专利名称：等离子体设备用短路保护和抗雷击电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体领域，尤其涉及一种等离子体设备用短路保护和抗雷击电路。
背景技术：
因为具有快速、高效、节能的优点，所以，等离子体设备在环保领域特别是在处理 工业废气方面有着广泛的应用。所述的用于处理工业废气的等离子体设备，受场地限制，很多安装在高处例如楼 顶或鉄塔上。这些安装在高处的等离子体设备极易遭雷击。为避免遭雷击，等离子体设备 的外壳等机械部份一般都配有接地性能优良的避雷装置，因此，位于壳内的电路部份受“直 击雷”雷击的可能性几乎为零。但外壳等机械部份受到雷击并将雷击电流导入大地时，沿壳 体分布的AC220V(或AC380V、AC110V)电源线将受感应、产生足以损坏所述的等离子体设备 的浪涌雷击电流或电压，或者说，等离子体设备的电路部份会通过AC220V电源线而遭“感 应雷”的雷击。例如，安装在宁波化工区一家公司的楼顶排气口、用于处理甲醇废气的一套 等离子体设备，其脉冲高压电源部份就因遭感应雷的雷击而多次损坏。目前，应用等离子体设备的多数为环保公司，他们是处理废气的专家，但对等离子 体设备抗雷的认识往往停留在安装抗击“直击雷”的避雷器上，认为只要安装了避雷器，等 离子体设备的抗雷性能就有了保障，对电源线上的“感应雷”的危害认识不足，甚至，等离子 体设备多次遭雷击而损坏但仍不知祸首是AC220V电源线上的“感应雷”！另外，等离子体发生器的高压绝缘接头，由于沾染雾汽、灰尘，易造成“短路”。 发生短路现象后，等离子体设备中的高压电源等会因电流过大而损毁，此现象反映到 AC220V(或AC380V)动力输入端，等效为负载短路、负载电流急骤上升。安装在上海南汇 的一套用于处理喷漆废气的等离子体设备就发生过此类因“短路”而烧毁多路高压脉冲电 源的事故。上述“高压绝缘接头”是安装在不漏水、不漏气的封闭的等离子体发生器里面，而 且数量众多，在外部，根本无法判断其是否沾尘沾水、是否短路，现有的仪表也无法检测，需 花功夫耗力气将其从等离子体发生器中拆出方可判断。因此，等离子体行业急需一种从外 部就可检测负载情况的仪器。综上所述，等离子体设备采用既可抗雷击又可短路保护、同时兼有检测功能的电 路是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是设计一种既可短路保护又可抗雷击并兼有检测功能的“等离子 体设备用短路保护和抗雷击电路”。本发明实现上述目的的技术方案为一种等离子体设备用短路保护和抗雷击电 路，其由电源降压单元、直流电源单元、雷击降压单元、雷击信号单元、短路信号单元、雷击比较单元、短路比较单元、记忆及复位单元、执行单元、报警单元组成。并且，电源降压单元 的一端接AC220V、另一端接直流电源单元；雷击降压单元的一端接AC220V信号源、另一端 接雷击信号单元；雷击信号单元的另一输入端接AC220V信号源，其输出端接雷击比较单 元；负载RL的动力输入线200上套有耦合线圈L，所述的耦合线圈L的输出端接短路信号单 元，短路信号单元的输出端接短路比较单元，短路比较单元和雷击比较单元的输出端通过 由二极管组成的或门电路与记忆及复位单元连接，记忆及复位单元的输出端接执行单元， 执行单元则通过继电器的二组触点控制负载RL的动力输入线200和300与动力电源的接 通与断开；直流电源单元输出的直流电压Uc分别供给执行单元、记忆及复位单元、短路比 较单元、雷击比较单元；所述的直流电源单元、执行单元、记忆及复位单元、短路比较单元、 雷击比较单元、短路信号单元、雷击信号单元均与电路板地连接。所述的执行单元中的执行器件优先选用双组触点的电磁继电器，也可选用交流或 直流接触器、固态继电器(Solid State Relays，SSR)、晶闸管(SCR)或双向晶闸管(Triode AC Switch, TRIAC)。所述的负载RL为等离子体设备的电路部份。为叙述简便，下面称由各单元电路组成的本发明为“系统”。本发明的工作原理和工作过程是1、AC220V在本发明中有三个输入端由端口 B、端口 C组成的输入端称电源输入 端，系统工作所需的AC220V电源从这个输入端输入；由端口 B、端口 A组成的输入端称信号 输入端，从这个输入端输入的AC220V作为本发明的雷击信号源之用；由端口 D、端口 F组成 的输入端称动力输入端，从这个输入端输入的AC220V作为本发明的负载RL的动力电源之用。