电磁脉冲防护装置制造方法

电磁脉冲防护装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种电磁脉冲防护装置，包括：一体化设计的电磁脉冲防护模块和电磁脉冲检测模块；前者包括电压防护单元，其在施加于电磁脉冲防护模块上的电压超过预设电压值时，将电压钳位到小于或者等于预设电压值；还包括电流防护单元，在流经电磁脉冲防护模块的电流超过预设电流值时，切断自身电路以对被保护电路进行过流保护；后者用于检测作用于电磁脉冲防护模块上的电磁脉冲，并生成检测结果信号，其通过具有限制通过额定电流的电流防护单元与具有指定熔化温度的低温焊点的有效组合，使电磁脉冲防护模块具有对内部集成电压防护单元的过热和过电流断路保护功能，且对内部电压防护单元提供了及时防护，保护了后端用电设备的安全。
【专利说明】电磁脉冲防护装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁脉冲防护和浪涌抑制领域，具体而言，涉及一种具有过流过温保 护和电流检测的电磁脉冲防护装置。

【背景技术】
[0002] 随着电子技术的迅猛发展，电子系统、武器系统等系统功能与效能也随即得到了 极大提升，与此同时，上述系统中的电磁脉冲的冲击同样也得到了加强，而上述系统在面对 电磁脉冲高能量的冲击时体现出了较大的脆弱性，例如，现代军队对军事电子技术装备的 高度依赖性，使军事电子技术装备成为直接影响武器系统乃至整个军事系统整体作战能力 的关键因素，若该电子技术装备遭到电磁脉冲高能量的冲击而被破坏，则会严重削弱军队 的战斗力，故对高强度的电磁脉冲的冲击进行防护成为目前的重要任务。
[0003] 电磁脉冲主要会引起瞬态过电压或电涌效应，这不仅会使电子设备产生误动作 (甚至功能失效），严重的还会造成电子设备的硬件损伤。电磁脉冲对电子设备的影响可以 分为四个级别：扰乱、降级、损坏和摧毁，上述影响级别的判定主要取决于电磁脉冲所产生 的功率、其与目标之间的距离、电磁脉冲辐射的特性以及目标的防护能力等。
[0004] 目前，电磁脉冲防护器件作为一种电磁脉冲防护措施，其防护效果明显，故应用较 广泛。例如，金属氧化物压敏电阻，其是一种常用的电磁脉冲防护器件，具有响应时间快的 优点，能够很好地抑制电磁脉冲和电涌对电子设备的影响，从而起到了抗电磁脉冲保护的 作用。由于金属氧化物压敏电阻的非线性特性，防雷领域经常采用金属氧化物压敏电阻作 为浪涌保护器件，限制暂态过电压和分流浪涌电流，以保护耐压水平低的电子设备免遭雷 击或操作过电压的损害。但是，金属氧化物压敏电阻受到过高的电压或出现持续长时间的 电涌时，会由于过热、过流而导致失效，严重则会出现自燃和爆炸碎裂，甚至产生有害气体 和危害颗粒。因此，金属氧化物压敏电阻的安全性能也成为电磁脉冲防护和雷电防护领域 着重关注问题。
[0005] 相关技术公开了一种防雷模块，包括主体部和连接部，该连接部用于与PLC电连 接，其中几个，所述主体部包括放电管、压敏电阻和压杆，所述连接部包括与所述PLC电连 接的开关簧片，在所述防雷模块正常时，所述压杆压住所述开关簧片，当所述放电管或所述 压敏电阻过热时，所述压杆离开所述开关簧片，以使该开关簧片弹起。
[0006] 但是，相关技术是通过弹性装置带动机械部件指示放电管或压敏电阻过热，但机 械部件反应速度偏慢，无法及时切断电路连接，可能已经造成被保护电路的损坏。在设备现 场无人值守的情况下，无法及时发现故障并实现更换。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提供电磁脉冲防护装置，以解决上述的问题。
[0008] 在本发明的实施例中提供了一种电磁脉冲防护装置，包括：一体化设计的电磁脉 冲防护模块和电磁脉冲检测模块；
[0009] 电磁脉冲防护模块包括电压防护单元和电流防护单元；电压防护单元和电流防护 单元均包括用于连接被保护电路的接线端；
[0010] 电压防护单元在施加于电磁脉冲防护模块上的电压超过预设电压值时，将电压钳 位到小于或者等于预设电压值，以对被保护电路进行过压保护；
[0011] 电流防护单元在流经电磁脉冲防护模块的电流超过预设电流值时，切断自身电路 以对被保护电路进行过流保护；
[0012] 电磁脉冲检测模块用于检测作用于电磁脉冲防护模块上的电磁脉冲，并生成检测 结果信号。
[0013] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，电压防护单元包括压敏电阻，压敏电阻用于在 施加于其上的电压值超过预设电压值时，将电压钳位到小于或者等于预设电压值；
[0014] 电流防护单元包括脱扣装置，脱扣装置在流经压敏电阻的电流值高于预设电流值 时熔断自身电路；
[0015] 电磁脉冲检测模块包括电流检测装置；电流检测装置，用于根据脱扣装置的电流 变化产生感应电流信号。
[0016] 进一步的，该电磁脉冲防护装置还包括电流测量模块；电流测量模块包括：
[0017] 耦合电路，用于对电流检测装置产生的电流信号进行耦合处理；
[0018] 反相电路，用于对耦合电路进行耦合处理的电流信号进行反相处理；
[0019] 积分电路，用于对电流检测装置产生的电流信号进行积分处理；
[0020] 放大电路，用于对积分电路积分处理的电流信号进行放大处理；
