專(zhuān)利名稱(chēng)：電器保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電器保護(hù)裝置，更具體地涉及一種具有過(guò)壓及欠壓保護(hù)、且特別適用于對(duì)家用電器進(jìn)行保護(hù)的裝置。
當(dāng)交流電源線路上的電壓突然升得很高，或因負(fù)載過(guò)重等使電源電壓降得很低，都對(duì)使用的電器帶來(lái)很大的威脅。例如由于電網(wǎng)中的三相四線制電源線路的共用中線因故障而斷開(kāi)時(shí)會(huì)使線電壓380伏加到不同線路進(jìn)行分壓造成對(duì)用戶(hù)的實(shí)際供給電壓有的很高，有的很低，而將連接在電源線路上的電視機(jī)、照明燈、電冰箱等燒壞，而且燒壞現(xiàn)象會(huì)涉及一大片的用戶(hù)，又電線因家用電器使用劇增，而造成線路超負(fù)荷時(shí)也會(huì)使電源電壓低于160伏，此時(shí)電機(jī)不能啟動(dòng)，流過(guò)的電流很大，會(huì)燒壞電機(jī)，這對(duì)常時(shí)間與電源線路相連的電冰箱等威脅最大。為此需要一種能在電源線路異常而造成過(guò)壓或欠壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)的裝置，現(xiàn)有的保護(hù)裝置，線路復(fù)雜，成本高，或者本身經(jīng)不起380伏電壓的沖擊，內(nèi)部整流電源或線路元件會(huì)先被燒壞，因而裝置就不能起到保護(hù)作用。
為了克服以上缺點(diǎn)本實(shí)用新型的目的在于提供一種能承受380伏電壓的沖擊，成本便宜，同時(shí)具有過(guò)壓保護(hù)及欠壓保護(hù)功能的電器保護(hù)裝置。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種在電源線路恢復(fù)正常后能延時(shí)一段時(shí)間再接通電源的電器保護(hù)裝置。
本實(shí)用新型的又一目的在于提供一種兼有過(guò)載短路保護(hù)功能的電器保護(hù)裝置。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，其整流電源用二極管作半波整流，并有降壓電阻，濾波電容及穩(wěn)壓管，取樣電路除設(shè)有分壓器代替降壓電阻外也和此電源線路相似，并設(shè)有過(guò)壓取樣電路和欠壓取樣電路，邏輯控制電路，延遲恢復(fù)裝置，電流放大器，作為開(kāi)關(guān)元件的雙向可控硅，該可控硅以交流電源供電，與負(fù)載串聯(lián)。從過(guò)壓或欠壓狀態(tài)恢復(fù)到正常電壓時(shí)經(jīng)延時(shí)一段時(shí)間后可控硅導(dǎo)通，向負(fù)載(電器)供電，而當(dāng)從正常電壓狀態(tài)變成過(guò)壓或欠壓狀態(tài)時(shí)使可控硅立即截止，從而斷開(kāi)電源，邏輯控制電路可由幾個(gè)與非門(mén)或者幾個(gè)或非門(mén)所組成，延時(shí)恢復(fù)裝置有單向?qū)щ娫碗娮枧c電容串聯(lián)的電路，因電容放電是利用單向?qū)щ娫姆聪螂娮杓斑壿嬢斎腴T(mén)的輸入電阻，故能使延時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間約為5分鐘以上。
以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1a為本裝置的整流電源的原理線路圖；圖1b為本裝置的原理方塊圖；圖2為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的原理線路圖；圖3為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的原理線路圖；圖4為本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的原理線路圖；圖5為本實(shí)用新型的第四實(shí)施例的原理線路圖；圖6為本實(shí)用新型附加的過(guò)電流保護(hù)線路的示意圖；圖7為本實(shí)用新型的外觀的示意結(jié)構(gòu)圖。
參見(jiàn)圖1a，圖1a為本實(shí)用新型的裝置中的整流電源的原理線路圖。
