熔断器故障显示.pdf

本发明涉及一种电路，用于监测熔断器(1)跳闸状态的熔断器故障显示，为了显示熔断器(1)跳闸状态设有发光二极管(2)，其设置在并联于熔断器(1)的电流路径中，熔断器(1)未跳闸时，该并联电流路径电阻比熔断器(1)高，从而经该电流路径电流不足以使发光二极管(2)工作，熔断器(1)跳闸时，该并联电流路径电阻比熔断器(1)低，从而经该电流路径电流足够使发光二极管(2)工作，还设有限制经发光二极管(2)电流的电流限制装置和限制经跳闸熔断器(1)电压的电压限制装置。根据本发明，熔断器(1)未跳闸时，为了实现并联电流路径的高电阻，场效应晶体管(3)和电阻(4)串联设置，熔断器(1)跳闸时，为了在并联电流路径中建立电流限制装置，设有相同电阻(4)，从而在具有发光二极管(2)的并联电流路径中形成场效应晶体管(3)的控制电压，场效应晶体管(3)的关闭状态取决于该控制电压。因此给出一种通用且低成本的熔断器监测电路，适用于直流电和交流电工作。

权利要求书1.  一种电路，所述电路用于监测熔断器(1)的跳闸状态的熔 断器故障显示，其中，为了显示所述熔断器(1)的跳闸状态设置有 发光二极管(2)，所述发光二极管设置在并联于所述熔断器(1)的 电流路径中，其中，当所述熔断器(1)未跳闸时，与所述熔断器(1) 的电阻相比，所述并联的电流路径具有高电阻，从而经过所述电流路 径的电流不足以使所述发光二极管(2)工作，其中，当所述熔断器 (1)跳闸时，与所述熔断器(1)的电阻相比，所述并联的电流路径 具有低电阻，从而经过所述电流路径的电流足够使所述发光二极管 (2)工作，其中，还设置有用于限制经过所述发光二极管(2)的电 流的电流限制装置和用于限制所述跳闸的熔断器(1)的电压的电压 限制装置，其特征在于，当所述熔断器(1)未跳闸时，为了实现所 述并联的电流路径的高电阻，场效应晶体管(3)和电阻(4)串联设 置，而且当所述熔断器(1)跳闸时，为了在所述并联的电流路径中 建立所述电流限制装置，设置有相同的电阻(4)，从而在含有所述 发光二极管(2)的并联电流路径中形成所述场效应晶体管(3)的控 制电压，所述场效应晶体管(3)的关闭状态取决于所述控制电压。 2.  根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压限制装 置具有可调电阻(5)，所述可调电阻设置在另一个并联于所述熔断 器(1)的并联电流路径中。 3.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述电压限制装置具有电容器(6)，所述电容器设置在另一个并联于 所述熔断器(1)的并联电流路径中。 4.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述电压限制装置具有可调电阻(5)和电容器(6)，优选由所述可调 电阻(5)和所述电容器(6)构成，其中，所述可调电阻(5)和所 述电容器(6)并联于所述熔断器(1)设置。 5.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述串联电路具有两个额外的二极管(7)，所述两个额外的二极管包 围由场效应晶体管(3)、电阻(4)和发光二极管(2)组成的布设。 6.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述发光二极管(2)是光电耦合器(8)的一部分或所述串联电路具有 额外的光电耦合器(8)，经所述光电耦合器可以实现与评估电子部 件的反馈或耦合。 7.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述场效应晶体管(3)设置为金属-氧化层-半导体-场效晶体管 (MOSFET)。 8.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述场效应晶体管(3)的源极和漏极之间设置有续流二极管(9)，其 中，所述场效应晶体管(3)设置为包含所述续流二极管(9)。 9.  根据前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所 述电路最多包含一个可调电阻(5)、一个电容器(6)、一个电阻(4)、 一个场效应晶体管(3)、一个发光二极管(2)以及多个二极管(7) 和一个光电耦合器(8)。 10.  一个安全装置(13)，所述安全装置具有根据前述权利要 求中任意一项所述的熔断器故障显示。

说明书熔断器故障显示
技术领域
本发明涉及一种电路，该电路用于监测熔断器的跳闸状态的熔 断器故障显示，其中，为了显示熔断器的跳闸状态设置有发光二极管。
背景技术
本发明设置用于监测既可以直流电工作又可以交流电工作的熔 断器。本发明适用于在很广泛的应用领域中监测在几伏到几百伏的低 电压范围的熔断器。但如果待使用的半导体元件尺寸适当，在高压范 围内的应用原则上也是可能的。
