一种电气防火限流式保护器的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本实用新型涉及一种电气防火限流式保护器。背景技术：2.传统机械式断路器采用机械触点来分断主回路故障电流，当发生短路故障时，其保护动作完成时间在十毫秒左右，短路电流在短路持续期间内骤增至数千安，甚至数十千安，产生大量的电弧火花，这些都是电气火灾防护的不利因素。3.新型电气防火限流式保护器(以下简称限流式保护器)是一种采用固态电子开关作为分断主回路故障电流的装置，当发生短路故障时，其能以微秒级速度快速限制短路电流并实现无弧分断，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。4.cn201210545682.5中的限流式保护器采用电流互感器检测主回路电流； cn201821263607.9的实施例中电流检测采用电流互感器；cn201120189781.5的新型灭弧式电气防火短路保护装置采用电流霍尔传感器检测电流。5.上述现有技术中存在以下技术问题：电流采样器件均是电流互感器或者电流霍尔传感器，器件体积大，需充分考虑电流采样元件的安装结构空间，不利于小型化设计；6.其次，限流保护器中电流采样单元、温度采样单元以及功率器件的驱动单元等，相互之间通常需要进行电气隔离，防止器件的损坏，这样需要大量的隔离电源，即提高了成本也增大了限流保护器的整体体积；7.此外，虽然温敏电阻可通过自身的绝缘处理可实现温敏电阻安装在主回路发热器件的近距离安装，但在装配过程中可能出现破损或长时间使用后绝缘材料老化，使得隔离电源损坏，如果温敏电阻与主回路保持适当的电气间隙，虽能大大减少隔离电源损坏的风险，但是因与主回路发热器件有一定的距离，导致热量通过一定介质扩散到温敏电阻，温敏电阻不能快速反映发热器件的温度变化，同时还需进行计算才能反映发热器件的温度变化。技术实现要素：8.本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种隔离电源少，布局合理，利于低成本、小体积设计的电气防火限流式保护器。9.一种电气防火限流式保护器，包括：接在主回路中的固态开关单元，用于对所述固态开关单元进行控制的控制单元，用于对主回路电流进行采样的电流采样单元，用于对所述固态开关单元进行温度采样的温度采样单元，以及电源单元；所述电源电路包括用于从主回路取电的非隔离ac/dc变换器；所述固态开关单元包括若干对采用源极-漏极ꢀ‑漏极-源极方式反串联连接的mosfet对，各mosfet对之间并联连接；所述电流采样单元为单个或多个并联的精密电阻；所述温度采样单元为温敏电阻；电流采样单元与固态开关单元串接在主回路的l线中，并且两者之间的连接点作为电流采样单元、温度采样单元以及固态开关单元的上桥臂驱动电路的共同参考地。10.优选地，所述共同参考地设置在与上桥mosfet的源极管脚电连接的整块铜箔上，所述温敏电阻为贴装在mosfet的tab管脚附近的贴片式温敏电阻，温敏电阻的一端与所述铜箔电相连，mosfet的tab管脚与所述铜箔电连接。11.进一步地，所述电气防火限流式保护器还包括并联于固态开关单元两端的过电压吸收单元。12.优选地，所述过电压吸收单元为大功率tvs管。13.进一步地，所述电气防火限流式保护器还包括用于对主回路电压进行采样并将采样结果输出至控制单元的电压采样单元。14.相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：15.本实用新型将电流采样单元与固态开关单元之间的连接点作为电流采样单元、温度采样单元以及固态开关单元的上桥臂驱动电路的共同参考地，与现有技术相比，电流采样用电源、温度采样用电源，mosfet上桥臂的驱动电源为一路电源；省去了隔离器件，利于小型化设计；16.本实用新型采用精密电阻采样电流，与现有技术的采样器件相比，具有采样器件体积小，采样响应速度快，采样电流范围大的优势，利于小型化设计，短路瞬时保护动作更及时，短路电流可上升时间缩短，限流效果更好；17.本实用新型采用贴片型温敏电阻，贴装于固态电子开关附近，与固态电子开关热源处于同一铜箔，与现有技术选用隔离器件，安装于散热器处相比，本实用新型的安装结构更简单，测温位置更接近固态电子开关，更能准确反馈固态电子开关的温度。附图说明18.图1为本实用新型一个具体实施例的电路原理框图；19.图2为具体实施例中的电流采样单元、温度采样单元与固态开关单元的电路原理图；20.图3为具体实施例中温度采样单元的电路原理图；21.图4为具体实施例中电源单元的电路原理图；22.图5为具体实施例中温敏电阻的安装结构示意图。具体实施方式23.针对现有技术不足，本实用新型的解决思路是采用温敏电阻和精密电阻分别作为温度和电流采样部件，并将电流采样单元与固态开关单元之间的连接点作为电流采样单元、温度采样单元以及固态开关单元的上桥臂驱动电路的共同参考地，以减少隔离器件的使用，利于小型化设计。24.本实用新型的电气防火限流式保护器，包括：接在主回路中的固态开关单元，用于对所述固态开关单元进行控制的控制单元，用于对主回路电流进行采样的电流采样单元，用于对所述固态开关单元进行温度采样的温度采样单元，以及电源单元；所述电源电路包括用于从主回路取电的非隔离ac/dc变换器；所述固态开关单元包括若干对采用源极-漏极-漏极-源极方式反串联连接的mosfet对，各mosfet对之间并联连接；所述电流采样单元为单个或多个并联的精密电阻；所述温度采样单元为温敏电阻；电流采样单元与固态开关单元串接在主回路的l线中，并且两者之间的连接点作为电流采样单元、温度采样单元以及固态开关单元的上桥臂驱动电路的共同参考地。