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一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-11-29
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-05-17
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-11-15
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-11-29
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201811444608.8 申请日 2018-11-29
公开/公告号 CN109672431B 公开/公告日 2022-11-15
授权日 2022-11-15 预估到期日 2038-11-29
申请年 2018年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H03K17/0812H03K17/725 主分类号 H03K17/0812
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 3 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN205566256U、CN203775096U、CN103956708A 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 暨仲明、陈德传、贾曦晨 第一发明人 暨仲明
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
朱月芬
摘要
本发明涉及一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路。本发明电路包括光隔式三相交流TRIAC驱动电路、三相漏电测控电路。具体包括A相光耦IC1、B相光耦IC2、C相光耦IC3、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、剩余电流传感器SC1、左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4等。本发明以输出侧为半导体交流开关的三只光耦、三只双向晶闸管、一只逆阻型晶闸管、一只剩余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及其负载电路中的漏电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。
  • 摘要附图
    一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路
  • 说明书附图:图1
    一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-11-15 授权
2 2019-05-17 实质审查的生效 IPC(主分类): H03K 17/0812 专利申请号: 201811444608.8 申请日: 2018.11.29
3 2019-04-23 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种具有漏电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、三相漏电测控电路,特征在于:
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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT2的第2阳极与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的一端连接后再与A相负载Load‑A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,A相负载Load‑A的另一端与B相负载Load‑B的一端、C相负载Load‑C的一端连接后穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后再与交流电源零线端N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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT3的第2阳极与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的一端连接后再与B相负载Load‑B的另一端连接,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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT4的第2阳极与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的一端连接后再与C相负载Load‑C的另一端连接,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;
三相漏电测控电路包括逆阻型晶闸管VT1、剩余电流传感器SC1、左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4、转换电阻R14、滤波电阻R15、分压电阻R16、滤波电容C7,剩余电流传感器SC1的第1输出端I1端与左正向二极管D1的阳极、左负向二极管D2的阴极连接,剩余电流传感器SC1的第2输出端I2端与右正向二极管D3的阳极、右负向二极管D4的阴极连接,左正向二极管D1的阴极与右正向二极管D3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,左负向二极管D2的阳极与右负向二极管D4、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。

2.根据权利要求1所述的一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路,其特征在于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,剩余电流传感器的被测漏电流与输出电流分别是I0、I2,剩余电流传感器的电流比为ki=I2/I0,令:I0m为允许的被测漏电流I0的最大值,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。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于工业测控领域,涉及一种电路,特别涉及一种具有漏电保护的三相交流固态继电器电路,适用于要求对漏电进行保护的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

[0002] 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。尤其是在三相交流供电与三相交流驱动电路中,对漏电保护的要求越来越高,当发生三相交流漏电时要求能及时进行安全保护从而避免发生人身安全事故,对保护动作的实时性要求高。但目前以双向晶闸管(TRIAC)为功率控制器件的三相交流固态继电器对漏电故障尚缺乏具有可靠的自我保护功能的产品。因此,如何设计一种能对三相交流漏电进行及时、可靠的保护,且电路简单、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。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提出一种具有漏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、三相漏电测控电路组成,其核心是每相以一只双向晶闸管(TRIAC)为功率控制器件,配置剩余电流传感器,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漏电时能可靠进行关断保护。
[0004] 本发明电路包括光隔式三相交流TRIAC驱动电路、三相漏电测控电路。
[0005] 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。
[0006] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT2的第2阳极与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的一端连接后再与A相负载Load‑A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,A相负载Load‑A的另一端与B相负载Load‑B的一端、C相负载Load‑C的一端连接后穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后再与交流电源零线端N端连接。
[0007] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT3的第2阳极与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的一端连接后再与B相负载Load‑B的另一端连接,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。
[0008] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT4的第2阳极与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的一端连接后再与C相负载Load‑C的另一端连接,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。
[0009] 三相漏电测控电路包括逆阻型晶闸管VT1、剩余电流传感器SC1、左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4、转换电阻R14、滤波电阻R15、分压电阻R16、滤波电容C7,剩余电流传感器SC1的第1输出端I1端与左正向二极管D1的阳极、左负向二极管D2的阴极连接,剩余电流传感器SC1的第2输出端I2端与右正向二极管D3的阳极、右负向二极管D4的阴极连接,左正向二极管D1的阴极与右正向二极管D3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,左负向二极管D2的阳极与右负向二极管D4、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。
[0010] 本发明的有益效果如下:
[0011] 本发明以输出侧为半导体交流开关的三只光耦、三只双向晶闸管(TRIAC)、一只逆阻型晶闸管、一只剩余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及其负载电路中的漏电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。

