专利名称：多功能限流保护式固态继电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及固态继电器，特别指带多功能限流保护式固态继电器。
背景技术：
现有的固态继电器负载端多为交流，电压范围24V～600V，电流范围0A～125A；控制端多为直流，输入电压3V～32V，输入电流10mA左右。绝缘电压4KV，输入输出隔离电压2.5KV。一般由低压控制部分和高压开关输出两部分组成。低压控制部分获得低压控制信号通过三极管提供稳定的电流给光电耦合隔离电路，光电耦合隔离电路使低压控制部分电路与高压开关输出部分电路隔开，但可将控制信号输送给高压开关输出部分。高压开关输出部分接收到光电耦合隔离电路送来的开关控制信号，通过输出元件(三端双向可控硅开关元件或逆并联半导体开关元件)进行开关高压回路的动作。实现低压控制信号开关高压回路的功能。高压开关输出部分还带有RC电路及压敏电阻以作浪涌吸收。现有固态继电器的主要缺陷是均无限流保护功能，当固态继电器的高压开关输出回路出现超允许工作电流时没有自动关闭手段，将继续流通此大电流，直到对高压回路中元件造成损坏。即使在高压回路的外电路中加入保护装置效果也不好，因为固态继电器的输出元件非常敏感在数十甚至十几毫秒内即可损坏，一般的保护装置无法起到保护作用。固态继电器具有不可维修性，损坏后须更换，将导致故障恢复延迟，易造成更大经济损失。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进、创新，提供一种性能稳定，寿命长的多功能限流保护式固态继电器。
本实用新型的技术方案是构造一种带限流保护装置的固态继电器，包括低压控制部分和高压开关部分，其特点是本实用新型设置了高低压组合指示和限流带复位保护部分，并且在继电器壳体上设置了低压指示灯LED1、高压指示灯LED2、可调电阻TR和复位按纽AN，其中限流保护部分由限流信号探测电路、整流比较取值电路、保护动作输出电路和保护复位电路组成，所述的低压控制部分接收到外部控制电源信号，指示出有信号电源输入，同时通过内部转换驱动高压带指示开关输出部分进行固态继电器的开关动作。限流带复位保护部分探测高压带指示开关输出部分接通高压回路后流过的高压回路电流，若电流超过设定的保护值，则限流带复位保护部分动作使低压带指示控制部分停止工作，保护复位电路中设置了复位按纽AN，用以短路电路中的可控硅元件使保护停止，恢复至故障动作前。
本实用新型具有高寿命和高可靠的性能，且无机械动作结构，触点功能由固体器件完成，开关速度可以是毫秒级；无电磁干扰，无输入“线圈”及触点燃弧和回跳，是零电压开关，在零电压处导通、零电流处关断，几乎没有开关瞬态效应。当保护动作后，使用复位按钮可实现检验是否故障点排除，若未排除，保护仍将动作，若已排除，固态继电器将恢复正常工作状态。
图1是本实用新型电原理方框图图2是单相电源带固定电阻及复位按纽与组合指示灯的电原理图图3是单相电源带可调电阻及复位按纽与组合指示灯的电原理图图4是三相电源带固定电阻及复位按纽与组合指示灯可同时切断三相的电原理图图5是三相电源带可调电阻及复位按纽与组合指示灯可同时切断三相的电原理图图6是三相电源带固定电阻及复位按纽与组合指示灯只切断故障相的电原理图图7是三相电源带可调电阻及复位按纽与组合指示灯只切断故障相的电原理图图8是带LED组合指示灯和复位按纽的三相和单相继电器外壳示意图图9是带LED组合指示灯、可调电阻TR端和复位按纽的三相和单相继电器外壳示意图具体实施方式
由图1可知，本实用新型包括低压控制部分(1)和高压开关输出部分(2)，其特点是本实用新型设置了低压指示、高压指示和限流带复位保护部分(3)，并且在继电器壳体上设置了低压指示灯LED1、高压指示灯LED2、可调电阻TR和复位按纽AN，其中限流保护部分(3)由限流信号探测电路(3-1)、整流比较取值电路(3-2)、保护动作输出电路(3-3)和保护复位电路(3-4)组成，所述的低压控制部分(1)接收到外部控制电源信号，指示出有信号电源输入，同时通过内部转换驱动高压带指示开关输出部分(2)进行固态继电器的开关动作。限流带复位保护部分(3)探测高压带指示开关输出部分(2)接通高压回路后流过的高压回路电流，若电流超过设定的保护值，则限流带复位保护部分(3)动作使低压带指示控制部分(1)停止工作，保护复位电路(3-4)中设置了复位按纽AN，用以短路电路中的可控硅元件使保护停止，恢复至故障动作前。
