一种具有短路保护的三相交流固态继电器电路的制作方法

本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种具有短路保护的三相交流固态继电器电路，适用于三相交流供电或驱动电路中的无触点开关控制的应用场合。

背景技术：

无触点式固态继电器由于其具有无机械触点、响应迅速、寿命长等优点而得到日益广泛的应用。但以双向晶闸管(triac)为功率控制器件的三相交流固态继电器目前对短路或过载故障尚缺乏具有可靠的自我保护功能的产品，在一些相关的技术报道中尽管有设置电流检测与关断电路，但对于突然发生的三相交流负载短路或过载故障，这些电路无法进行及时保护而导致损坏，主要问题在于现有的三相交流固态继电器本身电路中对电流突变无抑制能力。因此，如何设计一种能可靠进行短路与过载保护、电路简单、易于产品化的三相交流固态继电器方案，是本发明的出发点。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种具有短路保护的三相交流固态继电器电路。该电路由光隔式三相交流triac驱动电路、三相短路与过载测控电路组成，其核心是每相以一只双向晶闸管(triac)为功率控制器件且串接小电感以抑制电流突变，配置电流传感器，并以逆阻型晶闸管为保护控制器件，该电路在三相交流负载发生短路或过载时能可靠进行关断保护。

本发明电路包括光隔式三相交流triac驱动电路、三相短路与过载测控电路。

光隔式三相交流triac驱动电路包括a相光耦ic1、b相光耦ic2、c相光耦ic3、a相双向晶闸管vt2、b相双向晶闸管vt3、c相双向晶闸管vt4、a相电感l1、b相电感l2、c相电感l3、a相驱动电容c1、a相保护电容c2、b相驱动电容c3、b相保护电容c4、c相驱动电容c5、c相保护电容c6、限流电阻r1、a相左电阻r2、a相右电阻r3、a相门极电阻r4、a相保护电阻r5、b相左电阻r6、b相右电阻r7、b相门极电阻r8、b相保护电阻r9、c相左电阻r10、c相右电阻r11、c相门极电阻r12、c相保护电阻r13、a相负载load-a、b相负载load-b、c相负载load-c，正驱动端in+端与限流电阻r1的一端连接，限流电阻r1的另一端与a相光耦ic1发光侧的阳极、逆阻型晶闸管vt1的阳极连接，a相光耦ic1发光侧的阴极与b相光耦ic2发光侧的阳极连接，b相光耦ic2发光侧的阴极与c相光耦ic3发光侧的阳极连接，c相光耦ic3发光侧的阴极与逆阻型晶闸管vt1的阴极、负驱动端in-端连接。

a相光耦ic1输出侧的一端与a相左电阻r2的一端连接，a相光耦ic1输出侧的另一端与a相门极电阻r4的一端、a相双向晶闸管vt2的门极连接，交流电源a相端a端与a相电感l1的一端连接，a相电感l1的另一端与a相双向晶闸管vt2的第1阳极、a相右电阻r3的一端、a相保护电阻r5的一端连接，a相右电阻r3的另一端与a相左电阻r2的另一端、a相驱动电容c1的一端连接，a相负载load-a的一端连线穿过a相电流传感器sc1的检查孔后与a相双向晶闸管vt2的第2阳极、a相门极电阻r4的另一端、a相驱动电容c1的另一端、a相保护电容c2的一端连接，a相保护电容c2的另一端与a相保护电阻r5的另一端连接。

b相光耦ic2输出侧的一端与b相左电阻r6的一端连接，b相光耦ic2输出侧的另一端与b相门极电阻r8的一端、b相双向晶闸管vt2的门极连接，交流电源b相端b端与b电感l2的一端连接，b相电感l2的另一端与b相双向晶闸管vt3的第1阳极、b相右电阻r7的一端、b相保护电阻r9的一端连接，b相右电阻r7的另一端与b相左电阻r6的另一端、b相驱动电容c3的一端连接，b相负载load-b的一端连线穿过b相电流传感器sc2的检查孔后与b相双向晶闸管vt3的第2阳极、b相门极电阻r8的另一端、b相驱动电容c3的另一端、b相保护电容c4的一端连接，b相保护电容c4的另一端与b相保护电阻r9的另一端连接。

