TW202005217A - 交流電路保護裝置 - Google Patents

Abstract

本發明交流電路保護裝置包括：第一半導體、第二半導體、全波整流器及光電耦合器，構成一個具有發生負載過載或短路保護功能之裝置，可以避免交流負載兩端發生過載或短路所造成之損害。

Description

交流電路保護裝置

本發明交流電路保護裝置，具有在電路應用過程中負載兩端發生過載或短路之保護功能及其包括有第一半導體、第二半導體及第三半導體之電子技術領域。

如圖1所示，為電池放電保護裝置之實施例，係為申請人在台灣的發明專利，專利字號：發明第I583089號，為一種直流電路的保護裝置，其特徵如下：

1.若負載100發生短路時，其第一半導體12開路，電流供電停止而保護電池11。

2.若要恢復正常的電路功能，必需將負載100兩端之短路原因排除，再重新將電池11送電。

本發明的目的：

本發明應用第一半導體、第二半導體、光電耦合器、全波整流器及光電耦合器，能在交流電源供電中交流負載發生過載或短路時保護交流電源及電路。

當交流負載發生短路時，本發明應用第一半導體及全波整流器能在極短之時間內執行第二半導體之開路動作，達到保護交流電源及電路之功能及避免因交流負載短路所引起之各種災害。

本發明應用第一半導體、第二半導體、全波整流器、光電耦合器、電磁開關及熱跳脫保護器，能在單相交流電源供電中交流負載發生過載或短路時保護交流電源及電路。

本發明應用第一半導體與第二半導體及多組的全波整流器、光電耦合器、熱跳脫保護器及三相電磁開關，能在三相交流電源供電中交流負載發生過載或短路時保護三相交流電源及電路。

本發明有下列之特徵：

1.本發明之光電耦合器負責交流電源之開路(Off)與導通(On)供電於交流負載。

2.本發明之第一半導體，其負責控制光電耦合器的開路與導通動作。

3.本發明之第二半導體，其負責控制第一半導體電路之開路與導通動作。

4.本發明之第一半導體為N通道金屬氧化半導體場效電晶體(N Channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,N Channel MOSFET)。

5.本發明之第二半導體包括N型電晶體(N Type transistor)。

7.本發明所應用之光電耦合器有電晶體輸出型與閘流體輸出型，可以根據需求自行選用。

8.本發明可以選用三相電磁開關及熱跳脫保護器應用於三相電源及電路之保護。

11‧‧‧直流電源

12‧‧‧第一半導體

14‧‧‧第二半導體

15‧‧‧第一電阻器

16‧‧‧第二電阻器

21‧‧‧第三電阻器

17‧‧‧全波整流器

20‧‧‧第一開關

22‧‧‧光電耦合器

23‧‧‧全波整流器

30‧‧‧電磁開關

31‧‧‧電磁開關的的電磁線圈

32‧‧‧電磁開關的主接點

33‧‧‧電磁開關的補助接點

40‧‧‧熱跳脫保護器

41‧‧‧熱跳脫保護器的熱源元件

42‧‧‧熱跳脫保護器的主接點

50‧‧‧按鈕開關

51‧‧‧按鈕開關的開路開關

52‧‧‧按鈕開關的短路開關

101‧‧‧第二開關

100‧‧‧交流電源

200‧‧‧交流負載

圖1 為習知電池放電保護裝置之電路圖。

圖2 為本發明交流電路保護裝置第一實施例。

圖3為本發明交流電路保護裝置第二實施例。

圖4為本發明交流電路保護裝置第三實施例。

如圖2所示，為本發明交流電路保護裝置第一實施例，自圖中可知，本發明交流電路保護裝置包括有第一半導體12(First Semiconductor,12)、第二半導體14(Second Semiconductor,14)、第一電阻器15(First Resistor,15)、第二電阻器16(Second Resistor,16)第三電阻器21(Third Resistor,21)、光電耦合器22(Photocoupler,22)及全波整流器23(Full Wave Rectifier,23)；外端連接有第一開開20(First Switch,20)、第二開開101(First Switch,101)、交流負載200(AC Load,200)、直流電源11(DC Power Source,11)及交流電源100(AC Power Source,100)；第一半導體11的源極S(Source,S)連接第二半導體12的射極E(Emitter,E)並且接到共用接地端、光電耦合器22的陰極端K(Cathode,K)連接第一半導體12的汲極(Drain,D)，第一半導體12的閘極G(Gate,G)連接第二半導體14的集極C(Collector,C)及第一電阻器15的另一端，第一電阻器15的一端連第一開關20的一端及第三電阻器21的一端，第三電阻器21的另一端連接光電耦合器22的陽極端(Anode,A)，第一開關20的另一端連接直流電源11的正電端，直流電源11的負電端連接共用接地端；第二半導體14的基極G(Base,B)連接第二電阻器16的一端，第二電阻器16的另一端連接全波整流器23的正電端V+，全波整流器23的負電端V-連接共用接地端；光電耦合器22的第一閘流體端T1連接交流 負載200的另一端及全波整流器23的第一交流端AC1，交流負載200的一端達接第二開關的一端，第二開關101的另一端連接交流電源100的一端，交流電源100的另一端連接光電耦合器22的第二閘流體端T2及全波整流器23的第二交流端AC2；第一半導體12為N通道金屬氧化半導體場效電晶體，第二半導體14為N型電晶體；光電耦合器22為閘流體輸出型(Thyristor Output Type)，其輸入側為發光二極體(LED)，光電耦合器22的閘流體為執行交流電路的開路(Off)與導通(On)動作。

