用于故障指示器的电流启动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于故障指示器的电流启动电路，包括电流互感器、MCU、电流突变唤醒电路和防非故障相重合闸唤醒电路，电流突变唤醒电路包括采样电阻R7和比较器U6，防非故障相重合闸唤醒电路包括场效应管V50和比较器U9；电流互感器的二次侧与电流突变唤醒电路的输入端连接，该二次侧还与防非故障相重合闸唤醒电路的输入端连接，电流突变唤醒电路中采样电阻R7一端与防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的正端连接，该防非故障相重合闸唤醒电路中场效应管V50的源极端与电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接，电流突变唤醒电路中比较器U6的输出端与MCU的IO端口连接。本实用新型反应速度快，实时性强，功耗低。
【专利说明】用于故障指示器的电流启动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电流启动电路，特别涉及一种用于故障指示器的电流启动电路。
【背景技术】
[0002]目前现有的在《电器应用》2008年第27卷第5期中的“一种实配网故障线路指示器的改进”中提到一种改进指示器的启动电路的方案。该方案是在指示器的电流互感器CT的二次侧经过电阻后接到比较器，并在比较器的正端并联一个电容，比较器的输出端与MCU连接，用于唤醒MCU。当线路上的电流发生变化，原本比较器的正负端的信号都会随之增大，但是由于正端接有电容，使得比较器的负端电压增加得比正端快，比较器输出产生变位，唤醒MCU。现有方案还存在不少问题:1.与比较器连接的电容电阻难以整定，特别是与比较器正端连接的电容C的值；2.在重合闸的时候，MCU唤醒信号无法辨识是否为非故障相所致。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种节能可靠的用于故障指示器的电流启动电路。
[0004]本实用新型提供的这种用于故障指示器的电流启动电路，包括电流互感器、MCU、电流突变唤醒电路和防非故障相重合闸唤醒电路，电流突变唤醒电路包括采样电阻R7和比较器U6，防非故障相重合闸唤醒电路包括场效应管V50和比较器U9 ；电流互感器的二次侧与电流突变唤醒电路的输入端连接，该电流互感器的二次侧还与防非故障相重合闸唤醒电路的输入端连接，电流突变唤醒电路中采样电阻R7的后端与防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的正端连接，该防非故障相重合闸唤醒电路中场效应管V50的源极端与电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接，电流突变唤醒电路中比较器U6的输出端与MCU的IO端口连接。
[0005]所述电流突变唤醒电路包括压敏电阻RV3、滤波电容C41、全波整流电路、采样电阻R7、稳压二极管V4和比较器U6，全波整流电流电路包括二极管V17、二极管V25、二极管V30和二极管V31 ;所述电流互感器的二次侧接于压敏RV3的两端，滤波电容C41与该压敏电阻并联相接，滤波电容C41的一端与二极管V31的阴极连接，其另一端与二极管V25的阴极连接，二极管V31和二极管V25的阳极均接地，全波整流电路的输出端与采样电阻R7的I脚连接，同时该采样电阻的I脚通过电阻R37串联电阻R38与比较器U6的4脚连接，稳压二极管V4接于采样电阻R7的I脚和地之间，该采样电阻的2脚串联瞬态放电管V29后接地，该2脚还通过电阻R35与比较器U6的3脚连接，比较器U6的2脚与所述防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的3脚连接，采样电阻R7的I脚端的电压为前端电压VDD0，其2脚端的电压为后端电压VDDl ;比较器U6的4脚通过电容C33接地，所述4脚还与所述防非故障相重合闸唤醒电路的场效应管V50的源极连接；比较器U6的3脚通过电阻R46与电源VMCU连接，该3脚还通过电阻R39接地，同时该3脚通过电容C38接地，比较器U6的I脚通过电阻R45与所述MCU的IO端口连接，该I脚还通过电阻R42与电源VMCU连接，电源VMCU通过电容C40接地。