所述的AC220V可以用AC380V或ACllOV取代，这是显而易见的。2、从电源输入端输入的AC220V电源经电源降压单元降压、直流电源单元整流、滤 波、稳压后为后级单元电路提供稳定的直流电压Uc03、从信号输入端输入的作为雷击信号源之用AC220V信号经雷击降压单元降压、 雷击信号单元整流、滤波后为雷击比较单元提供雷击信号电压Usi。4、从动力输入端输入的AC220V动力电源，经耦合线圈L耦合、短路信号单元整流、 滤波后为短路比较单元提供短路信号电压US2。5、等离子体设备未受雷击并且未发生短路现象时雷击信号单元输出的雷击信号 电压Usi小于雷击比较单元的参考电压；短路信号单元输出的短路信号电压Us2小于短路比 较单元的参考电压，雷击比较单元、短路比较单元均输出低电平，记忆及复位单元也相应输 出低电平，执行单元执行保持继电器动断触点DD11、DD12闭合的程序，负载RL与AC220V连 接，等离子体设备正常工作。6、当等离子体设备受到雷击时，所述的信号输入端输入的信号电压上升，雷击信 号单元输出的雷击信号电压Usi大于雷击比较单元的参考电压，雷击比较单元输出高电平， 记忆及复位单元也相应输出高电平，执行单元导通工作，受执行单元控制的继电器动断触 点DD11、DD12均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备受雷击的危险便被解除；同时， 受执行单元控制的继电器动合触点DHll闭合，报警单元得电报警。7、当等离子体设备发生短路现象、负载电流IL急骤增大时，短路信号单元输出的短路信号电压Us2大于短路比较单元的参考电压，短路比较单元输出高电平，记忆及复位单 元也相应输出高电平，执行单元导通工作，受执行单元控制的继电器动断触点DD11、DD12 均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备的短路故障中止；同时，受执行单元控制的继 电器动合触点DHll闭合，报警单元得电报警。8、系统中的记忆及复位单元具有记忆功能，一旦系统进入报警状态(此状态下， 负载已与电源线断开)，系统将一直保持此状态，直到确认雷击已过或短路故障已排除，采 取“复位”措施后，系统才会恢复到负载与电源线重新连接、等离子体设备正常工作的初始 状态，此过程简称系统“复位”。如果在未排除负载RL短路原因的情况下、采取“复位”措施， 系统将继续维持报警的状态而不复位。因此，根据此特性，可将本发明当作检测仪器使用， 用其检测负载是否有短路现象。为使系统稳定可靠地工作，本发明采取的进一步技术措施为1、作为抗雷的第一道关口，在电源AC220V输入端并接了双极型瞬态电压抑制二 极管，经该二极管的作用，雷电的浪涌残压减小，既保护了系统的安全运行，其与本发明的 其他单元电路配合，又有效地保护了等离子体设备。2、所述的直流电压Uc、雷击信号电压Usi、短路信号电压Us2的两端均并接了稳压二 极管和浪涌吸收电容，可平抑雷电浪涌脉冲的冲击，保护它们各自的后级单元电路不受损害。3、雷击比较单元、短路比较单元与记忆及复位单元的连接采用“或门”连接，即前 者雷击比较单元、短路比较单元二路比较电路中只要有一路输出高电平，后者便可获得高 电平。这样设计的好处为a、使以实现抗雷功能为主的相关单元电路(雷击降压单元、雷击 信号单元、雷击比较单元)、以实现短路保护功能为主的相关单元电路(短路信号单元、短 路比较单元)可以共用“或门”后的系统终端单元电路(记忆及复位单元、执行单元、报警 单元)，使系统结构简洁、成本降低、可靠性提高；b、电源线感应雷电时，所述的以实现短路 保护功能为主的相关单元电路，也可参与抗雷击工作，并可发挥其对雷击浪涌电流较敏感 的优势，与所述的以实现抗雷功能为主的、对雷击浪涌电压较敏感相关单元电路互相配合， 使系统的抗雷击性能更快捷更可靠更稳定。如上所述，短路信号单元、短路比较单元既承担了“短路保护”的任务，又承担了辅 助“抗雷击”的任务(雷击浪涌脉冲电流到来时，负载电流IL可能接近或超过负载短路时的 IL的值，此时，短路信号单元输出的短路信号电压Us2大于短路比较单元的参考电压，短路 比较单元输出高电平，表示所述的短路信号单元、短路比较单元也参与了抗雷击的过程)。