一種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于雷電科學(xué)與【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，包括依次連接的電壓取樣模塊，信號放大模塊，帶通濾波模塊以及狀態(tài)顯示模塊；本實用新型克服了傳統(tǒng)熱保護(hù)的缺點，當(dāng)溫度保險絲以及氧化鋅壓敏電阻任一元件出現(xiàn)故障時，能夠通過狀態(tài)顯示模塊中的LED燈及時反應(yīng)熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)，狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計簡單，使用方便可靠；本實用新型通過頻率為370kHz的高頻電壓源提供相應(yīng)頻率的電壓信號，在該頻段消除了供電系統(tǒng)阻抗的干擾，可以有效反映熱保護(hù)壓敏電阻阻抗的變化，更為安全可靠地反映熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于雷電科學(xué)與【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工 作狀態(tài)的裝置。 -種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 以氧化鋅壓敏電阻為核心元件的電涌保護(hù)器如今被廣泛使用在過電壓保護(hù)領(lǐng)域 中，然而由于該類電涌保護(hù)器直接并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備兩端，長期承受大電流沖擊和過電壓 作用，泄漏電流將會增大，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至起火爆炸。為了避免發(fā)生火災(zāi)等危險事 故，通常將溫度保險絲同氧化鋅壓敏電阻串聯(lián)作為過電壓保護(hù)元件，兩者的組合元件被稱 為熱保護(hù)壓敏電阻。當(dāng)泄漏電流過大時，溫度保險絲由于電流的熱效應(yīng)會自動熔斷，使氧化 鋅壓敏電阻從供電線路中斷開，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備安全的目的。
[0003] 但是熱保護(hù)壓敏電阻起保護(hù)作用的前提是溫度保險絲在氧化鋅壓敏電阻失效前 熔斷，但是有可能存在氧化鋅壓敏電阻已經(jīng)老化失效，而溫度保險絲還未熔斷的情況，這樣 就無法及時反映氧化鋅壓敏電阻的運行狀態(tài)，存在一定安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型提供一種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，本實用新型克服 了傳統(tǒng)熱保護(hù)的缺點，當(dāng)溫度保險絲以及氧化鋅壓敏電阻任一元件出現(xiàn)故障時，能夠通過 狀態(tài)顯示模塊中的LED燈及時反應(yīng)熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)，從而保護(hù)供電線路的安全 運行，狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計簡單，使用方便可靠；本實用新型通過頻率為370kHz的高頻電 壓源提供相應(yīng)頻率的電壓信號，在該頻段消除了供電系統(tǒng)阻抗的干擾，可以有效反映熱保 護(hù)壓敏電阻阻抗的變化，更為安全可靠地反映熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)。
[0005] 本實用新型技術(shù)方案如下：
[0006] -種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，包括依次連接的電壓取樣模塊， 信號放大模塊，帶通濾波模塊以及狀態(tài)顯示模塊；其中電壓取樣模塊并聯(lián)在熱保護(hù)壓敏電 阻的兩端；