[0006]所述防非故障相重合闸唤醒电路包括比较器U9、RC延时电路、场效应管V49和场效应管V50，RC延时电路包括电阻R74和电容C56 ;比较器U9的5脚与电源VMCU连接，其4脚通过电阻R70与电源VMCU连接，所述4脚还通过电阻R67接地，比较器U9的3脚与二极管V35的阴极连接，二极管V35的阳极与所述电流突变唤醒电路中采样电阻R7的2脚连接，比较器U9的3脚还通过电容C48接地，其2脚接地，其I脚通过电阻R75与电源VMCU连接，该I脚还通过电容C51接地；场效应管V49的栅极与比较器U9的I脚连接，其漏极通过电阻R66与电源VMCU连接，其源极与RC延时电路连接后，再通过电阻R73与场效应管V50的栅极连接，该场效应管V50的栅极还通过电容C59接地，其漏极接地，其源极与所述电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接。
[0007]本实用新型通过低功耗比较器检测采样电阻两端的电压变化，采样电阻单端电压会由于系统电容的存在，变化会出现减慢，采用检测电流上升大小的方法，再加上防非故障相重合闸电路，确保在线路出现故障电流的时候产生可靠的MCU唤醒信号，但在非故障相重合闸的时候不产生该唤醒信号。本实用新型的反应速度快，实时性强，在出现故障电流
1.5ms后就可以产生MCU的唤醒信号；本实用新型的功耗低，整个电路消耗的电流在5uA值内，确保了指示器的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的原理框图。
[0009]图2是本实用新型的电流突变唤醒电路的电路原理图。
[0010]图3是本实用新型的防非故障相重合闸唤醒电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，本实用新型包括电流互感器、MCU、电流突变唤醒电路和防非故障相重合闸唤醒电路，电流突变唤醒电路包括采样电阻R7和比较器U6，防非故障相重合闸唤醒电路包括场效应管V50和比较器U9 ；电流互感器的二次侧与电流突变唤醒电路的输入端连接，该电流互感器的二次侧还与防非故障相重合闸唤醒电路的输入端连接，电流突变唤醒电路中采样电阻R7 —端与防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的正端连接，该防非故障相重合闸唤醒电路中场效应管V50的源极端与电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接，电流突变唤醒电路中比较器U6的输出端与MCU的IO端口连接。
[0012]故障指示器的MCU在线路电流很小，电流互感器CT提供的电流不足以维持MCU高密度采样时，MCU可以进入休眠状态，降低自身的电流消耗，确保使用寿命。当线路发生故障，唤醒电路就会在1.5mS内产生故障唤醒信号，唤醒CPU高速采样，并做出故障判断，这样不仅保证了使用寿命，高速可靠的唤醒电路也保证了故障判断的成功率。
[0013]本实用新型可以使指示器的启动电流从IOA下降到2A，而且该启动电流的大小是可根据要求设定的。
[0014]故障指示器由于取电困难，所以其供电基本都是采用电流互感器CT取电和一次性后备电池的方案。为了保证指示器的使用寿命，当该指示器所挂线路的线路电流很小时，由于电流互感器CT无法提供足够的电能，该指示器需要动用后备电池，为了节约电池的能量，指示器绝大部分时间需要处于睡眠模式。当线路电流增大到电流互感器CT可以提供指示器正常工作时所有的电能后，指示器就可以实时监测线路电流的变化情况了。为了方便描叙，本实用新型把电流互感器CT能够提供足够电能时的最小线路电流设为Al安培。
[0015]本实用新型包含两个电路单元，分别是电流突变换醒电路和防非故障相重合闸唤醒电路。
[0016]如图2所示，电流突变唤醒电路包括接插件XS4、压敏电阻RV3、滤波电容C41、全波整流电路、采样电阻R7、稳压二极管V4和比较器U6。
