过欠电压保护器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的实施例提出一种过欠电压保护器。该过欠电压保护器包括控制器、进线端和出线端，其中所述控制器包括触头熔焊检测装置以及比较装置，所述进线端和所述出线端与所述比较装置相耦合，所述触头熔焊检测装置与所述比较装置耦合连接，其中所述比较装置被配置成将所述进线端与所述出线端的电压进行比较，并且输出比较结果信号，所述触头熔焊检测装置根据所述比较结果信号来判断是否产生触头熔焊，以指示所述过欠电压保护器的状态。
【专利说明】过欠电压保护器
【技术领域】
[0001]本实用新型的实施例涉及保护装置，更具体地涉及一种提供触头熔焊指示的过欠电压保护器。
【背景技术】
[0002]过欠压保护器是一种当供电线路中的电压超过负载允许的界限时，自动断开供电线路电源，保护用电设备不致于因过电压、欠电压而引起损坏的装置。对于这种瞬时自消性故障造成的保护装置动作，致使供电线路断开，自复式过欠压保护器应能自动接通供电线路，以减少不必要的停电。现有的自复式过欠压保护器的功能是:当电源电压恢复正常，经设定的延时后，自动接通电源。
[0003]过欠电压保护器通常采用高速微低功耗处理器为核心、磁保持继电器为主电路、模数化标准设计，当供电线路出现过电压、欠电压时，过欠保护器能在持续高压冲击下迅速、安全地切断电路，避免异常电压送入终端电器造成事故的发生，当电压恢复正常值，保护器将在规定时间内自动接通电路，确保终端电器在无人值守情况下正常运行。
[0004]过欠压保护器通常适用于单相交流电压220V，频率50Hz，额定工作电流60A及以下的用户或负载。作为由中性线故障引起的单相线路过欠电压对单相用电设备的保护，主要用于住宅分户箱进线或需要保护单相用电设备的配电线路的保护。
[0005]目前国内的电网供电质量不能保持稳定，经常有过欠电压的现象发生，并且新的国内标准JGJ-242要求用户安装一种新型的自复位式过欠压保护装置。截至目前，没有一款产品使用微控制单元、开关电源以及继电器的方案来配合JGJ-242。
[0006]目前，市场上存在各种各样的过欠压保护类产品，但它们都存在一个缺陷，不能提供触头熔焊失效的指示。众所周知，所有的过欠压保护类产品都是利用继电器触头开合和承载回路电流，然而继电器类产品在拥有电寿命性能的同时，由于的触头材料(例如AgSnO2)所限，表现出先天性的易产生熔焊，烧结。实践证明，3kA-4.5kA的短路电流很容易导致触头的熔焊烧结。一旦熔焊发生，过欠压保护装置将不能提供正常的保护功能，但是现有产品没有触头熔焊装置，用户会在过欠电压保护器故障的情况下继续使用，从而导致危险。因此，尽管用户已经配备了过欠压保护设备，并且设备显示正常，但是与之相连的电器却仍然会因过欠电压受到损坏。
[0007]在一些小型保护系统设计中，触头熔焊检测全部靠机构部分来实现。但在很多场合很难适用，例如为了缩短开发周期，利用市场购买的继电器，很难随意更改其结构而增加触头熔焊检测。
实用新型内容
[0008]针对现有技术中存在的问题，本实用新型的实施例提供了一种过欠电压保护器，其包括控制器、进线端和出线端，其中所述控制器包括触头熔焊检测装置以及比较装置，所述进线端和所述出线端与所述比较装置相耦合，所述触头熔焊检测装置与所述比较装置耦合连接，其中所述比较装置被配置成将所述进线端与所述出线端的电压进行比较，并且输出比较结果信号，所述触头熔焊检测装置根据所述比较结果信号来判断是否产生触头熔焊，以指示所述过欠电压保护器的状态。
[0009]在一个实施例中，该过欠电压保护器进一步包括电源部分，所述电源部分将线性电源与开关电源相结合。
[0010]在一个实施例中，该过欠电压保护器，进一步包括出线端的采样电路，被配置成对于所述出线端输出的电压进行采样，其中所述采样电路采用电阻分压的方式。
[0011 ] 在一个实施例中，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值大于预定阈值时，判断未产生所述触头熔焊。
[0012]在一个实施例中，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
[0013]在一个实施例中，所述比较装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于所述预定阈值时，对所述进线端与所述出线端的电压再进行两次比较，所述触头熔焊检测装置被配置成在在两次比较结果信号均显示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
[0014]在一个实施例中，所述控制器被配置成在每次上电时发出脱扣指令，所述触头熔焊检测装置被配置成在接收到脱扣指令之后判断是否产生触头熔焊。
[0015]在一个实施例中，所述控制器被配置成在过欠电压状态时发出脱扣指令，所述触头熔焊检测装置被配置成在接收到脱扣指令之后判断是否产生触头熔焊。