圖1a中Q，R接電網(wǎng)交流電源，R為本實(shí)用新型的交直流電源的公共線。D3為整流二極管，R38為降壓電阻，C5為濾波電容，ZD2為穩(wěn)壓管，用以穩(wěn)定整流電壓＋VDD，例如穩(wěn)定在12伏，供給集成電路及晶體管T1等作電源用。此整流電源在電源電壓高達(dá)380伏時(shí)仍能正常工作，可對(duì)穩(wěn)壓管ZD2及電阻R38等作適當(dāng)選擇，即當(dāng)交流電源電壓為160v時(shí)穩(wěn)壓管正好工作在擊穿區(qū)，而交流電源電壓為380v時(shí)其電流小于穩(wěn)壓管的最大工作電流，電阻R38功率的選擇可取電壓為380伏時(shí)設(shè)計(jì)出的電阻的功率，整流二極管D3應(yīng)能承受電源電壓為380伏時(shí)的反壓等。
參見(jiàn)圖1b，圖1b為本實(shí)用新型的裝置的原理方塊圖，圖中1為欠壓取樣電路，其取樣信號(hào)為A，2為過(guò)壓取樣電路，其取樣信號(hào)為B，兩取樣電路皆從電網(wǎng)電壓取樣，3為邏輯控制電路用以完成預(yù)定的邏輯控制功能，其輸出邏輯信號(hào)為C，4為延時(shí)恢復(fù)裝置，5為電流放大器，可用射極跟隨器，以驅(qū)動(dòng)固態(tài)開(kāi)關(guān)6的導(dǎo)通，固態(tài)開(kāi)關(guān)可為一雙向可控硅，與在輸出端上可連接的負(fù)載7串聯(lián)后連到交流電源。邏輯控制電路3所完成的邏輯可見(jiàn)下列的真值表中的A，B，C，表中還附有延時(shí)恢復(fù)裝置4的輸出信號(hào)E的情況。
ABCE正常1001欠壓0010欠壓恢復(fù)1001過(guò)壓1110過(guò)壓恢復(fù)1001邏輯控制電路3可用與非門(mén)或者或非門(mén)等門(mén)電路所組成，目的是作到當(dāng)電網(wǎng)電壓V正常(例如260伏＞V＞160伏)時(shí)，或從欠壓或過(guò)壓狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)E點(diǎn)信號(hào)為1，使雙向可控硅6導(dǎo)通，向負(fù)載7正常供電。而當(dāng)出現(xiàn)欠壓或過(guò)壓時(shí)E點(diǎn)信號(hào)為0使雙向可控硅關(guān)斷，從而使負(fù)載7自動(dòng)斷電，而起到對(duì)負(fù)載的保護(hù)作用。延時(shí)恢復(fù)電路，可以作到在發(fā)生欠壓或過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)能迅速切斷電源，而在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)能延遲接通(約5分鐘延遲)，以保護(hù)冰箱等中的壓縮機(jī)。
參見(jiàn)圖2，圖2為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的原理線路圖；圖中欠壓及過(guò)壓取樣電路由二極管D1，和分壓電阻R1，R2；R4，R3及濾波電容C1，C2分別組成，在∽及公共端丄之間接有交流電源，D1為二取樣電路所公用，顯然也可以每個(gè)取樣電路各用一個(gè)二極管。R1、R2組成欠壓取樣電路1的分壓電路，R2可以選配，以便保證當(dāng)交流電源為正常值時(shí)A點(diǎn)輸出電壓＞7伏為邏輯“1”，而當(dāng)交流電源電壓降至預(yù)定欠壓值(例如160伏時(shí))，A點(diǎn)輸出電壓＜7伏為邏輯“0”，顯然當(dāng)交流電壓過(guò)壓時(shí)，A點(diǎn)輸出電壓仍為1，但為了防止在最壞的情況下交流電源電壓高到380伏時(shí)，不致因A點(diǎn)輸出電壓過(guò)高而燒壞后面的集成電路塊，因而可在A端與公共端之間并接一齊納二極管ZD2，將A點(diǎn)電壓穩(wěn)定在例如9v，以保證電路的安全，C1為濾波電容。R4、R3組成過(guò)壓取樣電路2的分壓器，C2為濾波電容，電阻R3可以選配，以保證當(dāng)交流電源電壓正常時(shí)B點(diǎn)電壓輸出＜7伏(邏輯“0”)，在欠壓時(shí)B點(diǎn)電壓輸出顯然為邏輯“0”，而在過(guò)壓時(shí)即電源電壓升高到預(yù)定過(guò)壓值如260伏以上、380伏以下時(shí)B點(diǎn)電壓輸出為邏輯“1”(＞7伏)。邏輯控制電路3由兩個(gè)與非門(mén)(F1，F(xiàn)2)所組成，延時(shí)恢復(fù)裝置4包括二極管D2，電阻R5，電容C3，及邏輯輸入門(mén)(與非門(mén))F3。與非門(mén)F3的輸出經(jīng)電阻R6加到晶體管T1的基極，晶體管T1的集電極接電源＋12v，其發(fā)射極經(jīng)電阻R7接到雙向可控硅SCR1的控制極，晶體管T1連成射極跟隨器，作為電流放大器推動(dòng)雙向可控硅SCR1的工作，雙向可控硅SCR1的一端接公共端丄，其另一端接一電源插座8的T端，其S端則連到交流電源的一端，該電源插座可用以插電器(如電視機(jī)、電冰箱等)的電源插頭。
