电气装置的固态保护电路制造方法及图纸

利用一种能够提供多个保护电平的电路来保护电气设备（１４）不会由于电路故障被破坏。将半导体开关（１８）和电流传感器（２４）与电气设备（１４）串联设置。当流入设备的电流超过第一阈值预定时间周期时，将半导体开关（１８）断开直到电路被特别复位。当流入设备的电流超过第二阈值时，脉冲电流交替地将半导体开关（１８）设置为导通状态和断开状态，这样施加到设备（１４）的平均电流就在可接受范围内。如果电流超过甚或大于第三阈值，则立即使半导体开关（１８）处于断开状态直到电路被手动复位。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于防止设备由于电气故障或电气短路被破坏的机构，更具体地说，本专利技术涉及这种装置，即用电气方法监视电气设备的性能并在发生故障、短路或过负载时发出保护动作。发生电气故障时，重要的是保护电气装置不被破坏。例如，通常采用传统保险丝和机电断路器，当发生短路、检测到过电流后就将设备与供电电源断开。然而，这些传统的保护装置断开流过被保护电气装置的电流的速度相对较慢。因此，在发生故障时，流入设备的过电流足以破坏设备。此外，各种电气装置需要保护装置具有不同的响应特性。例如，实质上，电气设备从开始起动到正常关机流过恒定电流值并且绝对不容许流过短路期间的过电流。这种设备的保护装置必须对相对小的过电流状况作出非常快速的响应。其它类型的电气设备允许在某些时间流过比其运行过程中流过的电流大的瞬时电流，例如在起动时。因此，对高电流条件响应太快的电路保护装置无意中会在出现正常现象时关闭设备的供电电流。因此，这类设备的保护装置必须以容许高主电流的形式作响应。保护装置对过电流的响应方式被称为释放(trip)响应特性或释放曲线，并且保护装置还必须与待保护的特定电气装置相匹配。这通常意味着，保护装置的制造商必须设计、制造并库存大量对电流和时间具有不同释放响应特性的保护装置。因此，要求提供保护装置的基本配置，这种基本配置可以被容易地定做成具有不同释放响应特性。本专利技术用于保护电负载免受过电流破坏的装置采用半导体开关将电负载与电流源接通。电流传感器串联连接到半导体开关并产生传感信号，传感信号显示流过电负载的电流值。将控制电路连接到电流传感器和半导体开关。通过产生控制信号并施加到半导体开关的控制输入端，控制电路响应传感信号。在电流值小于第一阈值时的第一种运行模式下，控制电路保持半导体开关处于持续导通状态。当电流值大于第一阈值并小于第二阈值时，控制电路处于第二种运行模式，在预定时段后使半导体开关断开。在电流值大于第二阈值的第三种工作模式下，控制电路可以使半导体开关交替脉冲地导通和断开，这样就可以对负载施加在不破坏设备的可接受范围内的平均电流。附图说明图1示出根据本专利技术的固态电路保护装置的方框图；图2示出保护装置内的立即释放电路的详图；以及图3示出固态电路保护装置的典型释放响应特性曲线图。首先参考图1，固态电路保护装置10控制将直流施加到电负载14，所示的电负载14为并联的电容器和电阻。固态电路保护装置10具有正电压端12，将正电压端12连接到电源用于对负载14供电。电流从正电压端通过保险丝16、半导体开关18和电感器20流到负载端22到达负载。负载连接在负载端22与电压供给的负端之间，图中所示的电压供给的负端为地。保险丝16为使用导体的传统装置，当在给定时间内流过过电流时，该导体会发热以致熔断。保险丝16可以采用标准保护装置(例如玻璃管外壳保险丝或在印刷电路板上的适当迹线)。在半导体开关18不能导通或错误控制半导体开关的情况下，保险丝16提供冗余保护。当然可以认为保险丝的释放响应时间比电子电路保护的释放响应特性慢。半导体开关18必须能够中断负载电流比并能在待控制的特定负载14规定的额定运行电压范围内通过瞬态电流、过电流和起动电流。