由图2至9可知，本实用新型所述的低压控制部分(1)由带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)和光电耦合隔离电路(1-2)组成，带指示的稳流驱动电路(1-1)与光电耦合隔离电路(1-2)相连，当外部控制电源信号输入时，是直流信号则直接使用，若是交流信号则通过整流变成直流信号，同时，指示灯指示有低压信号输入，直流信号通过带指示的稳流驱动电路(1-1)内的元件稳流后使光电耦合隔离电路(1-2)的输入端接收到此信号，光电耦合隔离电路(1-2)将此低压电源信号通过输出端传送至高压带指示的开关输出部分(2)。所述的高压开关输出部分(2)包含高压开关电路(2-1)、主浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路(3-3)，高压开关电路(2-1)中高压开关元件或三端双向可控硅开关元件或逆并联半导体开关元件连接于光电耦合隔离电路(1-2)的输出端。当光电耦合隔离电路(1-2)的输出端给出信号，则使高压开关电路(2-1)的开关元件进行开关动作，主浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路(2-3)均并连在高压开关电路(2-1)上，高压指示电路(2-3)指示高压回路有高压电位差。所述的限流带复位保护部分(3)由限流信号探测电路(3-1)、整流比较取值电路(3-2)、保护动作输出电路(3-3)和保护复位电路(3-4)组成，限流信号探测电路(3-1)通过感应高压带指示开关输出部分(2)的高压回路电流得到交流信号电压，将此交流信号电压送往整流比较取值电路(3-2)进行整流变成直流，整流比较取值电路(3-2)将此直流电压信号取值送往保护动作输出电路(3-3)进行比较，此信号电压若大于保护动作输出电路(3-3)的保护动作电压，则保护动作输出电路(3-3)保护动作，将低压带指示控制部分(1)的带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)关闭，使高压带指示开关输出部分(2)得不到信号停止工作，保护动作后保护复位电路(3-4)使系统重新回到工作状态。所述的保护复位电路(3-4)包括复位按纽AN和可控硅元件SCR31，其中复位按纽AN与可控硅元件SCR31并联连接，按复位按纽AN使可控硅SCR31两端短路不再工作，使电路恢复到初始状态。可适用于单相电源和三相电源，三相电源时，任何一相高压回路的电流超过设定的保护值，都可以单独切断单相或者三相同时切断。所述的全电路可以封装在标准固态继电器的工业盒中，灌上绝缘、阻燃、导热的固化胶即可做成多功能限流保护式固态继电器，其中盒外表设有LED指示灯和可调电阻TR端及复位按纽AN。
本实用新型的具体电路组成和工作原理低压指示控制部分电路由三极管Q1、Q2发光二极管LED1，稳压二极管WD1、WD2，电阻R11、R12、R13、R14、R15组成带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)；光电耦合元件IC组成光电耦合隔离电路(1-2)。当低压控制电源输送信号过来后，电源通过R14给WD2、LED1提供一个工作电流，使其电压在Q2的放大工作区建立一个基准工作电压点。由于Q2是接成射极输出，放大倍数为1主要是跟踪基极电压、提高输入阻抗、提供功率输出。(在这里利用了LED1稳定的管压降和良好的温度补偿)、当控制电源为3V时LED1亮度太低、此时Q2的输出端通过R15增加电流以使其在任意电压下保持相当的亮度。有了R15提供的电流可略抬高Q2基极电压、补偿在控制输入电压偏低时对输出电压的影响。当Q2发射极输出稳定的功率电压后、其电压通过R11、R12、WD1接地、在R12与WD1之间产生了稳压管WD1的固有电压、此电压在Q1的放大工作区、建立一个基准工作电压点它和反馈电阻R13配合相当如一个无穷大的内阻源、其负载电流由R13确定、负载电压相当于WD1的电压、Q1的集电极负载电流基本不随电源电压变化相当稳定，使光电控制工作稳定。达到整个低功耗控制部分电路的消耗不随控制电源增高而工作电流加大、保证了多功能限流保护式固态继电器内部的发热量很低。当Q1被导通时IC被同时导通，IC输出端与高压指示开关输出部分(2部)相连。发光二极管LED1与IC并联，若IC工作，则LED1工作发光。
