专利名称：一种具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子开关电路，尤其涉及一种具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路。
背景技术：
目前楼宇建筑的公共照明，为了节约能源，已广泛采用无触点电子开关(内部采用可控硅作为开关元件)，例如人体红外线感应开关、声光控延时开关、轻触延时开关等。虽然可控硅属于无触点开关功率器件，其理论寿命比较长，但其还有比较脆弱的一面，即不能承受过大电流的冲击，更不能承受负载短路带来的大电流，目前市面上采用可控硅作为开关器件的电子开关产品，普遍存在较高的故障率，主要问题集中在可控硅损坏，被负载故障造成的大电流或负载短路带来的大电流烧坏，带来的问题，一方面影响客户使用，另一方面也给电子开关生产厂家带来困扰，产品更换维修和售后问题都比较突出。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路。为实现上述目的，所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路包括顺次连接的触发电路M2和控制电路M1，所述可控硅开关电路的特点是，还包括电流取样电路、保护触发电路、保护锁定电路、以及故障指示电路；其中，与所述控制电路(Ml)连接的电流取样电路与保护触发电路的输入端连接；所述保护触发电路包括顺次连接的第一部分和第二部分，第一部分输出端分别连接保护锁定电路输入端和故障指示电路输入端，第二部分输出端连接触发电路(M》的输出端(OUT)。优选的是，所述电流取样电路包括彼此串联的热敏电阻PTC和功率电阻R3;所述保护触发电路的第一部分包括一个全桥整流电路BR2，一个稳压管Z1，一个光电耦Ul，一个电容Cl，以及两个电阻R2、R5，第二部分包括一个三极管Q4和一个电阻 R14 ；作为保护触发电路的输入端的所述全桥整流电路BR2的两输入端并联在所述电流取样电路的两端，全桥整流电路BR2的正向输出端经电阻R2与稳压管Zl的阴级相连，稳压管 Zl的阳极与光电耦Ul中的发光二极管的阳极相连，作为第一部分输出端的光电耦Ul中的光敏三极管的发射极经电阻R14与三极管Q4的基极相连，作为第二部分输出端的三极管Q4 的发射极接地，三极管Q4的集电极经电阻Rl与所述触发电路Ml的输出端OUT相连；光电耦Ul中的光敏三极管的集电极接高电平VCC ；所述第二全桥整流电路BR2的负向输出端与光电耦Ul中发光二极管的阴极相连；所述电容Cl和电阻R5均并联在光电耦Ul中发光二极管的两端；所述保护锁定电路包括两个三极管Ql、Q3，一个电容C2以及四个电阻R9、R10、 R12、R13 ；作为保护锁定电路输入端的所述三极管Ql的集电极与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Ql的基极经电阻R9和电阻 RlO接高电平VCC，三极管Ql的基极经电阻R9与三级管Q3的集电极相连，三极管Ql的发射极接高电平VCC，三极管Ql的集电极经电容C2接地；三级管Q3的基极经电阻R12与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极和发射极之间并联电阻R13 ；所述故障指示电路包括一个发光二极管LED，一个三极管Q2以及两个电阻R8、 Rll ；所述发光二极管LED的负极与三极管Q2的集电极相连，作为故障指示电路输入端的三极管Q2的基极经电阻Rll与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Q2的发射极接地；所述可控硅开关电路还包括全桥整流电路BR1，双向可控硅Tl以及三个电阻R6、 R7、R4;所述控制电路Ml与全桥整流电路BRl的正向输出端和负向输出端配合连接，以控制所述全桥整流电路BRl正负向输出端的短路或断路，全桥整流电路BRl的一输入端与火线 L相连，另一输入端经电阻R6、电阻R7、电流取样电路和负载LOAD与零线N相连，所述另一输入端还经电阻R6和电阻R4与所述双向可控硅Tl的控制极相连；所述双向可控硅Tl的其余两极中的一极与火线L相连，另一极经电流取样电路和负载LOAD与零线N相连；所述发光二极管LED的正极经电阻R8与所述全桥整流电路BRl的正向输出端相连。