用于低压断路器检测的通讯模块的制作方法

本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种用于低压断路器检测的通讯模块。

背景技术：

随着我国电网规模的不断扩张，对智能电网的建设的需求也不断加大。伴随着全球电子通讯技术的快速发展，可通信化成为了新型低压智能断路器的重要特征和发展趋势。现在，市场上对应塑壳断路器的组网大多配备外置的通信模块。为实现新型塑壳断路器组网和通信，需要配备外置通信模块，方便用户进行远程操控。现有的通讯模块的通讯速率低，功能受限，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，性能稳定，成本低的用于低压断路器检测的通讯模块。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于低压断路器检测的通讯模块，包括电源电路1，电源隔离电路2，通讯电路5，断路器通信接口4，组网总线接口3和继电器控制电路6；所述电源电路1的输入端与电源L相和电源N相连接用于取电，电源电路1的输出端与电源隔离电路2输入端连接，电源电路1将外接交流电整流降压后转换直流电提供给后续电路；电源隔离电路2的输出端与通讯电路5连接；通讯电路5与断路器通信接口4和组网总线接口3连接，通讯电路5通过断路器通信接口4与电子断路器控制器连接，通讯电路5通过组网总线接口3与上位机连接进行远程测控；断路器通信接口4的输出端与继电器控制电路6的输入端连接。

进一步，所述通讯电路5包括通讯芯片U6，通信指示灯电路51，通信收发转换电路52，低通滤波电路53和浪涌保护电路54；所述通讯芯片U6与通信收发转换电路52的输入端连接；通信收发转换电路52的输出端与通信指示灯电路51的输入端连接，通信收发转换电路52与断路器通信接口4连接，低通滤波电路53的输入端与通讯芯片U6连接，低通滤波电路53的输出端与浪涌保护电路54的输入端连接，浪涌保护电路54的输出端与组网总线接口3连接。

进一步，所述通信收发转换电路52包括三极管Q3，电阻R9，电阻R8和电阻R11；三极管Q3的集电极与通讯芯片U6的第四管脚和通讯芯片U6的第五管脚连接，三极管Q3的发射极与+5V电源连接，三极管Q3的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与断路器通信接口4连接，电阻R8的两端并联连接在电阻R9的另一端和三极管Q3的发射极，三极管Q3和电阻R11的中间节点与通信指示灯电路51连接。

进一步，所述通信指示灯电路51包括三极管Q1，电阻R4和发光二极管D4；所述三极管Q1的基极与通信收发转换电路52连接，三极管Q1的集电极经过电阻R4连接至+5V电源，发光二极管D4的阳极与三极管Q1的发射极连接，发光二极管D4的阴极接地。

进一步，所述低通滤波电路53包括电阻R7，电阻R10，电容C15和电容C16；电阻R7的一端连接至通讯芯片U6的第十三管脚，另一端与浪涌保护电路54的输入端连接；电阻R10的一端连接至通讯芯片U6的第十二管脚，另一端与浪涌保护电路54的输入端连接；电容C15的一端与电阻R10的另一端连接，另一端接地；电容C16的一端与电阻R7的另一端连接，另一端接地。

进一步，所述浪涌保护电路54包括共模滤波器U7、TVS管U8和双向二极管D6，共模滤波器U7的输入端与低通滤波电路53连接，共模滤波器U7的输出端与连接至组网总线接口3的RS485总线的A线和RS485总线的B线；TVS管U8的一端与共模滤波器U7的输出端连接，另一端接地；双向二极管D6并联连接在共模滤波器U7的输出端。

