专利名称：欠压-过压保护装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种欠压-过压保护装置及方法，尤其涉及一种使用单个脱扣线圈进行欠压和过压双重保护的装置和方法。
背景技术：
一般而言，供电线路上的电压并非一个恒定值，其可能因负荷的变化而相应产生波动。供电线路上的这种电压波动(如欠压或者过压)，一旦超出用电设备所能承受的范围，就会对用电设备带来不利的影响，甚或造成用电设备的损坏。因此，通常采用欠压保护和过压保护装置来保证用电设备在正常的供电状态下运行。欠压保护一般是指当供电线路电压低于一个预定阈值(例如低于标称电压的80% )时，保护装置自动切断供电线路，待到线路电压恢复到正常范围时，保护装置可再次被手动恢复到接通状态。相对而言，过压保护是指当线路电压超过一个预定值(例如高于标称电压的10% )时，为了防止对用电设备造成损坏，保护装置同样自动切断线路且待线路电压恢复正常时可再手动恢复。目前市场上的欠压-过压保护装置主要采用2个分立的脱扣线圈来分别实现欠压和过压的检测和保护动作。图I示例性地示出了一种现有的欠压-过压保护装置100的原理图。如图I所示，供电线路L(火线)和N(零线)用来向用电设备150提供电能。保护装置100设置在用电设备侧，且包括两个脱扣线圈110和120。这两个脱扣线圈分别用于在检测到欠压或过压时执行脱扣动作。脱扣线圈110和120的脱扣动作进而以机械传动方式驱动断路器130断开供电线路到用电设备150的电连接。具体而言，在图I中，脱扣线圈110的两端连接在线路L和N上。当线路电压V低于一个预定阈值Vmin (即欠压)时，脱扣线圈110中的推杆处于位置2，即脱扣状态，并进而使得线路L和N上的断路器130断开供电连接。当线路电压V达到正常范围时，该脱扣线圈110中的推杆从位置2变换到位置1，使得断路器130闭合，线路导通。脱扣线圈120经由过压检测电路140连接到供电线路L和N上。当过压检测电路140检测到线路电压V正常时，脱扣线圈120中的推杆处于位置1，使得断路器130闭合，供电线路导通。当过压检测电路140检测到线路电压V超过一个预定阈值Vmax时，其输出一个过压保护触发信号，使得脱扣线圈120中的推杆从位置I变换到位置2，即进入脱扣状态，并进而导致线路L和N上的断路器130断开供电连接。采用如图I所示的结构可以实现欠压、过压的双重保护。然而，由图I可见，这种欠压-过压保护装置需要两个独立的脱扣线圈来分别实现欠压、过压保护。而每一个脱扣线圈因其机械结构的特点其体积相对较大、成本也较高，特别是与电子元件相比更是如此。这一缺憾显然不能满足当前保护装置小型化、低成本的要求。因此，现有的这种欠压-过压保护装置还需要进一步改进
发明内容
本发明旨在提出了一种使用单个脱扣线圈的欠压-过压保护装置及方法。这种欠压-过压保护装置因只包含一个脱扣线圈而在体积上和成本上明显优于现有的具有双脱扣线圈的欠压-过压保护装置。根据本发明一个方面，欠压-过压保护装置包括单个脱扣线圈，其串联在供电线路上，用于在获得大电流时执行脱扣动作；检测电路，用于在检测到线路电压低于第一预定阈值或者高于第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号；驱动装置，用于响应于所述欠压-过压保护触发信号，使得所述脱扣线圈获得大电流，从而驱动所述脱扣线圈执行脱扣动作。采用这种欠压-过压保护装置可只通过一个脱扣线圈就实现欠压-过压的双重保护。在本发明一个实施例中，保护装置中用于驱动脱扣线圈的驱动装置可以是并联在与所述脱扣线圈串联的负载上的开关装置，且该开关装置响应于所述欠压-过压保护触发信号而闭合，即短路掉负载以使得脱扣线圈获得大电流。优选地，所述开关装置包括晶体管、场效应管、可控硅、电子管或继电器等等。通过开关装置短路掉负载可以方便地使得脱 扣线圈获得大电流，电路简单、易于实现。更为优选地，所述检测电路即为与所述脱扣线圈串联的负载。在本发明一个实施例中，保护装置中的所述检测电路可以包括过压检测电路和欠压检测电路两部分，且对过压检测电路和欠压检测电路的检测结果执行与(AND)操作后得到所述欠压-过压保护触发信号。可选地，欠压和过压检测电路也可以集成在一起由单个芯片来实现。优选地，所述过压和欠压检测电路由比较器实现，或所述与逻辑操作通过线与方式实现。在本发明另一个实施例中，保护装置中的所述检测电路还可以包括验证电路，用于在验证出所述与逻辑操作结果大于第三预定阈值时输出所述欠压-过压保护触发信号。可选地，所述检测电路还包括延时电路，用于对所述与逻辑结果进行延时。延时和验证电路的使用可以避免短时间的干扰，从而确保保护装置更加可靠。在本发明又一个实施例中，保护装置还包括剩余电流保护电路，其用于在检测到出现漏电现象时，输出漏电保护触发信号，且所述驱动装置还响应于所述漏电保护触发信号使得所述脱扣线圈获得大电流，从而所述脱扣线圈执行脱扣动作。如此，剩余电流保护电路集成到欠压过压保护电路中，且仅仅使用单个的脱扣线圈就实现了欠压、过压以及漏电
