專利名稱：高低壓隔離電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于過電壓保護電路，尤其是一種高低壓隔離電路。
背景技術(shù)：
在高壓試驗中，經(jīng)常需要測量較高等級的電壓信號以供測量、保護或者 監(jiān)視使用，雖然這些高壓信號大多是通過互感器或者分壓器轉(zhuǎn)換為低電壓信 號來測量的，但是， 一旦發(fā)生設(shè)備絕緣突然擊穿放電、接地不可靠或者接地 點電位突然抬高等情況，都可能會將高壓引入到測量回路，危及測量端的人 身安全和儀器儀表的安全。在實際測量過程中可能會發(fā)生多種情況的過電壓
1. 當(dāng)試驗回路電磁狀態(tài)發(fā)生突變時，會產(chǎn)生電磁振蕩，造成被試設(shè)備發(fā)生擊 穿或者閃絡(luò)引起的間歇過電壓，其特點是時間短， 一般為幾個毫秒，幅值 高，約為試驗電壓的1 2倍，使用常規(guī)的過壓保護裝置往往還未來得及動作， 過電壓已經(jīng)傳到儀器儀表的測量端，給人身和設(shè)備帶來危害；2.接地電阻過 大或者接地不可靠時， 一旦測量回路的電流增大就會引起接地點電位顯著抬 高從而產(chǎn)生過電壓，這種過電壓將會危害人身和儀器儀表的安全，常規(guī)的方 法只是通過降低接地點的電位，而不能從根本上解決；3.操作人員誤操作引 起的截波過電壓，如升壓速度過快，超過額定的試驗電壓或者加壓過程中突 然斷電引起的截波過電壓，都會危及測量端的人身安全和儀器儀表的安全， 常規(guī)的過壓保護裝置只能對工頻過電壓進行保護，對截波過電壓無法進行保 護。
綜上所述，現(xiàn)有測量回路的過壓保護裝置存在的問題是l.僅適用于短 路保護，存在過電壓保護反應(yīng)速度慢的問題，由于間歇過電壓和截波過電壓 時間短，因此，現(xiàn)有的保護裝置無法對間歇過電壓和截波過電壓進行防護；
2. —次設(shè)備與測量端儀表共用接地點，當(dāng)接地點電位抬高后，危及測量端人 身和儀表的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種解決在交直流耐壓試驗 過程中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓 危及測量端人身和儀器儀表的安全問題的高低壓隔離電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種高低壓隔離電路，包括兩個電壓輸入端和兩個電壓輸出端，其特征 在于在兩個電壓輸入端之間及兩個電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件，
第一電壓輸入端經(jīng)第五電阻(R5)后與第一光電耦合器(0C1)的輸入端正極 及第二光電耦合器(0C2)的輸入端負極相連接，第一光電耦合器(0C1)的 輸入端負極經(jīng)第一電阻(Rl)和第一偏置電壓(VI)后與第二電壓輸入端相 連接，第二光電耦合器(0C2)的輸入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電 阻(R2)后與第二電壓輸入端相連接；第一光電耦合器(0C1)的集電極與第 三偏置電壓(V3)相連接，第一光電耦合器(0C1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3) 分壓后分別連接到兩個電壓輸出端，第二光電耦合器(0C2)的發(fā)射極與第四 偏置電壓(V4)相連接，第二光電耦合器(0C2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4) 分壓后分別連接到兩個電壓輸出端上。
而且，所述的非線性元件為壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制二極管。 而且，所述的第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)采用的 是TLP521光電耦合器。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是
1. 本隔離電路包括由非線性元件構(gòu)成的縱向保護電路和光電耦合器構(gòu)成 的橫向保護電路，將本隔離電路連接在一次設(shè)備與儀器儀表之間，當(dāng)出現(xiàn)過 電壓情況時，能夠迅速將儀器儀表與一次設(shè)備進行電氣隔離，具有過壓保護 反應(yīng)快的特點，解決了在交直流耐壓試驗過程中由于間歇過電壓、截波過電 壓以及接地點電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測量端人身和儀器儀 表的安全問題。
