无源无触点电流型控制开关制造技术

本实用新型专利技术提供了一款无源无触点电流型控制开关电路结构，由电流互感器、整流滤波电路、双向晶闸管、可控型闪烁指示灯电路组成。主负载线路中的一条线穿过电流互感器，电流互感器输出连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出连接至双向晶闸管的触发极和闪烁指示灯电路；从负载线路中设置有电流取样网络，并通过光电耦合器连接至闪烁指示灯电路。当主负载电流达到一定数值后，驱动双向晶闸管开通从负载供电电路，可控制型闪烁指示灯做电路状态指示，其有益之处是控制电路自身功耗极小，特别适合移动式作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的内容属于电子
，涉及一种由负载电流直接控制的电子开关电路。
技术介绍
电器设备的相互联动控制是电气自动控制中经常被采用的手段，如大功率电器温度升至一定值后往往需要启动冷却风扇，车床切削工件时需要注入冷却液、夜间行车需要开启照明灯等。实现配套设备之间的自动关联能够大大降低管理操作人员的工作量。联动控制基本上可以分作信息获取、信息处理、控制执行三个环节，目前都依靠电子技术实现。对于电气负载是否处于工作状态，最基本的信息是负载电流，采用电流传感器获取电流信息输出采样信号。通常电流互感器输出的采样信号能量较小，需要将信号放大后才能驱动控制执行器件，因而信息处理模块均为有源电路，有一些甚至采用智能化处理手段，有源电路是指专门需要为电子器件提供独立工作电源的一类电路，如有源滤波器必定要为运算放大器提供电源之后才能发挥滤波作用，有源音箱除了音频线之外还需要供电源线。有源电路复杂，部件规模较大，至少要配置一个工作电源。相对应的无源电路是指直接利用被测信号或需要处理的信号自身能量进行工作的一类电路，如无源RC滤波器等，只有被处理的电信号作用在器件上就能够发挥作用。显然，无源电路的结构要简单得多。完成开关动作的执行部件比较简单，有交流接触器、继电器、晶闸管、IGBT元件等。交流接触器和IGBT元件一般用于大功率负载，继电器一般用于小功率负载中，晶闸管视其参数不同在大小功率负载中均有采用，其中IGBT元件和晶闸管属于无触点开关器件，驱动能量较小。许多电器设备的联动控制是固定式的，采用有源结构集成在控制电路之中，在系统设计时完成配置。对于移动式设备临时组建联动控制关系，最好是采用简单的无源结构，直接利用主负载的电流能量驱动执行部件。本专利技术涉及到的是一种采用负载电流控制的无源电子开关，是基于传统电流互感器的改进，既不干扰被测电路的工作，又无需另外供电，自身功耗极小，特别适合移动式作业。
技术实现思路
本专利技术无源无触点电流型控制开关能够利用交流电网重负载电流控制另一路负载的开关状态，从技术层面上看，具有以下特征：无源无触点电流型控制开关由电流互感器、整流滤波电路、双向晶闸管、可控制型闪烁指示灯电路组成，如附图1所示；电流互感器的磁芯选用铁氧体磁环，一次侧绕制3-4匝，匝数比n控制在130-170之内，以此为依据电流互感器二次侧绕组绕制400-500匝线圈；电流互感器二次侧输出经过桥式整流电路和电容滤波后转换成直流电压，分作二路输出，一路经过限流电阻输出至双向晶闸管的控制极，另一路输出至闪烁指示灯电路；晶闸管串联被控制负载、电流取样电阻与二极管并联电路后连接至交流电网；被控制的负载电流取样后输入光电耦合器，光电耦合器的输出口并联于闪烁指示灯电路的振荡电容上，如附图2所示。本专利技术所述的双向晶闸管用作受控制负载的电子开关，其额定电流选择在3-12A之间，耐压值为600V。本专利技术所述的铁氧体磁环采用Φ(22-14)×10mm、Φ(25-15)×10mm、Φ(25-15)×12mm三种规格之一。本专利技术所述的闪烁指示灯电路采用RC延迟反馈式振荡电路，其中的运算放大器采用低电压微电流轨到轨芯片LMV358，电压达到达2.7V即可进入正常工作状态。为了防止加在LMV358芯片上的工作电压过高，在电流互感器输出的整流滤波电路上并联了一个5.1V稳压二极管D5b，将最高电压限制在5.1V以下安全范围以内。闪烁指示灯的作用是显示电子开关是否已经接通及其负载状态：若电子开关接通但受控制负载没有工作，指示灯闪烁；若电子开关接通，且负载也在工作中，则指示灯持续发光；电子开关没有接通则指示灯不亮。本专利技术所述的电流互感器不仅仅是检测电流大小，还要负责从主负载网络中提取微小能量供给电子开关电路和闪烁指示灯电路工作。如附图2所示的电路最小开启功率约为15mW，采用Φ(22-14)×10mm铁氧体磁环就能够满足50Hz交流电的能量传输要求。