4、为了防止系统出现负载短路一系统短路保护一继电器动断触点DD11、DD12断 开一负载断电一负载电流IL = 0 —短路信号电压Us2 = 0 —短路比较单元输出低电平一执 行单元截止一继电器动断触点DD11、DD12恢复闭合一负载恢复通电一故障未排除、负载仍 短路一系统再短路保护，这样振荡式的恶性循环，本发明采用了“记忆及复位单元”，一旦系 统出现短路现象并执行短路保护程序后，该“记忆及复位单元”就一直记忆此状态，即继电 器动断触点DD11、DD12 一直断开，直到系统复位。按常规设计，该“记忆及复位单元”应设 复位开关，本发明考虑到所述的等离子体设备可能安装在高处或险处，操作该复位开关十 分不便，因此用可安装在控制室的电源开关K代替复位开关，每开关一次电源，等同于按一 次复位开关。
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本发明电路简单，造价低廉，应用本发明可带来以下的有益效果1、可使等离子体设备免遭“感应雷”损坏；2、雷击信号单元、短路信号单元此二种单元电路互相配合，可使本发明更快捷地 对离子体设备执行雷击保护程序；3、可使等离子体设备兼具短路保护和抗雷击二种功能；4、可将本发明当作检测仪器使用，用其检测负载是否有短路现象。
图1为本发明的原理方框图；图2为本发明优选的实施例的电路原理图。
具体实施例方式下面，结合附图，对本发明作进一步的说明。结合图1，本发明由电源降压单元101、直流电源单元102、雷击降压单元103、雷 击信号单元104、短路信号单元105、雷击比较单元106、短路比较单元107、记忆及复位单 元108、执行单元109、报警单元110组成；并且，电源降压单元101的一端接AC220V、另一 端接直流电源单元102 ；雷击降压单元103的一端接AC220V信号源、另一端接雷击信号单 元104 ；雷击信号单元104的另一输入端接AC220V信号源，其输出端接雷击比较单元106 ； 负载RL的动力输入线200上套有耦合线圈L，所述的耦合线圈L的输出端接短路信号单元 105，短路信号单元105的输出端接短路比较单元107，短路比较单元107和雷击比较单元 106的输出端均通过由二极管组成的或门电路与记忆及复位单元108连接，记忆及复位单 元108的输出端接执行单元109，执行单元109则通过继电器的二组触点控制负载RL的动 力输入线200和300与动力电源的接通与断开；直流电源单元102输出的直流电压Uc分别 供给执行单元109、记忆及复位单元108、短路比较单元107、雷击比较单元106 ；所述的直流 电源单元102、执行单元109、记忆及复位单元108、短路比较单元107、雷击比较单元106、短 路信号单元105、雷击信号单元104均接电路板地。本发明的工作原理和工作过程是1、从电源输入端输入的AC220V电源经电源降压单元101降压、直流电源单元102 整流、滤波、稳压后为后级单元电路提供稳定的直流电压Uc03、从信号输入端输入的作为雷击信号源之用AC220V信号经雷击降压单元103降 压、雷击信号单元104整流、滤波后为雷击比较单元106提供雷击信号电压Usi。4、从动力输入端输入的AC220V动力电源，经耦合线圈L耦合、短路信号单元105 整流、滤波后为短路比较单元107提供短路信号电压Us205、等离子体设备未受雷击并且未发生短路现象时雷击信号单元104输出的雷击 信号电压Usi小于雷击比较单元106的参考电压；短路信号单元105输出的短路信号电压Us2 小于短路比较单元107的参考电压，雷击比较单元106、短路比较单元107均输出低电平，记 忆及复位单元108也相应地输出低电平，执行单元109执行保持继电器动断触点DD11、DD12 闭合的程序，负载RL与AC220V连接，等离子体设备正常工作。6、当等离子体设备受到雷击时，所述的信号输入端输入的信号电压上升，雷击信号单元104输出的雷击信号电压Usi大于雷击比较单元106的参考电压，雷击比较单元106 输出高电平，记忆及复位单元108也相应地输出高电平，执行单元109导通工作，受其控制 的继电器动断触点DD11、DD12均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备受雷击的危险
