一种带液晶显示电压测量功能的低压塑壳断路器的制作方法

本实用新型涉及一种塑壳断路器，尤其涉及一种带液晶显示电压测量功能的低压塑壳断路器。

背景技术：

塑壳断路器能够在电流超过跳脱设定后自动切断电流。现有的低压塑壳断路器缺少测量参数的显示功能，不能将经过断路器的电压数据测量显示出来，而且过电流测量精度不高，不仅会造成断路器的误动作，长时间处于过流状态也会降低低压塑壳断路器本身的使用寿命，且目前的低压塑壳断路器上的电路元器件复杂，集成度低，生产成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有电压测量功能、电流测量精度高、带液晶显示的低压塑壳断路器。

为了实现以上目的，本实用新型采用这样一种带液晶显示电压测量功能的低压塑壳断路器，包括CPU、交流降压整流电路、分合闸检测电路、电流信号采样电路、按键电路、电压信号采样电路、分合闸驱动电路、指示灯、液晶显示屏、脱扣驱动电路，所述交流降压整流电路的输出端连接电流信号采样电路的输入端，所述分合闸检测电路的输出端、电流信号采样电路的输出端、按键电路的输出端、电压信号采样电路的输出端分别连接到CPU的输入端，所述CPU的输出端分别连接分合闸驱动电路的输入端、指示灯的输入端、液晶显示屏的输入端、脱扣驱动电路的输入端。

上述低压塑壳断路器通过电流信号采样电路和电压信号采样电路实现电流和电压的采集，液晶显示屏能实现数据的显示，按键电路能实现对低压塑壳断路器控制器的参数设定和数据信息查询，同时分合闸检测电路能检测低压塑壳断路器的分合闸状态并将信号发送到CPU，CPU控制分合闸驱动电路实现分闸或合闸，模块电路易于检修，同时提高低压塑壳断路器的电路集成度。

本实用进一步设置为带液晶显示电压测量功能的低压塑壳断路器还包括直流电源电路，所述交流降压整流电路的输出端连接直流电源电路的输入端，直流电源电路输出12V和3.3V的直流工作电压，所述直流电源电路分别为CPU、分合闸检测电路、电流信号采样电路、按键电路、电压信号采样电路、分合闸驱动电路、指示灯、液晶显示屏、脱扣驱动电路提供合适的工作电压。

上述直流电源通过电容滤波和稳压器得到12V和3.3V直流电压，为各个电路提供稳定、合适的工作电压，保证低压塑壳断路器处于正常工作状态。

本实用进一步设置为电压信号采样电路包括降压电路、电压信号放大电路、基准电压电路，所述降压电路包括电阻R8、电阻R21、压敏电阻RS1、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13，电压信号放大电路包括电阻R30、电阻R31、电阻R34、运算放大器U6C、运算放大器U6D，基准电压电路包括电阻R37、电阻R39、电阻R40、运算放大器U6A，所述电阻R8和压敏电阻RS1 分别连接在A相和B相之间，电阻R21连接在B相和C相之间，电阻R6和电阻R7串联在A相上，电阻R10和电阻R11串联在B相上，电阻R12和电阻R13串联在C相上，所述电阻R37的一端连接3.3V 直流电压，电阻R37的另一端连接运算放大器U6A的同相输入端，电阻R39的一端接地，电阻R39的另一端连接运算放大器U6A的同相输入端，运算放大器U6A的反相输入端连接运算放大器U6A的输出端，电阻R40的一端连接运算放大器U6A的输出端，电阻R40的另一端接地，运算放大器U6A输出端输出基准电压Verf，电阻R30 的一端连接基准电压Vref，所述电阻R30的另一端分别连接电阻R11 的一端和运算放大器U6C的同相输入端，电阻R7的一端连接运算放大器的反相输入端，电阻R31的两端分别连接运算放大器U6C的反相输入端和运算放大器U6C输出端，运算放大器U6C的输出端输出 A相电压信号到CPU，所述电阻R11的一端连接运算放大器U6D的同相输入端，电阻R13的一端连接运算放大器U6D的反相输入端，电阻R34的两端分别连接运算放大器U6D的反相输入端和运算放大器U6D的输出端，运算放大器U6D的输出端输出C相电压信号到 CPU。

上述电压信号采样电路是先将三相电压进行降压，再将A、B、 C电压信号两两通过运算放大器U6C和运算放大器U6D，将放大的 A相、C相信号输入到CPU，而基准电压Vref能提高运算放大器输出的电压信号的精度。

