断路器的控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种断路器的控制器。接口电路包括通信用接口、外部IO信号接口。MCR/HSISC检测断路器的分合状态或故障状态。信号采集电路采集断路器中的互感器的电流信号，对电流信号进行调理和放大。键盘操作电路连接到操作键盘，操作键盘上具有操作按钮或操作开关。动作电路执行脱扣动作。通信电路提供通信。数据存储电路存储与控制器相关的数据。液晶显示电路查看控制器运行状态以及过程参数。单片机控制电路与上述的各个相连接，控制上述各个电路。电源电路为上述各个电路提供工作电源。本实用新型的断路器的控制器功耗低、读写速度快，能够以较低成本和较高的准确率实现MCR/HSISC功能，具有较好的适用性。
【专利说明】
断路器的控制器
技术领域
[0001]本实用新型涉及低压电器领域，更具体地说，涉及断路器的控制器。
【背景技术】
[0002]断路器是配电系统中重要的保护电器。近年来，随着低压断路器的应用要求不断提高，对断路器智能控制器的要求也越来越高，功能越来越复杂。不仅要求有基本的三段保护和接地故障保护，还要求有不平衡保护、中性线保护等附加保护。有些更要求有故障报警记录查询、开关量输入/输出(DI/D0)功能、接通电流脱扣器(MCR)功能、高设定值短路瞬动保护(HSISC)功能、通信功能等辅助功能。复杂多样的功能给用户带来便利的同时，增加了断路器智能控制器的功耗，提高了设计难度。同时，在断路器，例如框架断路器小型化的设计趋势下，壳架等级会低至1000A，额定电流低至200A，这些较低的电流指标限定了速饱和线圈的供电能力，低功耗设计成为断路器智能控制器的关键技术。
[0003]从断路器合闸过程来看，若存在短路故障，无辅助电源时电子脱扣器启动需要一定时间，此时断路器短路接通电流无保护。有辅助电源时电子脱扣器工作正常，此时短路接通电流可以用短路瞬动或短延时来保护，但无法尽快地切除接通短路冲击电流故障。为了弥补短路保护的缺陷，框架断路器控制器需要增加高设定值短路瞬动保护(HSISC)功能和接通电流脱扣器(MCR)功能。通常，MCR/HSISC功能实现上，常规处理方式是采用硬件电路进行峰值判断，当峰值超过MCR/HSISC的设定值时，触发磁通动作，使断路器断开。
[0004]例如，申请号为CN201420242293.X的专利申请揭示了一种低压断路器用智能控制器，包括一个或者多个互感器组件，均套接于低压断路器的一相母排上，该互感器组件包括矽钢片和速饱和互感器，其两端电气连接形成环路结构，环绕母排设置。通过这种设计，当有电流流过母排时，矽钢片和速饱和互感器间就会产生感应电能，矽钢片和速饱和互感器的公共端，也就是电能输出单元的电能输出端，通过出线孔与智能控制器中的电能接收电路连接，将感应电能传输至智能控制器中的微处理器和其它供电模块，为智能控制器的各部分供电。CN201420242293.X在断路器于正常工作最小电流情况下，有可能出现因功耗不匹配而造成控制器无法正常工作的现象，甚至导致作为电器保护和控制设备的智能断路器失去保护功能。
[0005]申请号为CN200720058307.2的专利申请揭示了一种断路器保护控制单元，包括断路器本体、电流互感器TA、控制电路、蓄电池，断路器本体与控制电路连接，电流互感器TA与控制电路和蓄电池彼此电连接，电流互感器TA通过控制电路向蓄电池充电，电流互感器TA和蓄电池向控制电路供电。CN200720058307.2采用蓄电池作为供电电源，电流互感器从主电路汲取的电力先充入蓄电池，再由蓄电池和电流互感器共同构成的回路控制装置向断路器的控制器供电，当流过断路器的电流较大时由电流互感器供电，当流过断路器的电流较小时由蓄电池供电。但是这种技术存在一种缺憾，即蓄电池的容量大则体积也大，无法顺应框架小型化设计趋势。另外，当框架断路器遇到库存较长时间的情况下，电池的使用寿命有限，频繁的更换会增加维护难度与成本。
[0006]申请号为CN200810039739.8的专利申请揭示了一种断路器的MCR保护方法，本方法判断MCR信号是否有效，如有效，置MCR有效标志，并计时，如计时大于10ms则清MCR有效标志，如MCR信号无效，则清MCR有效标志;判断MCR标志是否有效，如有效，判断采样数据是否大于MCR门限值，如是，MCR过门限次数加I，如果MCR过门限次数大于4次，则断路器跳闸。如果采样数据小于MCR门限值，则MCR过门限次数减I，直至减到O为止。CN200810039739.8的缺陷在于判断MCR信号是否有效依赖于控制器启动，但速饱和线圈电流供电时控制器启动时间较长，造成该方法的MCR保护响应慢。