便被解除；同时，受执行单元109控制的继电器动合触点DHll闭合，报警单元110得电报
m 目。7、当等离子体设备发生短路现象、负载电流IL急骤增大时，短路信号单元105输 出的短路信号电压Us2大于短路比较单元107的参考电压，短路比较单元107输出高电平， 记忆及复位单元108也相应地输出高电平，执行单元109导通工作，受执行单元109控制的 继电器动断触点DD11、DD12均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备的短路故障中止； 同时，受执行单元109控制的继电器动合触点DHll闭合，报警单元110得电报警。8、系统中的记忆及复位单元108具有记忆功能，一旦系统进入报警状态(此状态 下，负载已与电源线断开)，系统将一直保持此状态，直到确认雷击已过或短路故障已排除， 采取“复位”措施后，系统才会恢复到负载与电源线重新连接、等离子体设备正常工作的初 始状态。为加强等离子体设备的抗雷击功能和保护本发明自身不受雷击损伤，在AC220V 电源的输入端设有双极型瞬态电压抑制二极管VD1。图2为本发明优选的实施例的电路原理图，图中第一电容Cl、第一电阻Rl组成了电源降压单元101，并且，第一电容Cl、第一电阻 Rl并联后，一端与电源输入端的C端、信号输入端的A端、双极型瞬态电压抑制二极管VDl 的一端、继电器J的一个公共端COMll均相连接；另一端与第一二极管Dl的负极、第四二极 管D4的正极相连接。第一、第二、第三、第四二极管D1、D2、D3、D4，第二、第三电容C2、C3，第一稳压二极 管DWl组成了直流电源单元102 ；其中，第一、第二、第三、第四二极管D1、D2、D3、D4组成桥 式整流电路；第二、第三电容C2、C3是滤波电容；第一稳压二极管DWl是稳压器件；以上整 流、滤波、稳压器件的共同作用，为后级单元电路提供了直流电压U。。所述的直流电源单元 102中，第二第三电容C2、C3并联后，一端(C3的正极端)与直流电压Uc的正端连接，另一 端与直流电压Uc的负端连接；第一稳压二极管DWl的正极端与直流电压Uc的负端连接，另 一端与直流电压Uc的正端连接；所述的直流电压Uc的负端接电路板地。所述的滤波电容C2、C3、稳压器件DWl另外一项作用是平抑雷电浪涌脉冲，以保 护后级单元电路不受雷电浪涌脉冲的损伤。优选地，雷击降压单元103由第十二电阻R12组成；由于雷击比较单元106用集成 运放作比较器件，而集成运放是高输入阻抗、高灵敏度的器件，信号电流Is可以低达微安 级，因此，第十二电阻R12允许高达ΜΩ级。由于有高达ΜΩ级的第十二电阻R12作限流，因此，可以确保后级单元电路不受从 信号输入端输入的雷电浪涌脉冲的损伤。第八、第九、第十、第i^一二极管D8、D9、D10、D11，第五、第六电容C5、C6，第二稳压 二极管DW2，第十一电阻Rll组成了雷击信号单元104 ；其中，第八、第九、第十、第十一二极 管D8、D9、D10、Dll组成桥式整流电路；第五、第六电容C5、C6是滤波电容；第二稳压二极 管DW2为稳压器件；以上整流、滤波、稳压器件的共同作用，为后级单元电路提供了雷击信号电压Usi ；所述的雷击信号单元104中，第十一电阻Rll与雷击信号电压Usi相并联，它们 并联后，正端与雷击比较单元106连接，负端接电路板地；第四、第五电容C4、C5、第二稳压 二极管DW2并联后，一端(C5的正极端)与雷击信号电压Usi的正端连接，另一端(DW2的正 极端)与雷击信号电压Usi的负端连接。所述的滤波电容C5、C6、稳压器件DW2另外一项作用是平抑雷电浪涌脉冲，以配 合第十二电阻R12进一步保护后级单元电路不受雷电浪涌脉冲的损伤。为了达到输出合适的雷击信号电压Usi和平抑雷电浪涌脉冲的二个目的，第十二 电阻R12、第二稳压二极管DW2、雷击信号电压Usi的电参数可按以下方法调定a、当所述的信号输入端输入的信号电压小于额定值(例如242V)时，雷击信号电 压Usi的值既小于雷击比较单元106的参考电压U2的值也小于第二稳压二极管DW2的额定 稳压值Uz2 ；此时，第二稳压二极管DW2处于反向偏置的近似开路的状态、其无稳压作用，雷 击信号电压Usi随输入的信号电压的增大而上升。