如圖2所示，當第一開關20轉向導通，此時直流電源11的正電端供電於第一電阻器15的一端，經由第一電阻器15的另一端到第一半導體12的閘極G及第二半導體14的集極C，因此第一半導體12的汲極D與源極S導通，同時直流電源11供電於第三電阻器21的一端再經由第三電阻器21的另一端至光電耦合器22的陽極端A及陰極端K，此時輸入側的發光二極體導通；光電耦合器22輸入側的發光二極體導通，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，此時若將第二開開101轉向導通，交流電源100供電於交流負載200；因光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，所以全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓低，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓低，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓低，因此第二半導體14的集極C與射極E開路。

如圖2所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200兩端 短路，其等同將交流電源100供電於光電耦合器22的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2兩端，此時全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓高，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓高，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓高，因此第二半導體14的集極C與射極E導通，此時集極C與射極E導通，因為第二半導體14的集極C與射極E導通及第一半導體12的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體12的汲極D與源極S開路，光電耦合器22輸入側的發光二極體開路，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到短路保護交流電源100及交流電路的目的。

如圖2所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若發生交流負載200兩端短路，先將負載200兩端短路的原因去除，再將第一開關20先轉向開路，再轉導通，此時光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，交流電源100供電於交流負載200。

如圖2所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200加大亦就是增大交流負載200的電流量，此時光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2的電壓降值經過全波整流器23後，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓若大於第二半導體14的基射極導通電壓時，第二半導體14的集極C與射極E導通，第一半導體12的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體12的汲極D與 源極S開路，此時光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到過電流保護交流電源100及交流電路的目的。

如圖3所示，為本發明交流電路保護裝置第二實施例，自圖中可知，全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2連接於電磁開關30(Magnetic Switch,30)的主接點32的兩端，光電耦合器22的輸出側的第二閘流體端T2連接交流電源100的另一端及熱跳脫保護器40的熱源元件41的另一端，光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1連接熱跳脫保護器40的主接點42的另一端，主接點42的一端連接電磁開關30的電磁線圈31(Magnetic Coil,MC)的另一端，電磁線圈31的一端連接按鈕開關50(Push Buttom Switch,50)的短路開關52的另一端，短路開關52的一端連接按鈕開關50的開路開關51的另一端及電磁開關30的補助接點33的另一端，按鈕開關50的開路開關51的一端及電磁開關30的補助接點33的一端及第二開關101的一端，電磁開關30的主接點32的另一端連接熱跳脫保護器40的熱源端41的一端；其餘電路皆與圖2相同而不贅述。

如圖3所示，當第一開關20轉向導通，第二開關101亦轉向導通，此時直流電源11的正電端供電於第一電阻器15的一端，經由第一電阻器15的另一端到第一半導體12的閘極G及第二半導體14的集極C，因此第一半導體12的汲極D與源極S導通，同時直流電源11供電於第三電阻器21的一端再經由第三電阻器21的另一端至光電耦合器22的陽極 端A及陰極端K，此時輸入側的發光二極體導通；光電耦合器22輸入側的發光二極體導通，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，熱跳脫保護器40的主接點42導通，若按下按鈕開關50的開路開關51，此時電磁開關30的電磁線圈31動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由開路轉為導通，於是交流電源100供電於交流負載200；因電磁開關30的主接點32導通，所以全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓低，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓低，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓低，因此第二半導體14的集極C與射極E開路。

如圖3所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200兩端短路，其等同將交流電源100供電於電磁開關30的主接點32兩端，此時全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓高，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓高，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓高，因此第二半導體14的集極C與射極E導通，及第一半導體12的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體12的汲極D與源極S開路，光電耦合器22輸入側的發光二極體開路，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2開路，此時電磁開關30的電磁線圈31不動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由導通轉為開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到短路保護交流電源100及交流電路的目的。