进一步，所述电源电路1包括电源芯片U3；电源芯片U3的第一管脚经过压敏电阻R1连接至电源L相，电源芯片U3的第二管脚经过压敏电阻R2连接至电源N相，压敏电阻RV1并联连接在电源芯片U3的第一管脚和电源芯片U3的第二管脚之间；电源芯片U3的第三管脚与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电源隔离电路2连接为电源隔离电路2提供+24V直流电；电源芯片U3的第五管脚接地，电容C6和电容C8依次并联连接在电源芯片U3的第三管脚和电源芯片U3的第五管脚之间；还包括电源指示电路11，所述电源指示电路11包括二极管D2，二极管D2的阳极与24V直流输入端24Vin连接，二极管D2的阴极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与发光二极管D3的阳极连接，发光二极管D3的阴极接地，二极管V1的阴极与电源隔离电路2连接为电源隔离电路2提供+24V直流电，二极管V1的阳极接地。

进一步，所述电源隔离电路2包括电源隔离芯片U1，电源隔离芯片U4和电源转换芯片U10；电源隔离芯片U1的第二管脚与电源电路1的输出端连接，电源隔离芯片U1的第一管脚接地，电容C2并联连接在电源隔离芯片U1的第二管脚和电源隔离芯片U1的第一管脚之间；电源隔离芯片U1的第四管脚与通讯电路5连接，电源隔离芯片U1的第三管脚接地，极性电容C1和电容C3依次并联连接在电源隔离芯片U1的第三管脚和电源隔离芯片U1的第四管脚之间，电源隔离芯片U1的第四管脚与电源转换芯片U10的第二管脚连接；电源隔离芯片U4的第二管脚与电源电路1的输出端连接，电源隔离芯片U4的第一管脚接地，电容C10并联连接在电源隔离芯片U4的第二管脚和电源隔离芯片U4的第一管脚之间，电源隔离芯片U4的第四管脚与通讯电路5连接，电源隔离芯片U4的第三管脚接地，极性电容C9和电容C11依次并联连接在电源隔离芯片U4的第四管脚与电源隔离芯片U4的第三管脚之间；电源转换芯片U10的第一管脚接地，电源转换芯片U10的第二管脚与通讯电路5连接，电源转换芯片U10的第三管脚与通讯电路5连接，电容C19的一端与电源转换芯片U10的第三管脚连接，另一端接地，极性电容C18的正极与电源转换芯片U10的第三管脚连接，极性电容C18的负极接地。

进一步，所述继电器控制电路6包括电阻R5，光耦U5和继电器K1；电阻R5的一端与断路器通信接口4连接，电阻R5的另一端与光耦U5的输入端正极连接，断路器电子控制器输出控制信号MCU_OUT1经过电阻R5输入光耦U5的输入端正极，光耦U5的输入端负极接地；光耦U5的输出端正极经过电阻R18与+24V电源连接，电阻R20和电容C14并联后，电阻R20的一端连接至光耦U5的输出端负极，电容C14的一端与MSO管Q2的源极连接，电容C14的另一端接地，MSO管Q2的栅极接地，MSO管Q2的漏极与继电器K1连接，继电器K1的输入端与+24V电源连接，二极管D5并联连接在继电器K1的输入端，继电器K1的输出端连接至输出端节点JD1+和输出端节点JD1-。

进一步，还包括电容C12和电容C13；电容C12的一端连接至通讯芯片U6的第一管脚，另一端接地；通讯芯片U6的第二管脚接地；通讯芯片U6的第三管脚连接至断路器通信接口4，通讯芯片U6的第四管脚和第五管脚与通信收发转换电路52连接，通讯芯片U6的第六管脚与组网总线接口3连接，通讯芯片U6的第七管脚与+5V电源连接，通讯芯片U6的第八管脚接地；电容C13的两端并联连接在通讯芯片U6的第十五管脚和通讯芯片U6的第十六管脚之间，通讯芯片U6的第十五管脚接地，通讯芯片U6的第十六管脚与+5V电源连接；通讯芯片U6的第九管脚接地。

本实用新型用于低压断路器检测的通讯模块，通过断路器通信接口与电子断路器控制器连接，通过组网总线接口与上位机连接进行远程测控；通讯模块内部设置电源电路和继电器控制电路，电源电路置于通讯模块内部无需挂载外部开关电源，且通过电源隔离电路进行保护隔离，继电器控制电路对通讯模块进行电路控制，结构简单，性能稳定且成本低。而且，本实用新型通讯模块无需设置可编程的微处理器，采用纯硬件的通信电路，无需编程，成本低。通信模块可外接220V交流电或24V直流电给通信模块工作，电子断路器控制器的通信接口连接至通信模块的断路器通信接口进行通信，通信模块的电平转换芯片把控制器的TTL电平转换成RS485电平，实现物理层的信号转换，通信模块的485接口可外接上位机等实现远程测控，通信模块内置的两个干节点JD1+和JD1-可为控制器实现远程遥控功能。

附图说明

图1是本实用新型用于低压断路器检测的通讯模块的结构框图；

图2是本实用新型通讯电路的结构示意图；

图3是本实用新型电源电路的部分结构示意图；

图4是本实用新型电源电路的电源指示电路的结构示意图；

图5是本实用新型电源隔离电路的部分结构示意图；

图6是本实用新型电源隔离电路另一部分结构示意图；

图7是本实用新型继电器控制电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至7给出的实施例，进一步说明本实用新型的用于低压断路器检测的通讯模块的具体实施方式。本实用新型的用于低压断路器检测的通讯模块不限于以下实施例的描述。

如图1所示，本实用新型用于低压断路器检测的通讯模块，包括电源电路1，电源隔离电路2，通讯电路5，断路器通信接口4，组网总线接口3和继电器控制电路6；所述电源电路1的输入端与电源L相和电源N相连接用于取电，电源电路1的输出端与电源隔离电路2输入端连接，电源电路1将外接交流电整流降压后转换直流电提供给后续电路；电源隔离电路2的输出端与通讯电路5连接；通讯电路5与断路器通信接口4和组网总线接口3连接，通讯电路5通过断路器通信接口4与电子断路器控制器连接，通讯电路5通过组网总线接口3与上位机连接进行远程测控；断路器通信接口4的输出端与继电器控制电路6的输入端连接。本实用新型用于低压断路器检测的通讯模块，通过断路器通信接口与电子断路器控制器连接，通过组网总线接口与上位机连接进行远程测控；通讯模块内部设置电源电路和继电器控制电路，电源电路置于通讯模块内部无需挂载外部开关电源，继电器控制电路对通讯模块进行电路控制。

如图3、4所示，电源电路1设有两种供电方式。图3是通过外接交流的220V的L、N两端输入，最终转换为+2V给系统供电。所述电源电路1包括电源芯片U3；电源芯片U3的第一管脚经过压敏电阻R1连接至电源L相，电源芯片U3的第二管脚经过压敏电阻R2连接至电源N相，压敏电阻RV1并联连接在电源芯片U3的第一管脚和电源芯片U3的第二管脚之间；热敏电阻R1，热敏电阻R2和压敏电阻RV1作为电源芯片U3的输入保护器件，主要是用于防止大电压的瞬间冲击。电源芯片U3的第三管脚与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电源隔离电路2连接为电源隔离电路2提供+24V直流电，二极管D1用于阻止后端电路的反馈电压影响输入端。图4是直接外接直流24Vin给系统供电。电源芯片U3的第五管脚接地，电容C6和电容C8依次并联连接在电源芯片U3的第三管脚和电源芯片U3的第五管脚之间，电容C6，电容C8用于后端电压滤波；还包括电源指示电路11，所述电源指示电路11包括二极管D2，二极管D2的阳极与24V直流输入端24Vin连接，二极管D2的阴极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与发光二极管D3的阳极连接，发光二极管D3的阴极接地，二极管D2和二极管V1用于防止后端电路的反馈电压影响前端24V直流输入；二极管V1的阴极与电源隔离电路2连接为电源隔离电路2提供+24V直流电二极管V1的阳极接地，发光二极管D3用于电源端指示，电阻R3作为发光二极管D3的限流电阻使用。电源电路主要是将外接的交流220V电压转换成直流24V电压。图3和图4的后端输出的+24V连接在一起。

如图5、6所示，所述电源隔离电路2包括电源隔离芯片U1，电源隔离芯片U4和电源转换芯片U10；电源隔离芯片U1的第二管脚与电源电路1的输出端连接，电源隔离芯片U1的第一管脚接地，电容C2并联连接在电源隔离芯片U1的第二管脚和电源隔离芯片U1的第一管脚之间；电源隔离芯片U1的第四管脚与通讯电路5连接，电源隔离芯片U1的第三管脚接地，极性电容C1和电容C3依次并联连接在电源隔离芯片U1的第三管脚和电源隔离芯片U1的第四管脚之间，电源隔离芯片U1的第四管脚与电源转换芯片U10的第二管脚连接；电源隔离芯片U4的第二管脚与电源电路1的输出端连接，电源隔离芯片U4的第一管脚接地，电容C10并联连接在电源隔离芯片U4的第二管脚和电源隔离芯片U4的第一管脚之间，电源隔离芯片U4的第四管脚与通讯电路5连接，电源隔离芯片U4的第三管脚接地，极性电容C9和电容C11依次并联连接在电源隔离芯片U4的第四管脚与电源隔离芯片U4的第三管脚之间；电源转换芯片U10的第一管脚接地，电源转换芯片U10的第二管脚与通讯电路5连接，电源转换芯片U10的第三管脚与通讯电路5连接，电容C19的一端与电源转换芯片U10的第三管脚连接，另一端接地，极性电容C18的正极与电源转换芯片U10的第三管脚连接，极性电容C18的负极接地。整个硬件架构共分成3组地线用于电源和信号的隔离。这三组地线分别为GND24、GND1和GND2。所对应的电源分别为+24V，+5V1，+5V。+24V是输入电源，+5V1内部工作电压，+5V是总线输出端电压。电源隔离模块U1是将+24V转换成+15V，+15V提供给断路器电子控制器供电。电源隔离模块U4是将+24V转换成+5V，+5V提供给通讯芯片U6总线输出端进行供电。电源转换芯片U10将+15V转换成+5V1，+5V1提供给通讯芯片U6断路器电子控制器端的供电。电源隔离电路中所有的电容均用于电源滤波。

如图2所示，所述通讯电路5包括通讯芯片U6，通信指示灯电路51，通信收发转换电路52，低通滤波电路53和浪涌保护电路54；所述通讯芯片U6与通信收发转换电路52的输入端连接；通信收发转换电路52的输出端与通信指示灯电路51的输入端连接，通信收发转换电路52与断路器通信接口4连接，低通滤波电路53的输入端与通讯芯片U6连接，低通滤波电路53的输出端与浪涌保护电路54的输入端连接，浪涌保护电路54的输出端与组网总线接口3连接。本实用新型通讯模块无需设置可编程的微处理器，本实用新型通讯模块采用纯硬件的通信电路，结构简单，成本低。

具体地，如图2所示，所述通信收发转换电路52包括三极管Q3，电阻R9，电阻R8和电阻R11；三极管Q3的集电极与通讯芯片U6的第四管脚和通讯芯片U6的第五管脚连接，三极管Q3的发射极与+5V电源连接，三极管Q3的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与断路器通信接口4连接，电阻R8的两端并联连接在电阻R9的另一端和三极管Q3的发射极，三极管Q3和电阻R11的中间节点与通信指示灯电路51连接。

如图2所示，所述通信指示灯电路51包括三极管Q1，电阻R4和发光二极管D4；所述三极管Q1的基极与通信收发转换电路52连接，三极管Q1的集电极经过电阻R4连接至+5V电源，发光二极管D4的阳极与三极管Q1的发射极连接，发光二极管D4的阴极接地。

