本實用新型涉及一種傳感器隔離保護電路，尤其是涉及一種主動防護式傳感器隔離保護電路。

背景技術：

煙霧傳感器廣泛應用在工廠、小區(qū)、學校、家庭、商務辦公、倉儲、石油、化工、燃氣輸配等眾多領域的消防系統(tǒng)中。為提高監(jiān)測的可靠性，提高工作效率并便于管理，目前的消防報警系統(tǒng)均采用主機控制檢測的網絡結構。而二線式（電流型）傳感器由于引線少，安裝、聯(lián)接相對簡單、方便，因此在網絡式結構中被廣泛采用。

網絡式結構把眾多傳感器通過導線連在了一起，給其供電的低電壓直流電源線遍布整個監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)控區(qū)域內由于照明、工作、動力等的需要，交流220V電源線也遍布其間，由于二者均布線距離遠、布線面積大，經常出現(xiàn)并行或交叉走線現(xiàn)象；在安裝過程中由于需要大量的人工重復操作，很容易出現(xiàn)接錯、誤接現(xiàn)象；再者，在使用過程中由于出現(xiàn)磨損老化、設備維護操作等原因，也往往會出現(xiàn)某一局部網絡發(fā)生故障（例如傳感器短路損壞、交流市電串入傳感器網絡等）造成整個報警系統(tǒng)無法正常工作的情況，甚至造成一個故障波及全體失效或損壞。

為防止交流電串入傳感器監(jiān)測網絡破壞監(jiān)控網絡和損壞傳感器，理論上可以在監(jiān)測網絡電源輸入端加裝電感器，根據(jù)電感器可以通過直流隔離交流的原理實現(xiàn)對其保護。但在實際上，由于這種電感器電感量大、體積大、成本高，占用空間大和容易引起監(jiān)測信號畸變等多種原因不能實施；更何況交流電的侵入位置沒有確定性，單控制電源輸入端根本沒有效果，所以最可靠的方法是對傳感器進行分區(qū)隔離處還應該對每個傳感器進行保護，而從目前的實用情況看，還沒有對傳感器個體實施保護的方案或產品出現(xiàn)。

在網絡式火災自動報警系統(tǒng)中，為了對傳感器進行有效保護，目前采用的保護措施是采用隔離器。把傳感器以最多32個為一區(qū)，每區(qū)安裝一個隔離器再與另外區(qū)域相連，當有交流市電串入時，由隔離器把發(fā)生故障的網絡部分與整個網絡隔離開來，以保證網絡系統(tǒng)的其它部分能夠正常工作，同時便于確定發(fā)生故障的網絡部位以提高維修效率縮短維修時間。當故障部分修復后，隔離器自行恢復工作，將被隔離出去的部分重新納入網絡內。隔離器的工作原理是：當隔離器輸出所連接的電路發(fā)生交流電串入后，隔離器內部電路中的自復熔絲斷開，同時內部電路中的繼電器吸合，將隔離器輸出所連接的電路與其它傳感器網絡完全斷開。總線短路故障修復后，繼電器釋放，自復熔絲恢復導通，隔離器輸出所連接的電路重新納入系統(tǒng)。

從隔離器的作用和應用情況可以看出：隔離器并不是理想的防護器件，它存在有下列不足：1、屬于被動防護。隔離器是靠故障出現(xiàn)后產生的故障電流使自恢復保險絲斷開隔離器才開始工作的，所以只能有了故障電流（即形成故障后）才有后續(xù)的動作，而且從故障電流導致的自恢復保險絲斷開到隔離完成，其間的每一步都應該有相應電路依次響應并動作，這些動作不僅在時間上有前后而且也有延遲，這就造成隔離延遲，這期間會造成網絡內的傳感器損壞。2、縱然被隔離，而隔離區(qū)域內又有數(shù)十個傳感器存在，這些傳感器無法避免要受牽連導致不能正常工作甚至損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術不足，提出了一種主動防護式傳感器隔離保護電路，能夠實現(xiàn)傳感器的局部網絡隔離加個體保護。

