專利名稱：電池盒節(jié)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種與目前教學(xué)上使用的電池盒配套的節(jié)電器，特點是可延長普通干電池的使用壽命。
教學(xué)用電池盒是普通中小學(xué)學(xué)生實驗中常用的使用R20干電池的連接裝置。而現(xiàn)在教學(xué)上用的普通電池盒只是一個簡單的與干電池的連接裝置，并無任何短路或過載保護(hù)。干電池在學(xué)生實驗中消耗較大，主要原因是接線錯誤(短路)造成的，而在正常狀態(tài)下壽命并不太短。因此，在普通電池盒上增加短路及過載保護(hù)，可以防止實驗中的誤操作，延常電池壽命。顯然，這種附加的保護(hù)裝置的成本只有較低才有必要。
眾所周知，通常用在短路或過載保護(hù)方面的措施有三種第一，用熔絲保護(hù)，它在電路中的電流超過額定值時熔斷，從而切斷輸出電路，保護(hù)了電源不至損壞。它的優(yōu)點是本身的電壓降很小，但它的缺點是保護(hù)裝置(熔絲)是一次性的，當(dāng)發(fā)生保護(hù)動作(熔斷)后必須更換才能恢復(fù)，因此不適合用在教學(xué)上學(xué)生實驗的容易發(fā)生保護(hù)動作的電池盒中。
第二，用電子電路保護(hù)，它的優(yōu)點是發(fā)生保護(hù)動作后容易恢復(fù)正常工作狀態(tài)，但一般均存在1～2V的電壓降。一定的電壓降是電子電路正常工作的必要條件，但由于學(xué)生實驗中所用電源電壓低(一般只是1～4節(jié)干電池)，所以保護(hù)電路存在1～2V的電壓降是不適合使用要求的。
第三，用繼電器保護(hù)，它的優(yōu)點是發(fā)生保護(hù)動作后也容易恢復(fù)并可以做到電壓降很小(觸點電阻很小)，但繼電器保護(hù)仍需有相應(yīng)的電子元件及檢測電流值的元件，并且要求有動作后的自鎖功能。但要達(dá)到檢測元件上電壓降很小、動作可靠、電路簡單及具有防止短時沖擊電流的誤動作方面難以同時兼顧到。
另外，以上三種保護(hù)方式中發(fā)生保護(hù)動作時都是采用切斷電路，但這不適合學(xué)生實驗，因為采用截止電流方式將使學(xué)生在實驗中難以辨別發(fā)生的是電源故障還是電路故障而不知所措。以上第二、三兩種方法要求電源電壓基本是穩(wěn)定的，否則無法正常工作，而這恰與學(xué)生實驗中使用的電源電壓需要在較大范圍內(nèi)改變是相矛盾的。同時，附加的保護(hù)裝置如果要增加操作上的步驟也是不適合的。
本實用新型的目的是提供一種用于電池盒的短路及過載保護(hù)的節(jié)電 器。其特點是(1)正常使用時節(jié)電器本身沒有影響實驗的電壓降。
(2)當(dāng)短路(或過載，不同)時自動進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，采用限流方式而不是切斷電流。
(3)當(dāng)負(fù)載為小燈泡時，因白熾燈泡燈絲冷態(tài)點亮?xí)r瞬時電流較大，因此節(jié)電器應(yīng)該有抗誤動作功能。
(4)排除短路后自動恢復(fù)，不需人工干預(yù)，操作方便。
(5)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)的電流閥值只與電流大小有關(guān)，而與使用電壓無關(guān)，因此適合于實驗中使用不同數(shù)量干電池的需要。
(6)使用完畢后節(jié)電器本身不消耗電，短時間斷使用不必取出電池，也不設(shè)開關(guān)之類操作件，簡化使用。
(7)限流值可根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方便。并允許在較長時間內(nèi)使用不致?lián)p壞。
本節(jié)電器主要技術(shù)指標(biāo)(1)動作電流0.6A(根據(jù)點亮并連的二個0.3A小燈泡要求)。
(2)延時時間1s。
(3)保護(hù)電路動作時工作電流100mA。
(4)限流值可調(diào)(但必須不小于0.5A)。限流電路允許耗散功率約20W。
(5)被控電路電壓不小于1.5V。
(6)接插件輸入為與教學(xué)上用電池盒相配合的凹凸插口，輸出為接線柱。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的(結(jié)合附圖作詳細(xì)說明，以下稱節(jié)電器的電路為“保護(hù)電路”)附

圖1中(1)對負(fù)載進(jìn)行控制的基本元件是繼電器J1的常閉觸點。
(2)檢測過電流元件是干簧管繼電器及其外的線圈(均標(biāo)為J2)，線圈用直徑0.45mm漆包線繞30匝，直流電阻約0.2Ω，當(dāng)負(fù)載電流為0.6A時電壓降約0.12V，因而可忽略。
(3)繼電器J1的控制由晶體三極管BG1實現(xiàn)，當(dāng)BG1導(dǎo)通時J1動作從而打開常閉觸點，D4的作用是提供BG1截止時J1線圈反電動勢通路。
(4)由R1、C1、D1、D2構(gòu)成延時電路，其作用是可保證保護(hù)電路能承受較大起動電流而不致誤動作。原理是當(dāng)過電流產(chǎn)生后J2吸合，接通電源后經(jīng)R1對C1充電，當(dāng)C1上電壓上升至1.4V時D1D2導(dǎo)通，從而使BG1導(dǎo)通，D1D2的作用是利用其正向壓降(每個約0.7V)提高BG1的導(dǎo)通電壓，使延時時間較長一些。延時約1s。
