专利名称：永磁机构驱动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用电磁铁的操作驱动机构用的高低压真空断路器的内部动力装置，具体地说是一种真空断路器的永磁机构驱动控制器。
背景技术：
已有的永磁机构驱动控制器在电网系统短路引起供电电压偏低时或其它供电不正常时，造成真空断路器不能可靠合分闸，也会由于永磁线圈反向电动势产生干扰及损坏，这些都是永磁机构驱动装置设计中的技术难题。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种性能可靠、结构简单、成本低的永磁机构驱动控制器。
为解决上述技术问题，本实用新型的永磁机构驱动控制器由主控系统、过压欠压检测电路、开关电源、合分闸位置检测及其控制电路、电流检测电路、显示板和壳体组成，升压电路包括晶体管VT5、晶体管电源电路、分闸储能电容C38、电感L5、二极管VD32、电阻R51～R53，主控系统MCU通过RB4接口经限流电阻R72连接到晶体管VT5，所述主控系统MCU输出脉宽调制信号控制晶体管VT5工作，所述分闸储能电容C38经过电阻R52、R53分压后连接至主控系统MCU的RAO/ANO接口；采用永磁线圈H桥式驱动来减小永磁线圈的反相电动势，永磁线圈驱动电路包括永磁线圈L6、开关管VT9、Q5～Q8、电阻R73～R75、光耦驱动电路，主控系统MCU的接口HE1、FEN分别连接光耦驱动电路的输入端，所述电阻R73经电阻R65连接至主控系统MCU的RB2接口。
作为本实用新型的一种改进，所述晶体管电源电路包括集成电路DD1、变压器T1、稳压管VD18、三极管VT3、偏压电路，所述集成电路DD1驱动变压器T1，变压器T1输出信号经二极管VD7整流、电容C31、电感L3滤波后给偏压电路提供直流电源；所述偏压电路由二极管VD20、稳压管VD19、三极管VT2、VT4、电阻R48、R47组成。
作为本实用新型的另一种改进是所述光耦驱动电路包括光耦DA3、DA4、晶体管VT7、VT8、二极管VD21、电阻R54、R10、R11、电容C21、二极管VD22、二极管VD23、电阻R14、电阻R24、二极管VD34、VD10、电阻R55、电容C33；位于壳体侧面的显示板上设置有发光二极管LED1～LED3，分别指示永磁机构驱动装置的电源、故障、正常工作状态；发光二极管LED1由220伏交流电经桥式整流点亮，指示电源接通；发光二极管LED3经电阻R68限流后接至主控系统MCU的RB6接口，发光二极管LED3发光表示本驱动控制器处于正常工作状态；发光二极管LED2经电阻R69限流后接至主控系统MCU的RB7接口，由所述MCU发出高电平或低电平来控制发光二极管LED2的闪亮，指示驱动控制器出现各种故障，通过不同的闪烁间隔各自显示出控制电源断电或电压超出范围、工作不正常、永磁线圈开路、短路及手动分闸、永磁机构驱动装置本身故障的不同故障状态。
由于采用BOOST型脉宽调制信号变换器原理的升压电路，当供电网络电压偏低，监测到的分闸电压变低时，按照BOOST公式，即(Vout/Vin)＝[1/(1-D)]，由单片机运算并控制升压电路中晶体管VT5的导通时间，使分闸储能电容C38的充电电压恒定在永磁机构分闸线圈的工作电压上，同时通过脉宽调制信号控制合分闸的开合时间，确保驱动控制器性能可靠、并具有功耗减少、线路板体积减小、成本降低的特点；本实用新型在普遍采用的H电桥式驱动的结构上增设了一个开关管VT9，使永磁线圈L6在相等的驱动能量状况下，其产生的反向电动势变小，较大地提高了真空断路器的关断安全性；本实用新型仅仅采用三只发光二极管和不同的闪烁间隔来分别显示电源断电、超压、永磁线圈开路、短路及手动分闸、永磁机构驱动装置本身故障的各种工作状态，十分直观简便，且降低功耗和增加了可靠性。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的永磁机构驱动控制器的工作框图。
图2为本实用新型的一种主控系统电气原理图。
图3为本实用新型的一种升压电路原理图。
图4为一种升压电路的晶体管电源电路的电气原理图。
图5为一种永磁线圈H桥式驱动电路的电气原理图。
图6为图5的一种光耦驱动电路电气原理图。