[0007] 所述電壓取樣模塊由電容分壓器和高頻電壓源構(gòu)成，電容分壓器由電容C1、C2、C3 和C4組成；
[0008] 所述信號放大模塊由運算放大器以及放大電阻R1和R2組成；
[0009] 所述帶通濾波模塊由可變電阻R3,電感L1和電容C5、C6以及二極管D1組成；
[0010] 所述狀態(tài)顯示模塊由電阻R4、R5、R6、R7和R8、三極管BJTUBJT2和BJT3、發(fā)光二 極管LED1和LED2以及15V直流電源組成；
[0011] 電壓取樣模塊采集熱保護(hù)壓敏電阻的電壓取樣信號，通過信號放大模塊運算放大 后，送入帶通濾波器進(jìn)行濾波去除干擾，并經(jīng)狀態(tài)顯示模塊的顯示LED燈顯示熱保護(hù)壓敏 電阻處于是否處于故障狀態(tài)。
[0012] 本實用新型的進(jìn)一步設(shè)計在于：
[0013] 所述高頻電壓源的頻率為370kHz，有效值為IV。
[0014] 所述電壓取樣模塊中電容C1和C2相串連，電容C1的另一端與熱保護(hù)壓敏電阻一 端及電容相連，電容C2另一端與和高頻電壓源連接，電容C3和C4相串連，電容C4的另一 端連接熱保護(hù)壓敏電阻的另一端，電容C3另一端連接高頻電壓源的另一端，電容C3和C4 之間為電壓取樣信號點D。
[0015] 所述信號放大模塊中運算放大器選用LM358高增益雙運算放大器，電阻R1 -端連 接電壓取樣信號點D，電阻R1另一端同時與運算放大器的正輸入端及電阻R2相連，運算放 大器的負(fù)輸入端接地，電阻R2另一端與運算放大器的輸出端相連。
[0016] 所述帶通濾波模塊中電感L1和電容C5并聯(lián)形成LC帶通濾波器，其公共端一端接 地，另一端接可變電阻R3,二極管D1-端接在可變電阻R3同LC帶通濾波電路的公共端，另 一端接電容C6,電容C6的另一端接地。
[0017] 所述狀態(tài)顯示模塊中限流電阻R4的一端接二極管D1和電容C6的公共端，另一端 接三極管BJT1的基極和三極管BJT21的基極，電阻R5 -端接15V直流電源，另一端接發(fā)光 二極管LED1，發(fā)光二極管LED1的另一端接三極管BJT1的集電極，電阻R6 -端接15V直流 電源，另一端接三極管BJT2的集電極和電阻R7的一端；電阻R7另一端接三極管BJT3的基 極；電阻R8 -端接15V直流電源，另一端接發(fā)光二極管LED2,發(fā)光二極管LED2的另一端接 三極管BJT3的集電極，三極管BJT1、BJT2、BJT3的發(fā)射極同時接地。
[0018] 本實用新型的有益效果：
[0019] 1、本實用新型克服了傳統(tǒng)熱保護(hù)的缺點，當(dāng)溫度保險絲以及氧化鋅壓敏電阻任一 元件出現(xiàn)故障時，能夠通過狀態(tài)顯示模塊中的LED燈及時反應(yīng)熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀 態(tài)，從而保護(hù)供電線路的安全運行，狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計簡單，使用方便可靠；
[0020] 2、本實用新型通過頻率為370kHz的高頻電壓源提供相應(yīng)頻率的電壓信號，在該 頻段消除了供電系統(tǒng)阻抗的干擾，可以有效反映熱保護(hù)壓敏電阻阻抗的變化，更為安全可 靠地反映熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型的原理框圖。
[0022] 圖2是電壓取樣模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3是信號放大模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖4是帶通濾波模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖5是狀態(tài)顯示模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖中：A-電源線；B-溫度保險絲；C-ZnO壓敏電阻；D-電壓取樣點。R-utility表 示供電線路的電阻值，L-utility表示供電線路的電感值，R-TM0V表示熱保護(hù)壓敏電阻的 電阻值，C-TM0V表示熱保護(hù)壓敏電阻的電容值。50Hz交流電壓就是普通的工頻電壓。