电流互感器通过磁路传输的功率可以分作两部分：一是由磁芯储能转移的功率，主要在互感器输出电压比较高的状态下起作用，Φ(22-14)×10mm常规铁氧体磁环的储能量约为0.1mJ，50Hz交流电频率下相当于最大10mW传输功率；二是直接耦合传输的功率，由电流比关系制约，与磁芯体积大小无关。在本技术中两者均有利用。电流互感器原边线圈又称为一次侧线圈，副边线圈又称为二次侧线圈，设电流互感器的匝数比为n，为了方便表述，这里的n约定为二次侧匝数比一次侧匝数，即为业界所称匝数比的倒数。设一次侧电流为I1，感应电压为V1，二次侧电流为I2，感应电压为V2。必定存在以下制约关系：电流互感器输出口短路时存在电流互感器在任意状态下均存在电压比关系则始终成立，而电流比关系只有当二次侧电流出现时才成立。电流互感器本质上是隔离式变流，原边电流与副边电流的变流比一般控制在几百至几千倍，输出的副边电流远小于原边电流，便于适应电子电路的工作需要。在变流的同时也存在电压变比，表现为升电压的效果，升压比同样为几百至几千倍。但与电压互感器不同的是电流互感器原边电压由原边电流流经少数几匝线圈时产生，匝数较少的原边电感量较小，所产生的原边电压降也十分微小，因而副边输出的电压值也不会很高。若电流互感器输出2.7V电压，根据电压比关系，电流互感器一次侧的电压V1应该达到2.7V/n以上。若n＝100，一次侧的电压V1应该达到27mV以上。此电压与一次侧的电感量L1有关，也就是与磁芯材料和原边绕组匝数N1相关。27mV＝2πfL1(I1-nI2)L1=27mV2πfI=27mV314(I1-nI2)=86(I1-nI2)μH]]>附图2所示电路的最小工作电流I2约为5.4mA，如果在3A主负载电流下就启动控制开关，则电流互感器一次侧电感量应该达到35μH，一次侧线圈至少绕制3匝。从安全性上看，电流互感器的副边输出电流和输出电压不可能超出电流比和电压比两个约束条件，如以500∶1的铁氧体磁环电流互感器为例，单匝电感量约为3μH，用于50Hz交流电中原边每1A电流的感应电压约为1mV，则副边短路时的输出电流只有原边的1/500，副边开路时的输出电压只有0.5V，被检测电流如果在20A以内输出电压均在安全值范围。另外，电流互感器传输功率的能力较小，由此也决定了其工作的安全性。对于Φ(22-14)×10mm的铁氧体磁环，若磁芯材料的相对磁导率μr为2200，则通以10.1A匝电流时即进入磁饱和状态，磁芯最大储能值只有0.1mJ，对于50Hz的交流电网相当于10mW的功率，对于400Hz的交流电网相当于80mW的功率，不足以对控制电路造成危害。NImax=Bmaxlμ0μr=0.5×56×10-34π×10-7×2200=10.1A]]>w=VBm22μ0μr=(112-72)π×10×10-9×0.522×4π×10-7×2200=100×10-6J]]>附图2中的IC3B用作电子开关开通前对芯片供电的分流，以造成开关的滞回工作效应，确保开与关的可靠性。附图说明附图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
无源无触点电流型控制开关，其结构特征在于：由电流互感器、整流滤波电路、双向晶闸管、可控制型闪烁指示灯电路组成；电流互感器的磁芯选用铁氧体磁环，一次侧绕制3‑4匝，匝数比n控制在130‑170之内，以此为依据电流互感器二次侧绕组绕制400‑500匝线圈；电流互感器二次侧输出经过桥式整流电路和电容滤波后转换成直流电压，分作二路输出，一路经过限流电阻输出至双向晶闸管的控制极，另一路输出至闪烁指示灯电路；晶闸管串联被控制负载、电流取样电阻与二极管并联电路后连接至交流电网。

【技术特征摘要】
1.无源无触点电流型控制开关，其结构特征在于：由电流互感器、整流滤波电路、双向晶闸管、可控制型闪烁指示灯电路组成；电流互感器的磁芯选用铁氧体磁环，一次侧绕制3-4匝，匝数比n控制在130-170之内，以此为依据电流互感器二次侧绕组绕制400-500匝线圈；电流互感器二次侧输出经过桥式整流电路和电容滤波后转换成直流电压，分作二路输出，一路经过限流电阻输出至双向晶闸管的控制极，另一路输出至闪烁指示灯电路；晶闸管串联被控制负载、电流取样电阻与二极管并联电路后连接至交流电网。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庭勋，叶继英，
申请(专利权)人：浙江海洋学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33