智能限载万能式断路器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能限载万能式断路器，包括电流互感器、整流滤波电路、降压电路、单片机、单端口脱扣模块、数字信号式电流检测电路、电压检测电路、剩余电流检测电路、信号预处理器、A∕D转换器，还设有模拟信号式电流检测电路。与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：（1）本发明由于增设了模拟信号式电流检测电路来实现短路故障快速保护方案，模拟电路响应时间极短，其上电时间为5微秒；（2）电源供电部分采用框架断路器自身电流供电的方式，提高电路在运行中的安全可靠性，尤其重要的是大大降低了采用高压供电时来自低压电网的各种强干扰；（3）本发明采用四端口脱扣模块，可大大提高其抗干扰能力。
【专利说明】智能限载万能式断路器
【技术领域】
[0001]本发明涉及断路器【技术领域】，特别涉及一种智能限载万能式断路器。
【背景技术】
[0002]现有的断路器由电流互感器、整流滤波电路、降压电路、单片机、单端口脱扣模块、数字信号式电流检测电路、电压检测电路、剩余电流检测电路、信号预处理器、八丨0转换器组成。工作时，穿过相线的电流互感器绕组输出感应电流，经整流滤波电路整流滤波和降压电路降压后输入单片机，数字信号式电流检测电路、电压检测电路、剩余电流检测电路的信号分别输入信号预处理器和经过八/ 0转换器转换后也输入单片机，经单片机运算、比较处理后，若感应电流大于设定值，单片机就会输出一电信号至单端口脱扣模块进行脱扣动作。
[0003]但上述断路器存在以下缺陷:
①不能满足要求快速的上电动作时间，针对单片机电路在上电时为确保上电复位结束后工作条件还未完全建立而使芯片无法正常运行的问题，需设置一定的延时时间(例如:公司的单片机的上电复位延时定时器有72毫秒的延时时间)；另外为配置芯片各端口的功能及状态还需在单片机投入运行后有一段初始化的时间；带石英晶体稳频的单片机也需要求有1024个振荡波形的稳定时间等等；这样对于框架断路器在某些故障情况下(例如:在存在短路故障情况下上电)要求快速(切.1秒)脱扣跳闸反应就比较困难。
[0004]②采用交流电源供电时会受到来自电源电网的各种强干扰。
[0005]③脱扣模块的动作一般只采用由一个端口控制的方案，这种电路易受到干扰。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种智能限载万能式断路器，它能满足要求快速的上电动作时间，采用低压电路元件大大降低了来自交流电源电网的各种强干扰，并大大提高抗干扰性。
[0007]本发明所提出的技术解决方案是这样的:
一种智能限载万能式断路器，包括铁芯电流互感器、整流滤波电路、降压电路、单片机、单端口脱扣模块、数字信号式电流检测电路、电压检测电路、剩余电流检测电路、信号预处理器、八/0转换器、输入键盘、液晶显示器，穿过相线的铁芯电流互感器副边绕组输出的感应电流信号经过整流滤波电路整流滤波和降压电路降压后输至单片机的第一输入端，数字信号式电流检测电路、电压检测电路、剩余电流检测电路输出的信号分别输至信号预处理器的输入端，经过信号预处理器预处理和八/0转换器转换后输至单片机的第二输入端，单片机经运算、比较处理后将动作信号经第五输出端输出至单端口脱扣模块第一输入端，输入键盘与单片机的第三输入端连接，单片机的数据通过第六输出端输出至液晶显示屏显示，还设有模拟信号式电流检测电路，模拟信号式电流检测电路与数字信号式电流检测电路采用统一信号源，该信号源为空芯电流互感器提供，单片机的第七输出端与模拟信号式电流检测电路的输入端相连，模拟信号式电流检测电路的输出端与单端口脱扣模块第二输入端相连；所述整流滤波电路和降压电路之间设有低功耗斩波电路，所述低功耗斩波电路由第一精密电位器、第二精密电位器、低功耗电压检测模