带组合指示限流保护式固态继电器

技术领域

本实用新型涉及固态继电器，特别指带带组合指示限流保护式固态继电器。

背景技术

现有的固态继电器负载端多为交流，电压范围24V～600V，电流范围 0A～125A；控制端多为直流，输入电压3V～32V，输入电流10mA左右。绝缘电 压4KV，输入输出隔离电压2.5KV。一般由低压控制部分和高压开关输出两部 分组成。低压控制部分获得低压控制信号通过三极管提供稳定的电流给光电耦 合隔离电路，光电耦合隔离电路使低压控制部分电路与高压开关输出部分电路 隔开，但可将控制信号输送给高压开关输出部分。高压开关输出部分接收到光 电耦合隔离电路送来的开关控制信号，通过输出元件(三端双向可控硅开关元 件或逆并联半导体开关元件)进行开关高压回路的动作。实现低压控制信号开 关高压回路的功能。高压开关输出部分还带有RC电路及压敏电阻以作浪涌吸 收。现有固态继电器的主要缺陷是均无限流保护功能，当固态继电器的高压开 关输出回路出现超允许工作电流时没有自动关闭手段，将继续流通此大电流， 直到对高压回路中元件造成损坏。即使在高压回路的外电路中加入保护装置效 果也不好，因为固态继电器的输出元件非常敏感在数十甚至十几毫秒内即可损 坏，一般的保护装置无法起到保护作用。固态继电器具有不可维修性，损坏后 须更换，将导致故障恢复延迟，易造成更大经济损失。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进、创新， 提供一种性能稳定，寿命长的带组合指示限流保护式固态继电器。

本实用新型的技术方案是：构造一种带限流保护装置的固态继电器，包括 低压控制部分和高压开关部分，其特点是本实用新型设置了低压指示、高压指 示和限流保护部分，并且在继电器壳体上设置了低压指示灯LED1和高压指示 灯LED2，其中限流保护部分由限流信号探测电路、整流比较取值电路、保护动 作输出电路组成，所述的低压控制部分接收到外部控制电源信号，指示出有信 号电源输入，同时通过内部转换驱动高压开关输出部分进行固态继电器的开关 动作。限流保护部分探测高压开关输出部分接通高压回路后流过的高压回路电 流，若电流超过设定的保护值，则限流保护部分动作使低压控制部分，高压开 关输出部分无法工作，使固态继电器停止工作。

本实用新型具有高寿命和高可靠的性能，且无机械动作结构，触点功能 由固体器件完成，开关速度可以是毫秒级；无电磁干扰，无输入“线圈” 及触点燃弧和回跳，是零电压开关，在零电压处导通、零电流处关断，几 乎没有开关瞬态效应，其指示灯的组合可以表现是否处在故障状态，可以通过 指示灯地显示组合判断出故障发生的部分。

附图说明

图1是本实用新型电原理方框图

图2是单相电源带固定电阻及组合指示灯的电原理图

图3是单相电源带可调电阻及组合指示灯的电原理图

图4是三相电源带固定电阻及组合指示灯可同时切断三相的电原理图

图5是三相电源带可调电阻及组合指示灯可同时切断三相的电原理图

图6是三相电源带固定电阻及组合指示灯只切断故障相的电原理图

图7是三相电源带可调电阻及组合指示灯只切断故障相的电原理图

图8是带LED指示灯的三相和单相继电器外壳示意图

图9是带LED指示灯和可调电阻TR的三相和单相继电器外壳示意图

具体实施方式

由图1可知，本实用新型包括低压控制部分(1)和高压开关输出部分(2)， 其特点是本实用新型设置了低压指示、高压指示和限流保护部分(3)，并且在 继电器壳体上设置了低压指示灯LED1和高压指示灯LED2，其中限流保护部分 (3)由限流信号探测电路(3-1)、整流比较取值电路(3-2)、保护动作输出电 路(3-3)组成，所述的低压控制部分(1)接收到外部控制电源信号，指示出有 信号电源输入，同时通过内部转换驱动高压开关输出部分(2)进行固态继电器 的开关动作。限流保护部分(3)探测高压开关输出部分(2)接通高压回路后 流过的高压回路电流，若电流超过设定的保护值，则限流保护部分(3)动作使 低压控制部分(1)，高压开关输出部分(2)无法工作，使固态继电器停止工作。

由图2至9可知，本实用新型所述的低压控制部分(1)由控制电源指示稳 流驱动电路(1-1)和光电耦合隔离电路(1-2)组成，控制电源指示稳流驱动电 路(1-1)与光电耦合隔离电路(1-2)相连，当外部控制电源信号输入时，是直流 信号则直接使用，若是交流信号则通过整流变成直流信号，同时，指示灯指示 有低压信号输入，直流信号通过控制电源指示稳流驱动电路(1-1)内的元件稳 流后使光电耦合隔离电路(1-2)的输入端接收到此信号，光电耦合隔离电路(1-2) 将此低压电源信号通过输出端传送至高压开关输出部分(2)。所述的高压开关 输出部分(2)包含高压开关电路(2-1)、浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路 (3-3)，高压开关电路(2-1)中高压开关元件连接于光电耦合隔离电路(1-2) 的输出端，当光电耦合隔离电路(1-2)的输出端给出信号，则使高压开关电路 (2-1)的开关元件进行开关动作，浪涌吸收电路(2-2)和高压指示电路(2-3) 均并连在高压开关电路(2-1)上，高压指示电路(2-3)指示高压回路有高压电 位差。所述的限流保护部分(3)由限流信号探测电路(3-1)通过感应高压开关 输出部分(2)的高压回路电流得到交流信号电压，将此交流信号电压送往整流 比较取值电路(3-2)进行整流变成直流，整流比较取值电路(3-2)将此直流电 压信号取值送往保护动作输出电路(3-3)进行比较，此信号电压若大于保护动 作输出电路(3-3)的保护动作电压，则保护动作输出电路(3-3)保护动作，将 低压控制部分(1)的控制电源指示稳流驱动电路(1-1)关闭，从而使高压开关 输出部分(2)得不到信号而停止工作。可适用单相电源和三相电源，三相电源 时，任何一相高压回路的电流超过设定的保护值，都可以单独切断单相或者三 相同时切断。所述的全电路可以封装在标准固态继电器的工业盒中，灌上绝 缘、阻燃、导热的固化胶即可做成带组合指示限流保护式固态继电器，其 中盒外表设有低压指示灯LED1和高压指示灯LED2及可调电阻TR端。