[0007]申请号为CN201310428241.1的专利申请揭示了一种含储能检测和判断功能的快速MCR智能控制器，其特征在于:包括有MCR控制单元，数据采集、运算、处理控制单元，互感器，速饱和互感器供电单元和致动器，数据采集、运算、处理控制单元与MCR控制单元的输出是或的关系，两者只要任一个输出高电平就能使致动器的脱扣线圈动作，采用上述方案，本实用新型提供一种储能电压比较和判断单元，在速饱和互感器供电单元所设计了储能电压比较和判断单元，速饱和互感器供电单元所设计的电压比较和判断单元的新型的含储能检测和判断功能的快速智能控制器。CN201310428241.1采用硬件判断方式，存在硬件峰值判断方式不可靠及实现成本高的缺陷。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型旨在提出一种断路器的控制器，能以更低的成本和更高的效率实现MCR/HSISC功能，并且具有低功耗。
[0009]根据本实用新型的一实施例，提出一种断路器的控制器，包括:接口电路、MCR/HSISC检测电路、信号采集电路、键盘操作电路、动作电路、通信电路、数据存储电路、液晶显示电路、单片机控制电路和电源电路。接口电路包括通信用接口、外部1信号接口 JCR/HSISC检测断路器的分合状态或故障状态。信号采集电路采集断路器中的互感器的电流信号，对电流信号进行调理和放大。键盘操作电路连接到操作键盘，操作键盘上具有操作按钮或操作开关。动作电路执行脱扣动作。通信电路提供通信。数据存储电路存储与控制器相关的数据。液晶显示电路查看控制器运行状态以及过程参数。单片机控制电路与上述的接口电路、MCR/HSI SC检测电路、信号采集电路、键盘操作电路、动作电路、通信电路、数据存储电路和液晶显示电路相连接，控制上述各个电路。电源电路为上述各个电路提供工作电源。
[0010]在一个实施例中，数据存储电路包括快速读取存储器和快速写入存储器，快速读取存储器是Flash存储器，快速写入存储器是EEPROM存储器。
[0011]在一个实施例中，电源电路包括速报和反馈电路、升压电路和降压电路。速饱和反馈电路包括晶闸管、比较器和基准电压芯片。
[0012]在一个实施例中，MCR/HSISC检测电路包括光耦器件。
[0013]在一个实施例中，该控制器还包括RTC电源电路，RTC时钟电路提供实时时钟电源，为各个电路提供实时时钟。
[0014]在一个实施例中，信号采集电路包括对大电流信号进行一级放大，对小电流信号进行二级放大。
[0015]在一个实施例中，通信电路提供两路通信，第一路通信为物理链路，通过RS485接口与外部通信，第二路通信为设备调试测试用通信口，采用RS485接口形式或者USB外部接口形式。
[0016]本实用新型的断路器的控制器功耗低、读写速度快，能够以较低成本和较高的准确率实现MCR/HSISC功能，具有较好的适用性。
【附图说明】
[0017]本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0018]图1揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器的结构框图。
[0019]图2a和图2b揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中液晶显示电路的电路图。
[0020]图3揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。
[0021]图4揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。
[0022]图5a和图5b揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。
[0023]图6a和图6b揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。
[0024]图7揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。