以下就其動(dòng)作情況進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)交流電源的電壓正常時(shí)，A點(diǎn)電壓為邏輯1，而B(niǎo)點(diǎn)電壓為邏輯“0”，此時(shí)與非門(mén)F2的一輸入端與B點(diǎn)相連，而另一輸入端與直流電源＋VDD(例如＋12v)相連，與非門(mén)F2的輸出為邏輯“1”，該點(diǎn)(F點(diǎn))的輸出和與非門(mén)F1的一輸入端相連，而與非門(mén)F1的另一輸入端則和A點(diǎn)相連，此時(shí)與非門(mén)F1的輸出為邏輯“0”，與非門(mén)F3的一端(即D端)亦為邏輯“0”，由于其另一端接到直流電源＋VDD，故與非門(mén)F3的輸出E為邏輯“1”，晶體管T1開(kāi)啟，推動(dòng)雙向可控硅SCR1工作，從而輸出電源插座8所接的負(fù)載可以工作，與雙向可控硅兩端并聯(lián)的電阻R8，電容C4可對(duì)雙向可控硅起保護(hù)作用。
當(dāng)出現(xiàn)“欠壓”狀態(tài)時(shí)，A點(diǎn)電壓為邏輯“0”，而B(niǎo)點(diǎn)電壓仍為邏輯“0”，此時(shí)F點(diǎn)電壓為邏輯“1”，C點(diǎn)電壓為邏輯“1”經(jīng)二極管D2向電容C3充電，此時(shí)因二極管D2的正向電阻很小，充電時(shí)間常數(shù)小，因而C3可較快地充足，D點(diǎn)電壓為邏輯“1”，E點(diǎn)電壓為邏輯“0”，晶體管T1不工作，雙向可控硅SCR1也不工作，輸出電源插座迅速斷電，從而對(duì)有關(guān)電器進(jìn)行保護(hù)。
而當(dāng)電源線路故障排除，恢復(fù)正常電壓時(shí)，A點(diǎn)電壓變?yōu)檫壿嫛?”，B點(diǎn)電壓變?yōu)檫壿嫛?”，從而C點(diǎn)電壓又恢復(fù)到邏輯“0”，此時(shí)D2不導(dǎo)通，電容C3上的電壓經(jīng)二極管D2的反向電阻及與非門(mén)F3的輸入電阻放電，由于此兩種電阻阻值都較大，因而放電時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)D點(diǎn)電壓由原邏輯“1”變?yōu)檫壿嫛?”時(shí)須經(jīng)一較長(zhǎng)時(shí)間，此后E點(diǎn)的輸出為邏輯“1”因而雙向可控硅SCR1導(dǎo)通，恢復(fù)向負(fù)載供電。
在過(guò)壓時(shí)A點(diǎn)電壓為邏輯“1”，B點(diǎn)電壓亦為邏輯“1”，故F點(diǎn)的電壓為邏輯“0”，而C點(diǎn)電壓為邏輯“1”，以后各級(jí)的工作情況與欠壓時(shí)相同，使輸出電源插座7的電源電壓為零。待過(guò)壓現(xiàn)象因電網(wǎng)故障的排除而消失時(shí)，A點(diǎn)電壓仍為邏輯“1”，B點(diǎn)電壓為邏輯“0”，從而F點(diǎn)的電壓為邏輯“1”而“D”點(diǎn)電壓為邏輯“0”，此后各級(jí)的工作情況與欠壓時(shí)恢復(fù)情況相同，經(jīng)延時(shí)一段時(shí)間后雙向可控硅SCR1又恢復(fù)導(dǎo)通，輸出電源插座7又有電源輸出。
三個(gè)與非門(mén)(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3)可選用集成電路塊CC4011B。