[0016]在一个实施例中，该过欠电压保护器进一步包括指示器，所述指示器与所述触头熔焊检测装置相耦合，并且被配置成指示发生所述触头熔焊。
[0017]在一个实施例中，该过欠电压保护器进一步包括存储设备，所述存储设备与所述控制器相耦合，并且被配置成存储关于触头熔焊的信息。
[0018]在一个实施例中，所述控制器被配置成在开机时从所述存储设备中读取所述关于触头熔焊的信息。
[0019]本实用新型的实施例所提出的技术方案具有设计简单，低成本，开发周期短、容易实现、造价低廉、可靠性高、耐用性久等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]当结合附图阅读下文对示范性实施方式的详细描述时，这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中:
[0021]图1示出了现有技术的过欠电压保护器装置的结构示意图；
[0022]图2示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的结构示意图；
[0023]图3示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的电源部分；
[0024]图4示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的输出采样部分；
[0025]图5示出根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器执行触头熔焊检测的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图来详细描述本实用新型的一些实施例。
[0027]图1示出了现有技术的过欠电压保护器装置的结构示意图。
[0028]如图1所示，现有的过欠电压保护器包括电源部分、输入采样部分、微控制单元MCU以及执行部分，其中MCU包括控制器以及模拟数字转换器ADC，该执行部分可以是继电器。
[0029]在过欠电压保护器中，电源部分对过欠电压保护器中的继电器以及MCU供电。输入采样部分将输入电压衰减成适合系统采集的电压信号，该输入采样部分通常采用电阻分压的方式。过欠电压保护器的输入电压通常在O至440V的范围内。输入采样部分将O?440V的电压衰减成适合系统米集的电压信号,例如在一个实施例中输入米样部分将输入电压信号衰减至3V系统适合的电压信号。
[0030]然后ADC对采样的输入电压进行处理，进入ADC的信号通常为正弦信号，因此采样后的数据经过算法处理得到有效值，该处理算法可以是均值滤波算法。MCU将得到的有效值与预设的电压值进行比较，根据比较结果发出对应的断开或闭合触头的指令。最后执行部分根据MCU发出的断开或闭合指令驱动继电器执行响应的动作，在过电压或欠电压发生时断开触头，提供对用户电器的保护，在电压恢复正常时，闭合触头保证用电的连续性。
[0031]图2示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的结构示意图。
[0032]该过欠电压保护器装置包括电源部分、输入采样部分、微控制单元MCU、执行部分、输出采样部分以及触头熔焊指示器。该过欠电压保护器中的输入采样部分与上述现有技术中的输入米样部分相同，在此省略对其的描述。
[0033]根据本实用新型的实施例的过欠电压保护器与现有技术的过欠电压保护器的相t匕，其增加了触头熔焊指示功能，从而需要增加输出采样部分以及触头熔焊指示器，并且对MCU以及执行部分进行了适应性改进。
[0034]根据本实用新型的实施例的过欠电压保护器的MCU中的控制器进一步包括比较装置和触头熔焊检测装置，所述进线端和所述出线端与所述比较装置相耦合，所述触头熔焊检测装置与所述比较装置耦合连接。该触头熔焊检测装置被配置成通过将进线端与出线端的电压进行比较来判断是否产生触头熔焊，以发送指令至触头熔焊指示器，通过触头熔焊指示器指示所述过欠电压保护器的状态，其中进线端与出线端的电压分别通过输入采样部分与输出采样部分进行采样测量。
[0035]其中，在一个实施例中，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值大于预定阈值时，判断未产生所述触头熔焊。
[0036]在另一个实施例中，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
[0037]在一个实施例中，该预定阈值为36V。在另一个实施例中，所述比较装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于所述预定阈值时，对所述进线端与所述出线端的电压再进行两次比较，所述触头熔焊检测装置被配置成在在两次比较结果信号均显示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
[0038]在一个实施例中，输出采样部分采用电阻分压的方式对出线端的输出电压进行采样。