如圖3所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若發生交流負載200兩端短路，先將負載200兩端短路的原因去除，再將第一開關20先轉向開路，再轉導通，此時光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，電磁開關30的電磁線圈31動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由開路轉為導通，交流電源100供電於交流負載200。

如圖3所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200加大亦就是增大交流負載200的電流量，此時熱跳脫保護器40的熱源元件41加熱主接點42開路，同時電磁開關30的電磁線圈31不動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由導通轉為開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到過電流保護交流電源100及交流電路的目的。

如圖3所示，當第一端30接有第二直流電源320時，第一直流電源310供電於負載200兩端，當負載200發生短路時，先將負載200兩端短路的原因去除，再將第一開關60的主接點R轉向第二接點U，再轉向第三接點T，此時光電耦合器13的集極C與射極E導通，第二半導體12的基極B與射極E兩端電壓低，第二半導體12的集極C與射極E開路，第一半導體11的閘極G受有正電壓，於是第一半導體11的汲極D與源極S導通，繼電器14的電磁線圈有電壓供應，其第一接點K1與第二接點K2導通，亦就是第一直流電源310供電於負載200；若將第一開關60的主接點R轉向第二接點U，第二直流電源320不供電於第一端30，此時第一直流 電源310不供電於負載200。

如圖4所示，為本發明交流電路保護裝置第三實施例，自圖中可知，全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2連接於熱跳脫保護器40的兩端，其餘電路皆與圖3相同而不贅述。

如圖4所示，當第一開關20轉向導通，第二開關101亦轉向導通，此時直流電源11的正電端供電於第一電阻器15的一端，經由第一電阻器15的另一端到第一半導體12的閘極G及第二半導體14的集極C，因此第一半導體12的汲極D與源極S導通，同時直流電源11供電於第三電阻器21的一端再經由第三電阻器21的另一端至光電耦合器22的陽極端A及陰極端K，此時輸入側的發光二極體導通；光電耦合器22輸入側的發光二極體導通，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，熱跳脫保護器40的主接點42導通，若按下按鈕開關50的開路開關51，此時電磁開關30的電磁線圈31動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由開路轉為導通，於是交流電源100供電於交流負載200；因電磁開關30的主接點32導通，所以全波整流器23的第一交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓低，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓低，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓低，因此第二半導體14的集極C與射極E開路。

如圖4所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200兩端短路，其等同將交流電源100供電於熱跳脫保護器40的熱源元件41兩端，此時全波整流器23的第一 交流端AC1與第二交流端AC2的輸入電壓高，其全波整流器23的正電端V+與負電端V-兩端電壓高，所以第二半導體14的基極B與射極E電壓高，因此第二半導體14的集極C與射極E導通及第一半導體12的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體12的汲極D與源極S開路，光電耦合器22輸入側的發光二極體開路，其光電耦合器22輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2開路，此時電磁開關30的電磁線圈31不動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由導通轉為開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到短路保護交流電源100及交流電路的目的。

如圖4所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若發生交流負載200兩端短路，先將負載200兩端短路的原因去除，再將第一開關20先轉向開路，再轉導通，此時光電耦合器22的輸出側的第一閘流體端T1與第二閘流體端T2導通，電磁開關30的電磁線圈31動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由開路轉為導通，交流電源100供電於交流負載200。

如圖4所示，當直流電源11供電時，其交流電源100亦供電於交流負載200，若將交流負載200加大亦就是增大交流負載200的電流量，此時熱跳脫保護器40的熱源元件41加熱主接點42開路，同時電磁開關30的電磁線圈31不動作，電磁開關30的主接點32及補助接點33由導通轉為開路，交流電源100不供電於交流負載200，而達到過電流保護交流電源100及交流電路的目的。

由圖2、圖3及圖4可知，本發明皆舉實例為單相 交流電源100，本發明亦可以多組單相交流電源100應用於多相交流電源100，而不自限。

發明人從事電子科技研究有50多年，本發明所提的實施例皆經過實驗及實作證明其成功，並且可據予實施，以上所述實施例僅是為充分說明本發明所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此，包括本技術領域的技術人員，在本發明基礎上所作的等同替代或變換，皆在本發明的保護範圍內。本發明的保護範圍以申請專利範圍書為準。

11‧‧‧直流電源

12‧‧‧第一半導體

14‧‧‧第二半導體

15‧‧‧第一電阻器

16‧‧‧第二電阻器

20‧‧‧第一開關

21‧‧‧第三電阻器

22‧‧‧光電耦合器

23‧‧‧全波整流器

100‧‧‧交流電源

101‧‧‧第二開關

200‧‧‧交流負載

Claims (10)

