一种断路器控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种断路器控制装置，属于低压电气【技术领域】。该控制装置包括电源单元、保护控制单元、测量与扩展单元、用户接口单元，电源单元分别与保护控制单元、测量与扩展单元和用户接口单元连接；所述保护控制单元包括第一微处理器以及与第一微处理器分别连接的第一信号调理电路、第一存储器、脱扣驱动电路；所述测量与扩展单元包括第二微处理器以及分别与第二微处理器连接的第二信号调理电路、第三信号调理电路、第二存储器；所述用户接口单元包括第三微处理器以及与第三微处理器连接的显示与输入电路；第二微处理器可与第一微处理器、第三微处理器进行通信。相比现有技术，本实用新型可有效提高保护响应速度及安全可靠性。
【专利说明】 —种断路器控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种断路器控制装置，属于低压电气【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现阶段，低压电器领域的断路器控制装置正向着提高测量与保护精度、扩展功能的方向发展。一方面，电流、电压、频率、功率等方面的测量与保护精度在不断地被提高，另一方面，谐波检测、多协议通信、自诊断、液晶显示、触摸屏操作等一系列功能又被添加到智能控制装置当中。因此，控制装置电路的规模也在被不断地被扩大，这将带来三个问题:
[0003]第一，传统的智能控制装置大多采用单微处理器或是双微处理器方案，功能的不断增加导致微处理器高负荷运行，从而使微处理器对保护功能的响应时间变长。
[0004]第二，每一个电子元器件都有独立的失效概率，整个控制装置的失效概率为所有元件失效概率的总和。当元器件数量大幅增长时，对于整个控制装置而言，失效概率也会随之提闻。
[0005]第三，元器件功能的增多，会导致系统耗电量的增加。在控制装置仅使用能量线圈供电的情况下，如果断路器合闸瞬间检测到短路电流，能量线圈所提供的能量首先要用于启动整个控制装置，然后再用于脱扣驱动，控制装置的高功耗将会导致脱扣时间的延长。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种断路器控制装置，可有效提高保护响应速度及安全可靠性。
[0007]本实用新型具体采用以下技术方案:
[0008]一种断路器控制装置，包括电源单元、保护控制单元、测量与扩展单元、用户接口单元，电源单元分别与保护控制单元、测量与扩展单元和用户接口单元连接；所述保护控制单元包括第一微处理器以及与第一微处理器分别连接的第一信号调理电路、第一存储器、脱扣驱动电路；所述测量与扩展单元包括第二微处理器以及分别与第二微处理器连接的第二信号调理电路、第三信号调理电路、第二存储器；所述用户接口单元包括第三微处理器以及与第三微处理器连接的显示与输入电路；第二微处理器可与第一微处理器、第三微处理器进行通信。
[0009]进一步地，所述电源单元包括至少两路电源输出，一路电源输出连接至保护控制单元并为其提供电力，另一路电源输出连接至测量与扩展单元和用户接口单元并为其提供电力；所述电源单元具有以下功能:当有外部电能输入时，首先为保护控制单元提供电力，经一段延时后在开始为测量与扩展单元和用户接口单元提供电力。
[0010]进一步地，所述测量与扩展单元包括通信总线接口，以及至少一个可通过所述通信总线接口和测量与扩展单元进行通信的扩展功能模块。
[0011]相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果:
[0012]本实用新型采用了一种全新的工作结构体系，利用三个微处理器对不同的功能进行分工处理，有效降低了每个处理器的工作负荷；本实用新型用于实现核心保护功能的电路与其它电路分离，当其它电路中出现故障时，控制装置依旧可以保障断路器的基本保护功能；本实用新型用于实现核心保护功能的电路比其它电路具有更高的供电优先级，当电量不足时仍可保证基本保护功能的实现，具有更高的可靠性，且在电量充足时，其它电路采用延时开启的方式，使断路器合闸瞬间检测到短路电流时，能量线圈输出的电能可以集中提供给核心保护电路与脱扣驱动，从而使断路器脱扣时间不受电路规模扩大的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型一个优选实施例的结构框图；
[0014]图2为优选实施例中电源单元的电路原理图；
[0015]图3为优选实施例中保护控制单元的电路原理图；
[0016]图4为优选实施例中测量与扩展单元的电路原理图；
[0017]图5为优选实施例中用户接口单元的电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明:
[0019]图1为本实用新型断路器控制装置一个优选实施例的结构框图，如图1所示，该控制装置包含电源单元、保护控制单元、测量与扩展单元和用户接口单元。
[0020]电源单元从外部获取电能，转换后为整个控制装置提供电力。所述电源单元包括第一电源输出和第二电源输出，第一电源输出连接至保护控制单元并为其提供电力，第二电源输出连接至测量与扩展单元和用户接口单元并为其提供电力。两路电源输出采用异步开启的方式，当电源单元从外部获取到电能时，第一电源输出立即为保护控制单元供电，经过一段延时后，第二电源输出再为测量与扩展单元和用户接口单元供电。
[0021]保护控制单元用于实现核心保护功能，包括过载长延时保护，短路短延时保护，短路瞬时保护等等。其包含第一信号调理电路、第一微处理器、第一存储器、脱扣驱动电路。当保护控制单元上电启动后，第一信号调理电路从外部的电流信号采集元件获取电流信号，处理后输送至第一微处理器，第一微处理器对电流信号进行处理分析，当电流幅值超出第一存储器中所保存的设定值时，控制脱扣驱动电路驱动外部的磁通变换器使断路器分闸，同时将故障记录保存至第一存储器中。
[0022]测量与扩展单元用于实现高精度测量与附加功能。其至少包含第二信号调理电路、第三信号调理电路、第二微处理器、第二存储器与对外的通信总线。当测量与扩展单元启动后，第二信号调理电路从外部的电流信号采集元件获取电流信号，处理后输送至第二微处理器；第三信号调理电路从外部的电压信号采集元件获取电压信号，处理后输送至第二微处理器；第二微处理器对从第二信号调理电路和第三信号调理电路获取的电流、电压信号进行处理，并将处理后的数据发送至第一微处理器与第三微处理器；第一微处理器接收到来自第二微处理器的数据后，优先采用该数据来实现保护控制；第二微处理器还可以通过对外的通信总线，连接到外部的一些功能扩展模块，例如:多协议通信模块、编程触点扩展模块、温度测量模块、无线通信模块、弧光检测模块等；第二存储器用于保存一些测量与扩展功能的配置参数。
[0023]用户接口单元用于实现人机交互。其至少包含第三微处理器和显示与输入电路。当用户接口单元启动后，第三微处理器将从第二微处理器接收的数据处理，然后将数据发送至显示与输入电路进行显示；用户通过对显示与输入电路进行操作，向第三微处理器请求查看或修改控制装置的参数，第三微处理器再向第二微处理器发出请求；如果需要查看和修改的数据位于第二存储器中，那么第二微处理器将直接对第二存储器进行读取或修改，如果不在第二存储器中，那么第二微处理器再向第一微处理器发出请求；当第一微处理器接收到请求后，对第一存储器进行读取或修改，并将信息反馈至第二微处理器，第二微处理器再将信息反馈给第三微处理器。