n通道场效应晶体管(FET)(例如International Rectifier of E1Segundo,CA 909245 USA推出的IRF1404型场效应晶体管)可以用作半导体开关18。必须降低其导通状态下的通道电阻以将通过FET的压降和热耗降到最低。尽管优选实施例在正电压端12与负载14之间采用半导体开关18，但是可以进行变化将该开关设置到负载的接地端。然而，此变换方法的缺陷在于不能对负载与地线之间的故障进行保护。电压传感器28产生代表负载端电压值的模拟信号。将此模拟信号施加到微控制器26的输入端。当然通过断开半导体开关18，微控制器26响应传感器28输出的表示负载14上的电压的信号。设置电流传感器24以检测在正电压端12与负载14之间的电流值。此传感器必须具有足以覆盖保护装置要求释放响应特性的极限电流的动态范围，并且具有足以实现要求的释放响应特性的快速瞬态响应。电流传感器24可以是霍尔效应传感器，它可以产生代表DC电流值的输出电压并且可以通过导线31将此输出电压施加到微控制器26的模拟输入端。还可以使用其它类型的传统传感器(例如并联电阻器)将电流值表示提供给速度微控制器26。微控制器26基于微处理器并包括具有用于输入电流传感器和电压传感器的输出信号的多路输入的内部模数转换器。微控制器的数字输入/输出电路为固态电路保护装置10的其它部件处理信号。例如，用户控制台25具有小键盘27和指示灯29(例如LED)。小键盘27具有独立瞬时接触开关用于将输入信号送到微控制器26以手动接通或断开固态电路保护装置10，以及复位释放条件。指示灯29由微控制器发出的信号进行供电以指示电路保护装置的运行状态。这些指示灯29之一指示何时释放电路保护装置10。微控制器26还具有内部非易失性存储器，用于存储确定保护功能的软件程序并用于存储软件程序使用的数据(例如释放响应特性)。微控制器26和控制台25可以选择性地控制电路保护装置的附加电极，如以虚线示出的第二电极11。微控制器26通过释放电路36操作半导体开关18，释放电路36产生足以控制半导体开关18优选实施例中的FET19的驱动电压。由于驱动N通道FET19的栅极的电压必须接近10伏大于FET的源极电压，所以释放电路36包括电荷泵或类似电路以产生比正输入端12的电压高的电压。图2示出释放电路36的详图，其中将电流传感器24输出到导线31上的输出信号ISENSE施加到第一电压比较器40。将检测的电流值ISENSE与在微控制器26的模拟输出线37产生的第二阈值ITH2进行比较。根据特定负载14的过电流容差，第二阈值ITH2的固定值被编程到微控制器26。将第一比较器40输出端的比较结果施加到触发器42的RESET输入端。通过升高电阻器44还可以将复位输入端连接到正供电电压V+。触发器42的SET输入端被连接到双输入“与非”门46的输出端，双输入“与非”门46的两个输入端连接在一起作为倒相器使用。第一“与非”门46的输入端被连接到微控制器26的数字输出线33，数字输出线33传送超过15kHz、具体范围在20kHz至30kHz之间、优先为25kHz的固定频率的脉冲信号。此脉冲信号具有固定工作周期，所以形成具有固定宽带的脉冲序列。显然，脉冲序列周期性地置位与具有三个输入端的第二“与非”门48的一个输入端相连的触发器输出端。第二“与非”门48的另一个输入端接收微控制器26的另一个数字输出线33上的ON信号。通过手动操作控制台25的小键盘27上的开关可以确定ON信号被激活还是被关闭。第二“与非”门48的第三输入端接收由第二电压比较器50和第二触发器51构成的瞬时释放机构的输出信号。具体地说，第二比较器50对电流传感器的输出信号ISENSE与第三阈值ITH3进行比较。微控制器26在另一个模拟输出线38上产生第三电流阈值ITH3，并将第三电流阈值ITH3定义为固定数值编程到固态保护电路10。第三电流阈值ITH3大于第二电流阈值ITH2。