智能固体低压直流电气接线盒制造技术

一种智能固体低压直流电气接线盒，采用固体电子开关，取代内置熔丝熔断器、继电器和开关，实现多输出支路低压直流电气接线盒内各个输出支路的安全用电及控制。接线盒内各支路电流分别取样送入放大器，进行模拟及CPU数字处理，各支路实现短路保护、大电流保护、长延时反时限保护，实现各支路电流显示、校正及故障电流记忆，其装配结构减小了连接电阻、实现大电流弱信号隔离，避免多路输出互扰及工作不稳定。它没有熔断器的缺点，可以制成固体密封结构，工作在恶劣的环境中。它内置的CPU可以实现自动恢复、远近距离数据传送及监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车或其它特种车辆、船舶、特种机械、特殊场合使用的低压直流输入、多支路低压直流供电输出、各输出支路有保护熔断器、控制继电器或开关的直流电气接线盒(直流保险盒)，特别是智能固体低压直流电气接线盒。(本说明书内以下简称固体接线盒)
技术介绍
现有直流电气接线盒内，每个供电支路供电过程提供电流保护使用的是熔断器，它是利用电热效应在大电流时高温熔化的金属熔丝，由于它采用机械机构完成电气连接。在长期使用过程中，电气连接金属材料的弹性疲劳及氧化使连接点电阻变大，连接性能变差；尤其是在各种恶劣的工作环境中，使用时间较长的电气接线盒的故障几率更大。它采用更换熔断后的金属熔丝实现供电过程熔断器的重复使用，金属熔丝属于消耗品，会增加供电电路后期维护费用。金属熔丝每年还会消耗大量的熔丝金属材料；每个支路还要另外配接用电操控开关或继电器，完成各个支路内部用电的接通及断开的操控；这些操控开关或者控制继电器由于长期工作在大电流开关状态，接点很容易烧毁，由于这些操控开关或者控制继电器也属于消耗品，也会增加供电电路后期维护费用；控制各个支路大电流操控开关位置的分布还会增加操控电路布线的复杂程度，也会增加导线使用量。由于现有同类电气接线盒内各个供电支路金属熔丝熔断器正常及故障状态的电流不可见，使得用电故障不易检查排除，用电电器的工作状态在熔丝熔断之前无法预知，用电电器的工作状态在熔丝熔断时也没有记忆，增加了检修人员的工作难度。使用金属熔丝熔断器还不能针对特定用电环境及某种用电器提供特殊的过流保护阀值及保护特性。现有同类直流电气接线盒内的金属熔丝熔断器，国内外都有相应的标准，熔断器的反时限熔断特性及电压降特性在标准内有明确规定；例如QC/T 420-2004汽车用熔断器。现有能够实际使用的各种固体开关和固体过流保护器不同时具备金属熔丝熔断器的反时限熔断保护特性和在极限工作条件下的自我防损坏功能。不能替代现有金属熔丝熔断器。
技术实现思路
本专利技术采用多只MOS管并列安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件，取代现有电气接线盒内的金属熔丝熔断器及大电流开关、继电器，实现全固体化的各个支路的控制及用电保护。通过对每个支路的电流单独取样，送入各个支路单独的运算放大器、比
较器、CPU微处理器单独的ADC转换输入接口及另一个I/O输入输出接口，分别进行模拟及CPU数字处理后，再输出到光耦隔离驱动器，控制各个支路主开关MOS管的开闭，使各个供电输出支路都实现极限短路电流保护、大电流反时限保护、长延时反时限保护的三重过电流保护，使各个供电输出支路的反时限保护及电压降特性完全满足QC/T 420-2004汽车用熔断器标准的要求；并且实现各个支路都有故障电流显示记忆功能。由于它没有机械电气连接机构，没有金属熔丝，完全克服了现有金属熔丝熔断器的缺点，比较现有直流电气接线盒还可以节省一只易损消耗品操控开关或者继电器。本专利技术可以制成固体全密封结构，可以工作在恶劣的环境中。由于它内置CPU，它的各种智能特点都可以由CPU程序的改变实现。本专利技术的具体技术方案分三个种类：电路硬件技术方案(一、二、三)，CPU操作软硬件技术方案(四)，主开关MOS管功率元件装配结构技术方案(五)。