控制与保护开关电器的脉冲控制器的制造方法
【专利摘要】本发明揭示了一种控制与保护开关电器的脉冲控制器，包括：脉冲触发电路、控制电路和电平转换电路。脉冲触发电路输出脉冲触发信号。控制电路输出控制信号，在正常工作阶段，控制信号为高电平，在上电和断电阶段控制信号为低电平。电平转换电路连接到脉冲触发电路和控制电路，电平转换电路接收所述脉冲触发信号和控制信号并进行电平转换，经电平转换后的信号输出给脱扣电路。本发明在保证快速判定短路信号的基础上，从根本上避免了在供电电源快速变化过程中时，不会错误输出信号，引起脱扣器的误动作，造成控制与保护开关电器的误脱扣。该电路在控制与保护开关电器内使用具有可靠性高、成本低、体积小的特点。
【专利说明】控制与保护开关电器的脉冲控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及一种适用于控制与保护开关电器的脉冲控制器。
【背景技术】
[0002]控制与保护开关电器是一种除手动控制外还能够自动控制、带或不带就地人力操作装置的开关电器，能够接通、承载和分断正常条件下包括规定的运行过载条件下的电流，且能够接通、在规定时间内承载并分断规定的非正常条件下的电流，如短路电流，即控制与保护开关电器集断路器、接触器、热继电器功能于一体。
[0003]申请号为201010258781.6的中国专利申请揭示了一种控制与保护开关电器的多功能电路，包括微处理器电路、信号采样及处理电路、短路检测电路、脱扣电磁铁驱动电路、控制电磁铁驱动电路以及为上述电路提供电源的电源转换电路，其中，所述短路检测电路的输入端和采样及处理电路相连，输出端和脱扣电磁铁驱动电路相连，其对来自信号采样及处理电路中电流信号进行判定并控制脱扣电磁铁动作。本发明提供的控制与保护开关电器的多功能电路，能够快速输出控制和保护信号，且抗干扰能力强。该方案中，短路检测电路对来自信号采样及处理电路中电流信号进行判定，若超出设定短路动作阀值，则直接输出脱扣信号至脱扣电磁铁驱动电路，从而控制脱扣电磁铁动作。微处理器电路并不参与短路检测过程，即微处理器电路无法禁止脱扣器驱动电路发出脱扣信号。由于脱扣电磁铁驱动电路中采用了诸如单稳态芯片作为产生脱扣信号输出的器件，而诸如单稳态芯片在供电电源快速变化的情况下，例如电路上电和断电过程中，往往会输出一定幅值的脉冲信号，该信号可能会引起脱扣电磁铁的动作，从而造成控制与保护开关电器的误脱扣，这是不期望出现的情况。
[0004]目前，多见的选择性保护电路工作于系统启动后，即单片机初始化或电路单元正常工作后。例如，申请号为201010245173.1的中国专利申请揭示了一种具有闭锁功能的保护电路。此保护电路应用于一电路系统，包括一比较单元与一逻辑门，其中，比较单元依据一状态信号，选择输出一用以闭锁该状态信号的预设信号或是一对应于电路系统的电源状态的比较信号；逻辑门依据比较单元的一输出信号与一对应于电路系统的运作模式的系统判定信号，产生前述状态信号；比较单元的输出信号即前述预设信号或比较信号。该方案中的比较单元和逻辑门都需要依据系统正常工作后的状态信号来判断是否输出保护信号，并不能实现诸如电路上电和断电过程中的选择性保护目的。
[0005]申请号为200810207362.2的中国专利申请揭示了一种防止低压电器执行器件误动作的装置，防止低压电器执行器件误动作的装置连接在输入信号与一驱动电路之间，驱动电路输出驱动信号驱动执行器件动作，其中，防止低压电器执行器件误动作的装置包括逻辑延时电路或滤波电路，逻辑延时电路或滤波电路接收输入信号，并输出经稳态处理的输入信号给驱动电路，驱动电路基于经稳态处理的输入信号产生驱动信号。本发明的防止低压电器执行器件误动作的装置简单实用，可有效防止低压电器的执行器件误动作，提高低压电器执行器件的抗干扰能力。该方案采用在单稳态触发器的输出端加入一逻辑延时电路，在延时电容充电期间，延时电路闭锁所述单稳态触发器的输出，逻辑延时电路输出经稳态处理的输入信号给驱动电路，驱动电路基于经稳态处理的输入信号产生的驱动信号。由于采用电容决定延时时间，而电容在电路频繁上电和断电过程中可能存在上次电路断电后电能未释放完全的现象，这样在下次上电过程中，其所决定的延时时间将比文献预计需要的延时时间短，造成过早输出经稳态处理的输入信号给驱动电路，引起脱扣器误动作。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种控制与保护开关电器的脉冲控制器。该脉冲控制器主要用于控制与保护开关电器的短路检测及判定，能够准确、快速输出控制信号，避免出现错误输出信号，引起脱扣器的误动作，从而造成控制与保护开关电器的误脱扣。