本实用新型的具体电路组成和工作原理：

低压指示控制部分电路：由三极管Q1、Q2发光二极管LED1，稳压二 极管WD1、WD2，电阻R11、R12、R13、R14、R15组成控制电源指示稳 流驱动电路(1-1)；光电耦合元件IC组成光电耦合隔离电路(1-2)。当低 压控制电源输送信号过来后，电源通过R14给WD2、LED1提供一个工作 电流，使其电压在Q2的放大工作区建立一个基准工作电压点。由于Q2是 接成射极输出，放大倍数为1主要是跟踪基极电压、提高输入阻抗、提供 功率输出。(在这里利用了LED1稳定的管压降和良好的温度补偿)、当控 制电源为3V时LED1亮度太低、此时Q2的输出端通过R15增加电流以使 其在任意电压下保持相当的亮度。有了R15提供的电流可略抬高Q2基极 电压、补偿在控制输入电压偏低时对输出电压的影响。当Q2发射极输出 稳定的功率电压后、其电压通过R11、R12、WD1接地、在R12与WD1 之间产生了稳压管WD1的固有电压、此电压在Q1的放大工作区、建立一 个基准工作电压点它和反馈电阻R13配合相当如一个无穷大的内阻源、其 负载电流由R13确定、负载电压相当于WD1的电压、Q1的集电极负载电 流基本不随电源电压变化相当稳定，使光电控制工作稳定。达到整个低功 耗控制部分电路的消耗不随控制电源增高而工作电流加大、保证了带组合 指示限流保护式固态继电器内部的发热量很低。当Q1被导通时IC被同时 导通，IC输出端与高压指示开关输出部分(2部)相连。发光二极管LED1 与IC并联，若IC工作，则LED1工作发光。

高压指示开关输出部分：由逆并联半导体开关元件SCR21、SCR22、 电阻R21组成高压开关电路(2-1)；电阻R22和电容C21组成浪涌吸收电 路(2-2)；电阻R23、C22、D21和发光二极管LED2组成高压指示电路(2-3)。 光电耦合元件IC在其输入端流过电流时激发内部光电感应，在输出端导通 将高压开关电路的两个可控硅SCR21、SCR22开通，SCR21、SCR22的 关闭和开通就是高压回路的开关动作。C21和R22组成浪涌吸收电路，当 高压回路出现浪涌电压时，可以吸收以保护主可控硅。R23和LED2组成 高压指示，当高压回路在固态继电器上有电位差时，发光提供指示。

带组合指示灯：LED1亮有低压输入，LED2亮有高压输入但未工作， LED1、LED2同时亮，表示限流保护动作过，需检查复位。

限流保护部分：由电流互感器TA、可调电阻TR(或固定电阻R31) 组成限流信号探测电路(3-1)；电阻R32和桥式整流二极管D1～D4组成整 流比较取值电路(3-2)；电阻R33、电容C31和可控硅SCR31组成保护动 作输出电路(3-3)。当高压回路被打开后，高压回路中有电流流过。电流 互感器TA会产生一个相应的输出电流。TR(R31)与TA连接。当TA有电 流输出时，在TR(R31)的两端会产生一个与电流相应的电压，通过调整 TR(R31)的大小可以得到与电流相应的不同比例的信号电压。将在TR(R31) 两端得到的信号电压经桥式整流电路D1～D4后，流过R32在其两端变成 直流信号电压。其电压与SCR31触发电压进行比较，低于触发电压SCR31 不开通，高于触发电压则SCR31开通。R33连在SCR31控制端起限流作 用。C31并在SCR31控制端起防止SCR31因外界干扰而发生误动作。当 SCR31被开通后，形成了低压控制电源的闭合回路，造成Q1的基极电压 不够，从而无法使Q1导通，导致光电耦合元件IC没有信号，最终使高压 开关输出部分关闭。达到限流保护的目的。三相图和单相图原理一致，每 一相的使用元件都相同。只是保护动作时，不同的保护接线图可以让保护 动作只切断故障相或者三相同时切断。

本实用新型带组合指示限流保护式固态继电器能够解决原固态继电器 无保护功能和短路易损坏的缺陷。其电路元件可直接添加于原有固态继电 器标准工业盒中。当带组合指示限流保护式固态继电器高压开关输出回路 中有超设定允许电流流过时，限流保护结构在电流的一个周期内就可动作 将固态继电器关断，限制输出回路故障电流以达到保护固态继电器和整个 高压回路的功能。当选用可调式电阻时，此故障电流的值可以现场调整， 进行相应的保护整定。

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的 描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计 思想的前题下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各 种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的 技术内容，已经全部记载在权利要求书中。