[0021] 单片机，用于根据反相电路反相处理后的电流信号和放大电路放大处理后的电流 信号进行整合处理，并生成作用于电磁脉冲防护模块上的电磁脉冲的计数数据；
[0022] 转换电路，用于将单片机整合处理后的感应电流的电流幅度、电流频率信息及电 磁脉冲的计数数据进行转换，并将转换后的信息发送至监控中心。
[0023] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，压敏电阻包括：第一导电盘、压敏电阻基体和 第二导电盘；
[0024] 压敏电阻基体远离电流检测装置的一侧设置有第一导电盘；第一导电盘上设置有 第一引出电极，用于与外部电源和用电负载连接；
[0025] 压敏电阻基体靠近电流检测装置的一侧设置有第二导电盘；脱扣装置的一端与第 二导电盘相连接；
[0026] 电磁脉冲防护模块还包括第三导电盘；
[0027] 电流检测装置远离压敏电阻的一侧设置有第三导电盘；脱扣装置的另一端与第三 导电盘相连接；
[0028] 第三导电盘上设置有第二引出电极，用于与外部电源和用电负载进行连接；其中， 压敏电阻与电流检测装置相隔一预设距离。
[0029] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，电磁脉冲防护模块还包括：第一绝缘盘和第二 绝缘盘；
[0030] 第二导电盘和电流检测装置之间设置有第一绝缘盘；
[0031] 第二导电盘通过第一绝缘盘与电流检测装置紧密贴合设置；
[0032] 电流检测装置和第三导电盘之间设置有第二绝缘盘；
[0033] 电流检测装置通过第二绝缘盘与第三导电盘紧密贴合设置。
[0034] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，第一绝缘盘的中心位置、电流检测装置的中 心位置、第二绝缘盘的中心位置以及第三导电盘上均设置有通孔，通孔用于供脱扣装置穿 过；
[0035] 脱扣装置包括弹性元件，弹性元件具有预设弹性系数，且在达到预设电流值时能 够自动与固定处断开；其中，弹性元件断开时的预设电流值小于压敏电阻损坏时的电流临 界值；弹性元件的横截面呈圆型。
[0036] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，第三导电盘的远离电流检测装置的一侧设置 有凹槽，脱扣装置的一端压接在凹槽上或脱扣装置一端集成设置在第三导电盘上。
[0037] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，第一导电盘、压敏电阻基体、第二导电盘、第一 绝缘盘、第二绝缘盘、第三导电盘的横截面均呈圆型、外径相等，且互相堆叠设置。
[0038] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，电流检测装置上设置有第三引出电极，第三引 出电极上设置有第一接线环，第一接线环用于与监控中心电连接；
[0039] 电流检测装置上设置有第四引出电极，第四引出电极上设置有第二接线环，第二 接线环用于与监控中心电连接。
[0040] 进一步的，该电磁脉冲防护装置还包括设置于第一导电盘，远离压敏电阻基体的 一侧上的第一封盖及设置于第三导电盘，远离第二绝缘盘的一侧的第二封盖；
[0041] 第一封盖及第二封盖用于将压敏电阻、第一绝缘盘、电流检测装置、第二绝缘盘以 及第三导电盘进行封装设置；
[0042] 第一封盖上设置有第一开口，第二封盖上设置有第二开口；第一开口和第二开口 相配合，用于供第一引出电极、第二引出电极、第三引出电极以及第四引出电极引出。
[0043] 本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置，包括：一体化设计的电磁脉冲防护模块 和电磁脉冲检测模块；电磁脉冲防护模块包括电压防护单元和电流防护单元；电压防护单 元和电流防护单元均包括用于连接被保护电路的接线端；电压防护单元在施加于电磁脉冲 防护模块上的电压超过预设电压值时，将电压钳位到小于或者等于预设电压值，以对被保 护电路进行过压保护；电流防护单元在流经电磁脉冲防护模块的电流超过预设电流值时， 切断自身电路以对被保护电路进行过流保护；电磁脉冲检测模块用于检测作用于电磁脉冲 防护模块上的电磁脉冲，并生成检测结果信号与现有技术中的通过弹性装置带动机械部件 指示放电管或压敏电阻过热，但机械部件反应速度偏慢，无法及时切断电路连接，可能已经 造成被保护电路的损坏。在设备现场无人值守的情况下，无法及时发现故障并实现更换的 方案相比，本发明电磁脉冲防护模块采用电压防护单元与电流防护单元集成方式，在采用 电压防护单元实现瞬态过电压保护的基础上，通过具有限制通过额定电流的电流防护单元 与具有指定熔化温度的低温焊点的有效组合，使电磁脉冲防护模块还具有对内部集成电压 防护单元的过热和过电流断路保护功能，并且使用电磁脉冲检测模块，由于无需在外部连 接电流熔断器和热熔断器，不仅保证了对电磁脉冲的及时有效防护，而且在发生极端过压、 过流情况下，由于对内部电压防护单元提供了及时防护，保证了电磁脉冲防护模块不会发 生过热、碎裂、爆炸或火灾，保护了后端用电设备的安全。

【专利附图】

【附图说明】
[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0045] 图1示出了本发明实施例提供的一种电磁脉冲防护装置的原理图；