[0007]根据本发明的一实施例，提出一种控制与保护开关电器的脉冲控制器，包括:脉冲触发电路、控制电路和电平转换电路。脉冲触发电路输出脉冲触发信号。控制电路输出控制信号，在正常工作阶段，控制信号为高电平，在上电和断电阶段控制信号为低电平。电平转换电路连接到脉冲触发电路和控制电路，电平转换电路接收所述脉冲触发信号和控制信号并进行电平转换，经电平转换后的信号输出给脱扣电路。
[0008]在一个实施例中，脉冲触发电路包括单稳态芯片和延时电路。单稳态芯片接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到电平转换电路。延时电路连接到单稳态芯片，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。控制电路包括微处理器，微处理器输出控制信号至电平转换电路。
[0009]输入信号经第一电阻传输到单稳态芯片，单稳态芯片产生脉冲输出，脉冲输出经第三电阻产生脉冲触发信号；第二电阻和第二电容组成延时电路，延时电路确定脉冲触发信号的宽度。
[0010]在一个实施例中，电平转换电路包括:第一三极管、第二三极管、下拉电阻、上拉电阻。第一三极管的发射极接地，集电极连接到脉冲触发电路，基极通过第七电阻连接到第二三极管的集电极。第二三极管的基极通过第四电阻连接到控制电路。下拉电阻的一端连接到控制电路，另一端连接第二三极管的发射极并接地。上拉电阻的一端连接到高电平，另一端连接第二三极管的集电极。第一三极管的集电极为电平转换电路的输出。
[0011]在上电或断电阶段，控制信号为由于下拉电阻而处于低电平；第二三极管的基极为低电平，第二三极管不导通，第二三极管的集电极由于上拉电阻而处于高电平；第一三极管的基极为高电平，作为高电平的脉冲触发信号使第一三极管导通，第一三极管的发射极接地，将第一三极管的集电极拉低至低电平，电平转换电路始终输出低电平。在正常工作阶段，控制信号为高电平，第二三极管的基极为高电平，第二三极管导通，第二三极管的发射极接地使得第二三极管的集电极被拉低至低电平，第一三极管的基极为低电平，第一三极管不导通，第一三极管的集电极对脉冲触发信号无影响，电平转换电路输出为高电平的脉冲触发信号。
[0012]根据本发明的一实施例，提出一种控制与保护开关电器的脉冲控制器，包括脉冲触发电路和控制电路。脉冲触发电路输出脉冲触发信号。控制电路输出控制信号，控制信号输出至脉冲触发电路。在正常工作阶段，控制信号控制脉冲触发电路输出脉冲控制信号至脱扣电路，在上电和断电阶段，控制信号控制脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路。
[0013]在一个实施例中，脉冲触发电路包括单稳态芯片和延时电路。单稳态芯片接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到脱扣电路。延时电路连接到单稳态芯片，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。控制电路包括微处理器，微处理器输出控制信号，控制信号通过下拉电阻连接至单稳态芯片。
[0014]在上电或断电阶段，控制信号由下拉电阻下拉至低电平，单稳态芯片不工作，不产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路。在正常工作阶段，控制信号为高电平，单稳态芯片工作，产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出为高电平的脉冲触发信号至脱扣电路。
[0015]本发明提出的控制与保护开关电器的脉冲控制器，在保证快速判定短路信号的基础上，从根本上避免了在供电电源快速变化过程中时，不会错误输出信号，引起脱扣器的误动作，造成控制与保护开关电器的误脱扣。该脉冲控制器在控制与保护开关电器内使用具有可靠性高、成本低、体积小的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0017]图1揭示了根据本发明的第一实施例的控制与保护开关电器的脉冲控制器的电路结构图。
[0018]图2揭示了根据本发明的第二实施例的控制与保护开关电器的脉冲控制器的电路结构图。
【具体实施方式】
[0019]综合而言，本发明的方案是:当控制与保护开关电器中的电路单元处于供电电源快速变化过程中，例如上电和断电过程中时，禁止脉冲触发电路的输出信号；当电路单元处于正常工作情况时，恢复上述脉冲触发电路的输出信号。