參見(jiàn)圖3，圖3為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的示意原理線路圖，圖3和圖2的區(qū)別在于在取樣電路后面及與非門(mén)F3前面可分別插接入比較電路F4，F(xiàn)5，F(xiàn)6。他們由運(yùn)算放大器構(gòu)成，其負(fù)輸入端接有分別來(lái)自分壓電路R9，R10，R11；R12，R13，R14；及R15，R16，R17的、其大小可調(diào)節(jié)的參考電壓，其正輸入端則分別接到取樣電壓A，B和二極管D2。各比較電路結(jié)構(gòu)和工作原理相似，故僅以比較電路F4為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)A點(diǎn)電壓為低電位即邏輯“0”時(shí)，因低于來(lái)自R10的參考電壓時(shí)比較電路F4輸出為邏輯“0”，而當(dāng)A點(diǎn)電壓為高電位即邏輯“1”時(shí)因高于參考電壓，故比較電路的輸出(G點(diǎn))為邏輯“1”。這樣本裝置的邏輯控制關(guān)系不會(huì)改變，但過(guò)壓，欠壓動(dòng)作精度可以做得較高，當(dāng)電網(wǎng)電壓大于或小于參考電壓1毫伏時(shí)運(yùn)算放大器就有10v的控制電壓輸出。因G，H的邏輯值分別與A，B的邏輯值相同，故比較器的接入不影響邏輯電路工作，僅僅是為了提高動(dòng)作精度。圖中的比較電路可用集成電路塊LM324作成。三個(gè)比較裝置，顯然可以三個(gè)全用，也可僅用其中的一個(gè)或兩個(gè)。
參見(jiàn)圖4，圖4為本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的原理線路圖，其與圖2的區(qū)別僅在于邏輯電路使用或非門(mén)，因而在電路的連接上有所不同，但A，B，C，D，E點(diǎn)的邏輯關(guān)系是和圖2相同的，在線路連接上欠壓取樣電路的輸出A和或非門(mén)F7的一輸入端相連，或非門(mén)F7的另一端則和公共端相連，其輸出(J點(diǎn))則與或非門(mén)F8的一輸入端相連，而過(guò)壓取樣電路的輸出端(B端)則和或非門(mén)F8的另一輸入端相連，或非門(mén)F8的輸出端K則和或非門(mén)F9的一輸入端相連，而或非門(mén)F9的另一輸入端則與公共端相連，或非門(mén)F9的輸出端(C點(diǎn))則和二極管D2的陽(yáng)極相連。或非門(mén)F10取代圖2中的與非門(mén)F3，兩者不同之處僅在于或非門(mén)F10的一輸入端連接在公共端，而與非門(mén)F3的一輸入端則連接到＋VDD。從邏輯關(guān)系看
在圖2中C＝F·A·
＝BA＝B＋A在圖4中C＝J+B=
＝(A+0＋B)·1＝B＋A又在圖2中E＝D·1=D在圖4中E＝D+0=D從而通過(guò)以上的邏輯式可以證明與非門(mén)F1，F(xiàn)2與或非門(mén)F7，F(xiàn)8，F(xiàn)9的作用及與非門(mén)F3與或非門(mén)F10的作用都是等效的，同時(shí)顯然還可以作其他變化。如與非門(mén)F1，F(xiàn)2還可用一個(gè)非門(mén)和一或門(mén)來(lái)代替，與非門(mén)F3也可以用一非門(mén)代替等。但本實(shí)用新型的線路便于使用集成電路塊，如圖4中的各或非門(mén)只要用例如一個(gè)CC40001 B即可。
參見(jiàn)圖5，圖5為本實(shí)用新型的第4實(shí)施例，與圖3相似，也可以在各取樣電路后或F10門(mén)之前分別加裝比較電路F11，F(xiàn)12，F(xiàn)13，用以分別控制欠壓、過(guò)壓轉(zhuǎn)換等的電壓精度，其原理與圖3中所述很相似，故不作重復(fù)。
參見(jiàn)圖6，圖6為本實(shí)用新型中附加的過(guò)流保護(hù)電路，即在雙向可控硅電路中串聯(lián)一由例如錳銅絲作成的電阻R30，在該電阻上的電壓與負(fù)載電流成正比，此電壓經(jīng)二極管D4整流及電容C16濾波后產(chǎn)生的過(guò)流取樣電壓送到圖4中或非門(mén)F10的原接公共端的輸入端(第9點(diǎn))，如負(fù)載電流過(guò)大，則過(guò)流取樣電壓為邏輯“1”，也可使E點(diǎn)的輸出電壓為邏輯“0”，從而切斷雙向可控硅SCR1，起到過(guò)流保護(hù)作用。在不過(guò)流時(shí)，因過(guò)流取樣電壓的輸出為邏輯“0”，對(duì)原欠壓、過(guò)壓保護(hù)無(wú)任何影響。顯然在圖2中增加一些門(mén)電路也可以使用。
參見(jiàn)圖7，圖7為本實(shí)用新型的示意結(jié)構(gòu)圖，圖中為電器保護(hù)裝置的一種結(jié)構(gòu)外形，18為膠木或塑料的外殼，16為可以插入所要保護(hù)的電器的電源插頭的插座，17為電器保護(hù)裝置的插頭，可以插入到市電的電源插座內(nèi)。內(nèi)部裝有印刷電路板，且其上裝有集成電路塊，電阻、電容，二極管，晶體三極管及雙向可控硅等元件(未圖示)，顯然也可集成作成上面有多個(gè)電源插座，以供電冰箱、電視機(jī)等同時(shí)使用，多個(gè)電源插座除設(shè)在前面外，還可以在其下面及其側(cè)面等設(shè)有電源插座，也可以不設(shè)插頭17，而用電源線與外部電源相連。