图7为本驱动控制器的一种外形结构示意图。
具体实施方式
图1～图4示出了永磁机构驱动控制器的工作框图、主控系统MCU以及升压电路2。主控系统MCU为PIC16F876A型单片机，应用BOOST型脉宽调制信号变换器原理，在网络电源供电不正常的情况下，过压、欠压检测电路监测到分闸电压变低时，主控系统MCU发出脉宽调制信号控制升压电路2中的晶体管VT5工作，电感L5上便间歇的释放出高压能量，经过二极管VD32、电阻R51对分闸储能电容C38充电，电容C38的充电电压经电阻R52、R53分压后返回给主控系统MCU的RAO/ANO接口，主控系统MCU根据此输入的模/数值，按照所述BOOST原理，即(Vout/Vin)＝[1/(1-D)]计算并控制晶体管VT5的导通或关闭时间，保证所述电容C38上的充电电压恒定在永磁机构分闸线圈工作电压上。由图2示出，所述晶体管VT5的控制信号由主控系统MCU的RB4接口输出脉宽调制信号经电阻R72限流后得到。当晶体管VT5闭合时，电感L5上的电流线性上升；而当VT5关闭时，电感L5的端电压飞升至永磁机构分闸线圈工作电压，同时电感L5上的电流呈线性下降，克服了因供电网络电压偏低引起的不能可靠合分闸，大大提高了真空断路器的可靠性。从图3中可以看出，稳压管VD31保护晶体管VT5的G极、S极免受过压引起的损坏，电阻R32是VT5的G极保护电阻，电阻R1为硬件过压保护器件，电容C12、C39起电流滤波作用。在图4中示出了晶体管电源电路3，它包括集成电路DD1、变压器T1、稳压管VD18、三极管VT3、偏压电路4，所述集成电路DD1为DC/DC芯片，驱动变压器T1工作，变压器T1输出信号经二极管VD7整流、电容C31、电感L3滤波后，给偏压电路4提供直流电源，由偏压电路4再次稳压、得到15V直流电源；所述偏压电路4由二极管VD20、稳压管VD19、三极管VT2、VT4、电阻R48、R47组成。
图5示出一种永磁线圈驱动电路5，用来减小永磁线圈的反相电动势，它包括永磁线圈L6、开关管VT9、Q5～Q8、电阻R73～R75、光耦驱动电路6，主控系统MCU的接口HE1、FEN分别连接光耦驱动电路6的输入端，所述电阻R73经电阻R65连接至主控系统MCU的RB2接口。当开关管Q5、Q8导通或Q6、Q7、VT9导通时驱动永磁线圈L6工作，操作永磁机构分闸或合闸。电阻R73为永磁线圈工作电流检测电阻，永磁线圈L6的电流在电阻R73上产生的电压信号经图2中电阻R65输至主控系统MCU的RB2接口。所述MCU根据实际采集到的电压信号作出判断，当永磁线圈电流大于设定的安全电流值时，启动保护，开关管Q5、Q6、Q7、Q8、VT9全部关断。所述开关管VT9、Q6、Q7在导通到设计所要求的时间后，开关管VT9关闭，此时只有Q6、Q7导通，由电容C42、C43提供的能量减少一半，相应的电流也降低，这样当开关管Q6、Q7关断时，永磁线圈上产生的反向电动势将变小，与常用的驱动控制器相比，仅仅增设了开关管VT9，而关断的安全性却大大提高了。开关管VT9、Q5～Q8的导通或关闭由图6所示光耦驱动电路来驱动，即当主控系统MCU发出驱动命令时(低电平)，光耦DA3导通，晶体管VT7因为其基极被强制拉低而关闭，从而使光耦DA4关闭，电容C33上的能量通过光耦DA3的发射极、二极管VD23、电阻R24促使开关管VT9或Q5～Q8导通工作；当主控系统MCU发出关闭命令时(高电平)，光耦DA3关闭，晶体管VT7因为其基极变为高电平而强制导通，从而使光耦DA4导通，DA4的集电极被拉低使得晶体管VT8导通，通过电阻R24促使开关管VT9或Q5～Q8关闭工作，同时电容C33因为光耦DA3的关闭而隔断连接，二极管VD23反向截止。