[0020]禁止/恢复脉冲触发电路的功能可以由电平转换电路实现。当处于上电和断电过程中时，该电平转换电路将上述脉冲触发电路输出端的电平信号置为低电平；当处于正常工作情况时，微处理器电路输出一高电平信号，控制电平转换电路，置脉冲触发电路输出端信号为低电平。
[0021]图1揭示了根据本发明的第一实施例的控制与保护开关电器的脉冲控制器的电路结构图。该控制与保护开关电器的脉冲控制器包括:脉冲触发电路、控制电路和电平转换电路。脉冲触发电路输出脉冲触发信号。控制电路输出控制信号，在正常工作阶段，控制信号为高电平，在上电和断电阶段控制信号为低电平。电平转换电路连接到脉冲触发电路和控制电路，电平转换电路接收脉冲触发信号和控制信号并进行电平转换，经电平转换后的信号输出给脱扣电路。
[0022]在图1所示的实施例中，脉冲触发电路包括单稳态芯片Ul和延时电路。单稳态芯片Ui接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到电平转换电路。延时电路连接到单稳态芯片U1，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。控制电路包括微处理器Ml，微处理器Ml输出控制信号至电平转换电路。继续参考图1，输入信号Input经第一电阻Rl传输到单稳态芯片Ul，单稳态芯片Ul产生脉冲输出，脉冲输出经第三电阻R3产生脉冲触发信号。第二电阻R2和第二电容C2组成延时电路，延时电路确定脉冲触发信号的宽度。电平转换电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、下拉电阻R5、上拉电阻R6。第一三极管Ql的发射极e接地，集电极c连接到脉冲触发电路，基极b通过第七电阻R7连接到第二三极管Q2的集电极C。第二三极管Q2的基极b通过第四电阻R4连接到控制电路。下拉电阻R5的一端连接到控制电路，另一端连接第二三极管Q2的发射极e并接地。上拉电阻R6的一端连接到高电平Vcc，另一端连接第二三极管Q2的集电极C。第一三极管Ql的集电极c为电平转换电路的输出 。
[0023]第一实施例的工作原理如下:在上电或断电阶段，控制信号为由于下拉电阻R5而处于低电平；第二三极管Q2的基极b为低电平，第二三极管Q2不导通，第二三极管Q2的集电极c由于上拉电阻R6而处于高电平；第一三极管Ql的基极b为高电平，作为高电平的脉冲触发信号使第一三极管Ql导通，第一三极管Ql的发射极e接地，将第一三极管Ql的集电极c拉低至低电平，电平转换电路始终输出低电平。在正常工作阶段，控制信号为高电平，第二三极管Q2的基极b为高电平，第二三极管Q2导通，第二三极管的Q2发射极e接地使得第二三极管Q2的集电极c被拉低至低电平，第一三极管Ql的基极b为低电平，第一三极管Ql不导通，第一三极管Ql的集电极c对脉冲触发信号无影响，电平转换电路输出为高电平的脉冲触发信号。
[0024]下面详细结合图1说明第一实施例的各个电器元件的连接关系:脉冲触发电路包括单稳态芯片U1、NPN型三极管Ql和02、电阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6和R7、电容Cl和C2以及微处理器Ml和晶振Y1。电阻Rl的I号脚接输入信号Input，2号脚接单稳态芯片的I号脚；单稳态芯片的2、3号脚接供电电源￥0:，8号脚接供电电源地6冊，13号脚接电阻1?3的I号脚，14号脚和15号脚分别接电容C2的2号脚和I号脚，15号脚和16号脚分别接电阻R2的2号脚和I号脚；电阻R2的I号脚接VCC ；电容C2的2号脚接GND ；电容Cl的I号脚接VCC，2号脚接GN D ；电阻R3的2号脚接输出信号Output ;微处理器Ml的2、3号脚分别接晶振Yl的2、I号脚，微处理器Ml的OUT端输出控制信号TripEnable JripEnable接电阻R4的I号脚，R4的2号脚接三极管Q2的基极b，三极管Q2的发射极e接GND ;电阻R5的2号脚接GND，I号脚接电阻R4的I号脚；三极管Q2的集电极c接电阻R6的2号脚，电阻R6的I号脚接VCC ;电阻R7的I号脚接三极管Q2的集电极C，2号脚接三极管Ql的基极b，三极管Ql的发射极e接GND，集电极c接输出信号Output。
[0025]前级电路输入信号Input经电阻Rl传输到单稳态芯片U1，单稳态芯片Ul产生脉冲输出，经电阻R3产生脉冲信号Output，传输到后级脱扣电路，驱动脱扣器动作，脉冲信号Output的宽度由R2和C2组成的延时电路决定。若输入信号Input为前级电路产生的短路脱扣信号，则输出信号Output能够正确、快速驱动脱扣器动作。
[0026]微处理器Ml输出控制信号TripEnable, TripEnable通过电阻、NPN型三极管等兀器件与输出信号Output相连。