本實用新型所采用的技術方案：

一種主動防護式傳感器隔離保護電路，采用限壓器或等效限壓組件，將被保護的傳感器與所述限壓器或等效限壓組件并聯(lián)，然后通過自恢復保險元件或隔離電路接入傳感器網絡（供電電源）。

所述的主動防護式傳感器隔離保護電路，限壓器或等效限壓組件采用穩(wěn)壓二極管或等效的兩端穩(wěn)壓電路，等效兩端穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓管D1、晶體管Q、二極管D2組成，晶體管Q、二極管D2并聯(lián)，穩(wěn)壓管D1正向端與體管Q的控制基極連接。

所述的主動防護式傳感器隔離保護電路，限壓器或等效限壓組件采用雙向可控硅D3、穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓管D2和取樣電阻R1、R2組成等效的兩端穩(wěn)壓電路，所述雙向可控硅D3與被保護的傳感器并聯(lián)，取樣電阻R1、R2串聯(lián)后接在傳感器供電電源入口到自恢復保險絲之間，取樣電阻R1、R2的節(jié)點通過兩個反接的穩(wěn)壓管連接雙向可控硅D3的控制端。

所述的主動防護式傳感器隔離保護電路，對于單個傳感器或局部傳感器網絡，采用穩(wěn)壓二極管或等效穩(wěn)壓組件及二極管整流橋構成隔離保護電路，所述傳感器供電電源通過自恢復保險絲F1施加在二極管整流橋的輸入端，所述二極管整流橋的輸出端通過自恢復保險絲F2和所述穩(wěn)壓二極管施加在傳感器上。

所述的主動防護式傳感器隔離保護電路，對于單個傳感器或局部傳感器網絡，采用二極管組成的整流橋構成等效限壓組件，所述整流橋串聯(lián)一隔直電容連接在傳感器或局部傳感器網絡的供電端，該供電端通過自保護保險元件及一繼電器連接隔離器供電電源，所述繼電器受控連接于前述整流橋的輸出端。

本實用新型的有益效果：

1、本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路，在保留隔離器的基礎上增加了對傳感器個體的保護。不僅只是當有交流電串入，而且在傳感器損壞、工作異常時既保證串入?yún)^(qū)域網絡被隔離（不對整體網絡有影響），同時也保護交流電串入的這個局部網絡內的傳感器不被損壞。變被動成主動，變隔離成保護，由對傳感器的區(qū)域網絡保護變成對傳感器個體的保護。

2、本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路，在電路組成上，由自恢復保險絲和兩端穩(wěn)壓器或等效的兩端穩(wěn)壓組件組成，省略了故障檢測取樣、放大、信號處理、故障隔離等電路和元件，具有實施容易，成本低，可靠性高，性能優(yōu)異等優(yōu)點。

3、本實用新型把相關元器件進行組合，充分利用電子元件的特性，由隔離器的檢測電流變成檢測工作電壓變化趨勢，把保護動作臨界值取在正常工作數(shù)值向故障值變化的臨界處，直接利用所用半導體元件和電子元件的電氣特性達到隔離保護目的。采用元件少，線路簡單，工作可靠，成本低廉，實施容易，以簡單的結構達到所需要的目的。

4、本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路，可以做成獨立器件再與傳感器接在一起使用，也可以直接與傳感器做在一起形成一個整體。從保護對象上講，它是由隔離器的對區(qū)域網絡的隔離變成對傳感器個體的保護；哪個傳感器或周圍線路出現(xiàn)故障或被交流電串入，就只對哪個傳感器和出故障線路進行隔離，保護這個傳感器不被損壞并從網絡中隔離，不影響其它處于正常狀態(tài)下的傳感器工作。除傳感器外，本實用新型隔離保護電路同樣適用于對其它二線式供電的電子元件、組件或器件進行隔離保護。

附圖說明

圖1是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路原理示意圖；

圖2是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之一；

圖3是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之二；

圖4是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之三；

圖5是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之四；

圖6是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之五；

圖7是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之六；

圖8是圖5、圖6所示的隔離保護電路隔離保護原理示意圖；

圖9是圖7所示隔離保護電路的隔離保護原理示意圖；

圖10是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之七；

圖11是本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路結構示意圖之八。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