优选的是，所述电流取样电路包括彼此串联的热敏电阻PTC和功率电阻R3;所述保护触发电路的第一部分包括一个稳压管Z1，一个光电耦U1，一个电容Cl以及两个电阻R2、R5，第二部分包括一个三极管Q4和一个电阻R14;所述电流取样电路的一端经电阻R2和作为保护触发电路输入端的稳压管Zl的负级相连，所述稳压管Zl的正极与光电耦Ul中发光二极管的正极相连，所述电流取样电路的另一端与光电耦Ul中发光二极管的负极相连；作为第一部分输出端的所述光电耦Ul中光敏三极管的发射极经电阻R14与三极管Q4的基极相连，作为第二部分输出端的三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极经电阻Rl与所述触发电路M2的输出端OUT相连，光电耦Ul中的光敏三极管的集电极接高电平VCC ；所述电容Cl和电阻R5均并联在光电耦Ul中发光二极管的两端；所述保护锁定电路包括两个三极管Ql、Q3，一个电容C2以及四个电阻R9、R10、 R12、R13 ；作为保护锁定电路输入端的所述三极管Ql的集电极与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Ql的基极经电阻R9和电阻 RlO接高电平VCC，三极管Ql的基极经电阻R9与三级管Q3的集电极相连，三极管Ql的发射极接高电平VCC，三级管Q3的基极经电阻R12与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Ql的集电极经电容C2接地；三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极和发射极之间并联电阻R13 ；所述故障指示电路包括一个发光二极管LED，一个三极管Q2以及两个电阻R8、 Rll ；所述发光二极管LED的负极与三极管Q2的集电极相连，作为故障指示电路输入端的三极管Q2的基极经电阻Rll与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦Ul中光敏三极管的发射极相连，三极管Q2的发射极接地；所述可控硅开关电路还包括全桥整流电路BRl和单向可控硅SCR ；所述控制电路 Ml分别与单向可控硅SCR的阴极、阳极和控制极配合连接，以控制所述单向可控硅SCR的导通或关断；所述全桥整流电路BRl的正向输出端经所述电流取样电路与控制电路Ml配合连接，全桥整流电路BRl的负向输出端与控制电路Ml配合连接，全桥整流电路BRl的一输入端与火线L相连，另一输入端经负载LOAD与零线N相连；所述发光二极管LED的正极经电阻R8与所述单向可控硅SCR正极的相连。本实用新型的有益效果在于，当负载出现过载或短路等大电流情况下，所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路所包括的保护触发电路启动工作，在20ms以内自动切断可控硅所在的回路，并通过锁定保护电路使可控硅不再导通，同时故障指示电路中的指示灯灯点亮，以提醒用户此开关所控制的负载出现故障需要排除；断电并排除负载故障后，再通电，电子开关，即可控硅又恢复到正常待机状态，不受任何损坏。
图1示出了具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路的一种具体实施例的电路图。图2示出了具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路的另一具体实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进一步说明。所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路包括顺次连接的触发电路M2和控制电路M1，还包括电流取样电路、保护触发电路、保护锁定电路、以及故障指示电路。