[0046] 图2示出了本发明实施例提供的另一种电磁脉冲防护装置的原理图
[0047] 图3示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置中电磁脉冲防护模块的透视 图；
[0048] 图4示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置中电磁脉冲防护模块的分解 透视图；
[0049] 图5示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置中电磁脉冲防护模块的剖视 图；
[0050] 图6示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置中电磁脉冲防护模块的左视 剖视图；
[0051] 图7示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置中电流测量模块的各个电路 的原理图；
[0052] 图8示出了本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置与监控中心连接的结构示意 图。
[0053] 图中标记说明：A1、电磁脉冲防护模块；A2、电磁脉冲检测模块;A3、电流测量模 块；
[0054] 1、第一引出电极；2、第一导电盘；3、第一封盖；4、第二引出电极；5、电流防护单 元；6、第三导电盘；7、弹性元件；8、第二封盖；9、第三引出电极；10、第四引出电极；11、第 一绝缘盘；12、第二导电盘；13、压敏电阻基体；14、第二绝缘盘；15、Rogowski线圈骨架； 16、电流检测线圈；17、灌封层；18、电压防护单元；19、脱扣装置；20、第一电流检测模块输 入端；21、第二电流检测模块输入端；22、第一电流检测模块上传端；23、第二电流检测模块 上传端；24、压敏电阻；25、电流检测装置；26、监控中心；
[0055] 31、耦合电路；32、反相电路；33、积分电路；34、放大电路；35、单片机；36、转换电 路。

【具体实施方式】
[0056] 下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0057] 在本发明的实施例中提供了一种电磁脉冲防护装置，如图1所示，包括：一体化设 计的电磁脉冲防护模块A1和电磁脉冲检测模块A2 ;电磁脉冲防护模块A1包括电压防护单 元18和电流防护单元5 ;电压防护单元18和电流防护单元5均包括用于连接被保护电路 的接线端；电压防护单元18在施加于电磁脉冲防护模块A1上的电压超过预设电压值时，将 电压钳位到小于或者等于预设电压值，以对被保护电路进行过压保护。电流防护单元5在 流经电磁脉冲防护模块A1的电流超过预设电流值时，切断自身电路以对被保护电路进行 过流保护。电磁脉冲检测模块A2用于检测作用于电磁脉冲防护模块A1上的电磁脉冲，并 生成检测结果信号。
[0058] 本发明实施例提供的电磁脉冲防护装置，与现有技术中的通过弹性装置带动机械 部件指示放电管或压敏电阻24过热，但机械部件反应速度偏慢，无法及时切断电路连接， 可能已经造成被保护电路的损坏。在设备现场无人值守的情况下，无法及时发现故障并实 现更换的方案相比，本发明电磁脉冲防护模块A1采用电压防护单元18与电流防护单元5 集成方式，在采用电压防护单元18实现瞬态过电压保护的基础上，通过具有限制通过额定 电流的电流防护单元5与具有指定熔化温度的低温焊点的有效组合，使电磁脉冲防护模块 A1还具有对内部集成电压防护单元18的过热和过电流断路保护功能，并且使用电磁脉冲 检测模块A2,由于无需在外部连接电流熔断器和热熔断器，不仅保证了对电磁脉冲的及时 有效防护，而且在发生极端过压、过流情况下，由于对内部电压防护单元18提供了及时防 护，保证了电磁脉冲防护模块A1不会发生过热、碎裂、爆炸或火灾，保护了后端用电设备的 安全。
[0059] 如图3-图5所示，具体的，本实施例中的电磁脉冲检测模块A2可以为电流检测线 圈16 ;该电流检测部件采用将Rogowski(Rogowski Coil,罗哥夫斯基线圈）灌封，Rogowski 线圈骨架15采用非磁性圆形绝缘骨架，并使用铜制漆包线均匀绕制在该非磁性圆形绝缘 骨架上，从而形成电流检测线圈16,并且采用环氧树脂灌封成中间有通孔的圆盘状的灌封 层17。
[0060] 其中，Rogowski线圈测量电流是以电磁感应定律和安培环路定律为理论依据。例 如，电流检测线圈16的匝数、直径可以按照电磁感应定律和安培环路定律来确定。
[0061] 进一步的，如图2-图6所示，该电磁脉冲防护装置中，电压防护单元18包括压敏 电阻24,压敏电阻24用于在施加于其上的电压值超过预设电压值时，将电压钳位到小于或 者等于预设电压值；电流防护单元5包括脱扣装置19,脱扣装置19在流经压敏电阻24的 电流值高于预设电流值时熔断自身电路；电磁脉冲检测模块A2包括电流检测装置25,电流 检测装置25用于根据脱扣装置19的电流变化产生感应电流信号。
[0062] 具体的，压敏电阻24为常用的金属氧化物压敏电阻24;所说预设电压值即为该金 属氧化物压敏电阻24损坏的电压临界值（即金属氧化物压敏电阻24的击穿电压值临界 值）。该预设电压值的具体设置方式和大小本发明不作具体限制。用户可以根据具体情况 对该预设电压值进行设置。