本实用进一步设置为分合闸检测电路包括辅助触点SW1、辅助触点SW2、电容C13、电容C12、电阻R28、电阻R29、电阻R33、电阻R36、光耦H1，所述辅助触点SW2连接电阻R29的一端，电阻 R29的另一端接地，所述辅助触点SW1分别连接电容C13的一端、电阻R36的一端、光耦H1的阴极，电容C13的另一端和电阻R36 的另一端分别连接光耦H1的阳极，电阻R36的另一端连接电阻R28 的一端，电阻R28的另一端接12V直流电压，电容C12的两端分别连接光耦H1的集电极和光耦H1的发射极，光耦的集电极连接电阻 R33的一端，电阻R33的另一端接3.3V直流电压，光耦H1的发射极接地，光耦H1的集电极连接到CPU。

上述分合闸检测电路是检测低压塑壳断路器的辅助触点，辅助触点是随主触点动作的，辅助触点的导通和断开来控制光耦的导通与断开，光耦产生一个电平信号给CPU来检测低压塑壳断路器的分合闸。

本实用进一步设置为分合闸驱动电路包括继电器K1和继电器 K2，所述继电器K1线圈的一端接直流电压12V，继电器K1线圈的另一端连接到CPU，所述继电器K2线圈的一端接直流电压12V，继电器K2线圈的另一端连接到CPU。

上述两个继电器接收CPU的控制信号，继电器K1和继电器K2 控制电机正反转，从而分别控制低压塑壳断路器分闸和合闸。

本实用进一步设置为交流降压整流电路包括二极管D1～D13、电阻R4、电阻R5、电阻R9、电阻R14～R20，三极管Q1、三极管Q2，所述二极管D2、二极管D9、电阻R16依次串联，二极管D3、二极管D10、电阻R17依次串联，二极管D4、二极管D11、电阻R18依次串联，二极管D5、二极管D12、电阻R19依次串联，二极管D6、二极管D13、电阻R20依次串联，电阻R4、电阻R9、三极管Q1依次串联，所述二极管D2的负极、二极管D3的负极、二极管D4的负极、二极管D5的负极、二极管D6的负极分别连接到电阻R4的一端，电阻R16的一端、电阻R17的一端、电阻R18的一端、电阻R19的一端、电阻R20的一端分别连接到三极管Q1的发射极，二极管D7 和电阻R14串联，二极管D7的负极连接到电阻R4的一端，电阻R14 的一端连接到三极管Q1的发射端，三极管Q1的基极连接到二极管 D7的正极，三极管Q2的集电极连接到二极管D7的负极，三极管 Q2的发射极连接到电阻R14的一端，电阻R5、二极管D8、电阻R15 依次串联，电阻R5的一端连接到CPU上，二极管D8的负极连接到三极管Q2的基极，电阻R15的一端分别连接到三极管Q2的发射极和地，所述二极管D1的正极连接到三极管Q2的集电极，二极管D1 的负极连接到直流电源电路。

上述交流降压整流电路通过对外部三相五线电压进行整流、降压，CPU能控制交流降压整流电路的工作，二极管D1的负极输出的正半波整流信号用于直流电源电路中的12V电压供电。

本实用进一步设置为电流信号采样电路包括A相采样电路、B相采样电路、C相采样电路、N相采样电路，所述A相采样电路、B相采样电路、C相采样电路、N相采样电路都包括两个运算放大器，一个运算放大器输出电流采样小信号到CPU的输入端，另一个运算放大器输出电流采样大信号到CPU的输入端，所述交流降压整流电路的输出信号分别连接到A相采样电路运算放大器的输入端、B相采样电路运算放大器的输入端、C相采样电路运算放大器的输入端、N相采样电路运算放大器的输入端。

上述电流信号采样电路是将交流降压整流电路中桥式整流输出的负半波整流信号进行运放处理，A相、B相、C相、N相的采样电路运算放大一致，以A相为例，A相采样电路包括运算放大器U4D、运算放大器U4C、电阻R41～R47，电阻R41的一端连接到二极管D2 的正极，电阻R41的另一端连接到运算放大器U4D的反相输入端，电阻R43的一端接地，电阻R43的另一端连接运算放大器U4D的同相输入端，电阻R42的两端分别连接运算放大器U4D的反相输入端和运算放大器U4D的输出端，运算放大器U4D的输出端输出A相小电流信号到CPU，电阻R44和电阻R45串联，电阻R44的一端连接二极管D9的正极，电阻R45的一端连接运算放大器U3D的反相输入端，电容C6的一端分别连接二极管D2的正极和电阻R45的另一端，电容C6的另一端分别连接地和电阻R46的一端，电阻R46的另一端连接运算放大器U3D的同相输入端，电阻R47的两端分别连接运算放大器U3D的反相输入端和运算放大器U3D的输出端，运算放大器U3D的输出端输出A相大电流信号到CPU，每一相都采样得到一大、一小两种电流信号到CPU，提高电流信号采样的精度，使低压塑壳断路器分断更可靠。