[0017]接插件XS4是电流互感器CT的输入接口。全波整流电流电路包括二极管V17、二极管V25、二极管V30和二极管V31。电流互感器的二次侧接于压敏RV3的两端，滤波电容C41与该压敏电阻并联相接，滤波电容C41的一端与二极管V31的阴极连接，其另一端与二极管V25的阴极连接，二极管V31和二极管V25的阳极均接地，全波整流电路的输出端与采样电阻R7的I脚连接，同时该采样电阻的I脚通过电阻R37串联电阻R38与比较器U6的4脚连接，稳压二极管V4接于采样电阻R7的I脚和地之间，该采样电阻的2脚串联瞬态放电管V29后接地，该2脚还通过电阻R35与比较器U6的3脚连接，比较器U6的2脚与防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的3脚连接，采样电阻R7的I脚端的电压为电压VDD0，其2脚端的电压为电压VDDl ；比较器U6的4脚通过电容C33接地，该4脚还与防非故障相重合闸唤醒电路的场效应管V50的源极连接；比较器U6的3脚通过电阻R46与电源VMCU连接，该3脚还通过电阻R39接地，同时该3脚通过电容C38接地，比较器U6的I脚通过电阻R45与MCU的IO端口连接，该I脚还通过电阻R42与电源VMCU连接，电源VMCU通过电容C40接地。
[0018]比较器U6是低功耗的比较器；电阻R35、电阻R39对采样电阻R7后端的电压VDDl进行分压，分压后送至比较器U6的正输入端，电阻R37、电阻R38、电阻R41对采样电阻R7的前端电压VDDO进行分压，分压后送至比较器U6的负输入端。
[0019]电流突变唤醒电路的主要作用是将电流互感器CT感应到的电流信号进行整流，然后根据架空线上电流变化的大小决定是否需要唤醒MCU进行采样。
[0020]图2中电压VDDl接到了系统的电源回路参与供电，但是当线路电流比较小时，电流互感器CT无法提供足够的电能让指示器工作，指示器为了节约电池的能量必须处于睡眠状态，为了在线路电流比较小的情况下也能让指示器监控电流变化情况，必须要让比较器U6在线路电流发生突变的时候输出信号发生翻转。比较器U6的正端接入的是采样电阻R7的后端电压VDD1，其负端接入的是采样电阻R7的前段电压VDD0。实际上前端电压VDDO会永远大于后端电压VDD1，但是经过电阻分压后，可以使得当线路电流小于Al时比较器U6的正端输入大于负端输入，比较器输出高电平；当线路电流大于Al时比较器U6的正端输入小于负端输入，比较器输出低电平。
[0021]此电路的创新点在于同时取采样电阻R7两端的电压进行比较，并且巧妙的在分压电阻上面设定分压系数，使得线路电流从小于Al突变到大于Al时产生唤醒信号，唤醒MCU实时采样线路电流，做出正确的故障判断，这样可以使得指示器可以在任何线路上做出故障判断，不受线路负荷电流的限制，并且可最大程度的提高唤醒电路的反应速度。实际测试时，在线路电流发生突变后的1.5ms后，本实用新型就有唤醒信号产生。
[0022]如图3所示，防非故障相重合闸唤醒电路包括比较器U9、RC延时电路、场效应管V49和场效应管V50，RC延时电路包括电阻R74和电容C56 ；比较器U9的5脚与电源VMCU连接，其4脚通过电阻R70与电源VMCU连接，该4脚还通过电阻R67接地，比较器U9的3脚与二极管V35的阴极连接，二极管V35的阳极与电流突变唤醒电路中采样电阻R7的2脚连接，比较器U9的3脚还通过电容C48接地，其2脚接地，其I脚通过电阻R75与电源VMCU连接，该I脚还通过电容C51接地；场效应管V49的栅极与比较器U9的I脚连接，其漏极通过电阻R66与电源VMCU连接，其源极与RC延时电路连接后，再通过电阻R73与场效应管V50的栅极连接，该场效应管V50的栅极还通过电容C59接地，其漏极接地，其源极与电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接。
[0023]本电路中，电阻R70和电阻R67为比较器U9负端的偏置电阻，用于给比较器U9的负端提供一个固定的电压。电阻R74和电容C56组成一个简单的延时电路。
[0024]电流突变换醒电路可以让指示器只要有电流突变就可以唤醒指示器的MCU，并可指示器根据故障电流做出故障判断，但是对于非故障相重合闸则要求指示器不动作。防非故障相重合闸唤醒电路正用于解决此问题。当线路正常的时候，比较器U9的正端输入值比负端的大，比较器U9输出高电平，场效应管V49截止，场效应管V50截止；当线路发生故障时，指示器的MCU正常唤醒。当发生非故障相重合闸时后端电压VDDl先会停电200ms，然后出现断路器合闸时的大电流电压。在停电的200ms时间内，比较器U9输出低电平，场效应管V49导通，场效应管V50导通，将电流突变换醒电路中比较器U6的负端的输入电压VDD2拉到地。由于电阻R74和电容C56组成一个简单的延时电路使得电压VDD2拉低能持续一段时间，从而使得虽然非故障相重合闸产生了大电流，但是电流突变换醒电路确不会产生唤醒信号，从而保证了电路的可靠性。