[0063] 具体的，脱扣装置19可以是具有一个特定的截面面积，其可以直接作为压敏电阻 24过电流的保险丝用。
[0064] 其中，预设电流可以设置为：低于致使压敏电阻24损坏的、且高于脱扣装置19自 身熔断的电流临界值的之间的数值，其具体设置方式和大小本发明不作具体限制。用户可 以根据具体情况对该预设电流值进行设置。具体的，在被保护电路的接线端和压敏电阻24 中有极端过电流发生时，（具体的，极端过电流即为电流大小达到脱扣装置19的熔断电流 时），脱扣装置19自身可以熔断，从而切断了流经电磁脉冲防护模块A1的电流通路。脱扣 装置19截面面积的选择，需要保证过电流断路的电流值比金属氧化物压敏电阻24损坏的 临界值低。
[0065] 进一步的，如图2、图7和图8所示，该电磁脉冲防护装置还包括电流测量模块A3 ; 电流测量模块A3包括：
[0066] 耦合电路31 (也可以叫采样耦合电路31)，用于对电流检测装置25产生的电流信 号进行耦合处理。
[0067] 反相电路32,用于对耦合电路31进行耦合处理的电流信号进行反相处理。
[0068] 积分电路33,用于对电流检测装置25产生的电流信号进行积分处理。
[0069] 放大电路34,用于对积分电路33积分处理的电流信号进行放大处理。
[0070] 单片机35,用于根据反相电路32反相处理后的电流信号和放大电路34放大处理 后的电流信号进行整合处理，并生成作用于电磁脉冲防护模块A1上的电磁脉冲的计数数 据。
[0071] 转换电路36,用于将单片机35整合处理后的感应电流的电流幅度、电流频率信息 及电磁脉冲的计数数据进行转换，并将转换后的信息发送至监控中心26。
[0072] 具体的，电磁脉冲检测模块A2(即电流检测线圈16)，配合由耦合电路31、反相电 路32、积分电路33、放大电路34、单片机35和转换电路36 (具体为电平转换电路）组成的 电流测量模块A3 ;能够通过单片机35将经过耦合、反相处理的电流信号和经过积分、放大 处理的电流信号进行整理处理，并记录电磁脉冲的计数数据（即雷电脉冲计数）；其不仅能 够实现雷电脉冲计数，而且能够实时测量通过电磁脉冲防护模块A1的电流，判断电磁脉冲 防护模块A1内部的电压防护单元18 (即压敏电阻24)特性是否劣化，能够在电磁脉冲防护 模块A1失效时，及时提醒用户更换电磁脉冲防护模块A1，避免了后续由于被保护电路的用 电设备在失效的电磁脉冲防护模块A1保护的情况下继续工作，而造成事故的进一步扩大。
[0073] 具体的，流过电磁脉冲防护模块A1的电流值处于正常值时，电磁脉冲为标准或者 接近标准的正弦波（所谓接近标准即是在正常范围内的小峰值且短时间的波动），然而当 电压防护单元18(即压敏电阻24)劣化后，流过压敏电阻24的电流即会发生变化，例如 短时间内电磁脉冲峰值过高或者过低，或者长时间的电磁脉冲峰值处于高峰值或低峰值状 态；或者电磁脉冲不规则的发生变化，这些状态的电磁脉冲都预示着被保护电路的用电设 备正处于危险状态，故在上述非正常状态下，电磁脉冲检测模块A2均能通过感应磁通量的 变化而产生感应电流信号，进而将该感应电流信号经由上述电路发送至单片机35,由单片 机35实现雷电脉冲计数，最后经由转换电路36将该感应电流信号进行适合的转换，以便将 该感应电流信号发送至监控中心26,以便监控中心26的工作人员可以实时看到检测信息。
[0074] 电磁脉冲检测模块A2，通过其连接的由耦合电路31、反相电路32、积分电路33、放 大电路34和单片机35等组成的电流测量模块A3,将电流测量数据、雷电脉冲计数数据上 传到监控中心26的计算机，不仅能够判断电磁脉冲防护模块A1的当前工作状态，及时指示 内部压敏电阻24的劣化失效，提醒及时更换电磁脉冲防护模块A1，还能够实现雷电脉冲计 数。
[0075] 具体的，该装置通过第一电流检测模块输入端20和第二电流检测模块输入端21 接收电磁脉冲检测模块A2发送的感应电流信号；并通过第一电流检测模块上传端22和第 二电流检测模块上传端23向监控中心26发送处理过的感应电流信号。
[0076] 另外，电流测量模块A3还可以包括报警装置，该报警装置与转换电路36电连接， 用于当接收到感应电流信号时，发出警报以指示报警，用以提醒用户电磁脉冲不符合预设 范围或者超出预设范围。
[0077] 进一步的，如图3-图6所示，该电磁脉冲防护装置中，压敏电阻24包括：第一导电 盘2、压敏电阻基体13和第二导电盘12 ;压敏电阻基体13远离电流检测装置25的一侧设 置有第一导电盘2 ;第一导电盘2上设置有第一引出电极1，用于与外部电源和用电负载连 接；压敏电阻基体13靠近电流检测装置25的一侧设置有第二导电盘12 ;脱扣装置19的一 端与第二导电盘12相连接；
[0078] 电磁脉冲防护模块A1还包括第三导电盘6 ;电流检测装置25远离压敏电阻24的 一侧设置有第三导电盘6 ;脱扣装置19的另一端与第三导电盘6相连接；第三导电盘6上 设置有第二引出电极4,用于与外部电源和用电负载进行连接；其中，压敏电阻24与电流检 测装置25相隔一预设距离。