[0025]图8揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中RTC电源电路的电路结构图。
[0026]图9揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中进行MCR/HSISC状态检测的检测电路的电路结构图。
[0027]图10揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制方法的流程框图，该控制方法以软件实现MCR/HSISC功能。
[0028]图11揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制方法的具体实现过程。
【具体实施方式】
[0029]参考图1所示，图1揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器的结构框图。该断路器的控制器包括:接口电路101、MCR/HSISC检测电路102、信号采集电路103、单片机控制电路105、数据存储电路109、液晶显示电路106、键盘操作电路107、通信电路108、动作电路104、电源电路110和RTC电源电路111。其中接口电路101、MCR/HSISC检测电路102、信号采集电路103、数据存储电路109、液晶显示电路106、键盘操作电路107、通信电路108和动作电路104都连接到单片机控制电路105，单片机控制电路105与上述各个电路进行数据交换并控制上述电路。电源电路110连接到上述各个电路以提供电源。RTC电源电路111连接到上述各个电路提供实时时钟。
[0030]接口电路101包括通信用接口、外部1信号接口。
[0031]MCR/HSISC检测电路102用于检测断路器，比如框架断路器的分合状态或故障状态，后面会详细介绍MCR/HSISC检测电路102的具体电路。
[0032]信号采集电路103用于采集断路器中的互感器的电流信号，并将电流信号进行调理，将电流信号进行放大以提高检测精度。对于较大的电流信号，信号采集电路103进行一级放大，对于较小的电流信号，信号采集电路103进行两级放大。
[0033]键盘操作电路107连接到操作键盘，操作键盘上具有操作按钮或操作开关，例如实现参数查看及微调功能的按钮，以及实现快速保护整定值设定的旋码开关电路。
[0034]动作电路104是单片机控制电路105的输出端。动作电路104的后级接磁通部件，通过磁通部件驱动磁通在线检测电路。动作电路104自身可实现脱扣动作，磁通在线检测电路实现磁通在线检测功能。
[0035]电源电路110为上述各个电路提供工作电源。
[0036]RTC电源电路111提供实时时钟电源，为各个电路提供实时时钟。
[0037]通信电路108包括两路通信，第一路通信为物理链路，通过RS485接口与外部通信。第二路通信为设备调试测试用通信口，根据用户需要可采用RS485接口形式或者USB外部接口形式。
[0038]数据存储电路109用于保存断路器的报警或者脱扣记录。在一个实施例中，数据存储电路109包括双存储器，分别是快速读取存储器和快速写入存储器。快速读取存储器是Flash存储器，快速写入存储器是EEPROM存储器。Flash存储器中存储极少数关键数据，这些关键数据是系统启动上电时必要的数据，将这些数据存储在Flash中有利于在系统上电后能在很短的时间内从Flash中读取这些数据完成启动，然后尽快进入软件控制程序进行MCR/HSISC功能。EEPROM用于实现快速写入，例如速饱和供电并且产生故障时间等。EEPROM实现脱扣过程中的快速写入数据记录。利用上述FLASH+EEPR0M组成的快速读取存储器和快速写入存储器的组合，能够实现微妙级的数据读取和毫秒级的数据写入，满足控制器快速响应启动MCR/HSI SC功能、掉电数据快速写入的要求。
