一种分励脱扣器及断路器的制作方法

本实用新型涉及一种分励脱扣器，属低压电器技术领域。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，直流输配电系统在电力系统中得到了广泛应用，太阳能、城市轨道交通、高铁等领域都采用了直流供电系统，市场对于用于保护和控制直流供电系统的直流断路器的安全性能和工作可靠性，更是提出了更高的要求。一些直流供电系统在直流断路器进出线两侧均安装有容性器件，当某一端无电压时，断路器合闸瞬间电容放电会出现涌流导致断路器短路跳闸。

采用欠压脱扣器可以阻止断路器合闸，但由于欠压脱扣器长期通电，用户无法做到在使用和不使用之间自主投切，不使用时需要拆除欠压脱扣器，大部分现场并不具备随意拆除欠压脱扣器的条件。并且有些断路器本身在欠压脱扣器未得电的状态下进行合闸操作时，合闸瞬间动触头存在接通的可能性，不能完全避免短路故障的发生。

对此种情况的解决方案是使用保持型的分励脱扣器，保证分励脱扣器长期保持对断路器牵引杆的作用，就能保证断路器在不使用的状态下无法合闸。现有分励脱扣器采用串联微动开关的形式来实现断路器脱扣后分励线圈的断电，采用此类分励闭锁装置，存在与欠压脱扣器相同的问题，合闸瞬间断路器有接通的可能，接通瞬间会出现短路电流，无法满足客户要求。国外公司都采用无控制线路板，分励线圈可长期通电，但功耗较大，无法控制分励脱扣器的动作点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种结构简单，动作电压精确，功耗低，能长期通电，成本低廉的保持型的分励脱扣器。

本实用新型的分励脱扣器，包括依次连接的控制电路、脉冲发生电路、驱动电路、分励线圈，控制电路用于根据电源电压采样信号来控制是否向脉冲发生电路输出工作控制电压，脉冲发生电路用于在有工作控制电压输入时，控制驱动电路向分励线圈输出驱动信号；其特征在于，所述脉冲发生电路包括强启脉冲电路和维持脉冲电路，所述强启脉冲电路用于在脉冲发生电路得电后控制驱动电路向分励线圈输出持续一段预设时间的直流驱动信号，所述维持脉冲电路用于在所述预设时间结束后控制驱动电路向分励线圈输出脉冲驱动信号。

进一步地，所述脉冲驱动信号的占空比和频率可调。

优选地，所述脉冲发生电路包括电阻R5～R12、电容C4、电容C5、MOS管V1、比较器N2、二极管D3；电容C4的一端连接工作控制电压VCC，电容C4的另一端与电阻R5的一端、电阻R6的一端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R6的另一端连接MOS管V1的栅极，MOS管V1的源极接地，MOS管V1的漏极与电阻R7的一端、二极管D3的负极、电容C5的一端、比较器N2的反相输入端连接，电阻R7的另一端与二极管D3的正极、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电阻R12的一端、比较器N2的输出端连接，电容C5的另一端接地，比较器N2的正、负电源输入端分别与工作控制电压VCC、地连接，比较器N2的同相输入端与电阻R12的另一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端连接，电阻R10的另一端连接工作控制电压VCC，电阻R11的另一端接地。

优选地，所述脉冲发生电路包括电阻R7～R13、电容C5、电容C6、比较器N2、电压检测器N3、二极管D3；电阻R13的一端连接工作控制电压VCC，电阻R13的另一端与电压检测器N3的电源脚连接，电压检测器N3的延时控制脚与电容C6的一端连接，电压检测器N3的输出脚与电阻R7的一端、二极管D3的负极、电容C5的一端、比较器N2的反相输入端连接，电压检测器N3的接地脚、电容C6的另一端接地，电阻R7的另一端与二极管D3的正极、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端、电阻R12的一端、比较器N2的输出端连接，电容C5的另一端接地，比较器N2的正、负电源输入端分别与工作控制电压VCC、地连接，比较器N2的同相输入端与电阻R12的另一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端连接，电阻R10的另一端连接工作控制电压VCC，电阻R11的另一端接地。