[0079] 本发明所有实施例中均以电流检测装置25为电流检测线圈16为例进行说明；具 体的，第一导电盘2和第二导电盘12作为压敏电阻24的两极，可以使用金属银来制作，因 为银具有出色的散热和导电特性，当然也可以使用金属铝等其他适合的材料，以降低生产 成本。
[0080] 具体的，第一导电盘2与第二导电盘12之间的压敏电阻基体13采用压敏电阻24 基本生产工艺制作，有两层平行的上下面，能够确保电磁脉冲或雷电电流能够有效地进出 压敏电阻基体13。此外，压敏电阻基体13的形状是经过规整的，所以它紧密贴合在第一导 电盘2与第二导电盘12表面，并且MOV(metal-〇xide_varistor，即金属氧化物压敏电阻） 层的边缘同第一导电盘2与第二导电盘12的边缘可同步延展。
[0081] 并且，发明实施例提供的电磁脉冲防护模块A1，有一对平行的第一导电盘2和第 三导电盘6 ;处于下面的第一导电盘2内部为一个碟形的金属体，并从边缘处延伸出第一引 出电极1 ;处于上面的第三导电盘6,其中间有一个圆孔的垫圈状体。同样的，第三导电盘6 也从边缘处延伸出第二引出电极4,引出的第一引出电极1和第二引出电极4被设计用做电 引线，与外部电源和用电设备并联。
[0082] 脱扣装置19的一端牢固的固定在第二导电盘12的上表面中心，可采用低温焊接 或者其他焊接方法。当被保护电路出现过电压情况时，第二导电盘12的温度会因为压敏电 阻基体13产生的热量而升高。当第二导电盘12的温度达到预设温度（该预设温度是第二 导电盘12的实际特性能够正常工作且是低温焊点融化的温度时，例如120°C )，即低温焊点 的熔化温度，该温度低于压敏电阻基体13的失效温度，低温焊点便会熔化，将脱扣装置19 的与第二导电盘12焊接的一端释放。因为脱扣装置19是拉伸过的，所以当低温焊点熔化 以后，脱扣装置19便从与第二导电盘12连接的位置脱离开来，到达远离第二导电盘12的 位置，断开与第二导电盘12的电路连接。特别需要注意的是，远离第二导电盘12的位置必 须充分地离开第二导电盘12,即与第二导电盘12具有足够远的距离，以防止第二导电盘12 和处于原理第二导电盘12的位置的第二导电盘12产生电弧。
[0083] 进一步的，如图3-图6所示，该电磁脉冲防护装置中，电磁脉冲防护模块A1还包 括：第一绝缘盘11和第二绝缘盘14 ;第二导电盘12和电流检测装置25之间设置有第一绝 缘盘11 ;第二导电盘12通过第一绝缘盘11与电流检测装置25紧密贴合设置；电流检测装 置25和第三导电盘6之间设置有第二绝缘盘14 ;电流检测装置25通过第二绝缘盘14与 第三导电盘6紧密贴合设置。
[0084] 具体的，第二导电盘12的上面是第一绝缘盘11。第一绝缘盘11即为一个垫圈形 状，上下表面均平整设置，且该第一绝缘盘11中间设置有圆孔贯穿。其中，本实施例中的第 一绝缘盘11的边缘也是经过规整的，它与第二导电盘12有同步延展性。
[0085] 第一绝缘盘11与第二导电盘12紧贴设置，以便第一绝缘盘11的下表面抵接第二 导电盘12的上表面。
[0086] 具体的，第一绝缘盘11的上表面与电磁脉冲检测模块A2紧贴设置；电磁脉冲检测 模块A2的上表面与第二绝缘盘14紧贴设置。同理，第二绝缘盘14与第一绝缘盘11相类 似，同样呈垫圈形状，其上下表面均平整设置，中间有个圆孔贯穿。第二绝缘盘14的边缘同 样是经过规整的。第二绝缘盘14上表面与第三导电盘6紧贴设置。
[0087] 其中，整个电磁脉冲检测模块A2的中间通孔直径与第一导电盘2的中间通孔直 径、第一绝缘盘11的中间通孔直径、第二绝缘盘14的中间通孔直径均相同。整个电磁脉冲 检测模块A2的外径与第一导电盘2的外径、第一绝缘盘11的外径、第二绝缘盘14的外径 均相同，该外径值小于压敏电阻基体13的外径值。
[0088] 进一步的，如图3和图4所示，该电磁脉冲防护装置中，第一绝缘盘11的中心位 置、电流检测装置25的中心位置、第二绝缘盘14的中心位置以及第三导电盘6上均设置有 通孔，通孔用于供脱扣装置19穿过；脱扣装置19包括弹性元件7,弹性元件7具有预设弹 性系数，且在达到预设电流值时能够自动与固定处断开；其中，弹性元件7断开时的预设电 流值小于压敏电阻24损坏时的电流临界值；弹性元件7的横截面呈圆型。
[0089] 具体的，脱扣部件包括一个弹性元件7,其一端电连接到第三导电盘6,另一端采 用低温焊接固定在第二导电盘12上；弹性元件7可以设计一个特定的截面面积，在被保护 电路出现过电流情况时，与第二导电盘12接触的焊点可以熔化，从而可以直接作为金属氧 化物压敏电阻24过电流的保险丝用。这里关键的是，过电流断路的电流值应该比金属氧化 物压敏电阻24损坏的临界值低，即在金属氧化物压敏电阻24损坏前，弹性元件7先行熔 断。
[0090] 其中，该弹性元件7实现脱扣是通过低温焊点的熔化或弹性元件7的熔断来实现 的。尽管图4中只显示了一个弹性元件7,但是使用多个弹性元件7,以上述方式固定在第 二导电盘12上也是切实可行的。多个弹性元件7将提供更大的电流熔断范围，同时可保留 本发明独立的热敏特性。
[0091] 进一步的，该电磁脉冲防护装置中，第三导电盘6的远离电流检测装置25的一侧 设置有凹槽，脱扣装置19的一端压接在凹槽上或脱扣装置19 一端集成设置在第三导电盘 6上。
[0092] 具体的，第三导电盘6的上表面可以加工凹槽供弹性元件7的一端进行安装（具 体的安装方式可以是焊接）。该弹性元件7 -端连接第二导电盘12的上表面，其另外一端 连接第三导电盘6上表面的凹槽处，使得固定更牢固。
