CN114221316B - 信号型电涌保护器及检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种信号型电涌保护器及检测电路，其信号型电涌保护器包括形成两条浪涌保护电路的第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路；第一限压元件用于在发生雷击时进行泄流；第二限压元件用于提供击穿第一限压元件的电压；第三限压元件用于提供击穿第二限压元件的电压；检测电路包括选通组件和报警电路；选通组件和第三限压元件串联，用于外接电路接入输入端时选择两条浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护；报警电路和第三限压元件串联并且和选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒，其检测电路包括选通组件和报警电路。本发明能够实现全生命周期监测，对用户进行报警指示，在失效初期即可被检测发现。
Description
技术领域
本发明涉及电涌保护器技术领域，具体地，涉及信号型电涌保护器及检测电路。
背景技术
电涌保护器及其内部的防雷器件是有寿命的，与放电次数的多少和雷电能量的大小相关，气体放电管(GDT)、压敏电阻(MOV)响应慢、耐压高，一般情况下不易失效；而相对来说，响应时间最快、耐压最低的瞬态抑制二极管(TVS)最易失效。瞬态抑制二极管(TVS)的失效是一个缓慢的渐变过程，所以往往不能被及时察觉，可能需等其彻底失效才会有异常反应，因此需要对瞬态抑制二极管的状态进行检测。
现有的瞬态抑制二极管检测的技术方案如下：
设计以弹簧配合特定结构的脱扣装置，利用雷电电流泄放时产生的巨大热量，熔化保护器件的焊点后使器件发生位移，脱扣装置触发结构模块动作，进行不同颜色的视窗指示提醒用户，或利用轻触开关等方式输出报警开关信号发给后续系统。
现有技术存在如下缺陷：a、只有雷电电流足够大，把保护器件焊点彻底熔化后才能触发脱扣装置动作，无法提前获知器件本身因放电次数或过载所发生的劣化，无法做出提前预警；b、报警信号的离散性大、精度有限，且受焊锡的品牌、成分、用量等因素影响较大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种信号型电涌保护器及检测电路。
一方面，根据本发明提供的一种信号型电涌保护器，包括第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路，第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路形成两条浪涌保护电路；
第一限压元件的第一端和第二端接入输入端，第一限压元件的第三端接地，用于在发生雷击时进行泄流；
第二限压元件和第一限压元件连接，用于提供击穿第一限压元件的电压；
第三限压元件两端与第二限压元件连接，用于提供击穿第二限压元件的电压；
检测电路包括选通组件和报警电路；
选通组件和所述第三限压元件串联，用于外接电路接入输入端时选择两条所述浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护；
报警电路和第三限压元件串联并且和选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒。
可选地，第二限压元件包括至少两个第一电流阻碍元件和压敏电阻，第一电流阻碍元件串联在压敏电阻两端后并联在第一限压元件的第一端和第二端。
可选地，第三限压元件包括瞬态抑制二极管、第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件，第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件串联在瞬态抑制二极管两端后并联在压敏电阻两端。
可选地，选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，第一选通二极管组的第一正极和第二选通二极管组的第一负极与第二电流阻碍元件的一端连接，第一选通二极管组的第二正极和第二选通二极管组的第二负极与第三电流阻碍元件的一端连接。
可选地，报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，桥堆的第一连接端连接在第三电流阻碍元件的第一端，桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，瞬态抑制二极管的输出端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，桥堆的第四端和第二电流阻碍元件的第一端连接。