【具體實施方式】
[0027] 如圖1所示，本實用新型自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，包括依次連 接的電壓取樣模塊，信號放大模塊，帶通濾波模塊以及狀態(tài)顯示模塊；電壓取樣模塊并聯(lián)于 熱保護(hù)壓敏電阻的兩端。
[0028] 如圖2所示，電壓取樣模塊由電容分壓器和高頻電壓源構(gòu)成，其中電容分壓器由 電容Cl、C2、C3和C4組成；高頻電壓源的頻率為370kHz，有效值為IV ;該模塊用于采集熱 保護(hù)壓敏電阻在不同工作狀態(tài)下的電壓取樣信號。其中R-utility表示供電線路的電阻 值，L-uti 1 ity表示供電線路的電感值，R-TM0V表示熱保護(hù)壓敏電阻的電阻值，C-TM0V表示 熱保護(hù)壓敏電阻的電容值。在低頻條件下，熱保護(hù)壓敏電阻的阻抗遠(yuǎn)大于供電線路的阻抗 值。由于從電壓取樣電路處觀察，線路阻抗同熱保護(hù)壓敏電阻阻抗處于并聯(lián)狀態(tài)，而兩者并 聯(lián)阻抗值的變化取決于供電線路的阻抗。因此，必須采用更高頻率的電壓源，才能排除供電 線路阻抗的干擾。根據(jù)計算，在頻率到達(dá)370kHz以上時，Z TMW《Zutility，此時熱保護(hù)壓敏電 阻阻抗的變化都將引起電壓取樣信號的變化，因此采用頻率為370kHz，有效值為IV的高頻 電壓源作為電壓取樣信號的發(fā)生源。電壓取樣模塊中電容C1和C2相串連，電容C1的另一 端與熱保護(hù)壓敏電阻一端及電容相連，電容C2另一端與和高頻電壓源連接，電容C3和C4 相串連，電容C4的另一端連接熱保護(hù)壓敏電阻的另一端，電容C3另一端連接高頻電壓源的 另一端，電容C3和C4之間為電壓取樣信號點D。當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻的阻抗發(fā)生變化時，將 會影響電壓取樣點的電壓值大小，該電壓值可以反映熱保護(hù)壓敏電阻是否正常運行。
[0029] 如圖3所示，信號放大模塊由運算放大器0ΡΑΜΡ以及放大電阻R1和R2組成；該模 塊用于放大電壓取樣模塊中的電壓信號。所述信號放大模塊中運算放大器選用LM358高增 益雙運算放大器，電阻R1 -端連接電壓取樣信號點D，電阻R1另一端同時與運算放大器的 正輸入端及電阻R2相連，運算放大器的負(fù)輸入端接地，電阻R2另一端與運算放大器的輸出 端相連。電阻R1取值l〇k Ω，電阻R2取值為100k Ω，上述元件將電壓取樣點D的電壓值放 大10倍，以便驅(qū)動后級電路中的三極管。此外，運算放大器由于具有非常大的阻抗，可以有 效去除后級電路的影響，起到隔離作用，使得裝置工作更為穩(wěn)定。
[0030] 如圖4所示，帶通濾波模塊由可變電阻R3,電感L1和電容C5、C6以及二極管D1組 成，帶通濾波模塊的中心頻率為370kHz ;該模塊用于選取電壓取樣信號中該頻段的信號并 進(jìn)行整流。電感L1和電容C5并聯(lián)形成LC帶通濾波器，其公共端一端接地，另一端接可變 電阻R3，LC帶通濾波器的中心頻率為370kHz，用于濾除干擾信號?？勺冸娮鑂3串接在運算 放大器的輸出端同LC濾波器之間，改變其數(shù)值大小，可以補償寄生效應(yīng)以及元件容差。二 極管D1 -端接在可變電阻R3同LC帶通濾波電路的公共端，另一端接電容C6的一端，電容 C6的另一端接地。二極管D1和電容C6形成整流電路，將370kHz的高頻交流電壓整為直流 電壓，為后級狀態(tài)顯示模塊中的三極管提供穩(wěn)定的直流電壓。