2. 本隔離電路既可以用于交直流耐壓試驗的測量回路，還可用于其他需 要在電氣上進行隔離的測量裝置，具有使用簡單、移植方便的特點。
3. 本發(fā)明有效地解決在交直流耐壓試驗過程中由于間歇過電壓、截波過 電壓以及接地點電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測量端人身和儀器儀 表的安全問題，具有反應(yīng)速度快、保護及時、使用簡單、移植方便的特點， 可廣泛應(yīng)用于交直流耐壓試驗的測量回路上以及其他需要在電氣上進行保護 和隔離的測量裝置上。


圖l是本發(fā)明的電路圖2是輸入輸出直流掃描分析圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述-
本高低壓隔離電路包括兩個電壓輸入端和兩個電壓輸出端，兩個電壓輸 入端與一次設(shè)備相連接，兩個電壓輸出端與儀器儀表相連接，在兩個電壓輸 入端之間及兩個電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件，所述的非線性元件 可以使用壓敏電阻，也可以使用瞬態(tài)電壓抑制二極管，第一電壓輸入端經(jīng)第
五電阻(R5)后與第一光電耦合器(0C1)的輸入端正極及第二光電耦合器(0C2) 的輸入端負極相連接，第一光電耦合器(0C1)的輸入端負極經(jīng)第一電阻(Rl) 和第一偏置電壓(VI)后與第二電壓輸入端相連接，第二光電耦合器(0C2) 的輸入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電阻(R2)后與第二電壓輸入端 相連接；第一光電耦合器(0C1)的集電極與第三偏置電壓(V3)相連接，第 一光電耦合器(0C1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3)分壓后分別連接到兩個電壓 輸出端，第二光電耦合器(0C2)的發(fā)射極與第四偏置電壓(V4)相連接，第 二光電耦合器(0C2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4)分壓后分別連接到兩個電壓 輸出端上。在本實施例中，第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2) 采用的是Toshiba公司的TLP521光電耦合器，所采用的非線性元件為壓敏電 阻。
本高低壓隔離電路的特點是使用兩個光電耦合器作為高低壓隔離電路 的橫向保護，能夠?qū)⒁淮卧O(shè)備和儀器儀表的測量端在電氣上進行隔離，這樣 無論電壓輸入端接地點電位抬高多少，都不會影響到儀器儀表測量端的電位， 因為二者之間沒有電氣上的連接，也就不存在接地點電位抬高對儀器儀表的 影響，可以有效地避免接地電阻過大或者接地不可靠引起的過電壓；同時，
使用在電壓輸入端之間和電壓輸出端之間分別并聯(lián)壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制 二極管等非線性元件作為高低壓隔離的縱向保護，用來對電壓輸入端、電壓 輸出端產(chǎn)生的時間短、幅值高的間歇性過電壓和截波過電壓進行保護。
本高低壓隔離電路工作過程為在隔離電路中VI和V2分別為第一光電
耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)輸入端的偏置電壓，V3和V4分別 為第一光電耦合器(0C1)和第二光電耦合器輸出端的偏置電壓；在偏置電壓 VI和V3的作用下，第一光電耦合器(0C1)的輸入級和輸出級工作于線性段， 當(dāng)輸入信號Vin為正時，第一光電耦合器(0C1)導(dǎo)通，電壓輸出端的輸出電 壓Vout為正；同理，在偏置電壓V2和V4的作用下，第二光電耦合器(0C2) 的輸入級和輸出級工作于線性段，當(dāng)輸入信號Vin為負時，第二光電耦合器 (0C2)導(dǎo)通，電壓輸出端的輸出電壓Vout為負；并聯(lián)在電壓輸入端和電壓 輸出端的RVin和RVout分別為壓敏電阻或者電壓抑制二極管等非線性元件， 可以抑制電壓輸入端和電壓輸出端的間歇性過電壓。
下面以一個高低壓隔離電路加以說明，該隔離電路中的偏置電壓VI、 V2 為1.5V，電阻R1、 R2為4K，偏置電壓V3、 V4為12V，電阻R3、 R4為320K，電 阻R5為IOOK，其各項參數(shù)如下輸入電阻不小于100kQ;輸出電阻不大于IO