电路硬件有一、二两个技术方案，方案内容中的黑体字是两种方案的不同处。一、电路硬件技术方案一：正电压控制供电输出型。选择多只N沟道MOS管漏极并联安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件。根据各支路保险电流的大小，选择N沟道MOS管的参数及对应型号，为了满足电流及功耗的要求，大电流输出的支路还可以多只N沟道MOS管并接。全部N沟道MOS管固定在导电金属板上，它们的漏极也由导电金属板连接在一起，导电金属板与总直流输入供电源的正极接通，导电金属板同时也为全部N沟道MOS管提供散热。各个支路用到的主开关及保护元件MOS管的源极就是该支路正极电压控制供电输出端。技术方案一内所有的放大、比较、CPU电路的供电源的共地与总直流输入供电源的正极接通，放大、比较、CPU电路所需要的+5V电源及各个支路MOS管驱动器所需要的正电源，都由一个输出单一供电电压的、总的辅助电源提供。(以下简称辅助电源)每个支路MOS管的驱动还要另外单独配接线性稳压器，每个支路单独配接的线性稳压器的共地分别是各个供电输出支路主开关MOS管的源极。具体放大、比较、CPU电路方案见电路方案综述(三)。二、电路硬件技术方案二：负电压控制供电输出型。选择多只N沟道MOS管源极并联安装，做为固体接线盒内各个支路主开关及保护元件。根据各支路保险电流的大小，选择N沟道MOS管的参数及对应型号，为了满足电流及功耗的要求，大电流支路还可以多只N沟道MOS管并接。全部N沟道MOS管的源极连接在导电金属板上，N沟道MOS管的壳体与导电金属板隔离绝缘后固定在导电金属板上，导电金属板与总
直流输入供电源的负极接通，导电金属板同时也为全部N沟道MOS管提供散热。各个支路用到的主开关及保护元件MOS管的漏极就是该支路负极电压控制供电输出端。技术方案二内所有的放大、比较、CPU电路的供电源的共地，所有支路MOS管的驱动IC的共地，都与总直流输入供电源的负极接通。放大、比较、CPU电路的工作电源及所有支路MOS管驱动器的工作电源，都由一个单一输出供电电压的、总的辅助电源提供。(以下简称辅助电源)也可以直接由车内正极供电源降压提供。三、电路硬件技术方案一、二内的放大、比较、CPU电路方案综述：每个支路电流的单独取样有三种直流电流转换为信号电压的方法：1，每个支路另外串接取样电阻取样：2，每个支路另外配用霍尔电流传感器取样；3，每个支路利用主开关MOS管导通时的沟道电阻做取样电阻取样；本专利技术具体技术方案一、二中，都采用每个支路利用主开关MOS管导通时的沟道电阻做取样电阻取样的方法，将取样电阻上流过电流时得到的取样信号电压送入运算放大器放大，放大后的电压信号，一路输出经电阻分压后直接送到比较器执行高速比较处理，与该支路主回路串接的限流电阻及电感配合，实现输出短路时极限电流保护；另一路经电阻电容延时后，送到比较器执行较高速过流比较处理，实现大电流短延时反时限保护；两路输入电压信号与比较器另一个输入端设定的阀值电压比较后由比较器输出，实现逻辑过流保护输出。经电阻电容延时后的电压信号，还要输出到有ADC转换功能的CPU微处理器的ADC转换输入端，经A/D转换为数字信息后，进行数字数据的分析处理；与该供电支路预设的过电流保护值及预设的反时限保护特性进行比较、处理，处理后的反时限过流保护信息与CPU的其它开关操作控制信息一起，由CPU的另一个I/O端输出，与比较器的输出共同驱动隔离光耦合器一次输入侧，光耦合器输出端连接的MOS管驱动器驱动主开关MOS管，完成其中一个支路的过流保护或者开关操作控制。每个输出支路经由以上分别进行模拟及CPU数字处理的固体过流保险开关，其过流保护时的反时限保护及电压降特性完全满足汽车用熔断器标准和其它直流接线盒熔断器标准的要求，可以取代现有直流电气接线盒内的金属熔丝熔断器及控制继电器。