如图2所示，所述低通滤波电路53包括电阻R7，电阻R10，电容C15和电容C16；电阻R7的一端连接至通讯芯片U6的第十三管脚，另一端与浪涌保护电路54的输入端连接；电阻R10的一端连接至通讯芯片U6的第十二管脚，另一端与浪涌保护电路54的输入端连接；电容C15的一端与电阻R10的另一端连接，另一端接地；电容C16的一端与电阻R7的另一端连接，另一端接地。

如图2所示，所述浪涌保护电路54包括共模滤波器U7、TVS管U8和双向二极管D6，共模滤波器U7的输入端与低通滤波电路53连接，共模滤波器U7的输出端与连接至组网总线接口3的RS485总线的A线和RS485总线的B线；TVS管U8的一端与共模滤波器U7的输出端连接，另一端接地；双向二极管D6并联连接在共模滤波器U7的输出端。通讯芯片U6的左半部分第1-8脚负责与断路器电子控制器进行通信，通讯芯片U6的右半部分第9-16脚负责与外部总线进行通信。两部分分属于两个不同的隔离电源。电阻R4、三极管Q1和发光二极管D4组成通信指示灯电路。一旦有通信指令发送，发光二极管D4就会闪烁。电阻R8，电阻R9，电阻R11和三极管Q3组成两线制485通信收发转换电路，用于自动切换485通信的发送和接收状态。RXD和TXD接通讯芯片的第3和第6脚，分别作为接收端和发送端。+5V1和GND1是通讯芯片左半部分的电源和地。电容C12和C13分别为通讯芯片两端电源的滤波电容。电阻R7、电容C16和电阻R10、电容C10分别组成485总线AB线端的低通滤波电路。共模滤波器u7和TVS管U8和二极管D6分别用于阻挡总线端的脉冲和浪涌电压。B和A分别为485总线的A线和B线。+5V和GND2是通讯芯片右半部分的电源和地。

如图2所示，所述继电器控制电路6包括电阻R5，光耦U5和继电器K1；电阻R5的一端与断路器通信接口4连接，电阻R5的另一端与光耦U5的输入端正极连接，断路器电子控制器输出控制信号MCU_OUT1经过电阻R5输入光耦U5的输入端正极，光耦U5的输入端负极接地；光耦U5的输出端正极经过电阻R18与+24V电源连接，电阻R20和电容C14并联后，电阻R20的一端连接至光耦U5的输出端负极，电容C14的一端与MSO管Q2的源极连接，电容C14的另一端接地，MSO管Q2的栅极接地，MSO管Q2的漏极与继电器K1连接，继电器K1的输入端与+24V电源连接，二极管D5并联连接在继电器K1的输入端，继电器K1的输出端连接至输出端节点JD1+和输出端节点JD1-。MCU_OUT1是断路器电子控制器对继电器模块的控制信号。JD1+和JD1-是继电器输出的两个节点。光耦U5用于控制信号的隔离。电阻R5是光耦输入端的限流电阻。电阻R18是光耦输出端的限流电阻。电阻R20是对输出信号进行下拉。电容C14是滤波电容。D5作为续流二极管用来保护继电器不被感应电压击穿或烧坏。K1是供电为24V电压的继电器，用于控制输出节点的开路和短路。MOS管Q2是用于驱动继电器K1的MOS管。通信模块内置的两个干节点JD1+和JD1-可为控制器实现远程遥控功能。

如图2所示，此外通讯电路5还包括电容C12和电容C13；电容C12的一端连接至通讯芯片U6的第一管脚，另一端接地；通讯芯片U6的第二管脚接地；通讯芯片U6的第三管脚连接至断路器通信接口4，通讯芯片U6的第四管脚和第五管脚与通信收发转换电路52连接，通讯芯片U6的第六管脚与组网总线接口3连接，通讯芯片U6的第七管脚与+5V电源连接，通讯芯片U6的第八管脚接地；电容C13的两端并联连接在通讯芯片U6的第十五管脚和通讯芯片U6的第十六管脚之间，通讯芯片U6的第十五管脚接地，通讯芯片U6的第十六管脚与+5V电源连接；通讯芯片U6的第九管脚接地。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。