實施例1

參見圖1，本實用新型主動防護式傳感器隔離保護電路，采用限壓器或等效限壓組件，將被保護的傳感器與所述限壓器或等效限壓組件并聯(lián)，然后通過自恢復保險元件或隔離器接入傳感器網絡（供電電源）；通過把限壓器或等效限壓組件的保護動作臨界值取在正常工作數(shù)值向故障值變化的臨界處，通過檢測流經傳感器的電流引起的傳感器工作電壓變化趨勢，利用所述限壓器或等效限壓組件的電氣特性達到傳感器隔離保護目的。

參見圖2，本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，限壓器或等效限壓組件采用穩(wěn)壓二極管。看電路結構與并聯(lián)型穩(wěn)壓電路相似，關鍵是元件取值不同造成電路的作用與并聯(lián)型穩(wěn)壓電路截然不同。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值取傳感器最大耐壓值的0.8～0.95倍，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)壓電流大于自恢復保險絲的最大動作電流。

穩(wěn)壓二極管在這里起限壓作用，穩(wěn)壓二極管的耗散功率滿足使用要求。

工作與保護動作過程：在正常供電電壓范圍內，電源通過自保護保險絲加在傳感器和穩(wěn)壓二極管兩端，由于電源電壓遠低于穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓管呈高阻狀態(tài)，對電源和傳感器均沒有任何影響，傳感器正常工作。

當電源電路有交流220V進入時，在交流電的正半周內電壓通過自恢復保險絲加在傳感器和穩(wěn)壓二極管兩端，當交流電壓從0V升高到穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值之前，傳感器所加電壓在允許范圍內，仍然可以正常工作且不會被損壞；當電壓升到穩(wěn)壓二極管的導通電壓時，穩(wěn)壓二極管導通將流過很大電流，這個增大的電流必須從自恢復保險絲流過，當這個電流達到自恢復保險絲的動作電流時，自恢復保險絲動作切斷電源，傳感器被保護。當交流電處于負半周時，穩(wěn)壓二極管處于正向導通狀態(tài)，交流電壓在穩(wěn)壓二極管上的壓降更低，電路對交流電來說近似于短路，電流增大速度會更快，自恢復保險絲會在負半周的剛開始就被動作切斷電源回路，從而保護傳感器不被損壞。

實施例2

參見圖1、圖3，本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，與實施例1不同的是：限壓器或等效限壓組件采用穩(wěn)壓二極管D1、晶體管Q、二極管D2組成等效的穩(wěn)壓電路，晶體管Q、二極管D2并聯(lián)，穩(wěn)壓管D1正向端與晶體管Q的控制基極連接。

自恢復保險絲的耐壓值取大于電路中出現(xiàn)故障時的最大電壓1.2倍以上并留有余地，動作電流大小取稍大于正常工作時的最大電流；穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值取傳感器0.8～0.95倍最高承受電壓值，最大穩(wěn)壓電流大于自恢復保險絲的最大動作電流。

該電路可以用在傳感器工作電流較大的電路中。

實施例3

參見圖1、圖4，本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，與實施例1不同的是：限壓器或等效限壓組件采用雙向可控硅，設置雙向可控硅的導通條件是在正常供電電壓下可控硅處于截止狀態(tài)，電壓升高接近傳感器的最高承受電壓時可控硅導通，流過自恢復保險絲的電流增大到超過它的動作電流，自恢復保險絲關斷，達到保護和隔離目的?？煽毓枘蛪褐怠?00V。這樣無論是供電電壓過高還是交流電串入都會導致可控硅導通使流過自恢復保險絲的電流增大到超過它的動作電流，自恢復保險絲關斷達到保護和隔離目的。