[0093] 进一步的，如图3-图6所示，该电磁脉冲防护装置中，第一导电盘2、压敏电阻基 体13、第二导电盘12、第一绝缘盘11、第二绝缘盘14、第三导电盘6的横截面均呈圆型、夕卜 径相等，且互相堆叠设置。
[0094] 进一步的，如图3-图6以及图8所示，该电磁脉冲防护装置中，电流检测装置25 上设置有第三引出电极9,第三引出电极9上设置有第一接线环，第一接线环用于与监控中 心26电连接；电流检测装置25上设置有第四引出电极10，第四引出电极10上设置有第二 接线环，第二接线环用于与监控中心26电连接。
[0095] 具体的，电磁脉冲检测模块A2的两个端子分别延伸出第三引出电极9与第四引出 电极10，用于连接电流测量模块A3。
[0096] 进一步的，如图3-图6所示，该电磁脉冲防护装置还包括设置于第一导电盘2,远 离压敏电阻基体13的一侧上的第一封盖3及设置于第三导电盘6,远离第二绝缘盘14的一 侧的第二封盖8 ;第一封盖3及第二封盖8用于将压敏电阻24、第一绝缘盘11、电流检测装 置25、第二绝缘盘14以及第三导电盘6进行封装设置；第一封盖3上设置有第一开口，第 二封盖8上设置有第二开口；第一开口和第二开口相配合，用于供第一引出电极1、第二引 出电极4、第三引出电极9以及第四引出电极10引出。
[0097] 具体的，本实施例中所用的电磁脉冲防护模块A1制作的最后工序是用第一封盖 3(下封盖）和第二封盖8(上封盖）来封闭并保护电磁脉冲防护模块A1内部的组成部件以 及与电磁脉冲防护模块A1 -体化设置的电磁脉冲检测模块A2。
[0098] 其中，第一封盖3和第二封盖8优选使用绝缘材质制作，并分别设置有第一开口和 第二开口（具体的，第一封盖3和第二封盖8将脉冲防护模块内部的组成部件以及与电磁 脉冲防护模块A1 -体化设置的电磁脉冲检测模块A2进行封装后，即为整个封盖上设置有 缺口），以便于第一引出电极1、第二引出电极4、第三引出电极9和第四引出电极10伸出 电磁脉冲防护模块A1外壳。电磁脉冲防护模块A1内部的空腔要求气密性良好，可以灌注 SF6 (六氟化硫）气体或采用其他方式用于辅助消除产生的电弧。
[0099] 下面对本发明实施例提供的电流测量模块A3中的耦合电路31、反相电路32、反相 电路32、放大电路34、单片机35以及转换电路36进行具体说明 ：
[0100] 具体的，电流测量模块A3的原理如下（如图2和图7所示）。电磁脉冲检测模块 A2的输出一路经积分电路33、放大电路34放大后送到单片机35的A/D输入端，由单片机 35进行A/D转换，完成电流幅度与频率的测量；电流检测线圈16的输出另一路经采样耦合 电路31，通过反相电路32反相后输出雷电计数脉冲，送入单片机35的定时器/计数器T1 引脚，定时器/计数器被预先设置成计数器方式和下降沿触发，由单片机35内部程序完成 雷电脉冲计数。单片机35将电流幅度、频率测量数据、雷电脉冲计数数据，通过TXD、RXD引 脚连接的电平转换电路36完成TTL电平到RS232电平转换，送到监控中心26的计算机，实 现对电磁脉冲防护模块A1的电流检测和雷电脉冲计数，能够判断电磁脉冲防护模块A1的 当前工作状态，及时指示电磁脉冲防护模块A1内部压敏电阻24的劣化失效，提醒及时更换 电磁脉冲防护模块A1。如图7所示：
[0101] 1、耦合电路31，采用由R组成的电流采样电路，由D1(双向稳压二极管）、D2、D3、 C21、R21组成的箝位、桥式整流电路，以及由光耦器件和D4组成的光电隔离电路组成。其 中，R为电流采样电阻，D1完成双向电压箝位，D2完成桥式整流，D3、C21完成箝位和滤波， 光耦器件采用4N35 ;D4为保护二极管，可选择D1型号TVP510 ;D2为3A/500V整流全桥；D3 为10V/0. 5A稳压二级管，D4为1N4007，C21为33UF/470V ;本实施例中的电阻R为4. 7k，电 阻R21为2k。
[0102] 2、反相电路32,完成输入信号的反相，采用74HC04反相器及其外围电路R22、C22、 C23、D5组成，输出连接单片机35的定时器/计数器T1引脚，R22、C22完成滤波，C23、D5完 成箝位作用。可选择 R22 为 10k，C22 为 0· 1UF，C23 为 0· 01UF，D5 为 1N4733A。
[0103] 3、积分电路33,采用运放IC1和外围电路Rl、R2、R4、R5、R6、Cl、C2和C3组成。 IC1可以选用ICL7650斩波稳零运放，用于构建积分电路33, R1为积分电阻，C1为积分电 容，可选择C1为0. luF，Rl = 100k。在运算放大器同相输入端的R2、R4、R5和R6,用于失调 电压调零，R4起隔离作用，R4 >> R5+R6,可选择R4 = 100k，R5 = R6 = 10k。电容C2和 C3直接影响到运算放大器自动稳零的精度，需选用高阻抗、瓷介质、聚苯乙烯材料的优质电 容，其值可取C2 = C3 = 0. luF。R2为47k电位器。
[0104] 4、放大电路34，采用运放扣2和外围电路1?7、1?8、1?9、1?10组成。1?7用于输入电压 调整，IC2可以选用0P07运算放大器，用于构建放大电路34,可将其增益设计为10,其值可 取 R9 = 100k，R8 = RIO = 10k，R7 为 47k 电位器。