保护二重功能。根据本发明另一个方面，还提出了一种进行欠压-过压保护的方法。该方法包括使用单个脱扣线圈，所述脱扣线圈串联在供电线路上且在获得大电流时执行脱扣动作；在检测到线路电压低于第一预定阈值或者高于第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号；响应于所述欠压-过压保护触发信号，使得所述脱扣线圈获得大电流，从而致使所述脱扣线圈执行脱扣动作。由此，采用本发明提出的方法可以通过单个脱扣线圈实现欠压、过压双重保护，从而缩小了产品的体积、降低了成本。优选地，该方法还包括在检测到出现漏电现象时，产生漏电保护触发信号；响应于所述漏电保护触发信号使得所述脱扣线圈获得大电流，从而所述脱扣线圈执行脱扣动作。这样，采用本发明提出的方法还可以在实现欠压、过压保护的同时，集成漏电保护，即欠压、过压和漏电三重保护均通过单个脱扣线圈来实现。这进一步缩小了产品体积和成本。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图I示出现有的欠压-过压保护装置的示意图；图2示例性地示出根据本发明一个实施例的欠压-过压保护装置的结构示意图；图3示出根据本发明一个实施例的欠压-过压保护装置的电路原理图；图4示出根据本发明又一个实施例的欠压-过压保护装置的电路原理图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。图2示例性地示出了根据本发明一个实施例的欠压-过压保护装置200的原理图。如图2所示，根据本发明一个实施例的保护装置200包括单个脱扣线圈210、检测电路220和驱动装置230。在保护装置200中仅使用一个脱扣线圈210来以机械传动方式驱动线路L和N上的断路器130 (例如小型断路器MCCB)导通或断开供电连接。检测电路220监控线路上是否出现欠压或者过压，其一旦检测到欠压或者过压就发出一个保护触发信号给驱动装置230。响应于这个保护触发信号，驱动装置230使得脱扣线圈210因获得一个大电流而脱扣，并进而导致断路器130断开供电连接。如此，在本发明中，无论检测电路220检测到欠压还是过压，都通过驱动装置触发唯一的一个脱扣线圈来实现保护动作。采用图2所示的保护装置200可以仅仅通过单个脱扣线圈210就可以实现欠压-过压保护的双重功能，由此保护装置200的体积和成本均得以减小，能够适应当前小型化的需求。在图2中，检测电路220和驱动装置230可以有多种实现方式。比如，驱动装置230可以是一个并联在与脱扣线圈210串联的负载上的开关装置。在一个优选的简单实施例中，检测电路即为与脱扣线圈210串联的负载。但是本领域技术人员可以理解，该负载还可能包括其他形式，例如可选地其也可以包括与检测电路并联的电阻RO (如图3所示)。该开关装置可以响应于检测电路220的保护触发信号而闭合，也就是，通过短路掉作为负载的检测电路来使得脱扣线圈210获得一个大电流，并由此驱动其执行脱扣动作。可选地，驱动装置230还可以通过其他电路来实现，比如通过电容放电来使得脱扣线圈210获得一个大电流，等等。同样地，检测电路220也可以有多种实现方式，例如检测电路可以包括过压检测电路和欠压检测电路两部分，也可以通过单个集成芯片来实现欠压和过压的检测。而且，欠压或过压检测电路本身可以实现为如由运放构成的比较器，也可以使用市场上可获得的电压检测芯片，甚或可以使用本领域所公知的模拟式比较电路来实现。图3示出了根据本发明一个实施例的欠压-过压保护装置300的电路图。在保护装置300中，脱扣线圈210串联在供电线路上。驱动装置实现为一个开关装置，例如可控硅330。检测电路320包括两个由运放Ul和U2构成的比较器，用于分别实现欠压(322)和过压检测(321)。欠压和过压的检测结果在点B执行线与操作，所得结果即为欠压-过压保护触发信号，用以触发可控硅330。具体而言，在图3中，脱扣线圈210为一高压线圈，其在工作电压例如大于50V时可执行脱扣动作。在图3中，该脱扣线圈210例如在整流电路之前串联在线路L上。整流后的线路电压Vl加在检测电路320和可控硅330上，由此检测电路320可视作与脱扣线圈串联的负载，且该检测电路和电阻RO都与可控硅并联。