已多次说明对光学或者电子地监控熔断器状态所提出要求的原 因。小家电的熔断器通常难以接近，另外小型保险丝的熔断丝状态通 常也难以发现。在其他功率范围内例如在暗处不能够识别家庭配电箱 的断路器的状态。并且在其他应用领域中，电控制装置或监控装置同 样需要熔断器的状态作为传感器信息用于故障显示或启动措施。
现有技术中针对各个问题以及分别对应各个情况已知高成本的 解决方案。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种简单且低成本的、能够在很宽的 电压范围的领域中应用而且能够在小空间中实现的电路，该电路用于 熔断器故障显示而且适于在直流电和交流电工作。
该目的按照本发明通过独立权利要求的特征得到实现。本发明 的有利的设计在从属权利要求中说明。
因此，按照本发明，设置一种电路布置用于监测熔断器跳闸状 态的熔断器故障显示，该电路布置为了显示熔断器的跳闸状态设置有 发光二极管，该发光二极管设置在并联于熔断器的电流路径中，其中， 当熔断器未跳闸时，与熔断器的电阻相比，该并联的电流路径具有高 电阻，从而经过该电流路径的电流不足以使发光二极管工作，其中， 当熔断器跳闸时，与熔断器的电阻相比，该并联的电流路径具有低电 阻，从而经过该电流路径的电流足够使发光二极管工作，其中，还设 置有用于限制经过发光二极管的电流的电流限制装置和用于限制经 过跳闸的熔断器的电压的电压限制装置，当熔断器未跳闸时，为了实 现并联的电流路径的高电阻，场效应晶体管和电阻串联设置，而且当 熔断器跳闸时，为了在并联的电流路径中建立电流限制装置，设置有 相同的电阻，从而在具有发光二极管的并联电流路径中形成场效应晶 体管的控制电压，该场效应晶体管的关闭状态取决于该控制电压。
也就是说，在待监测的熔断器断开之后，受熔断器保护的、经 并联的电流路径的电路仍保持闭合，其中，电流限制装置限制经过熔 断器故障显示的电流并且同时使发光二极管工作。
该电路布置具有多个优点。第一个优点在于，该电路仅需要非 常少的组成元件。因此，可低成本地、以很低的空间需求地实现该电 路。因此，该电路在许多熔断器应用中集成在已有的外壳中。
另一个优点在于，该电路能够不依赖于工作电压使用。仅通过 半导体的介电强度限制，即使在熔断器故障显示的连接触点之间高电 压时，场效应晶体管调节经过并联的电流路径的电流降低至预设的大 小，从而使发光二极管不会毁坏。
该电路布置既适用于直流电工作又适用于交流电工作，其中， 在后一种情况下，由于所使用的发光二极管而优选地设置半波整流。
该电路有利地具有可调电阻，该可调电阻设置在并联于熔断器 的另一条并联电流路径中。
这类依赖电压的电阻的优点是，其电阻在预设的阈值电压作用 下突降并且因此该电阻变为导电的。在此，预设的阈值电压必须高于 工作电压，从而可调电阻仅在超过工作电压的电压峰时导电并且由此 保护包含场效应晶体管的并联的电流路径。
另外，用于电压限制装置的电路还有利地具有电容器，该电容 器设置在另一个并联于熔断器的并联电流路径中。
当熔断器未跳闸时，电容器的极板经熔断器短路，从而电容器 完全放电。根据受熔断器保护的电路中的电感，如果电压峰没有被电 容器补偿，当熔断器跳闸时会出现电压峰。因此，该电路有利地既有 可调电阻又有电容器。
另外，该电路有利地这样设置，即该串联电路具有两个额外的 二极管，该二极管包围由场效应晶体管、电阻和发光二极管组成的电 路布置。
这两个二极管也为包围在其中的场效应晶体管提供了额外的抗 过电压的保护。另外，该二极管也在交流电工作时适于承担进行半波 整流并因此减轻了发光二极管的负担。
另外，该电路有利地这样设置，即发光二极管是光电耦合器的 一部分或串联电路具有额外的光电耦合器，经该光电耦合器可以实现 与评估电子部件的反馈或耦合。
在此，光电耦合器具有与受熔断器保护的电路电气隔离的优点， 从而例如可能出现的电压峰不会对下游的评估电子元件起到作用。
场效应晶体管有利地设置为金属-氧化层-半导体-场效晶体管 (MOSFET)，该金属-氧化层-半导体-场效晶体管具有负温度系数， 从而当该晶体管由过高的电流过载时，其电阻立即增大。
例如，自导通的n沟道金属-氧化层-半导体-场效晶体管 (n-Kanal-MOSFET)适用于电流调节的形成，该自导通的n沟道金属 -氧化层-半导体-场效晶体管通过升高的(负)栅电压关闭源-漏沟道。 当电流经过电路的电阻时，经该电阻出现了适合作为控制电压的电 压。
该场效应晶体管的源极和漏极之间有利地设置有续流二极管，其 中，场效应晶体管设置为包含该续流二极管。
由于对通过静电引起的过电压峰值的高度易感性，这类二极管 也可以额外地保护场效应晶体管。该续流二极管有利地设置为从预设 的阈值电压开始反向于关闭方向导电的齐纳二极管。该续流二极管可 以有利地集成在场效应晶体管的组成元件中。
在一个有利的设计中，按照本发明的电路包含可调电阻、电容 器、电阻、场效应晶体管、发光二极管以及两个二极管和可选择的光 电耦合器。该设计中实现了为有效功能的电路技术支出与空间需求之 间良好的比例。
安全装置有利地具有含前述特征的熔断器故障显示。在此，可 能涉及串联保险丝接线端子、线路保护断路器、G类熔断器的装置或 精密设备熔断器的固定装置。
附图说明
随后借助优选的实施方式结合附图进一步说明本发明。其中，