[0027]当电路单元处于上电或断电过程中时，微处理器Ml处于非工作状态，无法控制TripEnable信号，此时TripEnable信号由于接入下拉电阻R5而处于低电平状态，则三极管Q2基极b为低电平，Q2不导通，Q2集电极c由于接入上拉电阻R6而处于相对高电平状态，则三极管Ql基极b为相对高电平；此时，若发生上电或断电过程中单稳态芯片的脉冲信号误触发，则输出信号Output为相对高电平，则三极管Ql导通，由于Ql发射极e接地，Ql集电极c被拉低到接近于地，即输出信号Output被拉低到地，从而避免了误触发的脉冲信号传输到后级脱扣电路，引起脱扣器的误动作。注意到，微处理器控制控制与保护电器主回路的正常通断，由于此时微处理器处于非工作状态，则控制与保护开关电器处于断开状态，即理论上不会在此非工作状态过程中发生短路故障，从而禁止触发信号的输出在理论上可行。
[0028]当电路单元处于正常工作过程中时，微处理器Ml处于正常工作状态，其输出TripEnable控制信号为高电平，则三极管Q2基极b为高电平，Q2导通，由于Q2发射极e接地，则Q2集电极c被拉低到接近于地，则三极管Ql基极b为低电平，Ql不导通，则输出信号Output不会通过三极管集电极c被拉低到地，输出信号Output能够正常传输到后级脱扣电路。若此时发生短路故障，则I nput型号为前级电路产生的短路脱扣信号，其能够通过单稳态芯片Ul正常输出脉冲信号Output，从而驱动后级脱扣器动作，使控制与保护开关电器正常分断。
[0029]图2揭示了根据本发明的第二实施例的控制与保护开关电器的脉冲控制器的电路结构图。图2所示的实施例的控制与保护开关电器的脉冲控制器包括脉冲触发电路和控制电路。脉冲触发电路输出脉冲触发信号。控制电路输出控制信号，控制信号输出至脉冲触发电路。在正常工作阶段，控制信号控制脉冲触发电路输出脉冲控制信号至脱扣电路，在上电和断电阶段，控制信号控制脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路。
[0030]在图2所示的第二实施例中，脉冲触发电路包括单稳态芯片Ul和延时电路。单稳态芯片Ul接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到脱扣电路。延时电路连接到单稳态芯片，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。控制电路包括微处理器，微处理器输出控制信号，控制信号通过下拉电阻连接至单稳态芯片。
[0031]在图2所示的实施例中，脉冲触发电路包括单稳态芯片Ul和延时电路。单稳态芯片Ui接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到电平转换电路。延时电路连接到单稳态芯片U1，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。控制电路包括微处理器Ml，微处理器Ml输出控制信号，控制信号通过下拉电阻R8连接至单稳态芯片U1。继续参考图1，输入信号Input经第一电阻Rl传输到单稳态芯片Ul,单稳态芯片Ul产生脉冲输出，脉冲输出经第三电阻R3产生输出信号，该输出信号可以是脉冲触发信号或者是一个低电平，输出信号输出给脱扣电路。第二电阻R2和第二电容C2组成延时电路，延时电路确定脉冲触发信号的宽度。
[0032]第二实施例的工作原理如下:在上电或断电阶段，控制信号由下拉电阻R8下拉至低电平，单稳态芯片Ul不工作，不产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路。在正常工作阶段，控制信号为高电平，单稳态芯片Ul工作，产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出为高电平的脉冲触发信号至脱扣电路。
[0033]参考图2所不,第二实施例与第一实施例的不同之处在于,微处理器Ml的输出控制信号TripEnable连接到单稳态芯片Ul的2、3脚，代替第一实施例中的VCC，并在2、3脚接入下拉电阻R8 ;去掉图2中输出信号Output接入的一部分电路。当电路单元处于上电或断电过程中时，微处理器Ml处于非工作状态,无法控制TripEnable信号,此时TripEnable信号由于接入下拉电阻R8而处于低电平状态，则单稳态芯片Ul的3脚为低电平，Ul不工作，则Ul输出端无信号输出，Output为低电平，从而避免了误触发的脉冲信号传输到后级脱扣电路，引起脱扣器的误动作。当电路单元处于正常工作过程中时，微处理器Ml处于正常工作状态，其输出TripEnable控制信号为高电平，则单稳态芯片Ul的3脚为高电平，Ul正常工作。若此时发生短路故障，则Input型号为前级电路产生的短路脱扣信号，其能够通过单稳态芯片Ul正常输出脉冲信号Output，从而驱动后级脱扣器动作，使控制与保护开关电器正常分断。