b、当所述的信号输入端输入的信号电压大于额定值时(相当于雷击浪涌脉冲到 来)Uz2 = Usi > U2，此时，第二稳压二极管DW2处于反向击穿的稳压状态，雷击信号电压 Usi被其限幅、钳位在Uz2的范围内，不会随输入的信号电压增大而无限制地增大，后级单元 电路也不会因Usi无限制地增大而受到损坏。综上所述，选择第二稳压二极管DW2时，应选择额定稳压值Uz2 > U2的稳压管。集成运放IC2-1(72 0093)、第四、第五、第八、第九电阻1 4、1 5、1 8、1 9及第六二极 管D6组成了雷击比较单元106 ；并且，第九电阻R9的一端接直流电压Uc的正端、另一端与 第八电阻R8的一端、集成运放IC2-1的反相输入端2脚相连接；第八电阻R8的另一端接电 路板地；集成运放IC2-1的4脚也接电路板地，输出端1脚接第六二极管D6的正极，第六二 极管D6的负极接记忆及复位单元108，集成运放IC2-1的同相输入端3脚接雷击信号电压 Usi正端。直流电压Uc经第八、第九电阻R8、R9分压、为本雷击比较单元106提供了参考电 压U2。第十二、第十三、第十四、第十五二极管D12、D13、D14、D15，第七、第八电容C7、C8， 第三稳压二极管DW3，第十电阻RlO及套在动力输入线200上的耦合线圈L组成了短路信号 单元105 ;其中，第十二、第十三、第十四、第十五二极管012、013、014、015组成桥式整流电 路；第七、第八电容C7、C8是滤波电容；第三稳压二极管DW3为稳压器件；以上整流、滤波、 稳压器件的共同作用，为后级单元电路提供了短路信号电压Us2 ；所述的短路信号单元105 中，第十电阻RlO与短路信号电压Us2相并联，它们并联后，正端与短路比较单元107连接， 负端接电路板地；第七、第八电容C7、C8、第三稳压二极管DW3并联后，一端(C7的正极端) 与短路信号电压Us2的正端连接，另一端(DW3的正极端)与短路信号电压Us2的负端连接。所述的滤波电容C7、C8、稳压器件DW3另外一项作用是平抑雷电浪涌脉冲，以进 一步保护后级单元电路不受雷电浪涌脉冲的损伤。为了达到输出合适的短路信号电压Us2和平抑雷电浪涌脉冲的二个目的，第十电 阻R10、第三稳压二极管DW3、雷击信号电压Us2的电参数可按以下方法调定C、当所述的负载电流IL小于额定值(例如10A)时，短路信号电压Us2的值既小于 短路比较单元107的参考电压U2的值也小于第三稳压二极管DW3的额定稳压值Uz3 ；此时，第三稳压二极管DW3处于反向偏置的近似开路的状态、其无稳压作用，短路信号电压Us2随 负载电流IL的增大而上升。d、当所述的负载电流IL大于额定值时(相当于负载短路或雷电浪涌电流到来) Uz3 = Us2 >U2，此时，第三稳压二极管DW3处于反向击穿的稳压状态，短路信号电压Us2被 其限幅、钳位在Uz3的范围内，不会随负载电流IL增大而无限制地增大，后级单元电路也不 会因Us2无限制地增大而受到损坏。综上所述，选择第三稳压二极管DW3时，应选择额定稳压值Uz3 > U2的稳压管。集成运放IC2-2 (V2 LM393)、第六、第七、第八、第九电阻R6、R7、R8、R9及第七二 极管D7组成了短路比较单元107 ；并且，第九电阻R9的一端接直流电压Uc的正端、另一端 与第八电阻R8的一端、集成运放IC2-2的反相输入端6脚相连接；第八电阻R8的另一端接 电路板地；集成运放IC2-2的8脚接直流电压Uc的正端、输出端7脚接第七二极管D7的正 极，第七二极管D7的负极接记忆及复位单元108，集成运放IC2-2的同相输入端5脚接短路 信号电压Us2正端。直流电压Uc经第八、第九电阻R8、R9分压，为本短路比较单元107提供了参考电 压U2。双D触发器ICl (型号4013)、第四电容C4组成记忆及复位电路。其特征在于双 D触发器ICl的6脚与第六二极管D6的负极及第七二极管D7的负极均连接，3脚、7脚、5 脚均接电路板地，14脚接直流电源UC的正极，4脚与第四电容C4的负极连接，第四电容C4 的正极与直流电源UC的正极连接。