[0024]图2显示了优选实施例中电源单元的电路原理，如图2所示，电源+与电源-为辅助电源输入，IDl为防反二极管，电源通过IDl后输出电压VDD ;A、B、C、COM为能量线圈的输入，1D2为整流桥，将交流电压转换成直流电压，同样连至VDD ；1P1为DC/DC转换器MAX5033,电容ICl用于滤波和储能，电阻IRl与1R2对VDD分压后连接至IPl的0N/0FF开启控制引脚，使IPl保持开启状态，IPl将电源VDD转换成电源VCCl为保护控制单元供电，电容1C2为IPl的输出滤波电容；1P2为DC/DC转换器MAX5033，电容1C4用于滤波和储能，1P2将电源VDD转换成电源VCC2为测量与扩展单元、用户接口单元供电，1C5为输出滤波电容；当VCCl有输出后，VCCl通过电阻1R3为电容1C3充电，电容1C3采用大电容，两端的电压缓慢上升，经过一段时间后电压达到一定幅度，光耦INl开启，使电阻1R5和1R6组成的分压器对VDD进行分压并开启1P2 ;在光耦INl开启前，1P2的0N/0FF开启控制引脚仅通过电阻1R6下拉至地，1P2处于关闭状态；电阻1R4用于在VCCl停止输出后释放电容1C3中的电能，保证下次启动时延时的准确性；电源VDD同时连接至保护控制单元，为脱扣驱动提供电力。
[0025]图3显示了优选实施例中保护控制单元的电路原理，电流信号IA首先经过电阻2R1与2C1组成的积分电路，然后经过由电阻2R2、2R3、2R4和运算放大器2N1A组成反向放大电路，最后输送至微处理器2N2的AN3弓丨脚进行AD采样并计算，微处理器2N2采用C515C ;电流信号IB、IC和IN采用与IA相同的电路进行处理，然后分别输送至微处理器2N2的AN2、ANl和ANO弓丨脚；微处理器的VAREF弓丨脚连接电源VCCl，VAGND弓丨脚连接电源地，为微处理器2N2中的AD转换器提供电源，2C2为耦合电容；电阻2R5与2C3组成RC复位电路，连接微处理器RESET引脚；晶振2G1、电容2C4和2C5组成晶体振荡电路，从微处理器XTALl和XTAL2引脚输入；微处理器VDDl引脚连接电源VCC1，VSSl引脚连接电源地，为微处理器内部逻辑电路提供电源，2C6为耦合电容；微处理器PlO引脚通过电阻2R6驱动三极管2V1，电源VDD接入外部磁通变换器，当三极管导通时磁通变换器接地回路导通并动作；微处理器TXDl与RXDl引脚连接存储芯片2N3，用于存储保护设定参数，存储器2N3采用AT25640，2C7为耦合电容；微处理器引脚TXDO和RXD0，连接至测量与功能扩展单元中的第二微处理器。
[0026]图4显示了优选实施例中测量与扩展单元的电路原理，电阻3R1、3R2、3R3和运放3N1A组成反向放大电路对相电压Ua进行放大，通过电阻3R4和电容3C1组成的RC滤波器后输送至微处理器3N4的AN7引脚进行AD采样计算；相电压Ub、Uc和Un采用与Ua相同的电路进行处理，然后分别输送至微处理器的AN6、AN5和AM引脚进行AD采样计算，微处理器3N4采用C515C ;电流信号IA首先经过电阻3R5与3C2组成的积分电路，然后经过由电阻3R6、3R7、3R8和运算放大器3N2A组成反向第一级放大电路，再经过由电阻3R9、3R10、3R11和运算放大器3N3A组成的第二级放大电路，最后输送至微处理器3N4的AN3引脚进行AD采样并计算；电流信号IB、IC和IN采用与IA相同的电路进行处理，然后分别输送至微处理器3N4的AN2、AN1和ANO引脚进行AD采样计算；微处理器的VAREF引脚连接电源VCC2，VAGND引脚连接电源地，为微处理器3N4中的AD转换器提供电源，3C3为耦合电容；电阻3R12与3C4组成RC复位电路，连接微处理器RESET引脚；晶振3G1、电容3C5和3C6组成晶体振荡电路，从微处理器XTALI和XTAL2引脚输入；微处理器VDDI引脚连接电源VCC2,VSSl引脚连接电源地，为微处理器内部逻辑电路提供电源，3C7为耦合电容；微处理器引脚TXD3和RXD3，连接至保护控制单元中第一微处理器并交换数据；微处理器引脚TXD2和RXD2，连接至用户接口单元中第三微处理器并交换数据；微处理器TXDl与RXDl引脚连接存储芯片3N5，用于存储配置参数和记录信息，接存储芯片3N5采用AT25640，3C8为耦合电容；微处理器TXDO与RXDO引脚连接至信号隔离收发器3N6的TXD和RXD引脚，3N6同时集成了电源隔离功能，电源VCC2与电源地连接至3N6的VCC与GND引脚，3C9为耦合电容；3N6的A、B端子连接外通信总线，Visoout为隔离电源输出引脚，连接至Visoin引脚为通信总线提供电源，信号隔离收发器3N6采用ADM2587E，3C10为储能滤波电容。