c相光耦ic3输出侧的一端与c相左电阻r10的一端连接，c相光耦ic3输出侧的另一端与c相门极电阻r12的一端、c相双向晶闸管vt4的门极连接，交流电源c相端c端与c相电感l3的一端连接，c相电感l3的另一端与c相双向晶闸管vt4的第1阳极、c相右电阻r11的一端、c相保护电阻r13的一端连接，c相右电阻r11的另一端与c相左电阻r10的另一端、c相驱动电容c5的一端连接，c相负载load-c的一端连线穿过c相电流传感器sc3的检查孔后与c相双向晶闸管vt4的第2阳极、c相门极电阻r12的另一端、c相驱动电容c5的另一端、c相保护电容c6的一端连接，c相保护电容c6的另一端与c相保护电阻r13的另一端连接。

在三相三线制负载中：a相负载load-a的另一端与b相负载load-b的另一端、c相负载load-c的另一端连接。在三相四线制负载中：a相负载load-a的另一端与b相负载load-b的另一端、c相负载load-c的另一端、交流电源零线端n端连接。

三相短路与过载测控电路包括逆阻型晶闸管vt1、a相电流传感器sc1、b相电流传感器sc2、c相电流传感器sc3、a相上二极管d1、a相下二极管d4、b相上二极管d3、b相下二极管d6、c相上二极管d5、c相下二极管d2、转换电阻r14、滤波电阻r15、分压电阻r16、滤波电容c7，a相电流传感器sc1的第2输出端i2端与b相电流传感器sc2的第2输出端i2端、c相电流传感器sc3的第2输出端i2端连接，a相电流传感器sc1的第1输出端i1端与a相上二极管d1的阳极、a相下二极管d4的阴极连接，b相电流传感器sc2的第1输出端i1端与b相上二极管d3的阳极、b相下二极管d6的阴极连接，c相电流传感器sc3的第1输出端i1端与c相上二极管d5的阳极、c相下二极管d2的阴极连接，a相上二极管d1的阴极与b相上二极管d3的阴极、c相上二极管d5的阴极、转换电阻r14的一端、滤波电阻r15的一端连接，滤波电阻r15的另一端与分压电阻r16的一端、滤波电容c7的一端、逆阻型晶闸管vt1的门极连接，a相下二极管d4的阳极与b相下二极管d6的阳极、c相下二极管d2的阳极、转换电阻r14的另一端、滤波电容c7的另一端、分压电阻r16的另一端、负驱动端in-端连接。

本发明的有益效果如下：

本发明以三只双向晶闸管(triac)、一只逆阻型晶闸管、三只小电感、三只电流传感器等为主的简单电路方案，能完全地满足对三相交流固态继电器电路中的三相交流负载短路或过流故障进行可靠的实时保护要求。该电路简单、成本低、可靠性高、通用性好，易于产品化。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种具有短路保护的三相交流固态继电器电路，包括光隔式三相交流triac驱动电路、三相短路与过载测控电路。

光隔式三相交流triac驱动电路包括a相光耦ic1、b相光耦ic2、c相光耦ic3、a相双向晶闸管vt2、b相双向晶闸管vt3、c相双向晶闸管vt4、a相电感l1、b相电感l2、c相电感l3、a相驱动电容c1、a相保护电容c2、b相驱动电容c3、b相保护电容c4、c相驱动电容c5、c相保护电容c6、限流电阻r1、a相左电阻r2、a相右电阻r3、a相门极电阻r4、a相保护电阻r5、b相左电阻r6、b相右电阻r7、b相门极电阻r8、b相保护电阻r9、c相左电阻r10、c相右电阻r11、c相门极电阻r12、c相保护电阻r13、a相负载load-a、b相负载load-b、c相负载load-c，正驱动端in+端与限流电阻r1的一端连接，限流电阻r1的另一端与a相光耦ic1发光侧的阳极、逆阻型晶闸管vt1的阳极连接，a相光耦ic1发光侧的阴极与b相光耦ic2发光侧的阳极连接，b相光耦ic2发光侧的阴极与c相光耦ic3发光侧的阳极连接，c相光耦ic3发光侧的阴极与逆阻型晶闸管vt1的阴极、负驱动端in-端连接。