[0105] 5、单片机35,单片机IC3可以选用内部集成A/D转换的MCS-51系列单片机，如 STC12C5A16S2,或者采用独立A/D转换芯片加单片机35实现相同的功能。
[0106] 6、转换电路36,可以使用电平转换电路IC4,采用RS232接口转换芯片，可以选用 MAX232,实现电流测量数据和雷电脉冲技术数据的抗干扰传输。如果监测中心的计算机与 电磁脉冲防护装置的距离超过15米，可以将RS232接口转换芯片替换为RS485接口转换芯 片，如 MAX485。
[0107] 如图8所示，本发明提供的一种电磁脉冲防护装置，由电磁脉冲防护模块A1以及 电磁脉冲检测模块A2和电流测量模块A3组成，电磁脉冲防护模块A1并联在交流供电电源 与用电负载之间的通路上。电磁脉冲防护模块A1内部的电流检测线圈16与电流测量模块 A3并联，电流测量模块A3的RS232接口输出与监测中心的计算机RS232接口连接。如果 监测中心的计算机与电磁脉冲防护装置距离超过15米，可以将电磁脉冲防护装置的RS232 接口转换芯片替换为RS485接口转换芯片，如MAX485,监控中心26的计算机需相应安装 RS485 接口卡。
[0108] 本发明提供的一体化设计的电磁脉冲防护模块A1和电磁脉冲检测模块A2采用了 一种双重保护方法，它既可以独立响应过热的情况，也可以独立响应过电流的情况，还可以 响应过电流与过热同时发生的情况，在出现上述两种情况中的至少一种情况时，及时切断 流经电磁脉冲防护模块A1的电流通路，防止金属氧化物压敏电阻发生过热或碎裂，甚至燃 烧。过电流的断路能力与弹性元件7的直径有密切关系，并且直径设计要小于能对金属氧 化物压敏电阻造成伤害的临界数值。
[0109] 本发明的目的旨在提出一种电磁脉冲防护装置，由一体化设计的电磁脉冲防护模 块A1和电磁脉冲检测模块A2以及电流测量模块A3组成，这种电磁脉冲防护装置安全性 可靠，电磁脉冲防护模块A1在过电流、过电压导致的过热情况下，实现电磁脉冲防护模块 A1的快速脱离，不会遭到物理损坏、破裂甚至爆炸，而且能够通过电磁脉冲检测模块A2实 时检测作用于所述电磁脉冲防护模块A1上的电磁脉冲，并生成检测结果信号，并发送至其 连接的电流测量模块A3,对流经电磁脉冲防护模块A1的电流进行在线监测，以便及时更换 失效的电磁脉冲防护模块A1，防止由于未及时更换而给被保护电子设备带来安全威胁；此 夕卜，通过电流检测线圈16连接的电流测量模块A3,还能够实现雷电脉冲计数功能。
[0110] 具体的，电磁脉冲防护模块A1在被保护电路中有极端过压发生时，流过金属氧化 物压敏电阻的过电压浪涌将导致压敏电阻基体13的温度增加，压敏电阻基体13将热量传 递到位于压敏电阻基体13上方的第二导电盘12,再将热量传递给弹性元件7与第二导电盘 12中心相连接的低温焊点。当温度达到低温熔点温度（摄氏120度）时，低温焊点熔化， 弹性元件7在弹性驱动下脱离与第二导电盘12的连接，到达与第三导电盘6处于相同平面 的位置，切断了流经电磁脉冲防护模块A1的电流通路。由于弹性元件7离开第二导电盘 12的距离足够远（例如大于1. 5厘米），能够防止在弹性元件7与第二导电盘12间形成电 弧，避免如果产生电弧而导致的续流存在，进而导致金属氧化物压敏电阻的过度温升，而造 成金属氧化物压敏电阻可能出现的起火燃烧。
[0111] 并且，由于弹性元件7具有一个特定的截面面积，从而可以直接作为金属氧化物 压敏电阻过电流的保险丝用。在极端过电流发生时，当电流大小达到弹性元件7的熔断电 流时，弹性元件7可以熔断，从而切断了流经电磁脉冲防护模块A1的电流通路。弹性元件 7截面面积的选择，需要保证过电流断路的电流值比金属氧化物压敏电阻损坏的临界值低。
[0112] 电磁脉冲防护模块A1采用了集过热熔化的低温焊点和过流熔断的弹性元件7于 一体的保护手段，与采用弹簧元件会由于弹簧退火等原因造成的假脱扣，以及脱扣反应慢 的特点相比，具有脱扣更加快速、准确的优点，能够在由于温度过高受到损伤前，实现电流 通路的有效。
[0113] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成 的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储 在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们 中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。
[0114] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种电磁脉冲防护装置，其特征在于，包括：一体化设计的电磁脉冲防护模块和电 磁脉冲检测模块； 所述电磁脉冲防护模块包括电压防护单元和电流防护单元；所述电压防护单元和电流 防护单元均包括用于连接被保护电路的接线端； 所述电压防护单元在施加于所述电磁脉冲防护模块上的电压超过预设电压值时，将所 述电压钳位到小于或者等于所述预设电压值，以对所述被保护电路进行过压保护； 所述电流防护单元在流经所述电磁脉冲防护模块的电流超过预设电流值时，切断自身 电路以对所述被保护电路进行过流保护； 所述电磁脉冲检测模块用于检测作用于所述电磁脉冲防护模块上的电磁脉冲，并生成 检测结果信号。