[0039]液晶显示电路106用于查看控制器运行状态以及过程参数。液晶显示电路106中包括液晶显示屏。在一个实施例中，液晶显示屏采用工业超宽温TN型6位笔段式IXD液晶屏。该中液晶显示屏外加驱动电路的正常工作电流只有十几uA，与常规的七段数码管方案或者点阵式液晶相比较，工作电流大大降低，能够达到降低液晶显示屏功耗的目的。此外，为增强显示效果，一般都会给液晶显示屏加配背光灯，通常液晶显示屏的背光灯动作电流一般需要2mA左右。当断路器的回路电流较小时，速饱和供电能力较弱，一方面会导致背光源闪烁的现象而影响视觉效果，另一方面在速饱和供电能力较弱的情况下，应当首先满足其他功能紧要的电路的供电以满足保护要求，尽可能降低其他辅助功能的耗电。该液晶显示电路106依靠程序监控电源电压、监控回路电流，当回路电流小于设定值时，则关闭背光源，这样一来避免了背光源的闪烁，二来在速饱和供电能力较弱时，这样的处理能为确保其他功能紧要的电路(比如信号采集电路、动作电路)的供电。
[0040]图2a和图2b揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中液晶显示电路的电路图，其中图2a揭示了液晶显示电路的第一芯片，图2b揭示了液晶显示电路的第二芯片。液晶显示电路106包括两块芯片，分别是第一芯片U3和第二芯片U4。第一芯片U3可采用HT1621芯片，第一芯片U3是驱动芯片。第二芯片U4可采用LCD_TN芯片，第二芯片U4是液晶显不屏的显不芯片。第一芯片U3中的I号?8号管脚，图中标记为SEG7?SEGO，以及43号?48号管脚，图中标记为SEG13?SEG8，分别与第二芯片U4中的5号?18号管脚，图中标记为SEGO?SEGl 3连接。连接的方式为管脚一一对应，具有相同SEG编号的管脚互相连接。例如，U3的I号管脚SEG7连接到U4的12号管脚SEG7。第一芯片U3的21号?24号管脚，图中标记为COMO?COM3，分别与第二芯片U4中的I号?4号管脚，图中标记为COMO?COM3连接。连接的方式为管脚一一对应，具有相同COM编号的管脚互相连接。例如，U3的21号管脚COMO连接到U4的I号管脚C0M0。第一芯片U3的9号管脚CS、11号管脚WR和12号管脚DATA作为控制端，该三个控制端分别连接到液晶显示屏的CPU的输入输出(I /0)状态位:PAO、PA I和PA4，在图2a中，CPU的输入输出(I /0)状态位分别被标记为LCD_CS (连接到9号管脚)、LCD_WR (连接到11号管脚)和LCD_DATA(连接到12号管脚)。第一芯片U3的10号管脚RD、16号管脚VLCD和17号管脚VDD连接至Ij 3.3￥直流电源￥0:3.3。如图2a所示，10号管脚RD和17号管脚VDD是直接连接到3.3V直流电源VCC3.3，16号管脚VLCD通过限流电阻Rl2连接到VCC3.30VCC3.3通过隔离电容C9接地GND。第一芯片U3的13号管脚VSS接地。第一芯片U3中的其余管脚不使用，不做连接，在图中用“X”表示。
[0041]电源电路110为各个电路提供工作电源。电源电路110需要考虑的因素包括:改进速饱和电源供电能力，使得断路器的回路电流较小时也能够产生工作电压。在电源电路中提供升压/降压功能，在断路器的回路电流异常时能够维持工作电压在正常范围内，确保控制器正常工作。具体而言，电源电路110需要依靠速饱和电源来产生5.0V直流电源、3.3V直流电源和磁通工作电源。
[0042]图3揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。如图3所示，在该部分电路结构中，具有三路输入，分别为测试端口输入TEST_PWR，附加电源输入AP+、AP-，速饱和电源输入PA-B-C ο测试端口输入TEST_PWR的输入电压为+24V，测试端口输入TEST_PW通过二极管整流后连接到磁通输出电源CT_P0WER。二极管D4、D5是示例的整流二极管。附加电源输入AP+、AP-通过转接板输入附加电源，电压也是+24V。附加电源输入AP+、AP-通过整流桥和二极管整流后连接到磁通输出电源CT_P0WER。在图示的实施例中，由四个二极管构成整流桥，D6是示例的二极管。设置整流桥后能有效防止电源正负极插反。