25.优选地，所述共同参考地设置在与上桥mosfet的源极管脚电连接的整块铜箔上，所述温敏电阻为贴装在mosfet的tab管脚附近的贴片式温敏电阻，温敏电阻的一端与所述铜箔电相连，mosfet的tab管脚与所述铜箔电连接。26.进一步地，所述电气防火限流式保护器还包括并联于固态开关单元两端的过电压吸收单元。27.优选地，所述过电压吸收单元为大功率tvs管。28.进一步地，所述电气防火限流式保护器还包括用于对主回路电压进行采样并将采样结果输出至控制单元的电压采样单元。29.为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本实用新型的技术方案进行详细说明：30.如图1所示，本实施例的电气防火限流式保护器包含：电流采样单元、固态开关单元、过电压吸收单元、驱动单元、通信单元、电源单元、电流调理单元、电压采样单元、控制单元、人机界面单元、温度采样单元。31.主回路的l输入连接电流采样单元的一端，电流采样单元的另一端连接固态开关单元的一端，固态开关单元的另一端连接l输出；过电压吸收单元并联在固态开关单元两端，主回路的n线输入与输出直通连接。32.本实施例中的固态开关单元选用多个mosfet串联和并联连接，如图2所示，两个mosfet反串联成对，串联形式为：源极-漏极-漏极-源极；单对或多对mosfet对并联成固态开关单元，用于实现开通或关断交流电流的功能。33.本实施例的驱动单元选用mos管专用驱动芯片，控制单元经过驱动单元控制固态开关单元的开通、关断；驱动单元分为mosfet上桥臂驱动电路以及mosfet单元下桥臂驱动电路；其中，源极与共同参考地vo-1连接的mosfet构成上桥臂，上桥臂靠近电源侧；源极与负载侧连接的mosfet构成下桥臂，下桥臂靠近负载侧。34.如图2所示，本实施例的电流采样单元选用单个或多个并联的精密采样电阻，串接入主回路的l线，负载电流流过时，根据欧姆定律，精密采样电阻两端产生电压信号，发送至控制单元进行信号调理，控制单元根据调理后的电压信号判断限流式保护器应进行的动作：开通、过载保护关断、短路保护关断。35.电压采样单元与l1和n直接连接，将采样的电压传送至控制单元，控制单元根据电压信号判断限流式保护器应进行的动作：过压保护、欠压保护。36.如图3所示，本实施例的温度采样单元选用贴片温敏电阻，放置在mosfet的源极附近，源极为mosfet的主要散热路径，能更好反映mosfet的温度；电阻一端直接与mosfet的源极点连接，即与公共点连接，另一端连接至控制单元进行电压信号调理，控制单元根据调理后的电压信号判断限流式保护器应进行的动作：散热风扇启停、过温保护动作。温度采样原理：温敏电阻一端通过固定电阻上拉至电源正，另一端连接至电源负，两个电阻形成分压关系，温敏电阻的电阻值随测温点的温度变化而变化，其两端电压也变化，电压发送至控制单元进行电压信号调理。37.通信单元选用隔离器件实现控制单元与外部的安全隔离通信功能。38.人机界面包含液晶显示屏、按键、指示灯和蜂鸣器，实现了限流式保护器状态信息、故障信息、参数信息、故障提示等功能的人机交互。39.如图4所示，本实施例的电源单元从限流式保护器的l1输入和n输入端取电，经非隔离ac/dc变换器输出第一组电源vout+1/vout-1，作为控制回路电源；第一组电源经过隔离的dc/dc变换输出第二组电源vout+2/vout-2，作为通信单元电源；第一组电源经过隔离的dc/dc变换输出第三组电源vout+3/vout-3，作为驱动单元中的下桥臂驱动电路的电源。第一组电源的vout-1与l线中电流采样单元与固态开关单元的公共点连接，此公共点作为电流采样单元、温度采样单元以及上桥臂驱动电路的共同参考地；电流采样用电源、温度采样用电源，mosfet上桥臂的驱动电源为一路电源；省去了隔离器件，利于小型化设计。40.本实施例的过电压吸收单元选用大功率tvs管，吸收固态开关单元关断电流时，在固态开关单元两端产生的过电压。41.如图5所示，共同参考地vo-1为整块铜箔1，连接有上桥mosfet的源极管脚，贴片温敏电阻贴装在mosfet的tab管脚附近，温敏电阻的一端与铜箔1电连接，tab 管脚与铜箔1电连接；mosfet作为发热器件，其源极管脚将绝大部分热量传导至铜箔1，而tab管脚与铜箔之间的热阻很小可以忽略，且温敏电阻一端贴装在铜箔1上(紧贴mosfet位置)，则可近似认为mosfet、铜箔1与贴片温敏电阻三者的温度变化是同步的，这样温敏电阻就能直接实时反映mosfet的温度。42.在控制回路与主回路的参考地不同时，在用温敏电阻进行温度采样时，温敏电阻自身需要经过绝缘处理，但在装配过程中可能出现破损或长时间使用后绝缘材料老化，引起不同参考地之间的电源短路；温敏电阻往往通过与主回路保持适当的电气间隙，虽能大大减少风险，但是因与主回路发热器件有一定的距离，导致热量通过一定介质扩散到温敏电阻，温敏电阻不能快速反映发热器件的温度变化，同时还需进行计算才能反映发热器件的温度变化；而本实施例中的温敏电阻的一端贴装焊接在铜箔1上，实现了温度采样电路与铜箔1处在同一电位vo-1上，这样可以使得温度采样时无需对温敏电阻进行绝缘处理，且能更好的直接实时反映mosfet的温度。









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