是：

ΔT＝(R2RA-R1RB)/(bR1-aR2)

这样ΔT就成为一个确定的数值，温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。

如电阻器RB采用合金材料Cr20Ni40(镍铬合金)，其电阻变化率a为3％每100℃，电阻器RA采用合金材料Cr20Ni80(镍铬合金)，其电阻变化率b为1％每100℃。常温下取电阻器R1、R2的阻值为R1＝103.4、R2＝99.93、RA＝0.0442、RB＝0.0385，则温度变化值ΔT＝600、温度变化值ΔT与常温之和为620℃。

又如常温下取电阻器R1、R2的阻值为R1＝102.79、R2＝97.21、RA＝0.0445、RB＝0.0377，则温度变化值ΔT＝620、温度变化值ΔT与常温之和为640℃。以上电阻值单位均为欧姆。

电位比较器的输出端接入保护对象的电源控制端即可完成对其的超温保护动作。它具有响应时间快、准确、可靠、无源的优点。

Claims

1、一种超温保护装置，包括已知阻值的精密电阻器(R1)、电阻器(R2)与合金材料构成的电阻器(RA)、电阻器(RB)一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器(RA)、电阻器(RB)为第一对比例臂，电阻器(R1)、电阻器(R2)为第二对比例臂；一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器(20)；其特征在于所述电位比较器(20)包括隔离电路(1)、整形电路(2)和开关驱动电路(3)，其中

所述隔离电路(1)的两个输入端分别与信号检测端相连，经该隔离电路(1)隔离耦合的信号输出端分别与将交流信号转变为直流信号的整形电路(2)的两个交流信号输入端相连，该整形电路(2)的两个直流信号输出端分别与所述开关驱动电路(3)的两个输入端相连。

2、如权利要求1的一种超温保护装置，其特征在于所述隔离电路(1)包括一个脉冲变压器；

所述整形电路(2)包括由整流二极管(6)、第一限流电阻器(7)和滤波电容器(8)构成的整流滤波电路，其中由整流二极管(6)、第一限流电阻器(7)串联在所述隔离电路(1)的一个输出端和所述整形电路(2)的一个输出端，滤波电容器(8)并联在整流二极管(6)、第一限流电阻器(7)串联支路的中间点和隔离电路(1)的另一个输出端之间，且所述整形电路(2)的另一个输出端与所述隔离电路(1)的另一个输出端相连；

所述开关驱动电路(3)包括第一光耦开关(9)。

3、如权利要求2的一种超温保护装置，其特征在于所述开关驱动电路(3)还包括由第二光耦开关(10)和第二限流电阻器(11)构成的回差电路，其中所述整形电路(2)的第一限流电阻器(7)、第一光耦开关(9)的两个控制输入端和第二限流电阻器(11)依次构成一个串联电路，第二限流电阻器(11)的另一端与所述整形电路(2)的输出端相连；第一光耦开关(9)与第二光耦开关(10)的受控端串联。

4、如权利要求1或2或3的一种超温保护装置，其特征在于还包括一个由直流、交流变换电路(4)和选择开关(5)构成的串联支路，所述选择开关(5)的动端与一个信号检测输入端相连，其一个定端与一个信号检测输入端相连，另一个定端与所述直流、交流变换电路(4)的直流输出端相连，且该直流、交流变换电路(4)的直流输出端还与所述隔离电路(1)的一个输入端相连，所述隔离电路(1)的另一个输入端与另一个信号检测输入端相连。