一种大功率快速电气火灾限流式保护器的制作方法

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种大功率快速电气火灾限流式保护器。

背景技术：

目前我国在电气火灾限流式保护器方面的应用正处于起步应用阶段，大部分限流保护器是利用绝缘栅型电力场效应管(M0SFET)或IGBT等半导体电力电子器件作为开关部件对负载进行投入或切除。下面简单介绍电气火灾限流式保护器的基本原理。

电气火灾限流式保护器是利用绝缘栅型电力场效应管(M0SFET)或IGBT等半导体电力电子器件开关的如下特性作为开关部件进行线路短路故障保护的一种保护器。

绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)的开关特性包括:

(1)uS级短路限流；

(2)无触点形式，短路限流时无故障电弧产生；

(3)设备耐久性好，可承受万次以上短路试验后保持性能正常；

(4)导通电阻低；

(5)开关速度快；

(6)驱动电路简单。

该特性使得短路电流只上升到正常负荷电流的数倍，同时短路点附近不产生电弧，极大的降低了引发火灾的机率，对短路电气火灾具有很好的预防控制作用，减少了火灾引起的经济损失。

该型限流式保护器是一类新型的消防电子产品，使用在市电220V及以下的交流供配电系统中，与被保护对象回路串联，当被保护回路的故障电流值超过保护整定电流报警值时，发出控制信号通过限流方式对被保护线路进行保护。其主要特点为：只要线路上短路故障引起的故障电流超过最大瞬间负载电流值，就能以微秒级速度分断该短路故障电流，从而使短路故障释放的能量比传统继电保护方式减少数倍，从而有效防止火灾事故的发生。

但是，目前的电气火灾限流式保护器受限于开关器件的导通损耗，而不能做太大功率的限流保护器。本专利旨在利用绝缘栅型电力场效应管(M0SFET)或IGBT等半导体电力电子器件设计一种大功率的快速电气火灾限流式保护器。

技术实现要素：

本实用新型针对上述技术问题，提出了一种大功率快速电气火灾限流式保护器。

本实用新型的一种大功率快速电气火灾限流式保护器，包括：信号获取元件，其串联在火线线路中获取电流信号；信号调理单元，其输入端与信号获取单元连接，其输出端与CPU连接，对电流信号进行调理；CPU，其输入端与信号调理单元连接，其输出端与驱动电路连接，向驱动电路输出控制信号；驱动电路，其输入端与CPU连接，其输出端与MOS管开关元件连接，根据CPU发出的控制命令控制开关元件；MOS管开关元件，其串联在火线线路中，由驱动电路控制闭合或断开。

优选地，进一步包括与所述CPU连接的告警指示灯，其根据CPU在超过阀定值时发出的短路或过载告警信号发光。

优选地，进一步包括与所述CPU连接的蜂鸣器，其根据CPU在超过阀定值时发出的短路或过载告警信号发出蜂鸣声。

优选地，进一步包括与所述CPU连接的按键，当故障排除后，其控制所述CPU发出恢复线路负载供电的合闸信号。

优选地，所述MOS管开关元件为MOSFET管或IGBT管。

优选地，所述MOS管开关元件由多个MOSFET管串并联组成，IN端连接电源，OUT端连接被保护的负载。

优选地，所述MOSFET管的最大耐受电压在500V以上。

本实用新型具有以下优点：本实用新型的电气火灾限流式保护器可以应用在消防系统上，具有分断短路故障电流速度快、无电火花产生、带负载能力强等特点，对于一些易燃易爆场所等的电气火灾具有非常好的预防作用。

附图说明

图1为本实用新型的大功率快速电气火灾限流式保护器的结构示意图。

图2为本实用新型的大功率快速电气火灾限流式保护器的功率开关器件结构图。

具体实施方式

为更好的理解本实用新型的精神，以下结合本实用新型的部分优选实施例对其作进一步说明。

如图1所示为大功率快速电气火灾限流式保护器的结构。本实用新型的限流式保护器包括信号获取元件1，信号调理单元2，微信号数字处理器CPU3，驱动电路4，MOS管开关元件5，告警指示灯6，蜂鸣器7，按键8，通信接口9，显示器10以及AC/DC供电处理单元11。

信号获取元件1串联在火线线路中，将火线线路上的电流信号实时转换为微小弱电流信号。这里，信号获取单元1可以是电流互感器或取样电阻。电流互感器可以是电磁式电流互感器或霍尔电流互感器等。

信号调理单元2与信号获取单元1连接，对微小弱电流信号进行调理，并传给CPU3。CPU3与信号调理单元2连接，对调理后的被探测电流参数进行分析，当所述被探测电流参数超过报警阀定值时，发出短路或过载控制命令。驱动电路4与CPU3连接，接收CPU3发出的控制命令并根据所述控制命令对开关元件进行控制。MOS管开关元件5串联在火线线路中，由驱动电路4控制闭合或断开。

如果CPU3发送给驱动电路4的信号为短路跳闸控制信号，则驱动电路4控制MOS管开关元件5断开；如果CPU3发送给驱动电路4的信号为过载跳闸控制信号，则驱动电路也控制MOS管开关元件5断开。

另外，与所述CPU3连接的告警指示灯6，根据CPU3在超过阀定值时发出的短路或过载告警信号发光以进行告警指示。与所述CPU3连接的蜂鸣器7，根据CPU3在超过阀定值时发出的短路或过载告警信号发出蜂鸣声。

并且，本实用新型的限流式保护器还包括与所述CPU3连接的按键8，当故障排除后，可以通过按压按键8控制所述CPU3发出恢复线路负载供电的合闸信号。驱动电路4根据该合闸信号控制MOS管开关元件5闭合。

本实施例中，开关元件5为绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)开关元件。可替代地，开关元件5也可以是IGBT管开关元件。

开关功率器件是负责负载供电的关键部件，因此该期间选择及应用应考虑一定条件。下面对开关功率器件进行详细说明。

一般说来选择该期间应满足以下两个条件：

a.最大耐受电压的确定

选择M0SFET必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS，MOSFET的最大耐受电压应当大于总线电压的最大值，这样才能提供足够的保护，使M0SFET不会失效。对于应用对象为市电220V的交流供电系统，考虑短路故障及电磁浪涌扰动等安全情况选用最大耐受电压应该在500V以上的MOSFET。

b.额定工作电流的确定

视应用场合而定，该额定电流应是被保护线路上负载完全工作时的最大电流。与分析电压的情况相似，应确保所选的M0sFET能承受这个额定电流，额定电流通常和配电系统的断路器相匹配。同时，还须计算导通损耗。导通损耗由MOSFET的RDS(0N)所确定，并随温度变化而变化。器件功率耗损可由I×I×RDS(0N)计算获得。由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之变化。对MOsFET施加的电压VGs越高，RDs(0N)就会越小。

功率开关器件根据背景技术中描述的M0SFET开关特性，以及所保护线路的功率要求，选择合适的MOSFET串并联组成，即两个MOSFET串联，多个串联的MOSFET再并联起来，其结构如图2所示，IN端连接电源、0UT端连接被保护负载。其作用在于根据控制电路的命令维持相应的开关状态，以达到对被保护回路的保护作用。

本实用新型可以根据通信协议要求与外界进行数据交互，将一些重要检测数据进行储存，以构成电气防火监控系统。通信接口9可采用RS485、CAN等多种通信方式。

通过本实用新的电气火灾限流式保护器的结构，可以获得分断短路故障电流速度快、无电火花产生、带负载能力强等技术效果。本实用新型可以应用在消防系统上，对于一些易燃易爆场所等的电气火灾具有非常好的预防作用。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。