实施方案

[0013] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0014] 如图1所示,一种具有漏电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、三相漏电测控电路。
[0015] 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。
[0016] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT2的第2阳极与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的一端连接后再与A相负载Load‑A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,A相负载Load‑A的另一端与B相负载Load‑B的一端、C相负载Load‑C的一端连接后穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后再与交流电源零线端N端连接。
[0017] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT3的第2阳极与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的一端连接后再与B相负载Load‑B的另一端连接,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。
[0018] 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端连线穿过剩余电流传感器CS1的检测孔后与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相双向晶闸管VT4的第2阳极与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的一端连接后再与C相负载Load‑C的另一端连接,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。
[0019] 三相漏电测控电路包括逆阻型晶闸管VT1、剩余电流传感器SC1、左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4、转换电阻R14、滤波电阻R15、分压电阻R16、滤波电容C7,剩余电流传感器SC1的第1输出端I1端与左正向二极管D1的阳极、左负向二极管D2的阴极连接,剩余电流传感器SC1的第2输出端I2端与右正向二极管D3的阳极、右负向二极管D4的阴极连接,左正向二极管D1的阴极与右正向二极管D3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,左负向二极管D2的阳极与右负向二极管D4、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。
[0020] 本发明所使用的包括A相光耦IC1、B相光耦IC2、C相光耦IC3、剩余电流传感器SC1、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、左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4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,剩余电流传感器采用LJ系列零序电流传感器,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。
[0021] 本发明中的主要电路参数配合关系如下:
[0022] 设:UgTH为逆阻型晶闸管的门极触发电压阈值(单位:V),剩余电流传感器的被测漏电流与输出电流分别是I0、I2(单位:A),剩余电流传感器的电流比为ki=I2/I0,令:I0m为允许的被测漏电流I0的最大值(单位:A),则:
[0023] R15>>R14   (1)
[0024]
[0025] 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)。
[0026] 本发明工作过程如下:
[0027] (1)光隔式三相交流TRIAC驱动电路作用:本发明电路具有光电隔离功能,光耦IC1的发光控制侧为电压控制电路。该电路的正驱动端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+端接上级控制电路的供电电压端,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只光耦都导通,进而使三只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只光耦都关断,进而使三只双向晶闸管关断、三相交流负载断电。
[0028] (2)三相漏电测控保护作用:本发明电路中,采用剩余电流传感器SC1实时监测三相交流负载电路中的漏电流,一旦发现漏电流达到I0m,则在式(1)、式(2)的电路参数配合以及在以左正向二极管D1、左负向二极管D2、右正向二极管D3、右负向二极管D4、转换电阻R14、滤波电阻R15、分压电阻R16、滤波电容C7为主的整流、滤波、分压电路等作用下,使逆阻晶闸管VT1导通,进而使A相双向晶闸管VT2、B相双向晶闸管VT3、C相双向晶闸管VT4都关断,且关断后在没有进行断电重启工作前,A相双向晶闸管VT2、B相双向晶闸管VT3、C相双向晶闸管VT4均始终保持关断,从而对三相交流负载电路漏电起到安全、可靠的保护控制作用。

附图说明

[0012] 图1为本发明的电路图。
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