图1和图2示出了所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路的第一种和第二种具体实施例的电路图。第一种具体实施例中，如图1所示，触发电路M2 :(注此模块电路可以是红外感应控制电路、声光控开关控制电路、轻触开关控制电路等所有类型电子开关信号模块)，以红外感应开关控制模块为例，触发电路M2通过其输出端OUT输出感应信号并经过限流电阻 Rl把控制电压输入至控制电路Ml (电源及可控硅信号控制模块)的输入端IN。所述控制电路Ml中包含一个可控硅，所述控制电压作用到控制电路上，使控制电路Ml中的可控硅导通，从而使得与控制电路Ml配合连接的全桥整流电路BRl的正负向输出端短路，导致全桥整流电路BRl的两输入端短路，进而使由全桥整流电路BR1，电阻R6、R4以及双向可控硅 Tl形成的回路导通，同时使由电阻R7、R4以及双向可控硅Tl形成的回路导通，双向可控硅 Tl导通。电流取样电路功率电阻R3和热敏电阻PTC为开关回路电流取样元件，双向可控硅Tl导通工作后，负载电流会流过功率电阻R3和热敏电阻PTC，并在功率电阻R3和热敏电阻PTC两端产生电压降，由于功率电阻R3取值很低以及热敏电阻PTC内阻很小，所以开关电路正常工作时，在功率电阻R3和热敏电阻PTC上产生的压降可以忽略，不会影响负载 LOAD的正常工作。保护触发电路当负载LOAD出现短路状况时，回路电流则基本上是市电电压除以功率电阻R3和热敏电阻PTC的内阻之和，电流非常大(100多安培)，此时在功率电阻R3 和热敏电阻PTC两端产生的电压降(交流电压)经过全桥整流电路BR2整流以后形成直流脉冲电压，此直流脉冲电压已超过稳压管Zl的击穿值，从而使电阻R2，稳压管Zl和光电耦 Ul形成回路，光电耦Ul导通工作，进而三极管Q4饱和导通，三极管Q4饱和导通后，把控制电路M2输出并流经电阻Rl的信号直接下拉至地，即把控制电路Ml的输入端IN下拉至地， 使输入端IN电压接近零伏，控制电路Ml中的可控硅关断，全桥整流电路BRl的正负向输出之间形成断路，从而双向可控硅Tl在20ms以内关断。另外，电容Cl和电阻R5为抗干扰元件。电流取样电路的短路保护功能由于功率电阻R3和热敏电阻PTC的内阻的限流作用，使开关回路产生的最大电流(短路电流)限制在一个数值，而此最大电流小于双向可控硅Tl在20ms以内所能承受的最大电流，所以当负载LOAD短路时，双向可控硅Tl在20ms 以内不会损坏。由于采用功率电阻R3和热敏电阻PTC，当负载LOAD短路时，回路电流迅速增大， 电流使热敏电阻PTC迅速发热，其内阻也迅速增加，此时市电电压大部分降在热敏电阻PTC 上直至其熔断保护，同时，在20ms以内由于保护电路已启动，双向可控硅Tl已关断，所以在 20ms以内功率电阻R3也不会损坏，热敏电阻PTC具有自恢复保险丝也不会损坏。热敏电阻PTC的过载保护功能由于热敏电阻PTC有其额定工作电流参数要求，如负载电流超出其额定电流，开关回路如在过载的情况下导通工作后，热敏电阻PTC会自动保护(即，熔断，且过载电流越大其熔断时间越短)，由于热敏电阻PTC熔断前其内阻会逐渐增大，使功率电阻R3和热敏电阻PTC之间的压降经全桥整流电路BR2整流后的直流脉冲电压也会超过稳压管Zl的击穿值，从而使保护触发电路启动工作。具体地，直流脉冲电压经电阻R2，稳压管Zl和光电耦Ul形成回路，使光电耦Ul导通工作，使三极管Q4饱和导通，三极管Q4饱和导通后，把控制电路Ml输出并流经电阻Rl的信号直接下拉至地，即把控制电路Ml的输入端IN下拉至地，使输入端IN电压接近零伏，从而使双向可控硅Tl在20ms以内关断。保护锁定电路当所述保护触发电路启动时，高电平VCC经电阻R12使三级管Q3 饱和导通，从而又使得三级管Ql饱和导通，三极管Ql饱和导通以后高电平VCC直接经电阻 R12使三极管Q3饱和导通，从而形成自锁循环，同时高电平VCC也经电阻R14 —直使三极管Q4处于饱和导通状态，即不再依赖光电耦Ul的导通，一旦保护触发电路瞬间工作就会使保护锁定电路处于锁定状态。