工作與保護動作過程：

在供電電壓正常時，由于供電電壓低，合理設置可控硅控制端取樣電阻R1、R2的電阻比，使二者節(jié)點處的電壓低于可控硅的動作電壓VT + VD1 + VD2的電壓和，讓可控硅處于截止狀態(tài)。電源電壓經自恢復保險絲加在傳感器上，傳感器正常工作。

當供電電源電壓高于傳感器的最高承受電壓時，可控硅控制端取樣電阻R1、R2的節(jié)點處的電壓等于可控硅的動作電壓VT + VD1 + VD2的電壓和，可控硅導通，電路電流增大自恢復保險絲動作切斷電源供應，傳感器得到保護。

自恢復保險元件的工作電壓值取大于電路中出現(xiàn)故障時的最大電壓值1.2～1.5倍，動作電流值取稍大于最大工作電流。

與所述傳感器并聯(lián)設有吸收轉折脈沖的濾波電容，所述吸收轉折脈沖的濾波電容與限壓器或等效限壓組件并聯(lián)，濾波電容在保護時起吸收瞬間尖峰波作用。所述濾波電容取值在0.1-1uF之間，可根據(jù)情況選擇大小并接入。

實施例4

參見圖5、圖8，本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，對于單個傳感器或局部傳感器網絡，采用穩(wěn)壓二極管或等效穩(wěn)壓組件及二極管整流橋構成隔離保護電路，所述傳感器供電電源通過自恢復保險絲F1施加在二極管整流橋的輸入端，所述二極管整流橋的輸出端通過自恢復保險絲F2和所述穩(wěn)壓二極管施加在傳感器上。

如圖5所示，幾個常用元件構成了隔離保護電路器。供電電源經過這個隔離保護電路加在這個由數(shù)十個傳感器組成的局部網絡內所有傳感器上。電路正常時隔離器不動作，當負載或連接短路或有交流電串入時把其連接的傳感器網絡與其它傳感器形成隔離。

其工作原理是：

傳感器電源經過J1和J2加在二極管整流橋上，通過整流橋和自恢復保險絲F1、F2加在傳感器上形成回路，傳感器正常工作。二極管整流橋的第一個作用就是消除了直流電源與隔離器連接時的極性要求，無論操作時怎樣連接都能保證傳感器得到正確的電源極性，提高了安裝效率并降低了操作要求。第二個作用是與自恢復保險絲、穩(wěn)壓二極管配合實現(xiàn)隔離功能。

隔離動作過程是：

1、交流電在隔離器前端串入。無論交流電的正負半周均在通過整流橋時被整流加在局部網絡的傳感器上，同時也加在內部的穩(wěn)壓二極管D5上，當交流電壓以拋物線上升至D5的穩(wěn)壓值時，D5導通其導通電阻突然減小，造成電路中的電流增大引起自恢復保險絲F1動作，交流回路被阻斷。于是交流電被隔離于隔離器之前，保護了隔離器及隔離器后面的網絡及傳感器的安全；

2、交流電在隔離器后端串入。當串入的交流電處于前半周時，即在電路圖中是電壓方向是上正下負時，由于交流電壓加在整流橋的2引腳端，橋內二極管D1、D2屬于反向偏置，交流回路被阻斷形不成回路與前端隔離。同時，由于D5反射擊穿形成大電流使自恢復保險絲F2動作關斷。當交流電的負半周即在電路圖上是下正上負時，電流經自恢復保險絲F2和穩(wěn)壓管D5形成回路，D5正向偏置，負半周的電壓剛升高即造成F2動作切斷回路，實現(xiàn)了與前端的隔離。

該隔離器的元件取值原則：二極管整流橋的反向耐壓要≥600V，工作電流≥500mA；穩(wěn)壓二極管D5的穩(wěn)壓值取小于傳感器最高承受電壓2V，穩(wěn)壓承受電流大于自恢復保險絲動作電流2倍以上，自恢復保險絲的動作電流≥2倍傳感器最大工作電流。

實施例5

參見圖6、圖8，本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，與實施例4的不同之處在于：圖6中，整流橋D1-D4起消除隔離器極性的作用，J1、J2任意接供電電源的正負極，后面電路才能得到正確的電源極性。供電電源經D1-D4、F1、F2給本局部網絡的傳感器供電。