如图3所示，在一个支路上，线路电压Vl加在电阻RlO以及并联的电容C4和稳压二极管Dl构成的串联支路上，以在点A为各个运放U1-U3提供稳定的电源。同时，点A的电压也加在电阻R7、R8和R4的串联支路上，且在点Al和点A2分别为运放Ul和U2提供稳定的参考电压Vmin和Vmax。在另一个支路上，线路电压Vl加到电阻Rll以及并联的R3和电容Cl所构成的串联支路上，并在电容Cl上得到分压后的线路电压V2。线路电压V2作为检测到的线路电压分别馈送到两个运放Ul和U2的输入端。运放Ul用作过压检测(321)的比较器，当电压V2大于Vmax时，即出现过压时，Ul输出一个高电平，相反输出一个低电平。运放U2用作欠压检测(322)的比较器，当电压V2小于Vmin时，即出现欠压时，U2输出一个高电平。
Ul和U2输出的结果在点B处线与。也就是说，当Ul和U2中任意一个的检测结果为高时，点B电压为高。换言之，无论检测到欠压还是过压，点B均为高。这里仅仅提供了最简单的线与逻辑。根据实际需要，还可以经由例如与门等逻辑电路来对Ul和U2输出的结果执行与逻辑的操作。与操作的结果可直接作为保护触发信号来驱动可控硅330。如果B点为高(出现了欠压或过压)，则可控硅330导通，作为负载的整个检测电路320被短路，由此脱扣线圈210因获得大电流而脱扣，进而导致断路器130断开供电连接。相反，如果B点为低(未出现欠压，也未出现过压)，则可控硅330截止，脱扣线圈210正常工作，线路导通。为了避免因干扰引起的误操作，在图3所示的例子中还优选地设置了延时电路325和验证电路327。延时电路325由电阻R5和电容C2构成，延时时间根据需要可以设置为几十到几百毫秒。延时后的信号Vb送入验证电路327。在验证电路327中，U3将延时后的信号Vb与一个参考电压Vref (其通过分压电阻R9和R6而获得)进行比较。如果U3比较结果为Vb大于Vref，则证明确实出现了欠压或过压，U3输出一个高电平，作为保护触发信号，这个高电平可同样驱动可控硅330。另外，在图3所示的例子中还更为优选地在U3的输出端包括了一个滤波电路，其由R13、C3和R14构成，用以消除保护触发信号中的高频变化量，以免误操作。在图3所示的例子中，开关装置330采用可控硅来实现。但是，本领域技术人员应该理解的是，该开关装置还可以采用例如场效应管、三极管、电子管、继电器等来实现。而且，图3所示的欠、过压检测电路也可以用例如模拟元件实现的其他比较电路来替代运放。图4示意性地示出了根据本发明另一个实施例的带有漏电保护的欠压-过压保护装置400的电路图。如图4所示，欠压-过压保护装置400与图3所示的保护装置300相比区别在于增加了剩余电流保护电路450。如图4所示，剩余电流保护电路450 —旦检测到漏电现象就输出一个高电平到U3的输出端D，与U3的输出结果执行线与操作。也就是说，无论是否检测到欠压或过压，一旦检测到漏电则触发可控硅330导通，以使得脱扣线圈210因获得大电流而脱扣，并进而导致断路器130断开电路连接。图4仅仅示出了剩余电流保护电路450的一个例子。该电路450包括漏电检测器451和控制芯片455。漏电互感器451将检测到的漏电流送入控制芯片455的管脚1_2。控制芯片455对输入的漏电流进行判断。一旦控制芯片455判断为出现了漏电现象，则在其管脚7输出一个漏电保护触发信号到U3的输出端，以驱动可控硅执行相应操作。这里的剩余电流保护电路的结构仅仅是一个例子。本领域技术人员可以根据实际应用的需要将其他剩余电流保护电路集成到根据本发明的欠压-过压保护电路中。此外，剩余电流保护电路的输出也可以加在点B位置，在经由U3验证后再来驱动可控硅330。图2-4示出了根据本发明实施例提出的欠压-过压保护装置200、300、400的结构。上述装置基本上是按照如下设计思路形成的，即，使用单个脱扣线圈，所述脱扣线圈串联在供电线路上，其在获得大电流时执行脱扣动作；在检测到线路电压低于第一预定阈值或者超过第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号；响应于所述欠压-过压保护触发信号，促使所述脱扣线圈获得大电流，从而致使所述脱扣线圈执行脱扣动作。本发明提出的上述设计思路可以确保在仅适用单个脱扣线圈的情况下实现欠压和过压的双重保护，因而这一设计思路能够使得欠压-过压保护装置的体积减小，适合当前小型化的需求。同时，上 述设计思路实现简便，仅用低成本的电子元件即可实现，因而在缩小体积的同时也降低了设备成本。