可选地，报警电路还包括继电器，其中，继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，继电器的线包的第一端和瞬态抑制二极管的输出端连接，继电器的线包的第二端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，继电器的触点和第二报警装置连接。
另一方面，根据本发明提供的一种信号型电涌保护器的检测电路，应用上述的信号型电涌保护器中，检测电路包括选通组件和报警电路；
选通组件和第三限压元件串联，用于使得输入端实现双向输入；
报警电路和第三限压元件串联并且和选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒。
可选地，报警电路还包括继电器，其中，继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，继电器的线包的第一端和瞬态抑制二极管的输出端连接，继电器的线包的第二端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，继电器的触点和第二报警装置连接。
可选地，选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，第一选通二极管组的负极分别与第二电流阻碍元件的第一端和第三电流阻碍元件的第一端连接，第二选通二极管组的负极和第二电流阻碍元件的第一端和第三电流阻碍元件的第一端连接。
可选地，报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，桥堆的第一连接端连接在第三电流阻碍元件的第一端，桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，瞬态抑制二极管的输出端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，桥堆的第四端和第二电流阻碍元件的第一端连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的信号型电涌保护器及检测电路，利用信号型电涌保护器内部最易失效的瞬态抑制二极管(TVS)，在受损劣化后，开始出现漏电流直至彻底短路失效的特性，设计漏电流检测电路，实现全生命周期监测，对用户进行报警指示，在失效初期即可被检测发现，同时，本发明还能够实现双向输入，无需担心接反，因此安装方便。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例2的信号型电涌保护器的电路图；
图2为本发明实施例2的正向直流信号流经信号型电涌保护器时的工作原理图；
图3为本发明实施例2的负向直流信号流经信号型电涌保护器时的工作原理；
图4为本发明实施例1的电涌保护器的电路图；
图5为本发明实施例1的电涌保护器的各元件在受到雷击时电压变化图，其中，图中(a)为雷击时输入端的电压变化图，(b)为雷击时气体放电管的电压变化图，(c)为雷击时压敏电阻的电压变化图，(d)为雷击时瞬态抑制二极管的电压变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
参阅图4和图5，本实施例提供了一种信号型电涌保护器，其工作原理为：当雷电电涌电压施加在保护电路的输入端时，响应速度最快的瞬态抑制二极管TVS首先动作。通过选择适当电流阻碍元件(电感或电阻)参数使线路设计为在瞬态抑制二极管可能损坏之前，随着放电电流的增加使其在L4上产生的压降加上在瞬态抑制二极管TVS的压降达到压敏电阻(MOV)的击穿电压，这时压敏电阻(MOV)开始放电。同样，随着放电电流进一步增加使其在L3的压降加上压敏电阻(MOV)击穿电压达到气体放电管(GDT)的动作电压，最终由气体放电管(GDT)释放更大的电涌电流，当需要对瞬态抑制二极管TVS进行是否失效进行检测时，设计以弹簧配合特定结构的脱扣装置，利用雷电电流泄放时产生的巨大热量，熔化保护器件的焊点后使器件发生位移，脱扣装置触发结构模块动作，进行不同颜色的视窗指示提醒用户，或利用轻触开关等方式输出报警开关信号发给后续系统。
实施例2
图1为本实施例提供的信号型电涌保护器的电路图，如图1所示，本发明中的一种信号型电涌保护器，包括第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路，第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路形成两条浪涌保护电路。
在本实施例中，第一限压元件可以采用气体放电管，其中，第一限压元件为附图中的GDT1。
第一限压元件的第一端和第二端接入输入端，第一限压元件的第三端接地，用于在发生雷击时进行泄流；
第二限压元件和第一限压元件连接，用于提供击穿第一限压元件的电压；
第三限压元件两端与第二限压元件连接，用于提供击穿第二限压元件的电压；
检测电路包括选通组件和报警电路；