块、108场效应管组成；还设有四端口脱扣模块，所述四端口脱扣模块设置有四个输入端口分别与单片机的第一出端、第二出端、第三出端、第四出端)相连接，第一输入端口和第四输入端口并联，第二输入端口和第三输入端口并联，第一、四输入端口与第二、三输入端口之间设有四端口脱扣模块脱扣线圈；模拟信号式电流检测电路由信号调理单元、信号比较与识别单元、触发与脱扣控制单元组成，所述空芯电流互感器副边绕组输出的信号输入信号调理单元，信号调理单元的输出端和信号比较与识别单元的输入端连接，信号比较与识别单元的输出端和触发与脱扣控制单元的输入端连接，所述触发与脱扣控制单元的输出端和单端口脱扣模块第二输入端连接，所述单片机和触发与脱扣控制单元的输入端连接。
[0008]与现有技术相比，本发明具有如下显著效果:
(1)本发明由于增设了模拟信号式电流检测电路来实现短路故障快速保护方案，模拟电路响应时间极短，为微秒数量级，其上电时间为5微秒，即在上电5微秒后就可使电路投入正常运行，这就大大加快了短路故障保护的响应速度。
[0009]( 2 )电源供电部分采用框架断路器自身电流供电的方式，即负载电流通过互感器实现低压供电的原理可极大地简化电路结构，提高电路在运行中的安全可靠性；尤其重要的是大大降低了采用高压供电时来自低压电网的各种强干扰。
[0010]( 3)本发明采用四端口脱扣模块，可大大提高其抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明一种智能限载万能式断路器的电原理框图；
图2是图1中所示的第一电流检测电路的内部电原理框图；
图3是图1中所示的低功耗斩波电路的内部电原理框图；
图4是图1中所示的第二脱扣模块的内部电原理框图。
[0012]附图标记:1、模拟信号式电流检测电路；2、数字信号式电流检测电路；3、电压检测电路；4、剩余电流检测电路；5、信号与处理器；6、八/0转换器；7、单片机；8、输入键盘；9、液晶显示器；10、单端口脱扣模块；11、四端口脱扣模块；12、降压电路；13、低功耗斩波电路；14、整流滤波电路；15、铁芯电流互感器；16、空芯电流互感器；1-1、信号调理单元；1-2、信号比较与识别单元；1-3、触发与脱扣控制单元；13-1、第一精密电位器；13-2、第二精密电位器；13-3、低功耗电压检测单元；13-4、103场效应管；101、第一输出端；102、第二输出端；103、第三输出端；104、第四输出端；105、第五输出端；106、第六输出端；107、第七输出端；201、第一输入端；202、第二输入端；203、第三输入端；101、单端口脱扣模块脱扣线圈；%2、四端口脱扣模块脱扣线圈。
【具体实施方式】
[0013]通过下面实施例对本发明智能限载万能式断路器作进一步详细阐述。
[0014]参见图1?4所示，一种智能限载万能式断路器，包括铁芯电流互感器15、整流滤波电路14、降压电路12、单片机7、单端口脱扣模块10、数字信号式电流检测电路2、电压检测电路3、剩余电流检测电路4、信号预处理器5、八/0转换器6、输入键盘8、液晶显示器9，穿过相线的铁芯电流互感器15副边绕组输出的感应电流信号经过整流滤波电路14整流滤波和降压电路12降压后输至单片机7的第一输入端201，数字信号式电流检测电路2、电压检测电路3、剩余电流检测电路4输出的信号分别输至信号预处理器5的输入端，经过信号预处理器5预处理和八/0转换器6转换后输至单片机7的第二输入端202，单片机7经运算、比较处理后将动作信号经第五输出端105输出至单端口脱扣模块10第一输入端，输入键盘8与单片机7的第三输入端203连接，单片机7的数据通过第六输出端106输出至液晶显示屏9显示，还设有模拟信号式电流检测电路1，模拟信号式电流检测电路1与数字信号式电流检测电路2采用统一信号源，该信号源为空芯电流互感器16提供，单片机7的第七输出端107与模拟信号式电流检测电路1的输入端相连，模拟信号式电流检测电路1的输出端与单端口脱扣模块10第二输入端相连。当出现短路时，模拟信号式电流检测电路会输出信号使单端口脱扣模块脱扣线圈101动作，实现5微秒即可响应断电。
[0015]进一步作为优选的实施方式，所述整流滤波电路14和降压电路12之间设有低功耗斩波电路13，所述低功耗斩波电路13由第一精密电位器13-1、第二精密电位器13-2、低功耗电压检测模块13-3、103场效应管13-4组成。将三个三相电流供电用的铁芯电流互感器输出端经桥堆整流输出端的正负极通过两个串联二极管并经电容滤波后输出+24伏电源电压。为避免相电流过大(例如:负载侧短路)时输出过高的电压，采用桥堆输出端的全波整流电压信号去调制并联接在整流输出正负极的103场效应管。其工作原理如下:
当相电流还较小桥堆输出电压也还较低时作为“电压监视器”的低功耗电压检测单元11X7050^-1的70机输出为零，故皿)3场效应管是处在关闭状态，当相电流增加使得其VIII输入端的电压达到5伏时，!11705(^-1的输出开路，加在103场效应管的栅极就变为一个全波整流信号，但此时顯3场效应管并非变成全导通的状态，而是处于一种被其栅极输入的一个全波整流信号所调制。因为103场效应管的导通电压为3.3伏左右。导通之初，103场效应管被调制的深度还比较浅；若相电流继续增加，108场效应管被调制的深度就越深。
[0016]由于103场效应管是并接在整流输出正负极两端，这样一种电路就可以起到抑制桥堆电压的随着相电流的增加而过渡攀升。
[0017]11X7050^-1的输出端口为一个“漏极开路”的108场效应管。当VIII输入电压小于5伏时，该输出103场效应管是处在“导通态”；当VIII输入电压大于5伏时，该输出103场效应管就变成“开断态”。
[0018]所述第一精密电位器13-1、第二精密电位器13-2用于调节整流滤波电路14电压的基准值。
[0019]进一步作为优选的实施方式，智能限载万能式断路器还设有四端口脱扣模块11，所述四端口脱扣模块11设置有四个输入端口分别与单片机7的第一出端101、第二出端102、第三出端103、第四出端104相连接，第一输入端口和第四输入端口并联，第二输入端口和第三输入端口并联，第一、四输入端口与第二、三输入端口之间设有四端口脱扣模块脱扣线圈102。四端口脱扣模块脱扣线圈102两端不论极性如何(即:“左负右正”或“左正右负”)，只要通以24伏就能动作。四端口脱扣模块11的四个输入端口若:第一、四输入端口为0及第二、三输入端口为1或第一、四输入端口为1及第二、三输入端口为0均能令四端口脱扣模块脱扣线圈102动作；四个端口的其它状态均不能令四端口脱扣模块脱扣线圈动作；一个短暂的干扰脉冲更不能令其动作。
[0020]进一步作为优选的实施方式，模拟信号式电流检测电路1由信号调理单元1-1、信号比较与识别单元1-2、触发与脱扣控制单元1-3组成，所述空芯电流互感器16副边绕组输出的信号输入信号调理单元1-1，信号调理单元1-1的输出端和信号比较与识别单元1-2的输入端连接，信号比较与识别单元1-2的输出端和触发与脱扣控制单元1-3的输入端连接，所述触发与脱扣控制单元1-3的输出端和单端口脱扣模块10第二输入端连接，所述单片机7和触发与脱扣控制单元1-3的输入端连接。
[0021]所述模拟信号式电流检测电路1结构简单，由以下五部分组成:
①信号检测，由空芯电流互感器16的副边提供电流检测信号；
②信号调理单元1-1，由运算放大器构成的加法电路构成三相电流信号的缓冲、比例放大，与组合并输出供后级电路进行识别与比较的具有合适电平的信号；
③信号比较与识别单元1-2，由具有一定“阈值”的比较器用于识别输入信号是否达到“短路故障电流”的电平。若高于此值，则输出高电平并通过恒流电路对电容器充电；由于在正常情况，比较器的输出始终处在零电平状态，一般不易受到干扰，即便有个别干扰，因为上有恒流电路的限制，下有比较器输出端零电平的钳位作用及后端的积分电容的存在也可以被大大抑制而不至于进入到后级触发电路的输入端。
[0022]④触发与脱扣控制单元1-3，前级比较器的输出信号幅值需达到1/2电源电压(2.5伏)的电平才能被识别并使触发器翻转。由于采用了成熟的555芯片使电路的稳定性得到保证。
[0023]⑤脱扣线圈驱动，采用场效应管驱动有利于保证脱扣动作功能的一致性(如采用晶体管则可能受到自身电流放大倍数及温度变化的影响而不太可靠；如采用可控硅则易受到干扰
[0024]如上电后工作正常，则主机控制器根据需要可通过二极管将触发器的输入端钳位在低电平，即可屏蔽该模块的功能。当主机控制器失效时，该模拟电路将自动恢复“短路保护”的功能。
【权利要求】
1.一种智能限载万能式断路器，包括铁芯电流互感器(15)、整流滤波电路(14)、降压电路(12)、单片机(7)、单端口脱扣模块(10)、数字信号式电流检测电路(2)、电压检测电路(3)、剩余电流检测电路(4)、信号预处理器(5)、A/D转换器(6)、输入键盘(8)、液晶显示器(9)，穿过相线的铁芯电流互感器(15)副边绕组输出的感应电流信号经过整流滤波电路(14)整流滤波和降压电路(12)降压后输至单片机(7)的第一输入端(201)，数字信号式电流检测电路(2)、电压检测电路(3)、剩余电流检测电路(4)输出的信号分别输至信号预处理器(5)的输入端，经过信号预处理器(5)预处理和A/D转换器(6)转换后输至单片机(7)的第二输入端(202)，单片机(7)经运算、比较处理后将动作信号经第五输出端(105)输出至单端口脱扣模块(10)第一输入端，输入键盘(8)与单片机(7)的第三输入端(203)连接，单片机(7)的数据通过第六输出端(106)输出至液晶显示屏(9)显示，其特征在于:还设有模拟信号式电流检测电路(1)，模拟信号式电流检测电路(1)与数字信号式电流检测电路(2)采用统一信号源，该信号源为空芯电流互感器(16)提供，单片机(7)的第七输出端(107)与模拟信号式电流检测电路(1)的输入端相连，模拟信号式电流检测电路(1)的输出端与单端口脱扣模块(10)第二输入端相连。
2.根据权利要求1所述的智能限载万能式断路器，其特征在于:所述整流滤波电路(14)和降压电路(12)之间设有低功耗斩波电路(13)，所述低功耗斩波电路(13)由第一精密电位器(13-1)、第二精密电位器(13-2)、低功耗电压检测模块(13-3)、MOS场效应管(13-4)组成。
3.根据权利要求1所述的智能限载万能式断路器，其特征在于:还设有四端口脱扣模块(11)，所述四端口脱扣模块(11)设置有四个输入端口分别与单片机(7)的第一出端(101)、第二出端(102)、第三出端(103)、第四出端(104)相连接，第一输入端口和第四输入端口并联，第二输入端口和第三输入端口并联，第一、四输入端口与第二、三输入端口之间设有四端口脱扣模块脱扣线圈(TQ2 )。
4.根据权利要求1所述的智能限载万能式断路器，其特征在于:模拟信号式电流检测电路(1)由信号调理单元(1-1)、信号比较与识别单元(1-2)、触发与脱扣控制单元(1-3)组成，所述空芯电流互感器(16)副边绕组输出的信号输入信号调理单元(1-1)，信号调理单元(1-1)的输出端和信号比较与识别单元(1-2)的输入端连接，信号比较与识别单元(1-2)的输出端和触发与脱扣控制单元(1-3)的输入端连接，所述触发与脱扣控制单元(1-3)的输出端和单端口脱扣模块(10)第二输入端连接，所述单片机(7)和触发与脱扣控制单元(1-3)的输入端连接。
【文档编号】H02H3/08GK104410037SQ201410765477
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】王兰军, 冼兴泉 申请人:广东佛电电器有限公司