[0039]此外，在一个实施例中，根据本实用新型的实施例的过欠电压保护装置在增加触头熔焊指示功能的基础上，对其电源部分进行了进一步改进。
[0040]图3示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的电源部分。如图3所示，该电源部分包括线性电源部分以及开关电源部分。常规的过欠电压保护器的电源部分仅采用线性电源或者仅采用开关电源。
[0041]而通常线性电源功率器件工作在线性状态，也就是说线性电源处于持续工作状态，因此线性电源的工作效率低，一般在50 %?60 %。并且线性电源的工作方式，需要降压装置从高压变换至低压，该降压装置通常为变压器，从而导致线性电源的体积较大、效率低、发热量大。但是线性电源同时具有纹波小、调整率好、对外干扰小的优点。
[0042]开关电源工作在开关状态，频率较快，通常在数百kHz，从而开关电源的损耗小、效率也较高。总体而言开关电源具有效率高、体积小的优点，但是与线性电源相比，开关电源的纹波以及电压电流调整率较差。
[0043]因此通常仅采用开关电源或者仅才采用线性电源作为电源部分的过欠电压保护器具有工作电压范围较窄、不稳定或体积较大等的缺陷。
[0044]如图3所示的过欠电压保护器的电源部分将开关电源部分与线性电源部分相结合与一体，可以提供稳定的直流电源，并保证了出色的温升特性，较宽的工作电压范围和较小的空间占用。常规的过欠电压保护器的最小工作电压在大约80V?90V，而采用本实施例的过欠电压保护器可以保证低至36V的最小工作电压可以正常工作，扩大了现有技术提供的保护的电压范围。
[0045]图4示出了根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置的输出采样部分。常规的过欠电压保护器中不会对输出电压进行采样，因为常规的过欠电压保护器仅通过比较输入电压值与预定值来判断过欠电压保护器是否应当执行断开或闭合动作，而不会对过欠电压保护器本身是否能正常工作进行分析以及指示。
[0046]图4中所示的过欠电压保护器装置的输出采样部分包括电阻器R1、R2、R3，钳位二极管D1、D2以及电容器C。该输出采样部分通过Rl、R2、R3对出线端的电压采用电阻分压的方式，将O?440V的输出电压衰减成适合系统米集的电压信号。在一个实施例中，该输出电压被衰减至适合3V系统采集的电压信号，并将信号传送至ADC的端子处。
[0047]在一个实施例中，如图2示出的根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置被配置成在每次上电时，发出脱扣指令，令触头分开，在指令发出30ms后(用以完成触头的分开动作)，检测触头输入两端电压和输出两端电压，并进行比较:如果两者压差超过预定阈值(例如在一个实施例中为36V)，则认为触头已经分开，此时重新合闸，触头熔焊指示器显示未发生触头熔焊(例如，通过绿色LED表示)，过欠电压保护器进入工作状态。如果两者之间压差小于预定阈值，则认为触头未完成分开动作，此时系统再执行2次上述流程，若结果任然是压差小于36V，判断已经发生触头熔焊或者系统故障，此时触头指示器指示发生故障(例如，通过红色LED表示)，系统进入休眠，等待维修人员检修。
[0048]在另一个实施例中，如图2示出的根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器装置被配置成在过欠电压状态时发出脱扣指令，然后发出脱扣指令之后30ms(用以完成触头的分开动作)，检测触头输入两端电压和输出两端电压，并进行比较:如果两者压差超过预定阈值(例如在一个实施例中为36V)，则认为触头已经分开，此时重新合闸，触头熔焊指示器显示未发生触头熔焊(例如，通过绿色LED表示)，过欠电压保护器进入工作状态。如果两者之间压差小于预定阈值，则认为触头未完成分开动作，此时系统再执行2次上述流程，若结果任然是压差小于36V，判断已经发生触头熔焊或者系统故障，此时触头指示器指示发生故障(例如，通过红色LED表示)，系统进入休眠，等待维修人员检修。
[0049]在一个实施例中，根据本实用新型的过欠电压保护器进一步包括存储设备，该存储设备被配置成存储关于触头熔焊的信息。
[0050]当触头发生熔焊后，根据MCU信号，指示器进行显示以提示用户，例如用红色LED灯表示触头发生熔焊。并且将熔焊信息记录于存储设备中，诸如EEPR0M。当过欠电压保护器每次开机时，先读取存储设备中的信息，如果有熔焊发生，直接亮红色LED提示用户，而不用再进行检测。
[0051]使用存储设备可以保证用户只需定期查看过欠压保护设备的状态，如果出现红色灯常亮，即证明此过欠压保护设备已熔焊或存在其他形式的损坏，应及时更换，以免造成不必要的损失。
[0052]图5示出根据本实用新型的一个实施例的过欠电压保护器执行触头熔焊检测的流程图。
