专利名称：霍尔磁感应电子断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子式自动断路器，特别是一种应用霍尔元件的磁感应式电子断路器，具有过流、短断，欠压等保护功能，属于基本电气元件。
断路器作为可多次重复使用的自动保护装置，在许多电路及设备中得到广泛的应用。
目前市场所见的中小电流规格的断路器，存在如下不足之处一是体积大，成本高，机械加工复杂。
二是过电流保护多采用双金属片热变形动作，在需快速保护的场合，显得灵敏度不高。
随着社会进步和生产发展，许多地方十分需要中小电流，高灵敏，低价格的断路器，取代传统的保险丝作设备或电路的保护装置。
近年许多资料介绍了不少电子断路保护装置，与传统的机械断路器比较，具有成本低，重量轻，体积小，寿命长等优点，充分显示了电子技术的优势。其部份资料可见1、高速电子保险丝－－《实用电子文摘》1986年第二期，P202。(四川)2、电子保险丝－－《实用电子文摘》1987年第四期，P192。(四川)3、电子设备的保险装置－－《实用电子文摘》1987年第五期，P171。(四川)4、高速电子断路器－－《电子电路百科全书》第二册，P96。科学出版社5、给晶闸管调压器加装过流保护－－《电子报1985年合订本》，P32。(四川)6、集成稳压电源附加过流保护器－－《北京电子报1990年合订本》，P131。
上述资料的电子断路器，基本采用了电阻式电流取样或干簧继电器作电流传感。但作为产品，尚有以下几点缺陷1、通用性较差，额定断路电流的调整较困难。
2、在较大负荷时，串联于电路内的取样电阻本身要消耗一定功率，易发热损坏。且大功率小阻值电阻的制作也较困难。
3、干簧继电器在震动较剧的场合易产生误动作。尤其在车船等交通工具上不能适用。
本实用新型的目的是a、用电磁感应线圈及霍尔开关集成电路作额定断路电流可调式传感器。b、组成通用性强的具有过流、短断保护功能的快速电子断路器。c、电子断路器可设欠压、失压保护及可视和可闻性工作状态显示功能。d、尽可能采用市场易购，性能稳定，价格较低，便于制作维修的元器件。
霍尔开关集成电路的特性、原理及使用方法，可见如下参考资料1、霍尔传感器－－《实用自动控制》P59。四川科学技术出版社2、磁感应霍尔开关传感器及其应用－－《电子报1989年合订本》P146。(四川)3、霍尔集成电路的原理及应用－－《无线电》1986年第8期4、霍尔集成电路的原理及应用(续)－－《无线电》1986年第9期5、霍尔开关IC的应用－－《无线电》1988年第12期本实用新型所以选用霍尔开关集成电路及电磁线圈作为传感器，一是其良好的转移特性。二是负载电流较大。三是无触点，在震动较剧的场所不产生误动作。四是电磁传感线圈基本不消耗能量，且制作容易。五是改变传感线圈铁芯空气隙可调节额定断路电流。
图1为本实用新型的组成框图。1为霍尔元件及传感线圈组成的检测电路；2为电子控制电路；3为线路通断开关；E为电源；RL为负载；X1、X2为输出端；X3、X4为输入端。
图2为电磁传感线圈制作参考图。图中a为线圈铁芯；b为线圈框；c为固定霍尔元件螺栓(φ6)；d为铁芯空气隙调节螺栓(φ6)；e为固定霍尔元件的塑料件；f为铁芯截面。
电磁传感线圈的工作原理是需检测电流流经线圈L，在螺栓组成的空气隙中产生相应的磁通。当电流达到额定值，则气隙中的磁通密度达到霍尔开关集成电路的导通点磁感应强度Bop，霍尔开关集成电路导通。此检测信号经控制电路，完成线路额定电流的通断控制。
霍尔开关集成电路选用灵敏度高的，如UGN－3020；导通点磁感应强度Bop＝220GS；截止点磁感应强度Brp＝165GS；Io＝25mA；最高工作频率为100KHZ；Vcc＝4.5～24V。
以下就交直流霍尔磁感应电子断路器的工作原理，结合图例予以说明。
一、直流霍尔磁感应电子断路器1、电感式传感线圈的计算公式B·L0＝W·I·μ0式中B－－铁芯空气隙中的磁感应强度；(×10－4GS／
)L0－－空气隙长度；mW－－线圈匝数；匝I－－流过线圈的电流；A