本实用进一步设置为CPU的型号为STM32F051。

上述型号为STM32F051的CPU能实现采集、分析及控制功能，且抗干扰能力强、功耗低。

附图说明

图1是本实用新型实施例电路原理方框图。

图2是本实用新型实施例直流电源电路原理图。

图3是本实用新型实施例电压信号采样电路原理图。

图4是本实用新型实施例电压信号采样电路原理图。

图5是本实用新型实施例电压信号采样电路原理图。

图6是本实用新型实施例电压信号采样电路原理图。

图7是本实用新型实施例分合闸检测电路原理图。

图8是本实用新型实施例分合闸驱动电路原理图。

图9是本实用新型实施例分合闸驱动电路原理图。

图10是本实用新型实施例交流降压整流电路原理图。

图11是本实用新型实施例电流信号采样电路原理图。

图12是本实用新型实施例CPU电路原理图。

图13是本实用新型实施例液晶显示屏电路原理图。

具体实施方式

如图1、12、13所示，本实用新型是一种带液晶显示电压测量功能的低压塑壳断路器，包括CPU、交流降压整流电路、分合闸检测电路、电流信号采样电路、按键电路、电压信号采样电路、分合闸驱动电路、指示灯、液晶显示屏、脱扣驱动电路、直流电源电路，所述交流降压整流电路的输出端连接电流信号采样电路的输入端，所述交流降压整流电路的输出端连接直流电源电路的输入端，所述分合闸检测电路的输出端、电流信号采样电路的输出端、按键电路的输出端、电压信号采样电路的输出端分别连接到CPU的输入端，所述CPU的输出端分别连接分合闸驱动电路的输入端、指示灯的输入端、液晶显示屏的输入端、脱扣驱动电路的输入端。

如图2所示，直流电源电路将交流降压整流电路输出的12V整流电压依次经过电容滤波、5V稳压器、3.3V稳压器，得到12V和3.3V 的直流工作电压，所述直流电源电路分别为CPU、分合闸检测电路、电流信号采样电路、按键电路、电压信号采样电路、分合闸驱动电路、指示灯、液晶显示屏、脱扣驱动电路提供合适的工作电压。

如图3、4、5、6所示，电压信号采样电路包括降压电路、电压信号放大电路、基准电压电路，所述降压电路包括电阻R8、电阻R21、压敏电阻RS1、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13，电压信号放大电路包括电阻R30、电阻R31、电阻R34、运算放大器U6C、运算放大器U6D，基准电压电路包括电阻R37、电阻R39、电阻R40、运算放大器U6A，所述电阻R8和压敏电阻RS1 分别连接在A相和B相之间，电阻R21连接在B相和C相之间，电阻R6和电阻R7串联在A相上，电阻R10和电阻R11串联在B相上，电阻R12和电阻R13串联在C相上，所述电阻R37的一端连接3.3V 直流电压，电阻R37的另一端连接运算放大器U6A的同相输入端，电阻R39的一端接地，电阻R39的另一端连接运算放大器U6A的同相输入端，运算放大器U6A的反相输入端连接运算放大器U6A的输出端，电阻R40的一端连接运算放大器U6A的输出端，电阻R40的另一端接地，运算放大器U6A输出端输出基准电压Verf，电阻R30 的一端连接基准电压Vref，所述电阻R30的另一端分别连接电阻R11 的一端和运算放大器U6C的同相输入端，电阻R7的一端连接运算放大器的反相输入端，电阻R31的两端分别连接运算放大器U6C的反相输入端和运算放大器U6C输出端，运算放大器U6C的输出端输出 A相电压信号到CPU，所述电阻R11的一端连接运算放大器U6D的同相输入端，电阻R13的一端连接运算放大器U6D的反相输入端，电阻R34的两端分别连接运算放大器U6D的反相输入端和运算放大器U6D的输出端，运算放大器U6D的输出端输出C相电压信号到 CPU。