(5)在繼電器J1常閉觸點開啟后，并聯(lián)在其上的可調(diào)電阻串入電路起限流作用。可調(diào)電阻由大功率晶體三極管BG2電路組成，限流值可根據(jù)需要調(diào)整W1選擇。此限流電路的作用有二個，一是使節(jié)電器動作后輸出為限流方式而不是截流方式，二是使J2維持導(dǎo)通，從而達(dá)到繼電器自鎖。
(6)由于被控電源電壓要變化，因此采用單獨的3V電源供電，使電路不受被控電源電壓變化的影響。當(dāng)不使用或不發(fā)生短路時，單獨的電源不工作，因而使用壽命很長。
(7)短路排除后干簧管繼電器J2斷開，保護(hù)電路不工作，電路自動恢復(fù)正常狀態(tài)。保護(hù)電路與被控電源在電氣上是隔離的，所以當(dāng)負(fù)載斷開后被控電源也切斷，因而不需增加其它的操作。
(8)R2和R3(發(fā)光二極管)指示保護(hù)電路是否工作。
附圖2是節(jié)電器的外形，1為輸入端，接在普通電池盒上。2為限流值調(diào)節(jié)(即圖1中的電位器W1)。3為保護(hù)電路工作指示(即圖1中的D3)。4為輸出端，接負(fù)載。
實施例(結(jié)合使用方法)說明如下(1)將輸入端接被控電源。當(dāng)輸出端未接負(fù)載時，被控電源電路不通因而不工作。當(dāng)輸出端接上白熾燈泡后，有電流通過J1常閉觸點及干簧管線圈，線圈上電壓降可忽略。在接通負(fù)載(白熾燈泡)瞬間，有較大沖擊電流流過干簧管線圈，干簧管J2短時吸合，這時保護(hù)電路中獨立電源通過R1對C1充電，由于C1容量較大，電壓上升需一段時間。在C1上電壓未達(dá)到使D1D2導(dǎo)通和BG1b－e極間正向壓降為0.7V以上時，BG1保持截止，繼電器J1保持常閉觸點接通。由于開燈時沖擊電流持續(xù)時間很短，不能維持到使延時電路動作，所以只見D3閃亮一下，保護(hù)電路并不動作。這時節(jié)電器不妨礙對被控電源的正常使用。
(2)如果當(dāng)短路發(fā)生時，干簧管J2持續(xù)吸合，超過延時時間后BG1導(dǎo)通，J1吸合，常閉觸點斷開，保護(hù)電路進(jìn)入限流工作狀態(tài)，等效可調(diào)電阻BG2串入被控電源電路，起限流作用，從而保護(hù)了被控電 源。同時由于限流電流存在，保持J2吸合，使J1自鎖，避免了工作不穩(wěn)定。保護(hù)電路由獨立電源供電，與外電路(被控電源)電壓無關(guān)。這時D3亮，指示保護(hù)電路工作，提示電路有故障。當(dāng)不是短路而是過載時，可見到小燈泡亮度明顯減弱，但仍有一點亮。
(3)當(dāng)短路排除后J2不再吸合，保護(hù)電路的獨立電源切斷，J1斷電，常閉觸點接通，恢復(fù)正常工作。所以獨立電源使用時間很短，壽命較長。
(4)當(dāng)使用完畢拆除負(fù)載后即斷開了被控電源，因此整個使用過程均不需增加附加操作。
權(quán)利要求1.一種電池盒節(jié)電器，用于教學(xué)中普通干電池的過載及短路保護(hù)，其特征在于由電磁繼電器常閉觸頭作負(fù)載線路控制、由干簧管繼電器作電流檢測元件、具有延時電路、由并聯(lián)在繼電器觸頭上的可調(diào)電阻組成限流式保護(hù)電路，沒有任何輔助操作件以及節(jié)電器內(nèi)設(shè)有單獨電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池盒節(jié)電器，其特征在于正常工作時僅由電磁繼電器觸頭及干簧管線圈串聯(lián)在被控線路中且電阻很小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池盒節(jié)電器，其特征在于延時電路由RC充電電路通過普通整流二極管控制晶體三極管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池盒節(jié)電器，其特征在于限流式保護(hù)電路為并聯(lián)在觸頭上的用大功率三極管組成的等效可調(diào)電阻，不設(shè)自鎖輔助觸頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池盒節(jié)電器，其特征在于除輸入端1和輸出端4用于連接被控電源及負(fù)載外，使用中沒有任何輔助操作部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池盒節(jié)電器，其特征在于被控電源與節(jié)電器內(nèi)電路在電氣上是隔離的。
專利摘要本實用新型公開了一種用于干電池的短路(或過載，下同)保護(hù)器即節(jié)電器，與目前教學(xué)用的電池盒配套使用后可以減小干電池的不正常消耗，從而節(jié)省實驗費用及鋅、二氧化錳等干電池材料的消耗。其特點是正常工作時保護(hù)器的檢測及控制元件均沒有電壓降；短路發(fā)生時進(jìn)入限流狀態(tài)、短路排除后自動恢復(fù)；無開關(guān)等操作件；使用完畢保護(hù)器不消耗電，并且具有延時功能，可避免起動時較大沖擊電流引起的誤動作。
文檔編號H02H7/18GK2142236SQ91222809
公開日1993年9月15日 申請日期1991年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月5日
發(fā)明者任偉德 申請人:任偉德