[0043]速饱和电源输入PA-B-C连接到速饱和反馈电路，速饱和反馈电路由晶闸管Vl、比较器U6、基准电压芯片VZI以及辅助电路组成。晶闸管VI的型号为STD60NF06。比较器U6型号为LM211D。基准电压芯片VZl的型号为LM4040C25，产生+2.5V的基准电压。辅助电路包括电阻和电容，其中电阻1?16、1?18、1?19、1?20、1?21、1?22、1?23为比较器1]6的比例电阻，电容(:12、(:13、C14、C15、C16、C17为电源去耦滤波电容。速饱和电源输入PA-B-C经过二极管(例如图示的二极管D6、D10)整流后，一方面连接到两路输出电源:输出电源POWER和磁通输出电源CT_POWER为后续电路或器件供电，另一方面接到晶闸管Vl、比较器U6上。当输出电压过大时，比较器U6送出信号，使得晶闸管Vl导通，此时两路输出电源POWER和CT_P0WER的供电将被切断，以免损坏后续电路。基准电压芯片VZl为比较器U6提供基准电压。需要说明的是，速饱和反馈电路的作用是利用比较器判断速饱和电源的输出电压是否过大，在过大的情况下使得开关器件，例如晶闸管导通，以起到保护的作用。图3所示的是速饱和反馈电路的一种具体实现方式，但该具体电路不应作为对本实用新型的限制。
[0044]图4揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图。图4是产生5V直流电源VCC5.0和磁通输出电源CT_POWER所需要的动作电压的连接原理图。在图4所示的电路结构中，包括电源模块M2、匹配电阻、二极管和去耦滤波电容。在图4中，电源模块M2的I号管脚Vin连接到POWER，该POWER即为图3所示的电路中的其中一路输出电源POWER。电源模块M2的2号管脚GND接地。电源模块M2的3号管脚VccON的连接后面会描述。电阻R14和R15是匹配电阻，电阻R14连接在电源模块M2的4号管脚VccFB和5V直流电源VCC5.0之间。电源模块M2的5号管脚Vccout与5V直流电源VCC5.0连接。电容ClO和Cl I是去耦滤波电容。去耦滤波电容Cl I连接在5V直流电源VCC5.0和地GND之间，Cl I的负极接地。电源模块M2的6号管脚GND接地。电源模块M2的7号管脚VupON的连接后面会描述。电源模块M2的8号管脚VupFB通过匹配电阻R15连接到二极管D7，再经由二极管D7连接到磁通输出电源CT_POWER。电源模块M2的9号管脚Vupout与二极管D7连接。电源模块M2的10号管脚GND接地。去耦滤波电容ClO连接在二极管D7和地GND之间，ClO的负极接地。同样的，图4所示的一种具体实现方式，但该具体电路不应作为对本实用新型的限制。
[0045]如前面所述的，为了在断路器的回路电流异常时能够维持工作电压在正常范围内，在电源电路中提供升压/降压功能。电源模块M2的电路中包括了降压电路和升压电路。图5a和图5b揭示了降压电路的电路结构图。图6a和图6b揭示了升压电路的电路结构图。
[0046]参考图6a和图6b，升压电路包括接线端子J4(如图6b所示)和升压转换电路(如图6a所不)。接线端子J4的I号?4号管脚与图4中电源模块M2的7号?10号管脚相对应。接线端子J4的型号为SIP4，1号?4号管脚分别为:VupON(l号管脚)、VupFB(2号管脚)、Vupout(3号管脚)和GND(4号管脚)，对应电源模块M2的Vup0N(7号管脚)、VupFB(8号管脚)、Vupout(9号管脚)和GND(10号管脚)，——对应连接。图6a所示的转换电路包括电阻R28?R31，电容C26?C28，二极管D12，电感L5，电源芯片U8(型号NCP3064B)。电阻中的R30、R31为限流电阻，电阻R29为电流保护电路串接电阻，电阻R28为磁通输出电源CT_P0WER的匹配电阻，电容C26、电感L5、二极管D12为升压型开关电路，电容C28为震荡电容。电阻R28的一端接电源芯片U8的5号脚IN和接线端子J4的2号脚VupFB，电阻R28的另一端接地。二极管D12的一端接电容C26的一端和接线端子J4的3号脚Vupout，二极管D12的另一端接电感L5的一端和电源芯片U8的I号脚SW C0LL。电感L5的另一端接电阻R29的一端和电源芯片U8的7号脚IPK，电阻R29的另一端接电阻R30的一端、电源芯片U8的6号脚VCC(图中所示通过接口 Vin连接)以及接线端子J3的I号脚Vin(参考图5b中的接线端子J3)。电阻R30的另一端和电源芯片U8的8号脚DRV COLL、电容C27的一端、电阻R31的一端以及接线端子J4的I号脚VupON连接。电容C28的一端接电源芯片U8的3号脚??Μ 0六？。电容026、027、028、电阻1?28、1?31、电源芯片1]8的4号脚GND共同接地。电源芯片U8的2号管脚SW EM接地GND。