选通组件和所述第三限压元件串联，用于外接电路接入输入端时选择两条所述浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护。
报警电路和第三限压元件串联并且和选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒。
在本实施例中，可以将检测电路通过单模块Din35标准导轨独立安装到电涌保护器中，维护和接线方便。
在一种可选的实施方式中，第二限压元件包括至少两个第一电流阻碍元件和压敏电阻，第一电流阻碍元件串联在压敏电阻两端后并联在第一限压元件的第一端和第二端。
在本实施例中，第一电流阻碍元件为电阻或者电感，其中，附图中的L1和L3为第一电流阻碍元件，MOV1为压敏电阻。
在一种可选的实施方式中，第三限压元件包括瞬态抑制二极管、第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件，第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件串联在瞬态抑制二极管两端后并联在压敏电阻两端。
在本实施例中，第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件为电阻或者电感，电阻或者电感的数量可以根据需要设置，其中，附图中L2为第二电流阻碍元件，L4为第三电流阻碍元件。
在一种可选的实施方式中，选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，第一选通二极管组的负极分别与第二电流阻碍元件的第一端和第三电流阻碍元件的第一端连接，第二选通二极管组的负极和第二电流阻碍元件的第一端和第三电流阻碍元件的第一端连接。
在本实施例中，第一选通二极管组和第二选通二极管组都至少包括两个二极管，其中，第一选通二极管组二极管的的连接方式是正极相连，可以理解为，当采用两个二极管时，两个二极管的正极相对，当采用三个二极管时，其中两个的正极相对，另外一个和正极相对的二极管中的一个导通，四个二极管时，其中两个的正极相对，另外两个与正极相对的两个二极管任意一个导通，或者，两个分别与正极相对的两个二极管导通均可，以此类推。
在一种可选的实施方式中，报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，桥堆的第一连接端连接在第三电流阻碍元件的第一端，桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，瞬态抑制二极管的输出端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，桥堆的第四端和第二电流阻碍元件的第一端连接。
在本实施例中，第一报警装置可以采用LED灯，且LED灯为低导通电压，增加检测报警灵敏度，第三电流阻碍元件为电阻，桥堆采用低导通电压的肖特基型二极管，。
在一种可选的实施方式中，报警电路还包括继电器，其中，继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，继电器的线包的第一端和瞬态抑制二极管的输出端连接，继电器的线包的第二端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，继电器的触点和第二报警装置连接，第二报警装置可以位于继电器较远的位置，从而方便远程及时查看瞬态抑制二极管的状态。
在本实施例中，继电器为低电压即可驱动的继电器，以增加输出报警灵敏度。
实施例3
本发明还提供一种信号型电涌保护器的检测电路，应用上述的信号型电涌保护器中，检测电路包括选通组件和报警电路；
选通组件和所述第三限压元件串联，用于外接电路接入输入端时选择两条浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护。
在本实施例中，外接电路接入输入端时选择两条所述浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护，可以理解的是，即正极接入输入端IN1，负极接入IN2，或者正极接入输入端IN2，负极接入IN1，选通组件根据接入的方式选择对应的浪涌保护电路，因此可以实现双向的输入，无需担心接反。
报警电路和第三限压元件串联并且和选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒。
在一种可选的实施方式中，报警电路还包括继电器，其中，继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，继电器的线包的第一端和瞬态抑制二极管的输出端连接，继电器的线包的第二端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，继电器的触点和第二报警装置连接。