[0027]图5显示了优选实施例中用户接口单元的电路原理，微处理器4N1引脚P53、P52、P51和P50弓丨脚连接按钮4AN1、4AN2、4AN3和4AN4，检测用户输入，微处理器4N1采用C515C ;电阻4R1与电容4C1组成RC复位电路，连接微处理器RESET引脚；晶振4G1、电容4C2和4C3组成晶体振荡电路，从微处理器XTALl和XTAL2引脚输入；微处理器VDDl引脚连接电源VCC2，VSS1引脚连接电源地，为微处理器内部逻辑电路提供电源，4C4为耦合电容；微处理器引脚D(TD7为数据端口，通过数据总线连接至液晶显示器4IXD1的扩16引脚，用于发送显示数据；WR、RD、CS、P54和P55引脚输出控制信号，连接至液晶显示器4IXD1的4?8引脚并进行控制；4IXD1中，I引脚连接至地，2引脚连接电源VCC2，为液晶显示器4IXD1供电，电容4C5为耦合电容，19引脚连接地，20引脚连接VCC2用于液晶背光供电。
[0028]本实用新型中，保护控制单元和测量与扩展单元的供电、电流采样进行了分离设计，
[0029]当测量与扩展单元出现故障时，保护控制单元依旧能够实现断路器的核心保护功能，与现有采用保护与测量功能一体化方案相比，可有效地提高控制装置的可靠性。
[0030]本实用新型中，电源单元在获取外部电能后首先为保护控制单元供电，使保护控制单元第一时间启动。经过一段延迟后再开启测量与扩展单元。与传统的全局供电的方式相比，采用这种供电方式控制装置，在只利用能量线圈供电的模式下，如果断路器合闸瞬间检测到短路电流，可将电能集中用于核心保护的计算与脱扣驱动，大幅度缩短断路器分闸的时间。
[0031]本实用新型的控制装置包含三个微处理器，分别用于实现核心保护功能、实现高精度测量和附加功能、实现人机界面处理。与传统的单处理器或者是双处理器方案相比，可有效地降低每个处理器的负荷，提高每个处理器响应速度。
【权利要求】
1.一种断路器控制装置，其特征在于，包括电源单元、保护控制单元、测量与扩展单元、用户接口单元，电源单元分别与保护控制单元、测量与扩展单元和用户接口单元连接；所述保护控制单元包括第一微处理器以及与第一微处理器分别连接的第一信号调理电路、第一存储器、脱扣驱动电路；所述测量与扩展单元包括第二微处理器以及分别与第二微处理器连接的第二信号调理电路、第三信号调理电路、第二存储器；所述用户接口单元包括第三微处理器以及与第三微处理器连接的显示与输入电路；第二微处理器可与第一微处理器、第三微处理器进行通信。
2.如权利要求1所述断路器控制装置，其特征在于，所述电源单元包括至少两路电源输出，一路电源输出连接至保护控制单元并为其提供电力，另一路电源输出连接至测量与扩展单元和用户接口单元并为其提供电力；所述电源单元具有以下功能:当有外部电能输入时，首先为保护控制单元提供电力，经一段延时后再开始为测量与扩展单元和用户接口单元提供电力。
3.如权利要求1所述断路器控制装置，其特征在于，所述测量与扩展单元包括通信总线接口，以及至少一个可通过所述通信总线接口和测量与扩展单元进行通信的扩展功能模块。
4.如权利要求3所述断路器控制装置，其特征在于，所述扩展功能模块为以下模块中的至少一个:多协议通信模块、编程触点扩展模块、温度测量模块、无线通信模块、弧光检测模块。
【文档编号】H02J13/00GK204205720SQ201420713259
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】殷建强, 叶文杰, 褚东 申请人:常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂）