本发明涉及一种光电隔离保护装置，尤其涉及一种基于短路测试过电压光电隔离保护装置。
背景技术
光电隔离器以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用，在各种电路中得到广泛的应用。工业应用环境中存在着许多不小的瞬变脉冲，这些瞬变脉冲会影响到数据的传输，甚至伤害互连的设备，为了能够在高速现场总线通信得到无错误的数据传输，工业系统设计工程师必须要对这些干扰进行处理，通常会使用具有绝缘隔离功能的光电隔离器来维持数据的完整性并保护互连设备。目前，国内对于基于短路测试过电压光电隔离保护装置尚无同类型产品的研发，也没有同类型产品的公开，基本上依靠从国外进口设备或装置，但进口的基于短路测试过电压光电隔离保护装置价格昂贵，易损坏或毁坏且设备维修维护费用高昂，譬如根据美国同类型产品价格估算，一套光电隔离进口装置需要人民币近3万元；此外，由于需要进口的缘故，使得设备采购周期加长，并导致运行成本大幅增加，设备的使用效率大大降低。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用光电隔离器、通过过流过压保护电路与反向保护电路形成的双重保护机制实现了在短路测试过电压过程中的保护功能并大大降低了成本且提高了使用效率的基于短路测试过电压光电隔离保护装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
基于短路测试过电压光电隔离保护装置，包括光电隔离模块，光电隔离模块包括用于对被测样品的端口电压进行电压取样并对取样电压进行分压的电阻分压模块、用于对电阻分压模块输出的电信号进行光耦作用的光电隔离器、用于对封装在光电隔离器中的发光二极管进行过流过压保护的过流过压保护模块、与光电隔离器连接并为光电隔离器供电的电源模块，电阻分压模块、过流过压保护模块、光电隔离器依次连接。由电阻分压模块、光电隔离器、过流过压保护模块、电源模块组合形成的光电隔离模块是本发明专利的基于短路测试过电压光电隔离保护装置的核心，具有如下优点和特性：一是分别对本装置和同类型的进口设备或装置进行全实时波形测试比对，测试结果显示：进口设备的比对波形在波形失真上有1％以上左右的畸变，而本装置波形同步度达到100％，因此，可以判定本装置测量水平已达到国际先进水平，实际使用效果高出国外进口的同类型设备或装置，填补了国内技术研发空白；二是本装置对直流端口五种电压进行测量对比，通过与实际测试的直接测量数据比对，比对结果显示：电压完全近似度达到100％，远超测试之前的预期目标；三是本装置已经过断路器试验，稳态电压试验等实际测量试验，数据采集完整，远超测试之前的预期目标；四是本装置经工频耐压5000v、冲击耐压20000v的测试，未对输出产生过电压现象，从安全性上可以确保后级设备安全，远超测试之前的预期目标；五是本装置每套实际的总成本不到60元人民币，而从国外进口一套同类型设备或装置需要近3万元人民币，每套本装置的总成本仅为进口同类型设备或装置价格的1/400，不仅能满足国内需求，而且大大节约了各需求方的使用、运行、维护等各种成本，远超技术研发的预期目标；六是本装置可彻底隔离直流过电压信号，杜绝数据采集系统采集板的损坏：每块采集板为5万元人民币，采购周期约需要3-6个月；以刚投入运行使用一个月烧坏两块采集板为例进行计算，仅采集板一项，就可节约设备维修费用10万元；而以目前各测试实验工作量情况计算，如果3个月无法使用数据采集系统，将造成直接经济损失超百万元；七是本装置的内部参数已形成标准化、规格化，已具备形成商品化运作条件。
作为优选，过流过压保护模块设有过流过压保护电路，过流过压保护电路包括第一二极管，第一二极管的阴极分别与电阻分压模块、发光二极管的阳极连接，第一二极管的阳极与发光二极管的阴极连接。若电阻分压模块输出的电压信号在输入发光二极管时产生瞬时电压值超过正常电压值，则第一二极管被击穿，从而通过击穿第一二极管将电阻分压模块与发光二极管之间的电路断开，从而通过击穿第一二极管保护发光二极管不被击穿，因此得以保护光电隔离器不被损坏。由于本装置的成本大部分集中在光电隔离器元件上，即使发生第一二极管被击穿的情况而需要更换新的第一二极管，而第一二极管相对于光电隔离器来说成本低得多且第一二极管价格便宜，更换一个第一二极管也不到60元人民币，并且更换第一二极管非常方便，因此，与进口同类型的设备或装置相比具有巨大的成本优势和使用价值。
作为优选，过流过压保护电路还包括用于限制流入发光二极管的电流大小的第一限流电阻，第一限流电阻串联连接在第一二极管的阴极与发光二极管的阳极之间。其中，第一限流电阻为1kω；若流过发光二极管的电流大小超过发光二极管的正常电流值，则第一限流电阻对流过发光二极管的电流大小限制在发光二极管的正常电流值内；由于第一限流电阻的限流作用，避免了流过发光二极管的电流过大而将发光二极管击穿，从而进一步保护了光电隔离器。由于第一限流电阻成本极其便宜，相对于光电隔离器的成本来说微乎其微，与进口的光电隔离设备或装置来说可忽略不计，即使由于过流导致毁坏，只需要定期维护或更新即可。
作为优选，过流过压保护电路还包括用于限制流过第一二极管的电流大小的过流过压保护电阻，过流过压保护电阻与第一二极管的阳极串联连接。过流过压保护电阻的作用在于限制流过第一二极管的电流大小，避免发生第一二极管被击穿的情况，从而实现了对第一二极管的过电流保护作用。
作为优选，过流过压保护电阻包括与第一二极管的阳极串联连接并可调节电阻大小的可调节电阻、与可调节电阻串联的第二限流电阻，通过可调节电阻与第二限流电阻的串联连接来调节流过第一二极管的电流大小，从而限制流过第一二极管的电流大小。其中，可调节电阻的电阻调节范围为0-20kω，第二限流电阻为10kω；若流过第一二极管的电流大小超过第一二极管的正常电流值，则通过调大可调节电阻直至将流过第一二极管的电流大小调节到正常电流值为止；由于由可调节电阻与第二限流电阻形成的过流过压保护电阻的存在，使得流过第一二极管的电流大小保持在正常电流值，进一步保证了第一二极管不会发生被击穿的情况，从而实现了对第一二极管的过电流保护作用。由于可调节电阻与第二限流电阻合计成本低廉，相对于第一二极管的成本来说微乎其微，与进口的光电隔离设备或装置来说可忽略不计，即使由于过流导致毁坏，只需要定期维护或更新即可。
作为优选，还包括用于对封装在光电隔离器中的光敏半导体管进行过流保护的反向保护模块，反向保护模块与光敏半导体管连接；反向保护模块设有反向保护电路，反向保护电路包括用于限制流过光敏半导体管的发射极的电流大小的第三限流电阻，第三限流电阻与光敏半导体管的发射极连接。若流过光敏半导体管的电流大小超过光敏半导体管的正常电流值，则第三限流电阻对流过光敏半导体管的电流大小限制在光敏半导体管的正常电流值内；由于第三限流电阻的限流作用，避免了流过光敏半导体管的电流过大而将光敏半导体管击穿，从而进一步保护了光电隔离器。由于第三限流电阻成本极其便宜，相对于光电隔离器的成本来说微乎其微，与进口的光电隔离设备或装置来说可忽略不计，即使由于过流导致毁坏，只需要定期维护或更新即可。
作为优选，反向保护电路还包括第二二极管，第二二极管的两端分别与光敏半导体管的集电极和第三限流电阻连接。其中，第三限流电阻为1kω；若光敏半导体管的集电极与发射极之间的端电压产生的瞬时电压值超过光敏半导体管的正常电压值，则第二二极管被击穿，从而通过击穿第二二极管将光敏半导体管与后级测试设备之间的电路断开，从而通过击穿第二二极管保护光敏半导体管不被击穿，因此得以保护光电隔离器不被损坏。由于本装置的成本大部分集中在光电隔离器元件上，即使发生第二二极管被击穿的情况而需要更换新的第二二极管，而第二二极管相对于光电隔离器来说成本低得多且第二二极管价格便宜，更换一个第二二极管也不到60元人民币，并且更换第二二极管非常方便，因此，与进口同类型的设备或装置相比具有巨大的成本优势和使用价值。
作为优选，反向保护电路还包括用于限制流过第二二极管的电流大小的第四限流电阻，第四限流电阻串联连接在第二二极管与第三限流电阻之间。其中，第四限流电阻为1kω；若流过第二二极管的电流大小超过第二二极管的正常电流值，则第四限流电阻对流过第二二极管的电流大小限制在第二二极管的正常电流值内；由于第四限流电阻的限流作用，避免了流过第二二极管的电流过大而将第二二极管击穿，从而保护了第二二极管，从而进一步保护了光电隔离器。由于第四限流电阻成本低廉，相对于第二二极管的成本来说微乎其微，与进口的光电隔离设备或装置来说可忽略不计，即使由于过流导致毁坏，只需要定期维护或更新即可。
作为优选，电阻分压模块设有电阻分压电路，电阻分压电路包括用于对被测样品的端口电压进行电压取样的取样电阻、用于对取样电阻所取的电压进行分压的分压电阻，取样电阻与分压电阻串联，分压电阻的两端分别与发光二极管的阳极和阴极连接，第一限流电阻串联连接在分压电阻与发光二极管的阳极之间。其中，5个取样电阻串联组合形成取样电路，每个取样电阻为33k′ω，分压电阻为3k′ω。