高压指示开关输出部分由逆并联半导体开关元件SCR21、SCR22、电阻R21组成高压开关电路(2-1)；电阻R22和电容C21或压敏电阻组成主浪涌吸收电路(2-2)；电阻R23、C22、D21和发光二极管LED2组成高压指示电路(2-3)。光电耦合元件IC在其输入端流过电流时激发内部光电感应，在输出端导通将高压开关电路的两个可控硅SCR21、SCR22开通，SCR21、SCR22的关闭和开通就是高压回路的开关动作。C21和R22组成主浪涌吸收电路，当高压回路出现浪涌电压时，可以吸收以保护主可控硅。R23、C22、D21和LED2组成高压指示，当高压回路在固态继电器上有电位差时，发光提供指示。
带组合指示灯LED1亮有低压输入，LED2亮有高压输入但未工作，LED1、LED2同时亮，表示限流保护动作过，需检查复位。
限流带复位保护部分由电流互感器TA、可调电阻TR(或固定电阻R31)组成限流信号探测电路(3-1)；电阻R32和桥式整流二极管D1～D4组成整流比较取值电路(3-2)；电阻R33、电容C31和可控硅SCR31组成保护动作输出电路(3-3)。复位按钮AN组成保护复位电路(3-4)。当高压回路被打开后，高压回路中有电流流过。电流互感器TA会产生一个相应的输出电流。TR(R31)与TA连接。当TA有电流输出时，在TR(R31)的两端会产生一个与电流相应的电压，通过调整TR(R31)的大小可以得到与电流相应的不同比例的信号电压。将在TR(R31)两端得到的信号电压经桥式整流电路D1～D4后，流过R32在其两端变成直流信号电压。其电压与SCR31触发电压进行比较，低于触发电压SCR31不开通，高于触发电压则SCR31开通。R33连在SCR31控制端起限流作用。C31并在SCR31控制端起防止SCR31因外界干扰而发生误动作。当SCR31被开通后，形成了低压控制电源的闭合回路，造成Q1的基极电压不够，从而无法使Q1导通，导致光电耦合元件IC没有信号，最终使高压开关输出部分关闭。达到限流保护的目的。复位按钮AN和SCR31并联在一起，当保护动作后，按AN可使SCR31被短路从而不再工作，使电路恢复到初始状态。三相图和单相图原理一致，每一相的使用元件都相同。只是保护动作时，不同的保护接线图可以让保护动作只切断故障相或者三相同时切断。按钮AN为按一下，三相同时恢复。
本实用新型能够解决原固态继电器无保护功能和短路易损坏的缺陷。其电路元件可直接添加于原有固态继电器标准工业盒中。当多功能限流保护式固态继电器高压开关输出回路中有超设定允许电流流过时，限流保护结构在电流的一个周期内就可动作将固态继电器关断，限制输出回路故障电流以达到保护固态继电器和整个高压回路的功能。当选用可调式电阻时，此故障电流的值可以现场调整，进行相应的保护整定。其指示灯的组合可以表现是否处在故障状态，可以通过指示灯的显示组合判断出故障发生的部分。
本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前题下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求1.一种多功能限流保护式固态继电器，包括低压控制部分(1)和高压开关输出部分(2)，其特征在于本实用新型设置了高低压组合指示和限流带复位保护部分(3)，并且在继电器壳体上设置了低压指示灯LED1、高压指示灯LED2、可调电阻TR和复位按纽AN，其中限流保护部分(3)由限流信号探测电路(3-1)、整流比较取值电路(3-2)、保护动作输出电路(3-3)和保护复位电路(3-4)组成，所述的低压控制部分(1)接收到外部控制电源信号，指示出有信号电源输入，同时通过内部转换驱动高压带指示开关输出部分(2)进行固态继电器的开关动作。限流带复位保护部分(3)探测高压带指示开关输出部分(2)接通高压回路后流过的高压回路电流，若电流超过设定的保护值，则限流带复位保护部分(3)动作使低压带指示控制部分(1)停止工作，保护复位电路(3-4)中设置了复位按纽AN，用以短路电路中的可控硅元件使保护停止，恢复至故障动作前。