[0031] 如圖5所示，狀態(tài)顯示模塊由電阻R4、R5、R6、R7和R8、三極管BJTUBJT2和BJT3、 發(fā)光二極管LED1和LED2以及15V直流電源組成；該模塊用于顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀 態(tài)，當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻正常工作時，LED1長亮，LED2熄滅，當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻故障時，LED1 熄滅，LED2長亮。限流電阻R4的一端接二極管D1和電容C6的公共端，另一端接三極管BJT1 的基極和三極管BJT21的基極，電阻R5 -端接15V直流電源，另一端接發(fā)光二極管LED1， 發(fā)光二極管LED1的另一端接三極管BJT1的集電極，電阻R6 -端接15V直流電源，另一端 接三極管BJT2的集電極和電阻R7的一端；電阻R7另一端接三極管BJT3的基極；電阻R8 一端接15V直流電源，另一端接發(fā)光二極管LED2,發(fā)光二極管LED2的另一端接三極管BJT3 的集電極，三極管BJT1、BJT2、BJT3的發(fā)射極同時接地。
[0032] 當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻正常運行時，電壓取樣點D的電壓值經(jīng)過放大，濾波，整流過程 施加于三極管BJT1的基極，該電壓使得BJT1導(dǎo)通，從而點亮發(fā)光二極管LED1，與此同時，三 極管BJT2導(dǎo)通，其集電極處于低電位狀態(tài)，從而使得三極管BJT3處于截止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)LED2 的電流為〇,此時LED2處于熄滅狀態(tài)。因此在正常狀態(tài)下，發(fā)光二極管LED1長亮，發(fā)光二極 管LED2熄滅，該狀態(tài)指示熱保護(hù)壓敏電阻正常運行。當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻的任一元件損壞， 電壓取樣點的電壓下降為0V，三極管BJTUBJT2處于截止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)發(fā)光二極管LED1的 電流為0,從而二極管LED1熄滅，而三極管BJT3在直流偏壓的作用下導(dǎo)通，使發(fā)光二極管 LED2發(fā)光。發(fā)光二極管LED2長亮，發(fā)光二極管LED 1熄滅，該狀態(tài)指示熱保護(hù)壓敏電阻正常 運行。指示熱保護(hù)壓敏電阻處于故障狀態(tài)，從而實現(xiàn)自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的 功能。
[0033] 本實用新型工作過程如下：
[0034] 通過電壓取樣模塊中的電容分壓器采集熱保護(hù)壓敏電阻運行時的電壓取樣信號， 電壓取樣信號由頻率為370kHz，有效值為IV的高頻電壓源產(chǎn)生。由于在中心頻率為370kHz 時，熱保護(hù)壓敏電阻的阻抗遠(yuǎn)小于供電線路阻抗，因此當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻任何一個元件出 現(xiàn)故障時，其阻抗變化會極大地影響電壓取樣信號，因此可以通過電壓取樣信號的變化反 映熱保護(hù)壓敏電阻的工作狀態(tài)。該電壓取樣信號通過信號放大模塊中的運算放大電路放大 10倍后送入帶通濾波器進(jìn)行濾波去除干擾，在帶通濾波器中，電阻R3為可變電阻，經(jīng)過改 變其數(shù)值可以消除元件的寄生效應(yīng)以及容差。當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻正常運行時，電壓取樣信 號經(jīng)過一系列處理，施加于狀態(tài)顯示模塊中的三極管BJT1并使之導(dǎo)通，與BJT1相連的LED1 導(dǎo)通并發(fā)光，顯示熱保護(hù)壓敏電阻正常運行。與此同時三極管BJT2導(dǎo)通，導(dǎo)致三極管BJT3 截止，使得LED2熄滅。當(dāng)熱保護(hù)壓敏電阻出現(xiàn)運行故障時，電壓取樣信號為0,此時三極管 BJTUBJT2截止，導(dǎo)致LED1熄滅，而三極管BJT3在直流電源作用下導(dǎo)通，LED2導(dǎo)通并發(fā)光， 顯示熱保護(hù)壓敏電阻處于故障狀態(tài)。