a相光耦ic1输出侧的一端与a相左电阻r2的一端连接，a相光耦ic1输出侧的另一端与a相门极电阻r4的一端、a相双向晶闸管vt2的门极连接，交流电源a相端a端与a相电感l1的一端连接，a相电感l1的另一端与a相双向晶闸管vt2的第1阳极、a相右电阻r3的一端、a相保护电阻r5的一端连接，a相右电阻r3的另一端与a相左电阻r2的另一端、a相驱动电容c1的一端连接，a相负载load-a的一端连线穿过a相电流传感器sc1的检查孔后与a相双向晶闸管vt2的第2阳极、a相门极电阻r4的另一端、a相驱动电容c1的另一端、a相保护电容c2的一端连接，a相保护电容c2的另一端与a相保护电阻r5的另一端连接。

b相光耦ic2输出侧的一端与b相左电阻r6的一端连接，b相光耦ic2输出侧的另一端与b相门极电阻r8的一端、b相双向晶闸管vt2的门极连接，交流电源b相端b端与b电感l2的一端连接，b相电感l2的另一端与b相双向晶闸管vt3的第1阳极、b相右电阻r7的一端、b相保护电阻r9的一端连接，b相右电阻r7的另一端与b相左电阻r6的另一端、b相驱动电容c3的一端连接，b相负载load-b的一端连线穿过b相电流传感器sc2的检查孔后与b相双向晶闸管vt3的第2阳极、b相门极电阻r8的另一端、b相驱动电容c3的另一端、b相保护电容c4的一端连接，b相保护电容c4的另一端与b相保护电阻r9的另一端连接。

c相光耦ic3输出侧的一端与c相左电阻r10的一端连接，c相光耦ic3输出侧的另一端与c相门极电阻r12的一端、c相双向晶闸管vt4的门极连接，交流电源c相端c端与c相电感l3的一端连接，c相电感l3的另一端与c相双向晶闸管vt4的第1阳极、c相右电阻r11的一端、c相保护电阻r13的一端连接，c相右电阻r11的另一端与c相左电阻r10的另一端、c相驱动电容c5的一端连接，c相负载load-c的一端连线穿过c相电流传感器sc3的检查孔后与c相双向晶闸管vt4的第2阳极、c相门极电阻r12的另一端、c相驱动电容c5的另一端、c相保护电容c6的一端连接，c相保护电容c6的另一端与c相保护电阻r13的另一端连接。

在三相三线制负载中：a相负载load-a的另一端与b相负载load-b的另一端、c相负载load-c的另一端连接。在三相四线制负载中：a相负载load-a的另一端与b相负载load-b的另一端、c相负载load-c的另一端、交流电源零线端n端连接。