由图7示出，为降低功耗和增加可靠性，位于壳体7侧面的显示板8上设置有发光二极管LED1～LED3，分别指示永磁机构驱动装置的电源、故障、正常工作状态；发光二极管LED1由220伏交流电经桥式整流点亮，指示电源接通；由图2示出，发光二极管LED3经电阻R68限流后接至主控系统MCU的RB6接口，发光二极管LED3发光表示本驱动控制器处于正常工作状态；发光二极管LED2经电阻R69限流后接至主控系统MCU的RB7接口，由所述MCU发出高电平或低电平来控制发光二极管LED2的闪亮，指示驱动控制器出现各种故障，其显示内容如下通过不同的闪烁间隔各自显示出控制电源断电或电压超出范围、工作不正常、永磁线圈开路、短路及手动分闸、永磁机构驱动装置本身故障的不同工作状态。每隔1.5秒闪烁一次表示控制电源断电时间超过1.5秒或控制电压超过范围；每隔1.5秒闪烁两次表示工作不正常；每隔1.5秒闪烁三次表示永磁线圈开路；每隔1.5秒闪烁四次表示永磁线圈短路；每隔1.5秒闪烁五次表示永磁线圈手动分闸；每隔1.5秒闪烁六次表示永磁机构驱动装置本身故障。
权利要求1.一种永磁机构驱动控制器，由主控系统、过压欠压检测电路、开关电源、合分闸位置检测及其控制电路、电流检测电路、显示板和壳体组成，其特征在于升压电路(2)包括晶体管VT5、晶体管电源电路(3)、分闸储能电容C38、电感L5、二极管VD32、电阻R51～R53，主控系统MCU通过RB4接口经限流电阻R72连接到晶体管VT5，所述主控系统MCU输出脉宽调制信号控制晶体管VT5工作，所述分闸储能电容C38经过电阻R52、R53分压后连接至主控系统MCU的RAO/ANO接口。
2.根据权利要求1所述的永磁机构驱动控制器，其特征在于所述晶体管电源电路(3)包括集成电路DD1、变压器T1、稳压管VD18、三极管VT3、偏压电路(4)，所述集成电路DD1驱动变压器T1，变压器T1输出信号经二极管VD7整流、电容C31、电感L3滤波后给偏压电路(4)提供直流电源；所述偏压电路(4)由二极管VD20、稳压管VD19、三极管VT2、VT4、电阻R48、R47组成。
3.一种永磁机构驱动控制器，由主控系统、过压欠压检测电路、开关电源、合分闸位置检测及其控制电路、电流检测电路、显示板和壳体组成，其特征是采用永磁线圈H桥式驱动来减小永磁线圈的反相电动势，永磁线圈驱动电路(5)包括永磁线圈L6、开关管VT9、Q5～Q8、电阻R73～R75、光耦驱动电路(6)，主控系统MCU的接口HE1、FEN分别连接光耦驱动电路(6)的输入端，所述电阻R73经电阻R65连接至主控系统MCU的RB2接口。
4.根据权利要求3所述的永磁机构驱动控制器，其特征在于所述光耦驱动电路(6)包括光耦DA3、DA4、晶体管VT7、VT8、二极管VD21、电阻R54、R10、R11、电容C21、二极管VD22、二极管VD23、电阻R14、电阻R24、二极管VD34、VD10、电阻R55、电容C33。
5.根据权利要求1或3所述的永磁机构驱动控制器，其特征是位于壳体(7)侧面的显示板(8)上设置有发光二极管LED1～LED3，分别指示永磁机构驱动装置的电源、故障、正常工作状态；发光二极管LED1由220伏交流电经桥式整流点亮，指示电源接通；发光二极管LED3经电阻R68限流后接至主控系统MCU的RB6接口，发光二极管LED3发光表示本驱动控制器处于正常工作状态；发光二极管LED2经电阻R69限流后接至主控系统MCU的RB7接口，由所述主控系统MCU发出高电平或低电平来控制发光二极管LED2的闪亮，指示驱动控制器出现各种故障，通过不同的闪烁间隔各自显示出控制电源断电或电压超出范围、工作不正常、永磁线圈开路、短路及手动分闸、永磁机构驱动装置本身故障的不同故障状态。
专利摘要一种永磁机构驱动控制器，由主控系统、过压欠压检测电路、开关电源、合分闸位置检测及其控制电路、电流检测电路、显示板和壳体组成，升压电路包括晶体管VT5、晶体管电源电路、分闸储能电容C38、电感L5、二极管VD32、电阻R51～R53，主控系统MCU通过RB4接口经限流电阻R72连接到晶体管VT5，所述主控系统MCU输出脉宽调制信号控制晶体管VT5工作，分闸储能电容C38经电阻R52、R53分压后连接至主控系统MCU的RAO/ANO接口；采用永磁线圈H桥式驱动来减小其反相电动势，仅增设一只开关管就较大提高了关断的安全性。本实用新型既使供电电压偏低也能确保可靠分合闸，其性能可靠、功耗小、成本低。
文档编号H01H3/00GK2847505SQ20052013414
公开日2006年12月13日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年12月5日
发明者王全忠, 孙阳, 王霞 申请人:常州电子研究所有限公司