Q;輸入電壓范圍一10V + 10V;輸出電壓范圍一10V + 10V;最大隔 離電壓5kV (工頻)，10kV (沖擊)。
通過電子電路仿真分析軟件OrCAD對上述隔離電路進行分析仿真，其輸
入輸出直流掃描分析結(jié)果如圖2所示，由于在隔離電路中采用了偏置電源， 避開了光電耦合器的非線形區(qū)域，因此，本高低壓隔離電路具有較好的輸入 輸出特性，電壓輸入和電壓輸出近似于直線。
為了驗證高低壓隔離電路的對儀器儀表的防護效果，我們對該電路進行
了工頻耐壓試驗、操作過電壓試驗和截波試驗
工頻耐壓試驗試驗時在兩個光電耦合器的輸入端和輸出端分別施加AC 5kV/50Hz—分鐘，未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。
操作過電壓試驗:根據(jù)間歇性過電壓時間短、幅值高的特點，試驗電壓的 波形可用250/2500us的操作過電壓來等效，試驗電壓選取2倍于光電耦合器 隔離電壓值，如操作過電壓幅值為10kV，經(jīng)操作過電壓試驗，未發(fā)現(xiàn)隔離電 路有任何擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。
截波試驗:為模擬試品耐壓試驗時突然斷電而產(chǎn)生的截波，我們首先對隔 離電路施加5kV的工頻電壓1分鐘，然后突然切斷試驗電源，人為造成一個 截波，經(jīng)過多次試驗，未發(fā)現(xiàn)隔離電路有任何擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。
縱上所述，本高低壓隔離電路輸入輸出線形度好，采用非線性元件和光 電耦合器組成保護電路，使測量儀表與一次設(shè)備在電氣上隔離，對試驗過程 中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等有 著較好的防護效果。
需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因 此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高低壓隔離電路，包括兩個電壓輸入端和兩個電壓輸出端，其特征在于在兩個電壓輸入端之間及兩個電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件，第一電壓輸入端經(jīng)第五電阻(R5)后與第一光電耦合器(OC1)的輸入端正極及第二光電耦合器(OC2)的輸入端負極相連接，第一光電耦合器(OC1)的輸入端負極經(jīng)第一電阻(R1)和第一偏置電壓(V1)后與第二電壓輸入端相連接，第二光電耦合器(OC2)的輸入端正極經(jīng)第二偏置電壓(V2)和第二電阻(R2)后與第二電壓輸入端相連接；第一光電耦合器(OC1)的集電極與第三偏置電壓(V3)相連接，第一光電耦合器(OC1)的發(fā)射極經(jīng)第三電阻(R3)分壓后分別連接到兩個電壓輸出端，第二光電耦合器(OC2)的發(fā)射極與第四偏置電壓(V4)相連接，第二光電耦合器(OC2)的集電極經(jīng)第四電阻(R4)分壓后分別連接到兩個電壓輸出端上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高低壓隔離電路，其特征在于所述的非線性 元件為壓敏電阻或瞬態(tài)電壓抑制二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高低壓隔離電路，其特征在于所述的第一光 電耦合器(0C1)和第二光電耦合器(0C2)采用的是TLP521光電耦合器。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種高低壓隔離電路，包括兩個電壓輸入端和兩個電壓輸出端，其主要技術(shù)特點是在兩個電壓輸入端之間及兩個電壓輸出端之間分別并聯(lián)一非線性元件，兩個電壓輸入端分別與兩個光電耦合器相連接，兩個光電耦合器分別與兩個電壓輸出端相連接。本發(fā)明有效地解決在交直流耐壓試驗過程中由于間歇過電壓、截波過電壓以及接地點電位突然抬高產(chǎn)生的過電壓等情況危及測量端人身和儀器儀表的安全問題，具有反應(yīng)速度快、保護及時、使用簡單、移植方便的特點，可廣泛應(yīng)用于交直流耐壓試驗的測量回路上以及其他需要在電氣上進行保護和隔離的測量裝置上。
文檔編號H02H9/04GK101344538SQ200810054160
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者劉寶奇, 寧 李 申請人:天津市電力公司