2.根据权利要求1所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于所述的低压控制部分(1)由带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)和光电耦合隔离电路(1-2)组成，带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)与光电耦合隔离电路(1-2)相连，当外部控制电源信号输入时，是直流信号则直接使用，若是交流信号则通过整流变成直流信号，同时，指示灯指示有低压信号输入，直流信号通过带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)内的元件稳流后使光电耦合隔离电路(1-2)的输入端接收到此信号，光电耦合隔离电路(1-2)将此低压电源信号通过输出端传送至高压带指示开关输出部分(2部)。
3.根据权利要求1所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于所述的高压开关输出部分(2)包含高压开关电路(2-1)、主浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路(3-3)，高压开关电路(2-1)中高压开关元件或三端双向可控硅开关元件或逆并联半导体开关元件连接于光电耦合隔离电路(1-2)的输出端。当光电耦合隔离电路(1-2)的输出端给出信号，高压开关电路(2-1)的开关元件进行开关动作，主浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路(2-3)均并连在高压开关电路(2-1)上，高压指示电路(2-3)指示高压回路有高压电位差。
4.根据权利要求1所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于所述的限流带复位保护部分(3)由限流信号探测电路(3-1)、整流比较取值电路(3-2)、保护动作输出电路(3-3)和保护复位电路(3-4)组成，限流信号探测电路(3-1)通过感应高压带指示开关输出部分(2)的高压回路电流得到交流信号电压，将此交流信号电压送往整流比较取值电路(3-2)进行整流变成直流，整流比较取值电路(3-2)将此直流电压信号取值送往保护动作输出电路(3-3)进行比较，信号电压若大于保护动作输出电路(3-3)的保护动作电压，保护动作输出电路(3-3)保护动作，将低压控制部分(1)的带稳压指示的稳流驱动电路(1-1)关闭，使高压带指示开关输出部分(2)得不到信号停止工作，保护动作后保护复位电路(3-4)使系统重新回到工作状态。
5.根据权利要求1所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于所述的保护复位电路(3-4)包括复位按纽AN和可控硅元件SCR31，其中复位按纽AN与可控硅元件SCR31并联连接，按复位按纽AN使可控硅SCR31两端短路不再工作，使电路恢复到初始状态。
6.根据权利要求1所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于可适用于单相电源和三相电源，三相电源时，任何一相高压回路的电流超过设定的保护值，都可以单独切断单相或者三相同时切断。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的多功能限流保护式固态继电器，其特征在于所述的全电路可以封装在标准固态继电器的工业盒中，灌上绝缘、阻燃、导热的固化胶即可做成多功能限流保护式固态继电器，其中盒外表设有LED指示灯和可调电阻TR端及复位按纽AN。
专利摘要本实用新型涉及固态继电器，特别指带多功能限流保护式固态继电器。它包括低压控制部分和高压开关部分，其特点是设置了高低压组合指示和限流带复位保护部分，并且在继电器壳体上设置了低压指示灯LED1、高压指示灯LED2、可调电阻TR和复位按纽AN，所述的低压控制部分接收到外部控制电源信号，指示出有信号电源输入，同时通过内部转换驱动高压带指示开关输出部分进行固态继电器的开关动作。限流带复位保护部分探测高压带指示开关输出部分接通高压回路后流过的高压回路电流，若电流超过设定的保护值，则限流带复位保护部分动作使低压带指示控制部分停止工作，保护复位电路中设置了复位按纽AN，用以短路电路中的可控硅元件使保护停止，恢复至故障动作前。
文档编号G01R19/165GK2907019SQ20062005141
公开日2007年5月30日 申请日期2006年6月18日 优先权日2006年6月18日
发明者易宁, 易定华 申请人:易宁, 易定华