故障指示电路当保护触发电路启动时，高电平VCC经电阻Rll使三极管Q2饱和导通，使电阻R8和发光二极管LED形成导通回路，发光二极管LED发光工作。由于上述保护锁定电路的作用，高电平VCC电压会一直经电阻Rll使三极管Q2饱和导通而锁定故障指不电路。当用户发现故障指示灯，即发光二极管LED点亮时，应切断开关电路供电，并排查负载LOAD故障，开关电路断电数秒后，保护锁定电路即自动解除，再次给开关电路供电时， 开关电路又回复到正常的待机工作状态。第二种具体实施例中，如图2所示，触发电路M2 :(注此模块电路可以是红外感应控制电路、声光控开关控制电路、轻触开关控制电路等所有类型电子开关信号模块)，以红外感应开关控制模块为例，触发电路M2通过其输出端OUT输出感应信号并经过限流电阻 Rl把控制电压输入到控制电路Ml (电源及可控硅信号控制模块)的输入端IN。全桥整流电路BRl将交流电压整流成直流脉冲电压，所述直流脉冲电压的正负极分别加载在单向双控硅SCR的阳极和阴极上；所述控制电路Ml中包含一可控硅，所述控制电压作用至控制电路Ml中，使控制电路Ml中的可控硅导通，从而使得供给单向双控硅SCR控制极的电压达到其导通电压，单向双控硅SCR导通。第二种具体实施例中的电流取样电路、保护锁定电路、以及故障指示电路的工作过程和原理与第一种具体实施例中的相同。保护触发电路当负载LOAD出现短路状况时，回路电流则基本上是市电电压除以功率电阻R3和热敏电阻PTC的内阻之和，电流非常大(100多安培)，此时在功率电阻R3和热敏电阻PTC两端产生的电压降(已经过全桥整流电路BRl整流的直流脉冲电压)已超过稳压管Zl的击穿值，此直流脉冲电压经电阻R2，稳压管Zl和光电耦Ul形成回路，使光电耦Ul导通工作，从而使三极管Q4饱和导通，三极管Q4饱和导通后，把控制电路Ml输出并流经电阻Rl的信号直接下拉至地，即把控制电路Ml的输入端IN下拉至地，使输入端IN电压接近零伏，控制电路Ml中的可控硅关断，单向可控硅SCR阴阳两极无触发电压，单向可控硅SCR在20ms以内关断。另外，电容Cl和电阻R5为抗干扰元件。电流取样电路的短路保护功能由于功率电阻R3和热敏电阻PTC的内阻的限流作用，使开关回路产生的最大电流(短路电流)限制在一个数值，而此最大电流小于单向可控硅SCR以及全桥整流电路BRl在20ms以内所能承受的最大电流，所以当负载LOAD短路时， 单向可控硅SCR和全桥整流电路BRl在20ms以内不会损坏。由于采用功率电阻R3和热敏电阻PTC，当负载LOAD短路时，回路电流迅速增大，电流使热敏电阻PTC迅速发热，其内阻也迅速增加，此时市电电压大部分降在热敏电阻PTC上直至其熔断保护，同时，在20ms以内由于保护电路已启动，单向可控硅SCR已关断，所以在 20ms以内功率电阻R3也不会损坏，热敏电阻PTC具有自恢复保险丝也不会损坏。热敏电阻PTC的过载保护功能由于热敏电阻PTC有其额定工作电流参数要求，如负载电流超出其额定电流，开关回路如在过载的情况下导通工作后，热敏电阻PTC会自动保护(即，熔断，且过载电流越大其熔断时间越短)，由于热敏电阻PTC熔断前其内阻会逐渐增大，使功率电阻R3和热敏电阻PTC之间的压降也会超过稳压管Zl的击穿值，从而使保护触发电路启动工作。具体地，直流脉冲电压经电阻R2，稳压管Zl和光电耦Ul形成回路，使光电耦Ul导通工作，使三极管Q4饱和导通，三极管Q4饱和导通后，把控制电路Ml输出并流经电阻Rl的信号直接下拉至地，即把控制电路Ml的输入端IN下拉至地，使输入端IN 电压接近零伏，从而使双向可控硅Tl在20ms以内关断。当用户发现故障指示灯，即发光二极管LED点亮时，应切断开关电路供电，并排查负载LOAD故障，开关电路断电数秒后，保护锁定电路即自动解除，再次给开关电路供电时， 开关电路又回复到正常的待机工作状态。