优选地，所述控制电路包括电阻R3、电容C3、稳压管D2、电压检测器N1；电压检测器N1的电源脚连接电源电压采样信号VE，电压检测器N1的复位脚与电阻R3的一端、稳压管D2的负极、电容C3的一端连接，电阻R3的另一端连接系统工作电压V+，电压检测器N1的接地脚、稳压管D2的正极和电容C3的另一端均接地。

优选地，所述驱动电路包括开关管V2和二极管D4，二极管D4的负极和分励线圈L的一端共同连接系统工作电压V+，二极管D4的正极和分励线圈L的另一端共同连接开关管V2的漏极，开关管V2的源极接地，开关管V2的栅极连接脉冲发生电路的输出端。

优选地，所述开关管V2为MOS管。

根据相同的发明思路还可以得一种断路器，包括如上任一技术方案所述分励脱扣器。

相比现有技术，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

本实用新型分励脱扣器的脉冲发生电路利用脉冲控制驱动电路的MOS管的输入端栅极来控制分励线圈的通断电，脉冲发生电路的强启脉冲电路保证分励动作的可靠执行，维持脉冲电路能保证分励脱扣器处于闭锁状态，防止断路器合闸，同时降低功耗和电磁干扰，并可通过调节设定电阻和电容来调整驱动信号的频率和占空比。

本实用新型分励脱扣器采用复位电压精确的电压检测器控制脉冲波发生电路的电源来实现分励动作电压的精确控制，与传统分励脱扣器相比，能有效防止外部电源电压不足导致分励动作不可靠。

本实用新型的分励脱扣器以附件形式扩展断路器功能，安装简单，不改变断路器本体结构。

本实用新型的分励脱扣器电路结构简单，成本低廉，既适用于直流供电系统，也适用于交流供电系统。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型一个具体实施例的电源电路；

图3为本实用新型具体实施例的控制电路；

图4为本实用新型具体实施例的脉冲发生电路；

图5为本实用新型另一具体实施例的脉冲发生电路；

图6为本实用新型具体实施例的驱动电路；

图7为驱动电路输出的驱动信号波形图。

具体实施方式

针对现有技术不足，本实用新型的解决思路是采用一种包括强启脉冲电路和维持脉冲电路的脉冲发生电路来产生两种不同的驱动信号，在脉冲发生电路得电后，强启脉冲电路控制驱动电路生成一段预设时间的直流驱动信号输出至分励线圈，以使得分励脱扣器可靠动作；强启结束后，脉冲发生电路转为输出PWM脉冲，通过维持脉冲电路控制驱动电路生成脉冲驱动信号输出至分励线圈，从而控制分励脱扣器处于分励动作维持状态，降低功耗。

本实用新型既可以用于直流供电系统，也可用于交流供电系统；可作为断路器的可选功能附件，也可以直接作为断路器的一部分。为了便于公众理解，下面以一个用于交流供电系统的具体实施例并结合附图来对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本实施例的分励脱扣器包括电源电路、控制电路、脉冲发生电路、驱动电路和分励线圈；电源电路从主回路获取电压，经整流后产生系统工作电压V+，系统工作电压V+送入控制电路，一路得到电源电压采样信号VE，另一路得到工作控制电压VCC，控制电路根据电源电压采样信号VE判断主回路电源电压是否正常来控制工作控制电压VCC的输出。脉冲发生电路包括强启脉冲电路和维持脉冲电路，工作控制电压VCC一路输入脉冲发生电路的强启脉冲电路，另一路输入维持脉冲电路，由脉冲发生电路利用脉冲控制驱动电路的动作，从而控制分励线圈的通断。强启脉冲电路用来保证分励脱扣器动作的可靠执行，维持脉冲电路用来保证分励脱扣器处于低功耗的闭锁状态。

图2、3分别为本实施例中的电源电路与控制电路。如图2所示，电源电路由从主回路获取电压，经过整流桥D1整流后产生系统工作电压V+，电容C1、C2分别与整流桥D1两端并联连接；电容C2为一容量较大的电容，对系统工作电压V+进行整流，使系统工作电压波形平稳，减小电源临界电压的范围。