[0035] 本實用新型克服了傳統(tǒng)熱保護(hù)的缺點，當(dāng)溫度保險絲以及氧化鋅壓敏電阻任一元 件出現(xiàn)故障時，能夠通過狀態(tài)顯示模塊中的LED燈及時反應(yīng)熱保護(hù)壓敏電阻的運行狀態(tài)， 從而保護(hù)供電線路的安全運行，狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計簡單，使用方便可靠；本實用新型通過 頻率為370kHz的高頻電壓源提供相應(yīng)頻率的電壓信號，在該頻段消除了供電系統(tǒng)阻抗的 干擾，可以有效反映熱保護(hù)壓敏電阻阻抗的變化，更為安全可靠地反映熱保護(hù)壓敏電阻的 運行狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1. 一種自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：包括依次連接的電壓取 樣模塊，信號放大模塊，帶通濾波模塊以及狀態(tài)顯示模塊；其中電壓取樣模塊并聯(lián)在熱保護(hù) 壓敏電阻的兩端； 所述電壓取樣模塊由電容分壓器和高頻電壓源構(gòu)成，電容分壓器由電容Cl、C2、C3和 C4組成； 所述信號放大模塊由運算放大器以及放大電阻R1和R2組成； 所述帶通濾波模塊由可變電阻R3,電感L1和電容C5、C6以及二極管D1組成； 所述狀態(tài)顯示模塊由電阻R4、R5、R6、R7和R8、三極管BJTUBJT2和BJT3、發(fā)光二極管 LED1和LED2以及15V直流電源組成； 電壓取樣模塊采集熱保護(hù)壓敏電阻的電壓取樣信號，通過信號放大模塊運算放大后， 送入帶通濾波器進(jìn)行濾波去除干擾，并經(jīng)狀態(tài)顯示模塊的顯示LED燈顯示熱保護(hù)壓敏電阻 處于是否處于故障狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：所述 高頻電壓源的頻率為370kHz，有效值為IV。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：所述 電壓取樣模塊中電容C1和C2相串連，電容C1的另一端與熱保護(hù)壓敏電阻一端及電容相 連，電容C2另一端與和高頻電壓源連接，電容C3和C4相串連，電容C4的另一端連接熱保 護(hù)壓敏電阻的另一端，電容C3另一端連接高頻電壓源的另一端，電容C3和C4之間為電壓 取樣信號點D。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：所述 信號放大模塊中運算放大器選用LM358高增益雙運算放大器，電阻R1 -端連接電壓取樣信 號點D，電阻R1另一端同時與運算放大器的正輸入端及電阻R2相連，運算放大器的負(fù)輸入 端接地，電阻R2另一端與運算放大器的輸出端相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：所述 帶通濾波模塊中電感L1和電容C5并聯(lián)形成LC帶通濾波器，其公共端一端接地，另一端接 可變電阻R3,二極管D1 -端接在可變電阻R3同LC帶通濾波電路的公共端，另一端接電容 C6,電容C6的另一端接地。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動顯示熱保護(hù)壓敏電阻工作狀態(tài)的裝置，其特征是：所述 狀態(tài)顯示模塊中限流電阻R4的一端接二極管D1和電容C6的公共端，另一端接三極管BJT1 的基極和三極管BJT21的基極，電阻R5 -端接15V直流電源，另一端接發(fā)光二極管LED1， 發(fā)光二極管LED1的另一端接三極管BJT1的集電極，電阻R6 -端接15V直流電源，另一端 接三極管BJT2的集電極和電阻R7的一端；電阻R7另一端接三極管BJT3的基極；電阻R8 一端接15V直流電源，另一端接發(fā)光二極管LED2,發(fā)光二極管LED2的另一端接三極管BJT3 的集電極，三極管BJT1、BJT2、BJT3的發(fā)射極同時接地。
【文檔編號】G01R31/00GK203849343SQ201420232584
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】李祥超, 陳璞陽, 徐樂, 周中山 申請人:南京信息工程大學(xué)