μ0－－空气磁导率；4π×10－7H／m公式的导出，在此省略。由公式可见，气隙距离与电流大小成线性正比关系。故调节气隙距离，可调节断路电流的额定值。
2、图例图3是脱扣式电子断路器的电路原理图。
图3中，D1为霍尔元件；D2为时基电路；SCR为单向晶闸管；VD为稳压管；LED为发光管；J为脱扣器电磁线圈；C为电容；L为传感线圈；FU为保险丝；SA1为脱扣器主触点；SA2为脱扣器副触点；K为断路按钮；E为直流电源；R1－R5为电阻；X1、X2为输出端；X3、X4为输入端；A为降压单元(当电源电压E高于电子电路工作电压Vcc时所设)。
a、图3的过流，短路保护功能当合上脱扣器触点SA2，电子电路工作。同时SA1闭合，经J、R5、LED亮，表示通路状态。
当L中电流达到额定电流，线圈空气隙中磁通达到霍尔集成电路导通点磁感应强度Bop，D1的2、3端导通。D2的S端成低电位，Q输出高电位(时基电路工作原理及各端符号旁注见《实用电子文摘》1988年第四期)，触发SCR导通，J通电吸合，脱扣器释放断路。同时电子电路工作电源被切断，LED灭。
脱扣器SA1、SA2为同步开关，但SA2应先SA1闭合，以防在负载短路状态闭合瞬间，因电子电路工作电压未建立，造成短路电流无保护。
b、图3的欠压保护功能许多使用蓄电池为电源的设备，需对蓄电池终了电压进行保护，以延长使用寿命。图3的欠压保护原理如下D2的VC端被稳压管VD箝位在一稳定电压(应小于电子电路工作电压Vcc的2／3)UD。经过R1、R2、R3的分压，使D2的S端略高于1／2UD，当电源电压E降至终了电压，使S端低于1／2UD，D2输出高电位，触发SCR导通，J吸合，脱扣器释放断路。
电路中C的设置，可使D2通电瞬间S端呈高电平，以免误动作。
电子电路工作电压Vcc以6～12V为宜，这是由于受到D1、D2工作电压的限制。在电源电压E高于VCC时，应于A处设置降压电路。
保险丝FU可在电子电路故障时起二次保护。
图4是继电器式电子断路器的电路原理图。不设欠压保护功能。
图4中K2为复位按钮；D2为光电耦合器；J为继电器线圈；SA1为继电器常闭触点；SA2为继电器常开触点；V1为复位开关管；V2为报警开关管；HA为蜂鸣器；LED1为通路状态发光管；LED2为断路状态发光管；其余符号旁注同图3。
图4的工作原理为经J、R4，LED1亮，显示通路状态。当L中电流达到额定电流，D1的2、3端导通。D2导通(光电耦合器工作原理可参阅《无线电》1987年12期)，触发SCR，J吸合，LED1灭，SA1常闭触点开路，线路断路。SA2常开触点闭合，通过R5，LED2亮，显示断路状态。同时经R6使V2导通，HA音响报警。由于SA2闭合K2进入可工作状态。按下K2，V1饱和导通，使SCR两端电压下降到维持电压以下，SCR关断。J的吸合电流由V1承担。当松开K2，J释放，SA1闭合，SA2开路，恢复通路状态。K2的接法可在RL短路时快速切断电路。
图5是固态继电器式电子断路器的电路原理图。具有过流，短路、欠压、失压保护功能。
图5中，SSR为直流固态继电器；VD2为隔离二极管；其余符号旁注同图3。
图5的工作原理是按下K2，经R7，电子电路得到工作电压，但VD2隔离不进入主线路。同时经R5、R6，固态继电器SSR导通，线路馈电。当L中电流达到额定电流，D1导通，D2输出高电平触发SCR导通。SSR中发光元件的电流被旁路，固态继电器断路，电子电路工作电压也被切断。
失压时SSR发光元件无电流，固态继电器SSR断路。
VD2可防止RL短路时按下K2，使电子电路在工作电压未建立而SSR导通，造成短路电流无保护状态。
图6是多路固态继电器式电子断路器电路原理图。可用于需多路保护的电子仪器、设备等。
图6中D1～D3为霍尔元件；D4～D6为反相器；D7为七重达林顿晶体管阵列(如MC1413)；LED1～LED3为变色发光管；RD为LED中红色管，GN为LED中绿色管；VD1～VD3为二极管或门电路；VD4～VD6为隔离二极管；K1～K3为复位按钮；K4～K6为断路按钮；RL1～RL3为负载；FU1～FU3为保险丝；L1～L3为传感线圈；SSR1～SSR3为直流固态继电器；E为电源；R1～R15为电阻；HA为蜂鸣器；X1～X3为输出端；X4、X5为输入端。