[0025]防非故障相重合闸唤醒电路的创新在于:利用了非故障相重合闸是停电信号在电流突变之前，而故障相重合闸的电流突变前是没有停电信号的，采用RC延时电路就可以躲过非故障相重合闸后产生的电流突变信号。
[0026]本实用新型在电流突变前，如果没有停电信号，则允许产生唤醒信号。
[0027]本实用新型同时获取采样电阻R7两端的电压进行比较，并且巧妙的在分压电阻上面设定分压系数，大大缩短了唤醒电路的反应时间。此外，本实用新型使得指示器在保证使用寿命的同时，作出故障判断也不受线路电流大小的影响。
【权利要求】
1.一种用于故障指示器的电流启动电路，包括电流互感器、MCU，其特征在于，该电路还包括电流突变唤醒电路和防非故障相重合闸唤醒电路，电流突变唤醒电路包括采样电阻R7和比较器U6，防非故障相重合闸唤醒电路包括场效应管V50和比较器U9 ；电流互感器的二次侧与电流突变唤醒电路的输入端连接，该电流互感器的二次侧还与防非故障相重合闸唤醒电路的输入端连接，电流突变唤醒电路中采样电阻R7的后端与防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的正端连接，该防非故障相重合闸唤醒电路中场效应管V50的源极端与电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接，电流突变唤醒电路中比较器U6的输出端与MCU的IO端口连接。
2.根据权利要求1所述的用于故障指示器的电流启动电路，其特征在于，所述电流突变唤醒电路包括压敏电阻RV3、滤波电容C41、全波整流电路、采样电阻R7、稳压二极管V4和比较器U6，全波整流电流电路包括二极管V17、二极管V25、二极管V30和二极管V31 ;所述电流互感器的二次侧接于压敏RV3的两端，滤波电容C41与该压敏电阻并联相接，滤波电容C41的一端与二极管V31的阴极连接，其另一端与二极管V25的阴极连接，二极管V31和二极管V25的阳极均接地，全波整流电路的输出端与采样电阻R7的I脚连接，同时该采样电阻的I脚通过电阻R37串联电阻R38与比较器U6的4脚连接，稳压二极管V4接于采样电阻R7的I脚和地之间，该采样电阻的2脚串联瞬态放电管V29后接地，该2脚还通过电阻R35与比较器U6的3脚连接，比较器U6的2脚与所述防非故障相重合闸唤醒电路中比较器U9的3脚连接，采样电阻R7的I脚端的电压为前端电压VDD0，其2脚端的电压为后端电压VDDl ;比较器U6的4脚通过电容C33接地，所述4脚还与所述防非故障相重合闸唤醒电路的场效应管V50的源极连接；比较器U6的3脚通过电阻R46与电源VMCU连接，该3脚还通过电阻R39接地，同时该3脚通过电容C38接地，比较器U6的I脚通过电阻R45与所述MCU的IO端口连接，该I脚还通过电阻R42与电源VMCU连接，电源VMCU通过电容C40接地。
3.根据权利要求1所述的用于故障指示器的电流启动电路，其特征在于，所述防非故障相重合闸唤醒电路包括比较器U9、RC延时电路、场效应管V49和场效应管V50，RC延时电路包括电阻R74和电容C56 ;比较器U9的5脚与电源VMCU连接，其4脚通过电阻R70与电源VMCU连接，所述4脚还通过电阻R67接地，比较器U9的3脚与二极管V35的阴极连接，二极管V35的阳极与所述电流突变唤醒电路中采样电阻R7的2脚连接，比较器U9的3脚还通过电容C48接地，其2脚接地，其I脚通过电阻R75与电源VMCU连接，该I脚还通过电容C51接地；场效应管V49的栅极与比较器U9的I脚连接，其漏极通过电阻R66与电源VMCU连接，其源极与RC延时电路连接后，再通过电阻R73与场效应管V50的栅极连接，该场效应管V50的栅极还通过电容C59接地，其漏极接地，其源极与所述电流突变唤醒电路中比较器U6的负端连接。
【文档编号】G01R1/00GK203455398SQ201320480095
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】周到, 李君 , 黄雄凯, 刘刚 申请人:长沙威胜信息技术有限公司