四、CPU操作软硬件技术方案：比较器输出的过电流保护信息传送到CPU的硬件技术方案有2种：1，将逻辑高速比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体操控开关，用于低压直流供电输出的保护与操控；每一路采用固体操控开关的供电输出支路，都有各自独立的电流取样电路、电流信号放大器(4)、放大倍数调整电阻(2+3、5)、短路电流速动电路(7、8、9)、比较器(13)、CPU(19)、CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)、CPU(19)接收速动信号及实现操控输出的输出输入控制接口(20)、CPU(19)设置预存该供电输出支路过流保护阀值参数及过流延时特性参数，CPU(19)针对该供电输出支路的程序、MOS管固体开关驱动电路、MOS管固体开关(1)；电流取样电路获取的电流取样信号送入电流信号放大器(4)、由电阻(2+3、5)决定放大倍数，放大器(4)输出的信号电压经短路电流速动电路(7、8、9)送入比较器(13)的比较输入端，还送入CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)，比较器(13)的输出与CPU(19)的输出输入控制接口(20)，实现比较器逻辑速动输出或CPU中断速动输出，结合CPU(19)程序运行处理后的控制及保护输出，共同经由MOS管固体开关驱动电路，驱动供电输出支路的MOS管固体开关(1)，配合支路回路总阻和总电感，代替金属熔丝熔断器及操控开关或继电器，实现可以恢复的短路电流保护及具有CPU(19)内预存的延时保护特性的过流保护。...

【技术特征摘要】
1.一种固体操控开关，用于低压直流供电输出的保护与操控；每一路采用固体操控开关的供电输出支路，都有各自独立的电流取样电路、电流信号放大器(4)、放大倍数调整电阻(2+3、5)、短路电流速动电路(7、8、9)、比较器(13)、CPU(19)、CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)、CPU(19)接收速动信号及实现操控输出的输出输入控制接口(20)、CPU(19)设置预存该供电输出支路过流保护阀值参数及过流延时特性参数，CPU(19)针对该供电输出支路的程序、MOS管固体开关驱动电路、MOS管固体开关(1)；电流取样电路获取的电流取样信号送入电流信号放大器(4)、由电阻(2+3、5)决定放大倍数，放大器(4)输出的信号电压经短路电流速动电路(7、8、9)送入比较器(13)的比较输入端，还送入CPU(19)具有ADC转换功能的数据采集接口(21)，比较器(13)的输出与CPU(19)的输出输入控制接口(20)，实现比较器逻辑速动输出或CPU中断速动输出，结合CPU(19)程序运行处理后的控制及保护输出，共同经由MOS管固体开关驱动电路，驱动供电输出支路的MOS管固体开关(1)，配合支路回路总阻和总电感，代替金属熔丝熔断器及操控开关或继电器，实现可以恢复的短路电流保护及具有CPU(19)内预存的延时保护特性的过流保护。2.根据权利要求1所述特征，3个以上供电输出支路采用固体操控开关供电输出；制成多路输出低压直流电气接线盒。3.根据权利要求1、2所述特征，采用固体揉控开关的多路输出低压直流电气接线盒是车用固体电气接线盒。4.根据权利要求1、2所述特征，采用固体操控开关的多路输出低压直流电气接线盒是船用固体电气接线盒。5.根据权利要求1、2所述特征，采用固体操控开关的多路输出低压直流电气接线盒是防爆用固体电气接线盒。6.根据权利要求1、2.、3、4、5所述特征，多路低压直流输出电气接线盒内所有采用固体操控开关的输出供电支路的直流电流信号采集是采用各个输出支路M...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘复民，
申请(专利权)人：刘复民，
类型：发明
国别省市：河南;41