图1示出了用于按照本发明一个优选的实施方式的熔断器故障 显示的电路，并且
图2示出了具有熔断器故障显示的串联保险丝接线端子，该熔 断器故障显示用于监测按照本发明一个优选实施方式的熔断器的跳 闸状态。
具体实施方式
图1示出了用于按照本发明一个优选的实施方式的熔断器故障 显示的电路。
受熔断器1保护的电路可以经连接触点10、10’与熔断器1连 接。熔断器故障显示的电路经熔断器故障显示的连接触点11、11’ 与熔断器1并联。
熔断器故障显示的电路在其连接触点11和11’之间具有三个并 联的电流路径。第一条路径经过可调电阻5，第二条路径经过电容器 6并且第三条路径经过由两个二极管7、含集成的续流二极管9的n 沟道场效应晶体管3、电阻4、发光二极管2和光电耦合器8的串联 电路。如果没有进一步详细说明，随后并联的电流路径的表述都理解 为最后提到的这条串联路径。
光电耦合器8的反馈12、12’的传感器连接或连接触点与受保 护的电路电气隔离并且由光电耦合器8接通。当熔断器未跳闸时，待 保护的电路既经过熔断器1又经过熔断器故障显示的并联电流路径 闭合。从待保护的电路的视角出发，熔断器1和熔断器故障显示代表 一个分流器。电流以与电阻成反比的方式分配至熔断器的支路和熔断 器故障显示的支路。
由于未跳闸的熔断器1的电阻通常明显的小于1欧姆，几乎为0 欧姆，因此并联的、设置有电阻4的电流路径必然具有比较高的电阻。 当熔断器1未跳闸时，在一定程度上电流仅经过几乎无电阻的熔断器 1。熔断器的连接触点10、10’以及熔断器故障显示的连接触点11、 11’处于相同的电位，没有足够高的电流通过并联的电流路径使熔断 器故障显示的发光二极管2工作。
可调电阻5的连接在相同的电位，从而也处于关闭状态缺少外 加电压。只要电容器6的两极都在相同的电位，那么电容器6就代表 绝缘体。如果熔断器1处于跳闸状态，熔断器代表具有无穷电阻的绝 缘体。在这种情况下，电路进一步闭合，只不过此时经过熔断器故障 显示的并联电流路径。
场效应晶体管3设置为自导的n沟道场效应晶体管，从而在没 有施加栅极电压情况下就已经导通。在熔断器发生故障时，场效应晶 体管处于没有较大电阻的导通状态。
不考虑二极管2、7和8的正向电阻，并联的电流路径的电阻主 要由电阻4确定。随着通过熔断器1的中断引起的、通过电阻4的电 流逐渐增加，产生经过电阻4的电压，该电压作为栅极和源极之间的 负控制电压提供给场效应晶体管3。因此，该场效应晶体管3转变为 关闭状态，直到流经的电流调整至能够通过电阻4的电阻值预先确定 的数值。
由此，通过熔断器故障显示的并联电流路径的电流在较宽的电 压范围内不依赖于待保护电路的工作电压。如果作用于连接触点11、 11’的电压超过可调电阻5的预设的阈值电压，该可调电阻转变为导 通状态，由此减小连接触点11和11’之间的电压。电容器6也同样 适用于保持连接触点11和11’之间的电压，从而保护并联的电流路 径不受电压峰的影响。
图2示出了具有按照本发明的熔断器故障显示的串联保险丝接 线端子13的一个实施例。熔断器故障显示的电路设置在印刷电路板 14上，该印刷电路板与熔断器1一起集成在串联保险丝接线端子13 中。
该串联保险丝接线端子13具有多个连接触点10、10’、12、12’， 这些连接触点可以作为例如推入式的接线端子实施。待保护电路的连 接经连接触点10、10’实现。可选择的反馈连接经连接触点12、12’ 实现。在此，出于电气隔离的目的，可以省去连接触点12或12’中 的一个。
连接触点10、10’经熔断器故障显示的内部布线与熔断器1和 熔断器故障显示的连接触点11、11’连接。可选择的反馈电路的连 接触点12或12’经反馈的布线17与同样是可选择的电路的光电耦 合器8连接。该熔断器1可以经旋转装置15机械操作。
附图标记说明
熔断器                                 1
发光二极管                             2
场效应晶体管                           3
电阻                                   4
可调电阻                               5
电容器                                 6
二极管                                 7
光电耦合器                             8
续流二极管                             9
熔断器的连接触点         10、10’
熔断器故障显示的连接触点 11、11’
反馈连接触点             12、12’
具有熔断器故障显示的串联保险丝接线端子 13
印刷电路板                             14
旋转装置                               15
熔断器故障显示布线                     16
反馈布线                              17