系统工作电压V+经控制电路的电阻R1分压后在电阻R2上产生电源电压采样信号VE送至电压检测器N1；系统工作电压V+经电阻R3分压后在稳压管D2上产生工作控制电压VCC，电容C3与稳压管D2并联连接。

如图3所示，电压检测器N1根据该电源电压采样信号VE判断主回路电源电压是否正常，电压检测器N1的复位脚与工作控制电压VCC相连，控制工作控制电压VCC的输出。当主回路电源电压正常时，电源电压采样信号VE高于电压检测器N1的复位电压，电压检测器N1的复位脚对地gnd开路，工作控制电压VCC正常输出；当主回路电源电压过低时，电源电压采样信号VE低于电压检测器N1的复位电压，电压检测器N1的复位脚对地gnd短路，工作控制电压VCC接地，分励脱扣器不工作，避免分励脱扣器的不可靠动作。

电阻R2也可采用可调电阻，可实现分励动作电压整定值的灵活整定。

用于产生脉冲波的电路有很多种，有由硅振荡器构成的脉冲发生电路，也有由逻辑器件构成的脉冲发生电路，集成定时器构成的脉冲发生电路。如图4所示，本实施例以由比较器构成的脉冲发生电路为例进行说明。所述脉冲发生电路包括强启脉冲电路和维持脉冲电路。电阻R5、R6、R10、R11、R12，电容C4，MOS管V1，比较器N2构成强启脉冲电路，从电源上电开始对电容C4进行充电，电阻R5上的两端电压使得MOS管V1开启，强制拉低比较器N2反向输入端电压，电阻R5上的两端电压随着电容C4充电而逐步减小，直至电容C4充电结束，电阻R5上的两端电压为零，当电阻R5两端电压低于MOS管V1的开启电压时，MOS管V1截止，比较器N2的输出脚在此段时间T1内持续输出高电平(如图7所示)，保持对驱动电路的开启状态,T1根据线圈的规格由电阻R5、R6、电容C4具体可调，保证动作可靠。

本实用新型的强启脉冲电路另一实施例为：采用另一个开漏输出的电压检测器N3实现强启，如图5所示，由电阻R10、R11、R12、R13，电压检测器N3，电容C6构成强启脉冲电路。初始上电且系统工作电压V+达到开启电压时，电压检测器N1输出端的工作控制电压VCC由低电平变为高电平，此时电压检测器N3开始工作，电压检测器N3的输出端复位脚维持时间T1的对地gnd短路状态。时间T1过后，电压检测器N3输出端复位脚维持对地gnd开路状态。T1的时间根据线圈的规格可通过电容C6具体可调，保证动作可靠。本实施例的电压检测器N1、N2以NCP303为例。

电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12，电容C4、C5，二极管D3，比较器N2构成一个占空比和频率可调的脉冲波发生电路，作为维持脉冲电路，电阻R8、R9、二极管D3构成电容C5的充电电路，电阻R7、R8和比较器N2的输出脚构成电容C5的放电电路，产生自激振荡，该脉冲发生电路的振荡周期T2＝(R7+2R8)*C5*ln(1+2R11/R12)如图7所示。占空比由电阻R9、电阻R10调整。本实施例的比较器芯片N2以TL331为例。

控制电路的输出端(即电压检测器N1的复位输出端VCC)接比较器N2的控制端(即比较器N2的电源端VCC)，通过电压检测器N1的复位脚对地短路或开路，来控制比较器N2是否得电工作。

图6为本实施例的驱动电路，所述驱动电路包括开关管V2、二极管D4，本实施例开关管V1为MOS管，所述脉冲信号控制MOS管的输入端栅极，所述二极管D4的阳极与MOS管的漏极连接，所述二极管D4的阴极与系统工作电压V+连接；二极管D4并联分励脱扣器的脱扣线圈L。

脉冲发生电路由工作控制电压VCC供电。当工作控制电压VCC正常输出时，强启脉冲电路工作，脉冲发生电路持续输出导通控制信号控制驱动电路的MOS管导通，分励线圈L得电，分励脱扣器可靠动作；强启结束后脉冲发生电路转为输出PWM脉冲，控制分励脱扣器处于分励动作维持状态，降低功耗。脉冲发生电路得电后驱动电路向分励线圈L所输出的驱动信号波形如图7所示。