第二、第三电阻R2、R3，三极管Vl (C9014)，继电器J (包括其二组触点)，第五二极 管D5共同组成了执行电路109，其中，继电器J(包括其二组触点)是执行器件；并且，三极 管Vl的发射极接电路板地，集电极与继电器J的一端及第五二极管D5的正极连接，基极与 第二、第三电阻R2、R3各自的一端均相连接；第二电阻R2的另一端接电路板地；第三电阻 R3的另一端接双D触发器ICl的输出端1脚；继电器J的另一端、第五二极管D5的负极均 与直流电压Uc的正端连接；继电器J的第一组触点的公共端COMll与动力输入端的F、电 源开关K的一端、双极型瞬态电压抑制二极管VDl的一端均相连接，动断触点DDll通过动 力输入线200与负载RL的一端连接，动合触点DHll与报警单元110连接；继电器J的第二 组触点的公共端C0M12与动力输入端的D及报警单元110连接，动断触点DD12通过动力输 入线300与负载RL的另一端连接。报警单元110由蜂鸣器HA、发光二极管LED及其限流电阻R13组成，其特征是发 光二极管LED与限流电阻R13串联后再与蜂鸣器HA并联，它们串并联后一端接继电器J的 第一组动合触点DH11，另一端(发光二极管LED的负极端)接继电器J的第二组触点的公 共端C0M12。该报警单元110通电工作时具有声、光同时报警的功能。其若报警，表示离子 体设备或遭雷击、或发生了负载短路现象。特殊地本发明当作测试仪器使用时(肯定不会 在打雷时使用)，一旦其报警，说明离子体设备的被测电路有短路故障。本实施例还具有以下的特征1、在AC220V电源输入端并接有双极型瞬态电压抑制二极管VDl ；2、集成运放IC2-1的输出端1脚接第六二极管D6的正极、集成运放IC2-2的输出 端7脚接第七二极管D7的正极，第六二极管D6的负极、第七二极管D7的负极均与双D触发器ICl的输入端6脚连接，即集成运放IC2-1、集成运放IC2-2通过由所述的二极管D6、 D7组成的或门电路与双D触发器ICl连接；这是本发明重要的技术特征，采用此项技术可 带来以下的有益效果a、使以实现抗雷功能为主的相关单元电路(雷击降压单元103、雷击信号单元 104、雷击比较单元106)、以实现短路保护功能为主的相关单元电路(短路信号单元105、短 路比较单元107)可以共用所述“或门”后的系统终端单元电路(记忆及复位单元108、执行 单元109、报警单元110)，使系统结构简洁、造价降低、可靠性提高。b、电源线感应雷电时，所述的以实现短路保护功能为主的相关单元电路，也可参 与抗雷击工作，并可发挥对雷击浪涌电流较敏感的优势，与所述的以实现抗雷功能为主的、 对雷击浪涌电压较敏感相关单元电路互相配合，使系统的抗雷击性能更快捷更可靠更稳 定。本实施例的工作过程为1、当AC220V电源未感应雷电、同时，负载RL未短路时，由于集成运放IC2-1的3 脚上的雷击信号电压Usi小于其2脚上的参考电压U2 ；集成运放IC2-2的5脚上短路信号 电压Us2小于其6脚上的参考电压U2，所以，集成运放IC2-1的1脚、集成运放IC2-2的7脚 均输出低电平，双D触发器ICl的输入端6脚也为低电平，其输出端1脚输出低电平，三极 管Vl截止，继电器J的动断触点DD11、DD12闭合，负载RL与AC220V连接，等离子体设备正 常工作。2、当AC220V电源感应雷电、但负载RL未短路时US1 > U2，由于集成运放IC2-1的 3脚上的雷击信号电压Usi大于其2脚上的参考电压U2，所以，其输出端1脚输出高电平，双 D触发器ICl的输入端6脚也为高电平，其输出端1脚输出高电平，三极管Vl导通，继电器 J的动断触点DD11、DD12断开，负载RL与AC220V也随之断开，等离子体设备的雷击危险被 解除。在此同时，继电器J的动合触点DHll闭合，蜂鸣器HA、发光二极管LED得电，分别作 声、光报警。雷击结束，雷击信号电压Usi下降，变为Usi < U2，集成运放IC2-1的1脚变为输出 低电平，双D触发器ICl的输入端6脚也变为低电平，但由于双D触发器具有记忆功能，系 统仍保持继电器J的动断触点DD11、DD12断开、动合触点DHll闭合的报警状态，直到电源 开关K关、开一次，系统方才复位。3、当AC220V电源未感应雷电、但负载RL短路时US1 < U2，集成运放IC2-1的1脚 输出低电平；Us2 > U2，集成运放IC2-2的7脚输出高电平。