权利要求1.一种具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路，包括顺次连接的触发电路(M2)和控制电路(Ml)，所述可控硅开关电路的特征在于还包括电流取样电路、保护触发电路、保护锁定电路、以及故障指示电路；其中，与所述控制电路(Ml)连接的电流取样电路与保护触发电路的输入端连接；所述保护触发电路包括顺次连接的第一部分和第二部分，第一部分输出端分别连接保护锁定电路输入端和故障指示电路输入端，第二部分输出端连接触发电路(M2)的输出端(OUT)。
2.根据权利要求1所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路，其特征在于 所述电流取样电路包括彼此串联的热敏电阻(PTC)和功率电阻(R3)；所述保护触发电路的第一部分包括一个全桥整流电路(BR2)，一个稳压管(Zl)，一个光电耦(Ul)，一个电容(Cl)，以及两个电阻(似)、(R5)，第二部分包括一个三极管0H)和一个电阻(R14)；作为保护触发电路的输入端的所述全桥整流电路(BR2)的两输入端并联在所述电流取样电路的两端，全桥整流电路(BM)的正向输出端经电阻(似)与稳压管(Zl) 的阴级相连，稳压管(Zl)的阳极与光电耦(Ul)中的发光二极管的阳极相连，作为第一部分输出端的光电耦(Ul)中的光敏三极管的发射极经电阻(R14)与三极管0H)的基极相连， 三极管0H)的发射极接地，作为第二部分输出端的三极管0H)的集电极经电阻(Rl)与所述触发电路(Ml)的输出端(OUT)相连；光电耦(Ul)中的光敏三极管的集电极接高电平 (VCC)；所述第二全桥整流电路(BR2)的负向输出端与光电耦(Ul)中发光二极管的阴极相连；所述电容(Cl)和电阻(肪)均并联在光电耦(Ul)中发光二极管的两端；所述保护锁定电路包括两个三极管Oil)、(Q3)，一个电容(以)以及四个电阻(R9)、 (RlO)、(R12)、(R13)；作为保护锁定电路输入端的所述三极管Oil)的集电极与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦(Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管Oil)的基极经电阻(R9)和电阻(RlO)接高电平(VCC)，三极管Oil)的基极经电阻(R9)与三级管的集电极相连，三极管Oil)的发射极接高电平(VCC)，三极管Oil)的集电极经电容(C2) 接地；三级管0^3)的基极经电阻(R12)与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦 (Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管的发射极接地，三极管的基极和发射极之间并联电阻(R13)；所述故障指示电路包括一个发光二极管(LED)，一个三极管以及两个电阻(R8)、 (Rll)；所述发光二极管(LED)的负极与三极管的集电极相连，作为故障指示电路输入端的三极管0^2)的基极经电阻(Rll)与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦 (Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管的发射极接地；所述可控硅开关电路还包括全桥整流电路(BRl)，双向可控硅(Tl)以及三个电阻 (R6)、(R7)、(R4)；所述控制电路(Ml)与全桥整流电路(BRl)的正向输出端和负向输出端配合连接，以控制所述全桥整流电路(BRl)正负向输出端的短路或断路，全桥整流电路 (BRl)的一输入端与火线(L)相连，另一输入端经电阻(R6)、电阻(R7)、电流取样电路和负载(LOAD)与零线(N)相连，所述另一输入端还经电阻(R6)和电阻(R4)与所述双向可控硅 (Tl)的控制极相连；所述双向可控硅(Tl)的其余两极中的一极与火线(L)相连，另一极经电流取样电路和负载(LOAD)与零线(N)相连；所述发光二极管(LED)的正极经电阻(R8)与所述全桥整流电路(BRl)的正向输出端相连。