這樣本實(shí)用新型可以作到在電網(wǎng)出現(xiàn)過(guò)壓及欠壓現(xiàn)象時(shí)，對(duì)接在電網(wǎng)上的電器進(jìn)行保護(hù)，而且體積小，成本低，使用很方便。
權(quán)利要求1.一種電器保護(hù)裝置包括直流電源，固態(tài)開(kāi)關(guān)，取樣裝置，驅(qū)動(dòng)固態(tài)開(kāi)關(guān)的電流放大器，其特征在于上述直流電源為半波整流的整流電源，上述取樣裝置包括過(guò)壓取樣裝置及欠壓取樣裝置，并設(shè)有邏輯控制裝置和延遲恢復(fù)裝置，該兩裝置響應(yīng)上述取樣裝置產(chǎn)生的取樣電壓在電網(wǎng)上的交流電源電壓處于欠壓或過(guò)壓狀態(tài)下時(shí)，固態(tài)開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通，從而迅速切斷電器的電源，而在電網(wǎng)上的交流電源電壓恢復(fù)正常時(shí)經(jīng)一段時(shí)間延遲后使固態(tài)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，從而重新使電器的電源接通。
2.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述延遲恢復(fù)裝置包含二極管D2，電阻R5、電容C3及邏輯輸入門(mén) F3或F10組成。
3.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述邏輯控制裝置包括與非門(mén)F1及F2，或者包括或非門(mén)F7，F(xiàn)8及F9。
4.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述欠壓取樣裝置包括整流二極管，電阻分壓器R1，R2，濾波電容C1，及與電容C1并聯(lián)的穩(wěn)壓管ZD1。
5.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述過(guò)壓取樣裝置包括整流二極管，電阻分壓器R3，R4及濾波電容C2。
6.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述半波整流的整流電源含整流二極管D3，降壓電阻R38，濾波電容C5，并聯(lián)在電容C5上的穩(wěn)壓管ZD2，及上述固態(tài)開(kāi)關(guān)為雙向可控硅。
7.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述還設(shè)有負(fù)載保護(hù)裝置 R30，D4，C16。
8.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于在邏輯控制裝置的至少一個(gè)輸入端和相應(yīng)的取樣裝置之間插入有比較裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的電器保護(hù)裝置，其特征在于上述邏輯輸入門(mén) F3或F10與二極管D2之間插入有比較裝置。
專(zhuān)利摘要一種電器保護(hù)裝置，包括半波整流的整流電源，過(guò)壓取樣裝置，欠壓取樣裝置，雙向可控硅，邏輯控制裝置及延遲恢復(fù)裝置。在電網(wǎng)上的交流電壓處于欠壓或過(guò)壓狀態(tài)下時(shí)雙向可控硅不導(dǎo)通，切斷電器電源，而在電網(wǎng)上的交流電壓恢復(fù)正常時(shí)經(jīng)一段時(shí)間延遲后雙向可控硅導(dǎo)通，重新使電器的電源接通。當(dāng)電網(wǎng)電壓為380V時(shí)本裝置仍能正常工作。本新型特別適用于對(duì)家用電器和電視機(jī)，電冰箱的保護(hù)，可防止因電網(wǎng)電壓的異常而造成的損壞。
文檔編號(hào)H02H3/20GK2041456SQ88217428
公開(kāi)日1989年7月19日 申請(qǐng)日期1988年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月15日
發(fā)明者陳策沾 申請(qǐng)人:陳策沾