作为优选，还包括分别连接在被测样品的端口上的电流调节模块、电压调节模块，电流调节模块包括用于调节流过被测样品的电流的前级阻抗和后级阻抗、与前级阻抗串联并用于调节前级阻抗的时间常数的前级电感、与后级阻抗串联并用于调节后级阻抗的时间常数的后级电感，前级阻抗、前级电感、后级阻抗、后级电感均连接在被测样品的端口上；电压调节模块包括用于对被测样品的输入端的端口电压进行限制的压敏电阻，压敏电阻连接在被测样品的端口上。由于压敏电阻的存在，使得当被测样品的端口电压超出2500v时，压敏电阻将电压限制在2500v，从而使得被测样品的输入端的端口电压稳定保持在2500v，从而保证了光电隔离模块及电阻分压模块的输入电压的稳定性。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用光电隔离器，通过过流过压保护电路与反向保护电路形成的双重保护机制，实现了在短路测试过电压过程中的保护功能，大大降低了成本，提高了使用效率；该装置填补了国内技术研发空白，与国外进口同类型设备相比所能产生的直接经济效益超过28万元，成本效益比达到4666.67倍，具有低成本、高效益的明显优点，具有极高的市场推广价值。
附图说明
图1为本发明的基于短路测试过电压光电隔离保护装置实施例的原理框图。
图2为本发明的光电隔离模块实施例的原理框图。
图3为本发明的光电隔离模块实施例的电路图。
图4为本发明的基于短路测试过电压光电隔离保护装置实施例的两极开关直流正常操作性能试验接法图。
图5为本发明的基于短路测试过电压光电隔离保护装置实施例的两极开关直流短路试验接法图。
图6为本发明的基于短路测试过电压光电隔离保护装置实施例的单极开关直流短路试验接法图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
基于短路测试过电压光电隔离保护装置，如图1-6所示，包括光电隔离模块1，光电隔离模块1包括用于对被测样品2的端口电压进行电压取样并对取样电压进行分压的电阻分压模块11、用于对电阻分压模块11输出的电信号进行光耦作用的光电隔离器13、用于对封装在光电隔离器13中的发光二极管131进行过流过压保护的过流过压保护模块12、与光电隔离器13连接并为光电隔离器13供电的电源模块15，电阻分压模块11、过流过压保护模块12、光电隔离器13依次连接。
本实施例中，过流过压保护模块12设有过流过压保护电路120，过流过压保护电路120包括第一二极管1201，第一二极管1201的阴极分别与电阻分压模块11、发光二极管131的阳极连接，第一二极管1201的阳极与发光二极管131的阴极连接。
本实施例中，过流过压保护电路120还包括用于限制流入发光二极管131的电流大小的第一限流电阻1204，第一限流电阻1204串联连接在第一二极管1201的阴极与发光二极管131的阳极之间。
本实施例中，过流过压保护电路120还包括用于限制流过第一二极管1201的电流大小的过流过压保护电阻，过流过压保护电阻与第一二极管1201的阳极串联连接。
本实施例中，过流过压保护电阻包括与第一二极管1201的阳极串联连接并可调节电阻1202大小的可调节电阻1202、与可调节电阻1202串联的第二限流电阻1203，通过可调节电阻1202与第二限流电阻1203的串联连接来调节流过第一二极管1201的电流大小，从而限制流过第一二极管1201的电流大小。
本实施例中，还包括用于对封装在光电隔离器13中的光敏半导体管132进行过流保护的反向保护模块14，反向保护模块14与光敏半导体管132连接；反向保护模块14设有反向保护电路140，反向保护电路140包括用于限制流过光敏半导体管132的发射极的电流大小的第三限流电阻1403，第三限流电阻1403与光敏半导体管132的发射极连接。
本实施例中，反向保护电路140还包括第二二极管1401，第二二极管1401的两端分别与光敏半导体管132的集电极和第三限流电阻1403连接。
本实施例中，反向保护电路140还包括用于限制流过第二二极管1401的电流大小的第四限流电阻1402，第四限流电阻1402串联连接在第二二极管1401与第三限流电阻1403之间。
本实施例中，电阻分压模块11设有电阻分压电路110，电阻分压电路110包括用于对被测样品2的端口电压进行电压取样的取样电阻1101、用于对取样电阻1101所取的电压进行分压的分压电阻1102，取样电阻1101与分压电阻1102串联，分压电阻1102的两端分别与发光二极管131的阳极和阴极连接，第一限流电阻1204串联连接在分压电阻1102与发光二极管131的阳极之间。
本实施例中，还包括分别连接在被测样品2的端口上的电流调节模块3、电压调节模块4，电流调节模块3包括用于调节流过被测样品2的电流的前级阻抗31和后级阻抗33、与前级阻抗31串联并用于调节前级阻抗31的时间常数的前级电感32、与后级阻抗33串联并用于调节后级阻抗33的时间常数的后级电感34，前级阻抗31、前级电感32、后级阻抗33、后级电感34均连接在被测样品2的端口上；电压调节模块4包括用于对被测样品2的输入端的端口电压进行限制的压敏电阻40，压敏电阻40连接在被测样品2的端口上。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。