由于集成运放IC2-1、集成运放 IC2-2与双D触发器ICl采用或门连接，所以，双D触发器ICl的输入端6脚为高电平，其 输出端1脚输出高电平，三极管Vl导通，继电器J的动断触点DD11、DD12断开，负载RL与 AC220V也随之断开，等离子体设备的短路现象得以中止。在此同时，继电器J的动合触点 DHll闭合，蜂鸣器HA、发光二极管LED得电，分别声、光报警。系统将一直保持此报警的状 态，直到排除负载RL短路的原因、再开关一次电源开关K，系统方才复位。如果在未排除负 载RL短路原因的情况下、开关一次电源开关K，系统将继续维持报警的状态而不复位。因 此，可根据此特性用本发明作仪器，检测负载是否有短路现象。在负载RL未短路、但电源线感应雷电的情况下，感应雷电的浪涌电流将使负载电 流IL上升，达到甚至超过负载短路时的电流值，此时，Usi > U2、US2 > U2，集成运放IC2-1、
11集成运放IC2-2均输出高电平，系统将更快速地进入报警的状态。本发明作这样的设计，可 使系统中与抗雷击相关的单元电路与短路保护相关的单元电路互相配合、协同作战，使系 统更快捷更可靠实现抗雷击功能。 所述的执行单元109中的执行器件优先选用双组触点的电磁继电器，也可选用 交流或直流接触器、固态继电器(Solid State Relays, SSR)、晶闸管(SCR)或双向晶闸管 (Triode AC Switch, TRIAC)。
权利要求
一种等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其由电源降压单元(101)、直流电源单元(102)、雷击降压单元(103)、雷击信号单元(104)、短路信号单元(105)、雷击比较单元(106)、短路比较单元(107)、记忆及复位单元(108)、执行单元(109)、报警单元(110)组成；特征是电源降压单元(101)的一端接AC220V、另一端接直流电源单元(102)；雷击降压单元(103)的一端接AC220V信号源、另一端接雷击信号单元(104)；雷击信号单元(104)的另一输入端接AC220V信号源，其输出端接雷击比较单元(106)；负载(RL)的动力输入线(200)上套有耦合线圈(L)，所述的耦合线圈(L)的输出端接短路信号单元(105)；短路信号单元(105)的输出端接短路比较单元(107)；短路比较单元(107)和雷击比较单元(106)的输出端均通过由二极管组成的或门电路与记忆及复位单元(108)连接；记忆及复位单元(108)的输出端接执行单元(109)；执行单元(109)则通过继电器的二组触点控制负载(RL)的动力输入线(200)和(300)与动力电源的接通与断开；直流电源单元(102)输出的直流电压(Uc)分别供给执行单元(109)、记忆及复位单元(108)、短路比较单元(107)、雷击比较单元(106)；所述的直流电源单元(102)、执行单元(109)、记忆及复位单元(108)、短路比较单元(107)、雷击比较单元(106)、短路信号单元(105)、雷击信号单元(104)均接电路板地。
2.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于在 AC220V电源输入端并接有双极型瞬态电压抑制二极管(VDl)。
3.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于集成运 放IC2-1的输出端(1)脚接第六二极管(D6)的正极、集成运放IC2-2的输出端(7)脚接第 七二极管(D7)的正极，第六二极管(D6)的负极、第七二极管(D7)的负极均与双D触发器 ICl的输入端(6)脚连接，即集成运放IC2-1、集成运放IC2-2通过由所述的二极管(D6)、 (D7)组成的或门电路与双D触发器ICl连接。
4.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于集成运 放IC2-1、第四、第五、第八、第九电阻(R4)、(R5)、(R8)、(R9)及第六二极管(D6)组成了雷 击比较单元(106)；并且，第九电阻(R9)的一端接直流电压(Uc)的正端、另一端与第八电 阻(R8)的一端、集成运放IC2-1的反相输入端(2)脚相连接；第八电阻(R8)的另一端接电 路板地；集成运放IC2-1的(4)脚也接电路板地，输出端(1)脚接第六二极管(D6)的正极， 第六二极管(D6)的负极接记忆及复位单元(108)，集成运放IC2-1的同相输入端(3)脚接 雷击信号电压(Usi)正端。
