一种带过流保护和充电管理的便携式永磁开关驱动模块的制作方法

本发明涉及一种电力行业开关设备驱动，尤其涉及一种带过流保护和充电管理的便携式永磁开关驱动模块。

背景技术：

现有永磁开关在实际使用时，无法依靠传统机械工具进行合闸操作，而是必须依靠永磁开关驱动模块进行驱动。当现场开关实际停电检修或者投运前检验时，由于没有电源引入，因此开关配套的驱动模块无法直接使用。因此需要使用带有电池供电的便携式永磁驱动模块来进行操作。现有的永磁驱动模块不仅体积大，重量极大，携带不方便，而且在现场恶劣操作环境下极易发生线圈侧短路导致损坏。

因此，上述模式存在以下缺点：

1.模块不仅体积大，而且笨重；

2.当线圈侧短路时，很容易烧坏内部回路；

3.动作电压无法调节；

4.充电需要配套专门的ac220v插头；

5.内部回路损坏后无法及时自检发现。

技术实现要素：

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种带过流保护和充电管理的便携式永磁开关驱动模块。

本发明包括cpu、分别与cpu相连的合闸及短保驱动模块、电源模块，由所述合闸及短保驱动模块驱动的桥回路及设置在桥回路上与cpu相连的短路保护模块，所述短路保护模块用于在负载接入工作之前根据负载大小判断电路是否短路。

本发明作进一步改进，所述合闸及短保驱动模块包括三路结构相同的驱动单元，第一路驱动单元包括三极管q3、光耦op3的原边及其外围电阻电容，其中，所述三极管q3的基极通过电阻r37与cpu的控制引脚pb3相连，电阻r37的两端还分别与接地电容c20和接地电阻r38的另一端相连，所述三极管q3的集电极分别与电阻r36的一端和光耦op3的原边引脚2相连，光耦op3的原边引脚1通过电阻r28接电源，电阻r36的另一端接电源，三极管q4的发射极接地。

本发明作进一步改进，所述桥回路及短路保护模块包括分别与三路驱动单元相连的三路结构相同的光耦副边，所述光耦op3的副边引脚4接电源正极，副边引脚3输出，还包括双向可控硅t1、双向可控硅t5、三极管q1和采样单元，所述双向可控硅t5与采样单元并联后分别与设置在负载两端、控制负载导通的双向可控硅t1和三极管q1相连，所述双向可控硅t1和双向可控硅t5的控制极、三极管q1的基极分别与三路光耦副边的引脚3相连。

本发明作进一步改进，当需要出口时，所述合闸及短保驱动模块在出口前驱动桥回路及短路保护模块打开，导通双向可控硅t1和三极管q1，采样单元采集电压，cpu通过采集到的电压判断负载大小，如果负载小于规定值，则判断外部线圈短路，此时会立即中止后续出口，如果负载大小满足要求，则控制导通双向可控硅t1、双向可控硅t5、三极管q1，正常出口。

本发明作进一步改进，所述电源模块包括与cpu相连的充放电管理模块和与充放电管理模块相连的电池，所述电池的数量为若干个，每个电池的正极接5v电源，负极接地，并分别串联一个继电器，在充电时，继电器断开，每个电池并联充电，放电时，继电器闭合，电池串联在一起为整个模块供电。

本发明作进一步改进，所述便携式永磁开关驱动模块还包括usb充电口和设置在充电口的电压采集模块。

本发明作进一步改进，还包括储能模块，所述储能模块为桥回路和短路保护模块供电。

本发明作进一步改进，还包括调节储能模块电压的电压调节模块。

本发明作进一步改进，所述电压调节模块包括光耦op4、op5、op6，三极管q2、q3、q4，及其外围电阻，其中，所述光耦op4、op5、op6的原边引脚1分别通过一个电阻接cpu的不同输入输出引脚，并且还分别通过一个电阻接地，光耦op4、op5、op6的原边引脚2接地，光耦op4、op5、op6的副边引脚4接输入电源，所述光耦op4的副边引脚3通过电阻r70接三极管q2的基极，三极管q2的集电极接电阻r13的一端，所述光耦op5的副边引脚3通过电阻r43接三极管q3的基极，三极管q3的集电极通过电阻r16接电阻r17的一端，所述光耦op6的副边引脚3通过电阻r88接三极管q4的基极，三极管q4的集电极通过电阻r20接电阻r21的一端，三极管q2、q3、q4的基极和发射极之间分别串接一个电阻，发射极三极管q2、q3、q4的发射极分别接电源负极，电阻r13、电阻r17和电阻r21的另一端相接后输出调节后的电压。

本发明作进一步改进，还包括与cpu相连的lcd液晶显示屏、与cpu输出端相连的led指示灯和若干个与cpu输入端相连的开关按键。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：预合闸自检，能够及时检测线圈侧是否短路，有效防止内部回路因短路造成的损坏；体积小，便于现场调试人员携带；充电方式简单，采用跟手机等电子产品相同的接口进行充电；电压可调节，在开关无法合闸的时候可以通过调节电压来实现合闸操作。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明电路原理图；

图3-图6为图2局部放大图，其中，图3为开关按键电路原理图；图4为桥回路及短路保护模块电路原理图；图5为电源模块电路原理图；图6为电压调节模块电路原理图；

图7为lcd液晶显示模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括cpu、分别与cpu相连的合闸及短保驱动模块、电源模块，由所述合闸及短保驱动模块驱动的桥回路及设置在桥回路上与cpu相连的短路保护模块，所述短路保护模块用于在负载接入工作之前根据负载大小判断电路是否短路。