3.根据权利要求1所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路，其特征在于 所述电流取样电路包括彼此串联的热敏电阻(PTC)和功率电阻(R3)； 所述保护触发电路的第一部分包括一个稳压管(Zl)，一个光电耦(Ul)，一个电容(Cl) 以及两个电阻(似)、(R5)，第二部分包括一个三极管0H)和一个电阻(R14)；所述电流取样电路的一端经电阻(R2)和作为保护触发电路输入端的稳压管(Zl)的负级相连，所述稳压管(Zl)的正极与光电耦(Ul)中发光二极管的正极相连，所述电流取样电路的另一端与光电耦(Ul)中发光二极管的负极相连；作为第一部分输出端的所述光电耦(Ul)中光敏三极管的发射极经电阻(R14)与三极管0H)的基极相连，三极管0H)的发射极接地，作为第二部分输出端的三极管0H)的集电极经电阻(Rl)与所述触发电路(M2)的输出端(OUT)相连，光电耦(Ul)中的光敏三极管的集电极接高电平(VCC)；所述电容(Cl)和电阻(R5)均并联在光电耦(Ul)中发光二极管的两端；所述保护锁定电路包括两个三极管Oil)、(Q3)，一个电容(以)以及四个电阻(R9)、 (RlO)、(R12)、(R13)；作为保护锁定电路输入端的所述三极管Oil)的集电极与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦(Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管Oil)的基极经电阻(R9)和电阻(RlO)接高电平(VCC)，三极管Oil)的基极经电阻(R9)与三级管0^3) 的集电极相连，三极管Oil)的发射极接高电平(VCC)，三级管0^3)的基极经电阻(R12)与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦(Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管 (Ql)的集电极经电容(以)接地；三极管的发射极接地，三极管的基极和发射极之间并联电阻(R13)；所述故障指示电路包括一个发光二极管(LED)，一个三极管以及两个电阻(R8)、 (Rll)；所述发光二极管(LED)的负极与三极管的集电极相连，作为故障指示电路输入端的三极管0^2)的基极经电阻(Rll)与作为保护触发电路的第一部分输出端的光电耦 (Ul)中光敏三极管的发射极相连，三极管的发射极接地；所述可控硅开关电路还包括全桥整流电路(BRl)和单向可控硅(SCR)；所述控制电路(Ml)分别与单向可控硅(SCR)的阴极、阳极和控制极配合连接，以控制所述单向可控硅 (SCR)的导通或关断；所述全桥整流电路(BRl)的正向输出端经所述电流取样电路与控制电路(Ml)配合连接，全桥整流电路(BRl)的负向输出端与控制电路(Ml)配合连接，全桥整流电路(BRl)的一输入端与火线(L)相连，另一输入端经负载(LOAD)与零线(N)相连； 所述发光二极管(LED)的正极经电阻(R8)与所述单向可控硅(SCR)的正极相连。
专利摘要本实用新型公开了一种具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路，包括顺次连接的触发电路(M2)和控制电路(M1)，所述可控硅开关电路的特征在于还包括电流取样电路、保护触发电路、保护锁定电路、以及故障指示电路。当负载出现过载或短路等大电流情况下，所述具有过载、短路保护功能的可控硅开关电路所包括的保护触发电路启动工作，在20ms以内自动切断可控硅所在的回路，并通过锁定保护电路使可控硅不再导通，同时故障指示电路中的指示灯灯点亮，以提醒用户此开关所控制的负载出现故障需要排除；断电并排除负载故障后，再通电，电子开关，即可控硅又恢复到正常待机状态，不受任何损坏。
文档编号H03K17/08GK202172394SQ20112003875
公开日2012年3月21日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者万海元, 刘剑 申请人:万海元, 刘剑