优选地，该设计思路还包括在检测到出现漏电现象时，产生漏电保护触发信号；响应于所述漏电保护触发信号使得所述脱扣线圈获得大电流，从而所述脱扣线圈执行脱扣动作。这样，采用本发明提出的设计思路还可以在实现欠压、过压保护的同时，集成漏电保护，即欠压、过压和漏电三重保护均通过单个脱扣线圈来实现。这进一步缩小了产品体积和成本。应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种欠压-过压保护装置，该装置(200，300，400)包括 单个脱扣线圈(210)，串联在供电线路上，用于在获得大电流时执行脱扣动作； 检测电路(220)，用于在检测到线路电压低于第一预定阈值或者高于第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号； 驱动装置(230)，用于响应于所述欠压-过压保护触发信号，使得所述脱扣线圈获得大电流，从而驱动所述脱扣线圈执行脱扣动作。
2.如权利要求I所述的欠压-过压保护装置，其中所述驱动装置(230)为并联在与所述脱扣线圈串联的负载上的开关装置(330)，且该开关装置(330)响应于所述欠压-过压保护触发信号而闭合。
3.如权利要求2所述的欠压-过压保护装置，其中，所述开关装置(330)包括晶体管、场效应管、可控娃、电子管和继电器中任一。
4.如权利要求2所述的欠压-过压保护装置，其中所述检测电路(220)作为所述负载与所述脱扣线圈串联。
5.如权利要求I所述的欠压-过压保护装置，其中，所述检测电路(320)包括过压检测电路(321)和欠压检测电路(322)，以及用于对过压检测电路和欠压检测电路的检测结果做与(AND)操作的与逻辑电路。
6.如权利要求5所述的欠压-过压保护装置，其中，所述过压和欠压检测电路包括比较器(U1，U2)。
7.如权利要求6所述的欠压-过压保护装置，其中，所述检测电路(320)还包括验证电路(327)，用于在验证所述与逻辑电路输出的信号大于第三预定阈值时输出所述欠压-过压保护触发信号。
8.如权利要求7所述的欠压-过压保护装置，其中，所述检测电路(320)还包括延时电路(325)，用于延时所述与逻辑电路输出的信号。
9.如权利要求I所述的欠压-过压保护装置，还包括剩余电流保护电路(450)，用于在检测到出现漏电现象时，输出漏电保护触发信号，且所述驱动装置(230)还响应于所述漏电保护触发信号使得所述脱扣线圈(210)获得大电流，从而所述脱扣线圈(210)执行脱扣动作。
10.如权利要求9所述的欠压-过压保护装置，其中，所述驱动装置(230)还响应于所述漏电保护触发信号与所述欠压-过压保护触发信号之间的与操作结果驱动所述脱扣线圈。
11.如权利要求I所述的欠压-过压保护装置，其中，所述脱扣线圈(210)为高压线圈。
12.一种进行欠压-过压保护的方法，包括 使用单个脱扣线圈，所述脱扣线圈串联在供电线路上，且在获得大电流时执行脱扣动作； 在检测到线路电压低于第一预定阈值或者高于第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号； 响应于所述欠压-过压保护触发信号，使得所述脱扣线圈获得大电流，从而致使所述脱扣线圈执行脱扣动作。
13.如权利要求12所述的方法，其中使得所述脱扣线圈获得大电流的步骤包括通过短路掉与所述脱扣线圈串联的负载来使得所述脱扣线圈获得大电流。
14.如权利要求12所述的方法，还包括 在检测到出现漏电现象时，产生漏电保护触发信号； 响应于所述漏电保护触发信号使得所述脱扣线圈(210)获得大电流，从而所述脱扣线圈(210)执行脱扣动作。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述欠压-过压保护触发信号和漏电保护触发信号执行与操作，且与操作结果用于驱动所述脱扣线圈。
全文摘要
本发明提出了一种欠压-过压保护装置。该保护装置包括单个脱扣线圈(210)，其串联在供电线路上，用于在获得大电流时执行脱扣动作；检测电路(220)，用于在检测到线路电压低于第一预定阈值或者高于第二预定阈值时，产生欠压-过压保护触发信号；驱动装置(230)，用于响应于所述欠压-过压保护触发信号，使得所述脱扣线圈获得大电流，从而驱动所述脱扣线圈执行脱扣动作。采用这种欠压-过压保护装置可只通过一个脱扣线圈就实现欠压-过压的双重保护。
文档编号H02H3/20GK102761095SQ20111010852
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者包章尧, 熊焘, 黄琦 申请人:西门子公司