以Q1為核心由Q1、F1、R1、R2和由Q2為核心由F2、R3、R4分別組成兩個限壓阻流電路，分別對來自前級和后面的交流串入電壓進行保護。設置兩個限壓阻流器的動作電壓在傳感器最高承受電壓處，正常情況下兩個限壓阻流器都不動作，它們不影響網絡的正常工作。

當由本電路組成的隔離器前面即供電總電路有交流電串入時，該交流電經D1-D4整流加在了以Q1為核心的限壓阻流電路上，該串入電壓要高于限壓阻流器動作電壓很多，所以當這個電壓達到限壓阻流器的動作電壓時以Q1為核心的限壓阻流器動作，即MOS管飽和導通，傳感器兩端的電壓下降接近為0V，這樣既保護了傳感器，Q1飽和導通形成的大電源又讓自恢復保險絲F1動作切斷了供電電路，把串入電壓隔離在F1前面。

當本隔離電路后面即局部網絡的供電電路有交流電串入時，該交流電的正半周加在電阻R3、R4上，這樣可以讓Q2在該電壓升至傳感器的最高承受電壓時導通引起自恢復F2保險絲動作；在該交流電的負半周時，生成電流由Q2和Q1的體二極管和F2形成回路，同樣引起自恢復保險絲F2動作，由F2切斷供電通路，把串入的交流電隔離在F2之后。達到雙向都能隔離的目的。

同時，電路中的F1、F2還同時起后級發(fā)生短路故障時切斷電源通路，把該隔離器后面的網絡電路與前面的總電路隔離開的作用。

為進一步提高隔離器的靈敏度和可操作性，可在電壓檢測電阻R1、R2和R3、R4與Q1、Q2之間各加一級信號放大電路。

實施例6

參見圖7、圖9。本實施例的主動防護式傳感器隔離保護電路，對于單個傳感器或局部傳感器網絡，采用二極管組成的整流橋構成等效限壓組件，所述整流橋串聯(lián)一隔直電容連接在傳感器或局部傳感器網絡的供電端，該供電端通過自保護保險元件及一繼電器連接隔離器供電電源，所述繼電器受控連接于前述整流橋的輸出端。其與實施例4和實施例5不同的是，交流串入電壓的阻斷采用了物理方法。同樣是采用幾個常用的元器件組成隔離保護電路。

其工作過程是：

隔離器內的繼電器兩個常閉觸點分別接在該局部網絡與外部的進口處控制著供電電源的正負極，供電電源由J2經繼電器的其中一個常閉觸點向該繼電器控制的傳感器供電，電流經傳感器再經繼電器的另一個觸點由J1流出。在正常情況下，由于C1的隔直作用，繼電器的控制線圈無電，觸點處于閉合狀態(tài)，正常供電，傳感器正常工作。一旦該區(qū)域內有交流電串入，隔離器中的電容降壓整流電路工作，有電流形成，這個電流通過繼電器的控制線圈，繼電器動作，常閉觸點分開，該區(qū)域從整個網絡中被斷開。串入的交流電被隔離在該網絡內。

一旦串入的交流電消失，隔離器內的電容降壓整流電路也隨之停止工作，繼電器線圈失電，觸點釋放閉合，被隔離的傳感器與網絡接通恢復工作。

圖中虛線框內是該申請中的隔離器電路組成。其取值原則是：C1耐壓≥600V，其電容值的大小應滿足通過的電流大于繼電器K的吸合電流；繼電器K選用有兩組常閉觸點的小型繼電器；穩(wěn)壓二極管D5的穩(wěn)壓值應略大于繼電器的額定工作電壓。C2耐壓應大于繼電器的額定電壓1.5倍以上。

圖10為圖6的簡化電路，電路中省略了Q2、R3、R4，單獨有F2和Q1的體二極管組成負半周引發(fā)F2動作的作用。把圖10再去掉自恢復保險絲F2可變成圖11，它可以用來對單體傳感器器進行保護。