2. 根据权利要求1所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于， 所述电压防护单元包括压敏电阻，所述压敏电阻用于在施加于其上的电压值超过预设 电压值时，将所述电压钳位到小于或者等于所述预设电压值； 所述电流防护单元包括脱扣装置，所述脱扣装置在流经所述压敏电阻的电流值高于预 设电流值时熔断自身电路； 所述电磁脉冲检测模块包括电流检测装置；所述电流检测装置，用于根据所述脱扣装 置的电流变化产生感应电流信号。
3. 根据权利要求2所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括电流测量模块；所述 电流测量模块包括： 耦合电路，用于对所述电流检测装置产生的电流信号进行耦合处理； 反相电路，用于对所述耦合电路进行耦合处理的所述电流信号进行反相处理； 积分电路，用于对所述电流检测装置产生的所述电流信号进行积分处理； 放大电路，用于对所述积分电路积分处理的所述电流信号进行放大处理； 单片机，用于根据所述反相电路反相处理后的所述电流信号和所述放大电路放大处理 后的所述电流信号进行整合处理，并生成作用于所述电磁脉冲防护模块上的电磁脉冲的计 数数据； 转换电路，用于将所述单片机整合处理后的感应电流的电流幅度、电流频率信息及所 述电磁脉冲的计数数据进行转换，并将转换后的信息发送至监控中心。
4. 根据权利要求2所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述压敏电阻包括：第一导 电盘、压敏电阻基体和第二导电盘； 所述压敏电阻基体远离所述电流检测装置的一侧设置有所述第一导电盘；所述第一导 电盘上设置有第一引出电极，用于与外部电源和用电负载连接； 所述压敏电阻基体靠近所述电流检测装置的一侧设置有所述第二导电盘；所述脱扣装 置的一端与所述第二导电盘相连接； 所述电磁脉冲防护模块还包括第三导电盘； 所述电流检测装置远离所述压敏电阻的一侧设置有所述第三导电盘；所述脱扣装置的 另一端与所述第三导电盘相连接； 所述第三导电盘上设置有第二引出电极，用于与外部电源和用电负载进行连接；其中， 所述压敏电阻与所述电流检测装置相隔一预设距离。
5. 根据权利要求4所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述电磁脉冲防护模块还 包括：第一绝缘盘和第二绝缘盘； 所述第二导电盘和所述电流检测装置之间设置有所述第一绝缘盘； 所述第二导电盘通过所述第一绝缘盘与所述电流检测装置紧密贴合设置； 所述电流检测装置和所述第三导电盘之间设置有所述第二绝缘盘； 所述电流检测装置通过所述第二绝缘盘与所述第三导电盘紧密贴合设置。
6. 根据权利要求5所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于， 所述第一绝缘盘的中心位置、所述电流检测装置的中心位置、所述第二绝缘盘的中心 位置以及所述第三导电盘上均设置有通孔，所述通孔用于供所述脱扣装置穿过； 所述脱扣装置包括弹性元件，所述弹性元件具有预设弹性系数，且在达到预设电流值 时能够自动与固定处断开；其中，所述弹性元件断开时的所述预设电流值小于所述压敏电 阻损坏时的电流临界值；所述弹性元件的横截面呈圆型。
7. 根据权利要求6所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第三导电盘的远离所 述电流检测装置的一侧设置有凹槽，所述脱扣装置的一端压接在所述凹槽上或所述脱扣装 置一端集成设置在所述第三导电盘上。
8. 根据权利要求7所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第一导电盘、所述压敏 电阻基体、所述第二导电盘、所述第一绝缘盘、所述第二绝缘盘、所述第三导电盘的横截面 均呈圆型、外径相等，且互相堆叠设置。
9. 根据权利要求8所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于， 所述电流检测装置上设置有第三引出电极，所述第三引出电极上设置有第一接线环， 所述第一接线环用于与监控中心电连接； 所述电流检测装置上设置有第四引出电极，所述第四引出电极上设置有第二接线环， 所述第二接线环用于与所述监控中心电连接。
10. 根据权利要求9所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括设置于所述第一导 电盘，远离所述压敏电阻基体的一侧上的第一封盖及设置于所述第三导电盘，远离所述第 二绝缘盘的一侧的第二封盖； 所述第一封盖及所述第二封盖用于将所述压敏电阻、所述第一绝缘盘、所述电流检测 装置、所述第二绝缘盘以及所述第三导电盘进行封装设置； 所述第一封盖上设置有第一开口，所述第二封盖上设置有第二开口；所述第一开口和 所述第二开口相配合，用于供所述第一引出电极、所述第二引出电极、所述第三引出电极以 及所述第四引出电极引出。
【文档编号】H01C7/12GK104143822SQ201410415784
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】李宣庆, 郑亦菲, 郑宗玲 申请人:四川三普科技有限公司