[0047]参考图5a和图5b，降压电路包括接线端子J3(如图5b所示)和转换电路(如图5a所示)。接线端子J3的2号和6号管脚接地GND，1号、3号?5号管脚与图4中电源模块M2的I号、3号?5号管脚相对应。接线端子J3的型号为SIP6，1号?6号管脚分别为:Vin(l号管脚)、GND(2号和6号管脚)、Vcc0N(3号管脚)、VccFB(4号管脚)和Vccout(5号管脚)。其中I号、3号?5号管脚对应电源模块M2的Vin(l号管脚)Vcc0N(3号管脚)、VccFB(4号管脚)和Vccout(5号管脚)，——对应连接。图5a所示的降压转换电路包括电阻R24?R37，电容C24?C25，二极管Dll，电感L4，电源芯片U7(型号同样为NCP3064B)。电源芯片U7的I号管脚SW COLL与7号管脚IPK连接，I号管脚SW COLL还通过电阻R26连接到接线端子J3的I号管脚Vin，通过Vin还连接到图6a所示的电源芯片U8的6号管脚。电源芯片U7的2号管脚SW EM连接到电感L4的一端、二极管D11的一端。电杆L4的另一端连接接线端子J3的5号管脚Vccout。二极管D11的另一端接地。电源芯片U7的3号管脚??Μ CAP通过电容C24接地。电源芯片U7的4号管脚GND接地。电源芯片U7的5号管脚IN连接到接线端子J3的4号管脚VccFB，还通过电阻27和电容C25连接到接线端子J3的5号管脚Vccout。电源芯片U7的6号管脚VCC连接到接线端子J3的I号管脚Vin。电源芯片U7的8号管脚DRV⑶LL连接到接线端子J3的3号管脚VccON，还通过电阻R25接地，通过电阻R24连接到接线端子J3的I号管脚Vin。
[0048]同样的，图5a、5b、6a、6b所示的仅仅是升压电路或者降压电路的一种具体实现方式，但该具体电路不应作为对本实用新型的限制。
[0049]图7揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中电源电路的部分电路结构图，图7是产生3.3V直流电源VCC3.3的连接原理图。该部分电路包括包括电阻R17、电容C18-C23、电感L3、电源芯片U5(型号为1^61117-33)。电阻1?17为限流电阻，电容(:18-023去耦滤波电容，电感L3为续流电感。电阻Rl7—端接5.0V直流电源VCC5.0 (来自图4的电路)，电阻R17另一端接电容C18的一端、C23的一端、电源芯片U5的3号管脚VIN。电感L3的一端接3.3V直流电源VCC3.3、电容Cl9的一端、C20的一端，电感L3的另一端接电容C21的一端、C22的一端、电源芯片U5的2号管脚VO和4号管脚V0UT。电容C18-C23的另一端、电源芯片U5的I号脚GND共同接地。图7所示的一种具体实现方式，但该具体电路不应作为对本实用新型的限制。
[0050]上述的液晶显示电路106和电源电路110共同体现了本实用新型的“低功耗”设计。一方面，电源电路110提升了速饱和电源的供电能力，并且具备升压电路和降压电路能够在速饱和电源电压较低时升压电路将磁通电压升至其安全动作电压。另一方面，降低了电路器件的功耗。液晶显示电路中的液晶显示屏选用工业超宽温TN型6位笔段式LCD液晶屏，夕卜加驱动电路其正常工作电流只有十几uA，与常规的七段数码管方案或者点阵式液晶，工作电流大大降低。当断路器回路电流较小而速饱和供电能力较弱时，关闭背光源，一来避免了背光源的闪烁，二来首先确保为其他功能紧要的电路供电。单片机控制电路也选择低功耗中等容量CortexMO内核的32位微控制器STM32R)51R8T6。
[0051]图8揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制器中RTC电源电路的电路结构图。RTC电源电路(实时时钟电源电路)包括电阻R1、二极管D20、电容Cl、纽扣电池MJPl(型号MS920SE)。电阻Rl为限流电阻，电容Cl为储能电容。电阻Rl的一端接3.3V直流电源VCC3.3，电阻Rl的另一端接二极管D20的I号端(图中标记为201)。电容Cl的一端接CI3U的VBAT管脚、二极管D20的3号端(图中标记为203)。纽扣电池MJPl的一端(正极)接二极管D20的2号端(图中标记为202)。电容Cl、纽扣电池MJPl的另一端(负极)共同接地GND。图8所示的一种具体实现方式，但该具体电路不应作为对本实用新型的限制。
[0052]根据本实用新型的实施例，MCR/HSISC功能由软件实现。MCR/HSISC具体而言包括MCR功能，即接通电流脱扣器功能和HSISC功能，即高设定值短路瞬动保护功能。在实现过程中，MCR功能作用时间区间为断路器由断开变为闭合后的100ms，在超过10ms之后进入HSISC功能。所以MCR/HSISC的软件实现时还存在一个依据开关状态选择性开启或者关闭MCR或者HSISC功能的问题。图1所示的结构框图中的MCR/HSISC检测电路102即用于实现上述的功能。图9揭示了进行上述MCR/HSISC状态检测的检测电路的电路结构图。该检测电路包括光耦器件ISOl，型号为11^181。光耦器件1301由电源输出POWER和3.3V直流电源VCC3.3供电。具体而言，光耦器件ISOl的I号管脚通过电阻Rl I连接到POWER，光耦器件ISOl的3号管脚连接到VCC3.3，光耦器件ISOl的4号管脚通过电阻R13接地，电容C8跨接在光耦器件ISOl的I号和2号管脚之间。电阻Rll、Rl3和电容C8进行稳压及滤波。分合状态信号C0_lnput输入光耦器件ISOl的2号管脚。经光耦器件ISOl隔离后输出给CPU的I/O状态位，在图示的实施例中，通过ISOl的3号管脚输出STATE_⑶信号。在一个实施例中，CPU采用32位微控制器STM32R)51R8T6芯片，由I/O状态位PA15接收上述输出信号。
[0053]图10揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制方法的流程图，该控制方法以软件实现MCR/HSISC功能。该方法可以基于图1所示的断路器的控制器实现。如图10所示，该控制方法包括如下的过程:
[0054]S102、数据读取与信号检测步骤。在该步骤中，进行Flash数据的读取与处理，并通过检测电路(如图9所示)检测MCR/HSI SC状态信号(即STATE_C0信号)。在一个实施例中，图1所示的断路器的控制器的数据存储电路109中包括Flash存储器和EEPROM存储器。Flash存储器作为快速存储器可以实现快速的数据读取，由此能够实现控制器在上电后的快速启动。在一个实施例中，步骤S102的执行仅需要2ms?3ms的时间。从Flash存储器中少量关键数据的耗时为微妙级，通过MCR/HSI SC检测电路获取MCR/HSI SC状态信号的时间也很短。控制器能在2ms?3ms的时间内完成步骤S102的过程并进入到后续步骤，即启动MCR/HSISC功會K。
[0055]S104、功能选择步骤。在该步骤中，选择执行MCR功能还是HSISC功能。该选择是基于MCR/HSISC信号是否存在跳变而做出。根据该步骤的执行结果，如果执行MCR功能能够则进入步骤S106，如果执行HSISC功能则进入步骤S108。
[0056]S106、执行MCR功能。在该步骤中，启动定时器并执行MCR功能。如果满足MCR功能的执行条件并实施脱扣，则过程结束。如果在执行过程中遇到终止条件，则过程结束。如果定时器定时时间到达而过程仍未结束，则终止执行步骤S106转而执行步骤S108。
[0057]S108、执行HSISC功能。在该步骤中，执行HSISC功能。如果满足HSISC功能的执行条件并实施脱扣，则过程结束。如果在执行过程中遇到终止条件，则过程结束。
[0058]此处需要说明，虽然在图中没有示出，实施脱扣步骤后还包括向快速写入存储器，即EEPROM存储器写入数据的过程。在一个实施例中，在脱扣指令发出后至控制器完全失电之前有15ms-30ms的时间(该时间段并非是断路器分断时间，是指电路断开后控制器的电压下降至操作电压之前的时间段)，在这段时间内，EERPOM可以完成数据写入，记录脱扣过程的相关数据。
[0059]图11揭示了根据本实用新型的一实施例的断路器的控制方法的具体实现过程。如图11所示，该具体实现的过程如下:
[0060]Flash数据读入与处理。
[0061 ] 检测电路检测MCR/HSISC信号。
[0062]判断MCR/HSISC信号是否存在跳变，若是则进入分支一，若否则进入分支二。
[0063]分支一中(跳变判断为是)，继续判断信号跳变时开关有无由分到合的过程。若否，则过程结束。若是，则继续判断MCR功能是否开启。
[0064]如果MCR功能没有开启，则过程结束。
[0065]如果MCR功能开启，则启动10ms定时器。
[0066]判断MCR定时器是否到达10ms，定时器未到10ms时(即定时器未到10ms判断为是)，则判断采样值经数值化处理后的值是否大于MCR设定安培值。若否，则返回再次判断定时器时间是否到达10ms以及判断采样值经数值化处理后的值是否大于MCR设定安培值。