通过以下对固态电流保护电路的运行过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保护电负载（１４）免受过电流破坏的装置（１０），该装置包括：半导体开关（１８），用于将电负载与电流源（１２）接通并具有控制输入端；电流传感器（２４），被连接到半导体开关（１８）用于产生表示流过电负载（１４）的电流值的传感信号 ；以及控制电路（２６），被连接到电流传感器（２４）和半导体开关（１８）用于通过产生将施加到控制输入端的控制信号来响应传感信号，控制电路具有：第一运行模式，这时电流值小于第一阈值，其中半导体开关（１８）被保持在连续导通状态；第二运行模式， 这时电流值大于第一阈值并小于第二阈值，其中可以在预定时间后使半导体开关（１８）断开；以及第三运行模式，这时电流值大于第二阈值，其中半导体开关（１８）交替脉冲地导通和断开以将流过负载（１４）的电流限制到小于第二阈值。

【技术特征摘要】
US 2000-4-26 09/558,5071．一种用于保护电负载(14)免受过电流破坏的装置(10)，该装置包括半导体开关(18)，用于将电负载与电流源(12)接通并具有控制输入端；电流传感器(24)，被连接到半导体开关(18)用于产生表示流过电负载(14)的电流值的传感信号；以及控制电路(26)，被连接到电流传感器(24)和半导体开关(18)用于通过产生将施加到控制输入端的控制信号来响应传感信号，控制电路具有第一运行模式，这时电流值小于第一阈值，其中半导体开关(18)被保持在连续导通状态；第二运行模式，这时电流值大于第一阈值并小于第二阈值，其中可以在预定时间后使半导体开关(18)断开；以及第三运行模式，这时电流值大于第二阈值，其中半导体开关(18)交替脉冲地导通和断开以将流过负载(14)的电流限制到小于第二阈值。2．根据权利要求1所述的装置(10)，其中控制电路(26)保持在第二运行模式下直到特别复位。3．根据权利要求1所述的装置(10)，其中半导体开关(18)交替脉冲地导通和断开进行具有相同周期的多个循环。4．根据权利要求1所述的装置(10)，其中半导体开关(18)以至少15kHz的速率交替脉冲地导通和断开。5．根据权利要求1所述的装置(10)，其中半导体开关(18)以在20kHz与30kHz之间的速率交替脉冲地导通和断开。6．根据权利要求1所述的装置(10)，其中控制电路(26)具有第四运行模式，这时电流值大于比第二阈值大的第三阈值，其中利用控制信号使半导体开关(18)断开直到装置(10)被特别复位。7．根据权利要求1所述的装置(10)，其中控制电路(26)包括可编程控制器(26)，用于产生具有恒定工作周期的脉冲信号和ON信号；开关驱动电路(60)，根据开关激活信号产生控制信号；以及释放电路(36)，被连接到可编程控制器(26)、开关驱动电路(60)以及电流传感器(24)，所述释放电路包括逻辑电路(40、42、48、50、51、52)，它们在传感信号低于第二阈值并且ON信号被激活时产生开关激活信号，它们还在传感信号大于第二阈值并且ON信号被激活时根据脉冲信号产生脉冲开关激活信号。8．根据权利要求7所述的装置(10)，其中可编程控制器(26)根据在预定时间周期内大于第一阈值的电流值产生去激活ON信号。9．根据权利要求8所述的装置(10)，其中可编程控制器(26)根据电流值存储规定预定时间周期的数据。10．根据权利要求7所述的装置(10)，其中释放电路(36)包括第一比较器(37)，将传感信号与第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗姆K黑斯廷斯，凯林斯亚达布兰德，詹姆斯E汉森，斯科特A里德，戴维J格里特，爱德华L维尔纳，安吉尔博特海茨曼西德，威廉E博克派克，博格帕尔，托马斯E斯特仑西，
申请(专利权)人：尹顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]