1. 一種交流電路保護裝置，其應用於交流電源電路，當交流負載發生過載或短路時，使交流電路得到保護功能，該交流電路保護裝置包括：一第一半導體，具有一汲極、一源極及一閘極；一第二半導體，具有一集極、一射極及一基極，該集極連接該第一半導體的閘極，該射極連接該第一半導體的源極；一第一電阻器，具有兩連接端，其另一端連該第一半導體的閘極及該第二半導體的集極；一第二電阻器，具有兩連接端，其另一端連該第二半導體的基極；一第三電阻器，具有兩連接端，其一端連接該第一電阻器的一端；一光電耦合器，具有一陽極端、一陰極端、一第一閘流體端與第二閘流體端，該陽極端連接第三電阻器的另一端，該陰極端連接該第一半導體的汲極；及一全波整流器，具有一第一交流端、第二交流端、一正電端與一負電端，該第一交流端連接該光電耦合器的第一閘流體端，該第二交流端連接該光電耦合器的第二閘流體端，該正電端連接該第二電阻器的一端，該負電端連接該第一半導的源極及該第二半導的射極。
2. 如申請專利範圍第1項的交流電路保護裝置，其中該第一半導體為N通道金屬氧化半導體場效電晶體，第二半導體為N型電晶體。
3. 如申請專利範圍第1項的交流電路保護裝置，其中該光電耦合器為閘流體輸出型。
4. 如申請專利範圖第1項的交流電路保護裝置，其中該第一電阻器的一端連接第一開關的一端，該第一開 關的另一端連接直流電源的正電端，該直流電源的負電端連接該第一半導的源極及該第二半導的射極。
5. 如申請專利範圖第1項的交流電路保護裝置，其中該光電耦合器的第一閘流體端連接交流負載的另一端，該第二閘流體端連接交流電電源的另一端，該交流電源的一端連接第二開關的另一端，該第二開關一端連接該交流負載的一端。
6. 一種交流電路保護裝置，其應用於交流電源電路，當交流負載發生過載或短路時，使交流電路得到保護功能，該交流電路保護裝置包括：一第一半導體，具有一汲極、一源極及一閘極；一第二半導體，具有一集極、一射極及一基極，該集極連接該第一半導體的閘極，該射極連接該第一半導體的源極；一第一電阻器，具有兩連接端，其另一端連該第一半導體的閘極及該第二半導體的集極；一第二電阻器，具有兩連接端，其另一端連該第二半導體的基極；一第三電阻器，具有兩連接端，其一端連接該第一電阻器的一端；一光電耦合器，具有一陽極端、一陰極端、一第一閘流體端與第二閘流體端，該陽極端連接第三電阻器的另一端，該陰極端連接該第一半導體的汲極；一全波整流器，具有一第一交流端、第二交流端、一正電端與一負電端，該正電端連接該第二電阻器的一端，該負電端連接該第一半導的源極及該第二半導的射極；一電磁開關，具有一電磁線圈、一主接點及一補助接點，該主接點的一端連接該全波整流器的第一交流 端，該主接點的另一端連接該全波整流器的第二交流端；一熱跳脫保護器，具有一熱源元件與一主接點，該熱源元件的一端連接該電磁開關主接點的另一端，該熱源元件的另一端連接該光電耦合器的第二閘流體端，該主接點的一端連接該電磁開開關的電磁線圈的另一端，該主接點的另一端連接該光電耦合器的第一閘流體端；及一按鈕開關，具有一開路開關與一短路開關，該短路開關的另一端連接該電磁開關的電磁線圈的一端，該短路開關的一端連接該開路開關的另一端及該電磁開關的補助接點的另一端，該開路開關的一端連接該電磁開關的補助接點的一端。
7. 如申請專利範圍第6項的交流電路保護裝置，其中該第一半導體為N通道金屬氧化半導體場效電晶體，第二半導體為N型電晶體。
8. 如申請專利範圍第6項的交流電路保護裝置，其中該光電耦合器為閘流體輸出型。
9. 如申請專利範圖第6項的交流電路保護裝置，其中該第一電阻器的一端連接第一開關的一端，該第一開關的另一端連接直流電源的正電端，該直流電源的負電端連接該第一半導的源極及該第二半導的射極。
10. 如申請專利範圖第6項的交流電路保護裝置，其中該光電耦合器的第二閘流體端連接該熱跳脫保護器熱源元件的另一端及交流電源的另一端，該交流電源的一端連接第二開關的另一端，第二開關的一端連接該交流負載的一端，該交流負載的另一端連接，該第二閘流體端連接交流電電源的另一端，該交流電源的一 端連接第二開關的另一端，第二開關一端連接該交流負載的一端，該交流負載的另一端連接該電磁開關主接點的一端。

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