[0067]若是，即采样值经数值化处理后的值是否大于MCR设定安培值，则MCR计数器加一。
[0068]判断MCR计数器数值是否大于3，若是，发出脱扣指令，之后过程结束。若否，返回判断采样值经数值化处理后的值是否大于MCR设定安培值。
[OO69 ] 如果在定时器1 Om S的定时时间到达时过程依旧没有结束，则转入下面的分支二执行。
[0070]分支二中(跳变判断为否)，则判断MCR/HSISC信号指示当前开关是否为合，若否，则过程结束。
[0071]若是，S卩MCR/HSISC信号指示当前开关为合，则判断HSISC功能是否开启，若否，则结束。
[0072]判断HSISC功能是否开启，若是，则判断采样值经数值化处理后的值是否大于HSISC设定安培值，若否，则过程结束。
[0073]判断采样值经数值化处理后的值是否大于HSISC设定安培值，若是，HSISC计数器加一。
[0074]判断HSISC计数器数值是否大于3，若是，发出脱扣指令，之后过程结束。若否，则返回判断采样值经数值化处理后的值是否大于HSISC设定安培值。
[0075]同样的，虽然在图中没有示出，但在脱扣指令发出后，还有向EERPOM写入数据的过程。
[0076]本实用新型的断路器的控制器及控制方法采用软件方式实现MCR/HSISC功能，在实现成本和检测稳定性上都具有优势，该控制器具备MCR/HSISC检测电路和快速读写的存储器电路，能够实现控制器的快速启动和失电前的快速写入。
[0077]上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
【主权项】
1.一种断路器的控制器，其特征在于，包括: 接口电路，接口电路包括通信用接口、外部1信号接口 ； MCR/HSISC检测电路，MCR/HSISC检测断路器的分合状态或故障状态； 信号采集电路，信号采集电路采集断路器中的互感器的电流信号，对电流信号进行调理和放大； 键盘操作电路，键盘操作电路连接到操作键盘，操作键盘上具有操作按钮或操作开关； 动作电路，动作电路执行脱扣动作； 通信电路，通信电路提供通信； 数据存储电路，数据存储电路存储与控制器相关的数据； 液晶显示电路，液晶显示电路查看控制器运行状态以及过程参数； 单片机控制电路，单片机控制电路与上述的接口电路、MCR/HSI SC检测电路、信号采集电路、键盘操作电路、动作电路、通信电路、数据存储电路和液晶显示电路相连接，控制上述各个电路； 电源电路，电源电路为上述各个电路提供工作电源。2.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于，所述数据存储电路包括快速读取存储器和快速写入存储器，所述快速读取存储器是Flash存储器，所述快速写入存储器是EEPROM存储器。3.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于，所述电源电路包括速报和反馈电路、升压电路和降压电路； 速饱和反馈电路包括晶闸管、比较器和基准电压芯片。4.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于， 所述MCR/HSI SC检测电路包括光耦器件。5.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于，还包括RTC电源电路，RTC时钟电路提供实时时钟电源，为各个电路提供实时时钟。6.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于，信号采集电路包括对大电流信号进行一级放大，对小电流信号进行二级放大。7.如权利要求1所述的断路器的控制器，其特征在于，所述通信电路提供两路通信，第一路通信为物理链路，通过RS485接口与外部通信，第二路通信为设备调试测试用通信口，采用RS485接口形式或者USB外部接口形式。
【文档编号】G05B19/042GK205427522SQ201620183356
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】王军, 周婷婷, 谈永根
【申请人】上海电科电器科技有限公司, 浙江正泰电器股份有限公司