本例电源模块包括与cpu相连的充放电管理模块和与充放电管理模块相连的锂电池，所述锂电池提供工作电源，并向储能模块储能，所述储能模块为桥回路和短路保护模块供电。本例还包括调节储能模块电压的电压调节模块，电压可调节，在开关无法合闸的时候可以通过调节电压来实现合闸操作。本例的电池充电口优选usb充电口，并且，在usb充电口处还设有与cpu相连的电压采集模块，使用通用microusb口方案，身边任意一个usb设备，包括手机充电器，笔记本电脑，usb插座等均可为产品充电，无需再为充电器而烦恼。

本例还包括与cpu相连的lcd液晶显示屏、与cpu输出端相连的led指示灯和若干个与cpu输入端相连的开关按键。

如图2和图3所示，本例的开关按键包括12*12预置按键k6和12*12合闸按键k5，还包括4个开关按键k1-k4，其中，预置按键k6和合闸按键k5的一端分别接电源和cpu控制引脚，另一端接电源地，而开关按键k1-k4一端接cpu控制引脚，另一端接电源地。如图7所示，本例的cpu通过接口jp7接液晶显示屏。

如图2所示，本例的合闸及短保驱动模块包括三路结构相同的驱动单元，第一路驱动单元包括三极管q3、光耦op3的原边及其外围电阻电容，其中，所述三极管q3的基极通过电阻r37与cpu的控制引脚pb3相连，电阻r37的两端还分别与接地电容c20和接地电阻r38的另一端相连，所述三极管q3的集电极分别与电阻r36的一端和光耦op3的原边引脚2相连，光耦op3的原边引脚1通过电阻r28接电源，电阻r36的另一端接电源，三极管q4的发射极接地。

如图2和图4所示，所述桥回路及短路保护模块包括分别与三路驱动单元相连的三路结构相同的光耦副边，所述光耦op3的副边引脚4接电源正极，副边引脚3输出，还包括双向可控硅t1、双向可控硅t5、三极管q1和采样单元，所述双向可控硅t5与采样单元并联后分别与设置在负载两端、控制负载导通的双向可控硅t1和三极管q1相连，所述双向可控硅t1和双向可控硅t5的控制极、三极管q1的基极分别与三路光耦副边的引脚3相连。

当需要出口时，所述合闸及短保驱动模块在出口前驱动桥回路及短路保护模块打开，导通双向可控硅t1和三极管q1，此时采样单元采集电阻r93和r26组成的分压电阻r0上的电压(ain_zl4引脚)，通过采集到的电压可以计算出负载大小，cpu通过采集到的电压判断负载大小，如果负载小于规定值，则判断外部线圈短路，此时会立即中止后续出口，如果负载大小满足要求，则控制导通双向可控硅t1、双向可控硅t5、三极管q1，正常出口。

本发明特殊的地方在于能够提前判断负载的情况，通过类似预操作来计算负载的大小，如果负载不满足要求会闭锁操作。负载大小计算如下：

u0为采样电阻r0上采集到的电压，即ain_zl4的电压；

其中u为提供能量的电容电压，即dc_vcap的值，r为负载。r值的大小决定负载的大小，r1为电阻r20和电阻r25的组合。

本发明通过预合闸自检，能够及时检测线圈侧是否短路，有效防止内部回路因短路造成的损坏，大大提高整个驱动的安全性。

如图2和图5所示，本例电源为多节独立的4.2v锂电池组成，在充电时通过回路设计，其变为并联模式，而在放电工作时，其通过串联模式，变成25.2v对整机进行供电。这样就无需增加庞大而高额的交流转直流充电模块，使用普通的5v即可充电，体积小，便于现场调试人员携带。

具体的，每个锂电池的正极接5v电源，负极接地，并且在正极和负极端都设置一个隔离二极管，此外，在每单节锂电池间串接一个继电器，当充电时断开继电器，每节电池单独充电，充电完成后关闭开关；使用时通过预置按键启动电池工作，继电器合上，电池串接得到需要的24v或48v电压。

如图2和图6所示，本例电压调节模块包括光耦op4、op5、op6，三极管q2、q3、q4，及其外围电阻，其中，所述光耦op4、op5、op6的原边引脚1分别通过一个电阻接cpu的不同输入输出引脚，并且还分别通过一个电阻接地，光耦op4、op5、op6的原边引脚2接地，光耦op4、op5、op6的副边引脚4接输入电源，所述光耦op4的副边引脚3通过电阻r70接三极管q2的基极，三极管q2的集电极接电阻r13的一端，所述光耦op5的副边引脚3通过电阻r43接三极管q3的基极，三极管q3的集电极通过电阻r16接电阻r17的一端，所述光耦op6的副边引脚3通过电阻r88接三极管q4的基极，三极管q4的集电极通过电阻r20接电阻r21的一端，三极管q2、q3、q4的基极和发射极之间分别串接一个电阻，发射极三极管q2、q3、q4的发射极分别接电源负极，电阻r13、电阻r17和电阻r21的另一端相接后输出调节后的电压。电压可调节，在开关无法合闸的时候可以通过调节电压来实现合闸操作。

本发明因合闸操作启动时的特点是瞬间大电流，因而过流无法很好的测试，另外，过流的测试方案如果不合适，会造成现场的因此设备误动；此外，过流的设计如果不合理，也会影响到现场一次设备动作时间，此外，而瞬间大电流很容易造成整机内部回路的损坏。本发明通过预合闸检测，有效避免过流对设备的损害，并且，能够达到ms级别，不会影响到设备的动作时间。

本例的充电管理方案，无需设置交流插口和交流转直流结构，使得整套设备在电力行业较高的电压场合中可以使用常见的民用低电压设备充电，有效降低整机面积的同时，大大提高了使用便捷性。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。