图6电路工作原理以X1一路为例加以说明按下K1，电流经R7馈给SSR1中发光元件，VD4隔离不进入主线路SSR1导通，经R10、VD4、SSR1自锁保持通路。同时经R13，使LED1中GN亮。GN的管压馈给D7的IN2，则OUT2导通，使由R4馈给LED1中RD管的电流旁路短接，RD灭。此时表示通路状态。
当L中的电流达到额定电流，D1导通，D4输出高电平给D7的IN1，OUT1导通，SSR1发光器件的电流被D7分流切断，SSR1断路。LED1中GN管无电流而灭。而D7的IN2处低电平，OUT2截止，旁路消除，经R4，LED1中RD亮。同时由于D4输出高电平，经二极管或门电路，D7的IN7成高电位，OUT7导通，电子蜂鸣器发出音响报警，显示断路状态。
X2及X3两路工作原理与X1相同，不再赘述。
二、交流霍尔磁感应电子断路器1、电感式传感线圈的计算公式B·L0＝
·W·I·μ0式中符号及单位与直流计算公式相同。可参阅直流公式的注释。
2、图例图7为交流脱扣式电子断路器电路原理图。具有过流、短路、欠压保护功能，适用于220伏以下的单相交流电源。
图7中SA1、SA2为脱扣器主触点，SA2为脱扣器副触点；B为电子电路电源变压器；U为桥式整流器；C1为滤波电容；其余符号旁注同图3。
图7电路的工作原理与图3相同，只是电子电路的电源由变压器B、整流器U、滤波电容C1从交流电源变换后提供。同样，同步脱扣器触点SA2应先SA1、SA3闭合，以期先建立电子电路工作电压。
传感器线圈由于采用了线框，故能得到较好的绝缘。
图8是一种交流固态继电器式电子断路器电路原理图。具有过流、短路、欠压、失压保护功能。
图8中，SSR1为线路交流固态继电器；SSR2为电子电路交流固态继电器；其余符号同前图。
图8的工作原理是按下K2，变压器B通电，经整流器U，滤波电容C1，提供电子电路直流工作电压。经R5、R6，SSR2导通并自锁。同时经R5、R7，SSR1导通，馈电给负载RL。
当L中电流达到额定电流，D1、D2触发SCR导通，固态继电器SSR1、SSR2发光元件的电流被切断，SSR1、SSR2断路。欠压和失压工作原理同图5。
应用霍尔开关集成电路与电感式传感线圈，可以方便地与各种数字电路，接口电路组成实用的电子断路器。外观式样也可做成不同类型。如交流类可采用市售触电保安器式，直流类采用插座式。
由于霍尔磁感应电子断路器成本低，制作方便，应用广泛，有利于组成系列产品。作为一种“高级”保险丝，有着广阔的市场前景。如广播站，不仅可对电子设备实施保护，而且还可装在广播线路中，对各路输出实行过流短路保护(霍尔开关集成电路最高工作频率为100KHZ)。而各电器修理部，可对电器维修中的过流、短路故障进行保护。在车船等交通工具中，可将普通保险丝升级换代。与普通触电保安器可组成功率限制型保安系统。
因此，本实用新型投放市场后，具有较好的经济效益和社会效果。
权利要求1.霍尔磁感应电子断路器由电流传感器(1)、电子控制电路(2)、线路通断开关(3)组成。电流传感器(1)在过流、短路时送出检测信号，经电子控制电路(2)控制线路通断开关(3)，其特征在于电流传感器是电磁感应线圈和霍尔开关集成电路。
2.如权利要求1所述的霍尔磁感应电子断路器，其特征在于电子控制电路(2)是数字电路，接口电路和晶闸管。
3.如权利要求1或2所述的霍尔磁应电子断路器，其特征在于线路通断开关(3)可以是脱扣器、继电器或固态继电器。
专利摘要一种霍尔磁感应电子断路器，由电流传感器(1)，电子控制电路(2)，线路通断开关(3)组成。以电磁感应线圈与霍尔集成电路为电流传感器。本实用新型可用于交直流低压电路作过流，短路，欠压，失压保护，而且制作容易，成本低廉，还可以有可视性和可闻性工作状态显示。
文档编号H02H3/10GK2110305SQ91226609
公开日1992年7月15日 申请日期1991年10月10日 优先权日1991年10月10日
发明者潘为东 申请人:潘为东