如图7所示，分合闸检测电路包括辅助触点SW1、辅助触点SW2、电容C13、电容C12、电阻R28、电阻R29、电阻R33、电阻R36、光耦H1，所述辅助触点SW2连接电阻R29的一端，电阻R29的另一端接地，所述辅助触点SW1分别连接电容C13的一端、电阻R36 的一端、光耦H1的阴极，电容C13的另一端和电阻R36的另一端分别连接光耦H1的阳极，电阻R36的另一端连接电阻R28的一端，电阻R28的另一端接12V直流电压，电容C12的两端分别连接光耦H1 的集电极和光耦H1的发射极，光耦的集电极连接电阻R33的一端，电阻R33的另一端接3.3V直流电压，光耦H1的发射极接地，光耦 H1的集电极连接到CPU。

如图8和9所示，分合闸驱动电路包括继电器K1和继电器K2，所述继电器K1线圈的一端接直流电压12V，继电器K1线圈的另一端连接到CPU，所述继电器K2线圈的一端接直流电压12V，继电器 K2线圈的另一端连接到CPU。

如图10所示，交流降压整流电路包括二极管D1～D13、电阻R4、电阻R5、电阻R9、电阻R14～R20，三极管Q1、三极管Q2，所述二极管D2、二极管D9、电阻R16依次串联，二极管D3、二极管D10、电阻R17依次串联，二极管D4、二极管D11、电阻R18依次串联，二极管D5、二极管D12、电阻R19依次串联，二极管D6、二极管 D13、电阻R20依次串联，电阻R4、电阻R9、三极管Q1依次串联，所述二极管D2的负极、二极管D3的负极、二极管D4的负极、二极管D5的负极、二极管D6的负极分别连接到电阻R4的一端，电阻 R16的一端、电阻R17的一端、电阻R18的一端、电阻R19的一端、电阻R20的一端分别连接到三极管Q1的发射极，二极管D7和电阻 R14串联，二极管D7的负极连接到电阻R4的一端，电阻R14的一端连接到三极管Q1的发射端，三极管Q1的基极连接到二极管D7 的正极，三极管Q2的集电极连接到二极管D7的负极，三极管Q2 的发射极连接到电阻R14的一端，电阻R5、二极管D8、电阻R15 依次串联，电阻R5的一端连接到CPU上，二极管D8的负极连接到三极管Q2的基极，电阻R15的一端分别连接到三极管Q2的发射极和地，所述二极管D1的正极连接到三极管Q2的集电极，二极管D1 的负极连接到直流电源电路。

如图11所示，电流信号采样电路包括A相采样电路、B相采样电路、C相采样电路、N相采样电路，所述A相采样电路、B相采样电路、C相采样电路、N相采样电路都包括两个运算放大器，一个运算放大器输出电流采样小信号到CPU的输入端，另一个运算放大器输出电流采样大信号到CPU的输入端，所述交流降压整流电路的输出信号分别连接到A相采样电路运算放大器的输入端、B相采样电路运算放大器的输入端、C相采样电路运算放大器的输入端、N相采样电路运算放大器的输入端，以A相为例，A相采样电路包括运算放大器U4D、运算放大器U4C、电阻R41～R47，电阻R41的一端连接到二极管D2的正极，电阻R41的另一端连接到运算放大器U4D的反相输入端，电阻R43的一端接地，电阻R43的另一端连接运算放大器U4D的同相输入端，电阻R42的两端分别连接运算放大器U4D 的反相输入端和运算放大器U4D的输出端，运算放大器U4D的输出端输出A相小电流信号到CPU，电阻R44和电阻R45串联，电阻R44 的一端连接二极管D9的正极，电阻R45的一端连接运算放大器U3D 的反相输入端，电容C6的一端分别连接二极管D2的正极和电阻R45 的另一端，电容C6的另一端分别连接地和电阻R46的一端，电阻 R46的另一端连接运算放大器U3D的同相输入端，电阻R47的两端分别连接运算放大器U3D的反相输入端和运算放大器U3D的输出端，运算放大器U3D的输出端输出A相大电流信号到CPU，每一相都采样得到一大、一小两种电流信号到CPU。

根据以上实施例，本实用新型的低压塑壳断路器通过电流信号采样电路和电压信号采样电路实现电流和电压的采集，液晶显示屏能实现电压值和电流值的显示，交流降压整流电路输出的负半波信号用于电流信号采样电路的输入信号，交流降压整流电路输出的12V的正半波信号用于直流电源电路的输入电压，按键电路能实现对低压塑壳断路器控制器的参数设定和数据信息查询，同时分合闸检测电路能检测低压塑壳断路器的分合闸状态并将信号发送到CPU，CPU控制分合闸驱动电路实现分闸或合闸。