[0053]根据图5所示，过欠电压保护器首先在501中上电，然后进入过程502检查存储设备EEPROM是否存储有触头已发生熔焊的信息。如果触头已发生熔焊，则进入过程511，判断设备故障，通过触头熔焊指示器指示，并警告用户。如果EEPROM中未存储有触头已发生熔焊的信息，则进入过程503，断开触头，并比较出线端与入线端的电压，如果差值大于阈值，则判断设备正常，闭合触头并且返回正常的工作状态，如果差值小于阈值则进入过程505，再一次断开触头，并且比较输入电压和输出电压。如果在过程506的比较中，过程505所得到的差值大于阈值，则判断设备正常，闭合触头并且返回正常的工作状态，如果差值小于阈值则进入过程507，再一次断开触头，并且比较输入电压和输出电压。在过程508中，第三次将断开触头所比较的入线端与出线端的差值与阈值进行比较，如果大于阈值，则判断设备正常，闭合触头并且返回正常的工作状态，如果差值小于阈值，则判断设备故障，通过触头熔焊指示器指示，并警告用户。反复断开触头，并比较入线端与出线端的电压是为了防止误判断。
[0054]本实用新型的实施例具有低成本、设计简单、占用空间小的优点，并且该过欠电压保护器所使用的方案可以方便地推广于同类终端配电系列产品中。
[0055]应当注意，为了使本实用新型的实施例更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本实用新型的实施例的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。
[0056]尽管已经公开了本实用新型的特定实施方式，但本领域技术人员将理解可针对特定的实施方式做出改变而不会偏离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不限于特定的实施方式，并且所附权利要求包含本实用新型范围内的任何和所有这样的应用、修改和实施。
【权利要求】
1.一种过欠电压保护器，其特征在于，包括控制器、进线端和出线端，其中所述控制器包括触头熔焊检测装置以及比较装置，所述进线端和所述出线端与所述比较装置相耦合，所述触头熔焊检测装置与所述比较装置耦合连接，其中所述比较装置被配置成将所述进线端与所述出线端的电压进行比较，并且输出比较结果信号，所述触头熔焊检测装置根据所述比较结果信号来判断是否产生触头熔焊，以指示所述过欠电压保护器的状态。
2.根据权利要求1所述的过欠电压保护器，其特征在于，进一步包括电源部分，所述电源部分将线性电源与开关电源相结合。
3.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，进一步包括出线端的采样电路，被配置成对于所述出线端输出的电压进行采样，其中所述采样电路采用电阻分压的方式。
4.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值大于预定阈值时，判断未产生所述触头熔焊。
5.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述触头熔焊检测装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
6.根据权利要求5所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述比较装置被配置成在所述比较结果信号指示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于所述预定阈值时，对所述进线端与所述出线端的电压再进行两次比较， 所述触头熔焊检测装置被配置成在在两次比较结果信号均显示所述进线端的电压与所述出线端的电压之间的差值小于预定阈值时，判断产生所述触头熔焊。
7.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述控制器被配置成在每次上电时发出脱扣指令，所述触头熔焊检测装置被配置成基于脱扣指令判断触头熔焊的状态。
8.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述控制器被配置成在过欠电压状态时发出脱扣指令，所述触头熔焊检测装置被配置成基于脱扣指令判断触头熔焊的状态。
9.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，进一步包括指示器，所述指示器与所述触头熔焊检测装置相耦合，并且被配置成指示发生所述触头熔焊。
10.根据权利要求1或2所述的过欠电压保护器，其特征在于，进一步包括存储设备，所述存储设备与所述控制器相耦合，并且被配置成存储关于触头熔焊的信息。
11.根据权利要求10所述的过欠电压保护器，其特征在于，所述控制器被配置成在开机时从所述存储设备中读取所述关于触头熔焊的信息。
【文档编号】H02H3/20GK204012643SQ201420198155
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】李祎博, 陈人杰 申请人:施耐德电气工业公司