在一种可选的实施方式中，选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，第一选通二极管组的第一正极和第二选通二极管组的第一负极与第二电流阻碍元件的一端连接，第一选通二极管组的第二正极和第二选通二极管组的第二负极与第三电流阻碍元件的一端连接接，能够实现将泄压电路实现双向输入，且通过选通组件，可以将双向输入的两条泄压线路实现对称设置。
在本实施例中，选通组件的第一选通二极管组D1和D2、第二选通二极管组的D3和D4用于泄放正负极的雷电电流至瞬态抑制二极管TVS1，要求为高反向击穿电压、快速恢复的选型，另外正向导通电压应尽量大，必要时可以采用多只串联的形式，以增加检测灵敏度。
在一种可选的实施方式中，报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，桥堆的第一连接端连接在第三电流阻碍元件的第一端，桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，瞬态抑制二极管的输出端与桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，桥堆的第四端和第二电流阻碍元件的第一端连接。
依据上述叙述的技术方案，对技术方案实现的过程进行说明：
如附图1，雷电流泄放时的工作原理如下：当一正向(IN1为正、IN2为负)的雷电电流来袭时，经瞬态抑制二极管(TVS1)的放电电流路径为：放电流依次经过：输入端IN1、第一电流阻碍元件L1、第二电流阻碍元件L2、第一选通二极管组的二极管组D1、瞬态抑制二极管(TVS1)、继电器SW1的线包、第二选通二极管组的二极管组D4、第二电流阻碍元件L4、第一电流阻碍元件L3、输入端IN2；当一负向(IN1为正、IN2为负)的雷电电流来袭时，经瞬态抑制二极管(TVS1)的放电电流路径为：放电电流依次经过：输入端IN2、第一电流阻碍元件L3、第三电流阻碍元件L4、第一选通二极管组的二极管组D2、瞬态抑制二极管TVS1、继电器SW1的线包、第二选通二极管组的二极管组D3、电感第二电流阻碍元件L2、第一电流阻碍元件L1、输入端IN2。由于雷电流为μs级快速脉冲也不会驱动ms级的继电器SW1线包使触点动作，也不会触发报警指示电路。
如附图2，当输入端输入一正向(IIN1为正、IN2为负)的正常信号(如4～20mA的电流)，若瞬态抑制二极管(TVS1)没有损伤，则表现为完全开路，此时信号以OUT1为正，OUT2为负，正常输出，电涌保护器不会产生任何动作，也不会对正常信号带来任何影响。若瞬态抑制二极管(TVS1)有损伤，则在正常信号经过时产生漏电流，电流流经路线如下：输入端IN1、第一电流阻碍元件L1、第二电流阻碍元件L2、桥堆U1的右下桥臂、第四电流阻碍元件R1、第一报警装置LED1、瞬态抑制二极管TVS1、继电器SW1的线包、电桥U1的左上桥臂、第三电流阻碍元件L4、第一电流阻碍元件L3、输入端IN2，这样构成了一个电流回路。此时，第一选通二极管组和第二选通二极管组(D1～D4)所需导通压降较高并不会导通，而漏电流经过第一报警装置LED1将其点亮，并且第一报警装置LED1处于常亮状态，其亮度由漏电流的大小决定，当漏电流达到能驱动继电器SW1触点闭合程度时，则ALM1、ALM2输出一个报警信号给后续系统。
如附图3，当输入端输入一负向(IN1为负、IN2为正)的正常信号，(如4～20mA电流)，若瞬态抑制二极管(TVS1)没有损伤，则表现为完全开路，此时信号以OUT1为负，OUT2为正，正常输出，电涌保护器不会产生任何动作，也不会对正常信号带来任何影响。若瞬态抑制二极管(TVS1)有损伤，则在正常信号经过时产生漏电流，电流流经路线如下：输入端IN2、第三电流阻碍元件L4、第一电流阻碍元件L3、桥堆U1的左下桥臂、第三电流阻碍元件R1、第一报警装置LED1、瞬态抑制二极管TVS1、继电器SW1的线包、桥堆U1的右上桥臂、第二电流阻碍元件L2、第一电流阻碍元件L1、输入端IN1，这样构成了一个电流回路。此时，第一选通二极管组和第二选通二极管组(D1～D4)所需导通压降较高并不会导通，而第一报警装置LED1被漏电流点亮，并且第一报警装置LED1处于常亮状态，其亮度由漏电流的大小决定，当漏电流达到能驱动继电器SW1触点闭合程度时，则ALM1、ALM2输出一个报警信号给后续系统。
上述实施例2和和实施例3与实施例1相比，实施例2和和实施例3增加了检测电路，利用信号型电涌保护器内部最易失效的瞬态抑制二极管(TVS)，在受损劣化后，开始出现漏电流直至彻底短路失效的特性，设计漏电流检测电路，实现全生命周期监测，对用户进行报警指示，对系统进行报警输出，在失效初期即可被检测发现，同时，本发明还能够实现双向输入，无需担心接反，因此安装方便。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种信号型电涌保护器，其特征在于，包括第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路，所述第一限压元件、第二限压元件第三限压元件和检测电路形成两条浪涌保护电路；
所述第一限压元件的第一端和第二端接入输入端，所述第一限压元件的第三端接地，用于在发生雷击时进行泄流；
所述第二限压元件和第一限压元件连接，用于提供击穿所述第一限压元件的电压；
所述第三限压元件两端与所述第二限压元件连接，用于提供击穿所述第二限压元件的电压；
所述检测电路包括选通组件和报警电路；
所述选通组件和所述第三限压元件串联，用于外接电路接入所述输入端时选择两条所述浪涌保护电路中的一条进行浪涌保护；
所述报警电路和所述第三限压元件串联并且和所述选通组件并联，用于在所述第三限压元件损坏时进行报警提醒；
其中，第三限压元件包括瞬态抑制二极管、第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件，所述第二电流阻碍元件和第三电流阻碍元件串联在瞬态抑制二极管两端后与所述第二限压元件并联；
所述选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，所述第一选通二极管组的第一正极和所述第二选通二极管组的第一负极与所述第二电流阻碍元件的一端连接，所述第一选通二极管组的第二正极和所述第二选通二极管组的第二负极与所述第三电流阻碍元件的一端连接；
所述报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，所述桥堆的第一连接端连接在所述第三电流阻碍元件的第一端，所述桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，所述第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，所述第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，所述瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，所述瞬态抑制二极管的输出端与所述桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，所述桥堆的第四端和所述第二电流阻碍元件的第一端连接。
2.根据权利要求1所述的信号型电涌保护器，其特征在于，所述第二限压元件包括至少两个第一电流阻碍元件和压敏电阻，所述第一电流阻碍元件串联在压敏电阻两端后并联在所述第一限压元件的第一端和第二端。
3.根据权利要求1所述的信号型电涌保护器，其特征在于，所述报警电路还包括继电器，其中，所述继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，所述继电器的线包的第一端和所述瞬态抑制二极管的输出端连接，所述继电器的线包的第二端与所述桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，所述继电器的触点和第二报警装置连接。
4.一种信号型电涌保护器的检测电路，应用于权利要求1-3中任意一项所述的信号型电涌保护器中，其特征在于：所述检测电路包括选通组件和报警电路；
所述选通组件和所述第三限压元件串联，用于使得所述输入端实现双向输入；
所述报警电路和所述第三限压元件串联并且和所述选通组件并联，用于在第三限压元件损坏时进行报警提醒。
5.根据权利要求4所述的一种信号型电涌保护器的检测电路，其特征在于：所述报警电路还包括继电器，其中，所述继电器的脉冲长度大于雷电的脉冲长度，所述继电器的线包的第一端和所述瞬态抑制二极管的输出端连接，所述继电器的线包的第二端与所述桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，所述继电器的触点和第二报警装置连接。
6.根据权利要求4所述的一种信号型电涌保护器的检测电路，其特征在于：所述选通组件包括第一选通二极管组和第二选通二极管组，所述第一选通二极管组的负极分别与第二电流阻碍元件的第一端和第三电流阻碍元件的第一端连接，所述第二选通二极管组的负极和所述第二电流阻碍元件的第一端和所述第三电流阻碍元件的第一端连接。
7.根据权利要求6所述的一种信号型电涌保护器的检测电路，其特征在于：所述报警电路包括桥堆、第四电流阻碍元件和第一报警装置，所述桥堆的第一连接端连接在所述第三电流阻碍元件的第一端，所述桥堆的第二连接端和第四电流阻碍元件的第一端连接，所述第四电流阻碍元件的第二端和第一报警装置的输入端连接，所述第一报警装置的输出端和瞬态抑制二极管的输入端连接，所述瞬态抑制二极管的输入端和第一选通二极管组的负极端连接，所述瞬态抑制二极管的输出端与所述桥堆的第三端和第二选通二极管组的正极端连接，所述桥堆的第四端和所述第二电流阻碍元件的第一端连接。
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