5.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于集成运 放IC2-2、第六、第七、第八、第九电阻(R6)、(R7)、(R8)、(R9)及第七二极管(D7)组成了短 路比较单元(107)；并且，第九电阻(R9)的一端接直流电压(Uc)的正端、另一端与第八电 阻(R8)的一端、集成运放IC2-2的反相输入端(6)脚相连接；第八电阻(R8)的另一端接 电路板地；集成运放IC2-2的(8)脚接直流电压(Uc)的正端、输出端(7)脚接第七二极管 (D7)的正极，第七二极管(D7)的负极接记忆及复位单元(108)，集成运放IC2-2的同相输 入端(5)脚接短路信号电压(Us2)正端。
6.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于双D触 发器IC1、第四电容(C4)组成记忆及复位电路；并且，双D触发器ICl的(6)脚与第六二极 管(D6)的负极及第七二极管(D7)的负极均连接，(3)脚、(7)脚、(5)脚均接电路板地，(14)脚接直流电源(U c)的正极，(4)脚与第四电容(C4)的负极连接，第四电容(C4)的正极与 直流电源(Ue)的正极连接。
7.如权利要求1所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征在于第二、第 三电阻(R2)、(R3)，三极管(VI)，继电器(J)(包括其二组触点)，第五二极管(D5)共同组 成了执行电路(109)，其中，继电器(J)(包括其二组触点)是执行器件；并且，三极管(Vl) 的发射极接电路板地，集电极与继电器(J)的一端及第五二极管(D5)的正极连接，基极与 第二、第三电阻(R2)、(R3)各自的一端均相连接；第二电阻(R2)的另一端接电路板地；第 三电阻(R3)的另一端接双D触发器ICl的输出端(1)脚；继电器(J)的另一端、第五二极 管(D5)的负极均与直流电压(Uc)的正端连接；继电器(J)的第一组触点的公共端COMll 与动力输入端的(F)、电源开关(K)的一端、双极型瞬态电压抑制二极管(VDl)的一端均相 连接，动断触点DDll通过动力输入线(200)与负载(RL)的一端连接，动合触点DHll与报 警单元(110)连接；继电器(J)的第二组触点的公共端C0M12与动力输入端的(D)及报警 单元(110)连接，动断触点DD12通过动力输入线(300)与负载(RL)的另一端连接。
8.如权利要求1、权利要求7所述的等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，其特征 在于所述的执行单元(109)中的执行器件优先选用双组触点的电磁继电器，也可选用交 流或直流接触器、固态继电器(Solid State Relays, SSR)、晶闸管(SCR)或双向晶闸管 (Triode AC Switch, TRIAC)。
全文摘要
一种等离子体设备用短路保护和抗雷击电路，由电源降压单元、直流电源单元、雷击降压单元、雷击信号单元、短路信号单元、雷击比较单元、短路比较单元、记忆及复位单元、执行单元、报警单元组成。当等离子体设备未受雷击并且未发生短路现象时，执行单元执行保持继电器动断触点DD11、DD12闭合的程序，等离子体设备正常工作；当等离子体设备受到雷击时，受执行单元控制的继电器动断触点DD11、DD12均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备受雷击的危险便被解除；当等离子体设备发生短路现象时，受执行单元控制的继电器动断触点DD11、DD12均断开，即负载与电源线断开，等离子体设备的短路故障中止。本发明还可当作检测仪器使用，用其检测负载是否有短路现象。
文档编号H02H9/04GK101950942SQ20101029702
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者孙浙胜, 朱亮, 李玮, 汪孟金 申请人:宁波市镇海华泰电器厂