三相短路与过载测控电路包括逆阻型晶闸管vt1、a相电流传感器sc1、b相电流传感器sc2、c相电流传感器sc3、a相上二极管d1、a相下二极管d4、b相上二极管d3、b相下二极管d6、c相上二极管d5、c相下二极管d2、转换电阻r14、滤波电阻r15、分压电阻r16、滤波电容c7，a相电流传感器sc1的第2输出端i2端与b相电流传感器sc2的第2输出端i2端、c相电流传感器sc3的第2输出端i2端连接，a相电流传感器sc1的第1输出端i1端与a相上二极管d1的阳极、a相下二极管d4的阴极连接，b相电流传感器sc2的第1输出端i1端与b相上二极管d3的阳极、b相下二极管d6的阴极连接，c相电流传感器sc3的第1输出端i1端与c相上二极管d5的阳极、c相下二极管d2的阴极连接，a相上二极管d1的阴极与b相上二极管d3的阴极、c相上二极管d5的阴极、转换电阻r14的一端、滤波电阻r15的一端连接，滤波电阻r15的另一端与分压电阻r16的一端、滤波电容c7的一端、逆阻型晶闸管vt1的门极连接，a相下二极管d4的阳极与b相下二极管d6的阳极、c相下二极管d2的阳极、转换电阻r14的另一端、滤波电容c7的另一端、分压电阻r16的另一端、负驱动端in-端连接。

本发明所使用的包括a相光耦ic1、b相光耦ic2、c相光耦ic3、a相电流传感器sc1、b相电流传感器sc2、c相电流传感器sc3、逆阻型晶闸管vt1、a相双向晶闸管vt2、b相双向晶闸管vt3、c相双向晶闸管vt4、a相上二极管d1、a相下二极管d4、b相上二极管d3、b相下二极管d6、c相上二极管d5、c相下二极管d2等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：光耦采用moc3083，电流传感器采用ld系列电流互感器，逆阻型晶闸管采用kk1-2快速晶闸管，双向晶闸管采用bcr系列，二极管采用sb系列肖特基二极管等。

本发明中的主要电路参数配合关系如下：

设：ugth为逆阻型晶闸管的门极触发电压阈值(单位：v)，a、b、c某相电流传感器的被测电流与输出电流分别是i1x、i2x(单位：a)，其中的x＝a、b、c，各相电流传感器的电流比均为ki＝i2x/i1x，令：i1xm为x相允许的被测电流i1x的最大值(单位：a)，且i1am＝i1bm＝i1cm＝i1m，则：

r15＞＞r14(1)

式中的r14、r15、r16分别为转换电阻r14、滤波电阻r15、分压电阻r16的阻值(单位：ω)。

本发明工作过程如下：

(1)对三相交流负载的隔离驱动控制作用：本发明电路具有光电隔离功能，a相光耦ic1、b相光耦ic2、c相光耦ic3的发光侧串联后接驱动控制电压，以确保三相同时开关动作，其中，正驱动端in+端接驱动电压的正端，负驱动端in-端接驱动电压的负端，并根据光耦发光侧的额定电流进行配置限流电阻r1的阻值。一般应用中，也可将正驱动端in+端与来自上级控制电路的供电电压端连接，而负驱动端in-端作为上级控制电路的开关控制端，则该控制端为低电平时三相光耦都导通，进而使三相双向晶闸管导通给三相交流负载供电；该控制端为高电平时三相光耦都关断，进而使三相双向晶闸管关断、三相交流负载断电。

(2)三相短路与过载测控保护作用：因三相交流负载无论发生短路还是过载，其保护的本质是当电流超过允许的最大值时就要关断三相双向晶闸管切断度三相交流负载的供电。为此，在本发明电路的短路或过载保护中，设置允许的电流及其最大值为i0m，也是保护动作的阈值。同时各相电路都配置了小电感，以防止各相电路电流瞬间突变，使得保护控制电路能及时进行有效的保护操作。采用三相电流传感器实时监测负载电流，一旦发现负载电流达到i1m，则在式(1)、式(2)的电路参数配合以及在以a相上二极管d1、a相下二极管d4、b相上二极管d3、b相下二极管d6、c相上二极管d5、c相下二极管d2、转换电阻r14、滤波电阻r15、分压电阻r16、滤波电容c7为主构成的整流、滤波、分压电路等作用下，使逆阻晶闸管vt1导通，进而使三相双向晶闸管都关断，且关断后在没有进行断电重启工作前，三相双向晶闸管始终都保持关断，从而对三相交流负载短路或过载都能安全、可靠地实现保护控制作用。