[0034]本发明提出的控制与保护开关电器的脉冲控制器，在保证快速判定短路信号的基础上，从根本上避免了在供电电源快速变化过程中时，不会错误输出信号，引起脱扣器的误动作，造成控制与保护开关电器的误脱扣。该电路在控制与保护开关电器内使用具有可靠性高、成本低、体积小的特点。
[0035]上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
【权利要求】
1.一种控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，包括: 脉冲触发电路，输出脉冲触发信号； 控制电路，控制电路输出控制信号，在正常工作阶段，所述控制信号为高电平，在上电和断电阶段所述控制信号为低电平； 电平转换电路，连接到脉冲触发电路和控制电路，电平转换电路接收所述脉冲触发信号和控制信号并进行电平转换，经电平转换后的信号输出给脱扣电路。
2.如权利要求1所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，所述脉冲触发电路包括: 单稳态芯片，单稳态芯片接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到电平转换电路； 延时电路，延时电路连接到单稳态芯片，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。
3.如权利要求2所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，所述控制电路包括微处理器，微处理器输出控制信号至电平转换电路。
4.如权利要求3所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于， 输入信号经第一电阻传输到单稳态芯片，单稳态芯片产生脉冲输出，脉冲输出经第三电阻产生脉冲触发信号； 第二电阻和第二电容组成延时电路，延时电路确定脉冲触发信号的宽度。
5.如权利要求3所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，所述电平转换电路包括: 第一三极管，第一三极管的发射极接地，集电极连接到脉冲触发电路，基极通过第七电阻连接到第二三极管的集电极； 第二三极管，第二三极管的基极通过第四电阻连接到控制电路； 下拉电阻，下拉电阻的一端连接到控制电路，另一端连接第二三极管的发射极并接地； 上拉电阻，上拉电阻的一端连接到高电平，另一端连接第二三极管的集电极； 第一三极管的集电极为电平转换电路的输出。
6.如权利要求5所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于， 在上电或断电阶段，控制信号为由于下拉电阻而处于低电平；第二三极管的基极为低电平，第二三极管不导通，第二三极管的集电极由于上拉电阻而处于高电平；第一三极管的基极为高电平，作为高电平的脉冲触发信号使第一三极管导通，第一三极管的发射极接地，将第一三极管的集电极拉低至低电平，电平转换电路始终输出低电平； 在正常工作阶段，控制信号为高电平，第二三极管的基极为高电平，第二三极管导通，第二三极管的发射极接地使得第二三极管的集电极被拉低至低电平，第一三极管的基极为低电平，第一三极管不导通，第一三极管的集电极对脉冲触发信号无影响，电平转换电路输出为高电平的脉冲触发信号。
7.一种控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，包括: 脉冲触发电路，输出脉冲触发信号； 控制电路，控制电路输出控制信号，控制信号输出至所述脉冲触发电路； 在正常工作阶段，所述控制信号控制脉冲触发电路输出脉冲控制信号至脱扣电路，在上电和断电阶段，所述控制信号控制脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路。
8.如权利要求7所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，所述脉冲触发电路包括: 单稳态芯片，单稳态芯片接收输入信号并产生脉冲触发信号，脉冲触发信号传输到脱扣电路； 延时电路，延时电路连接到单稳态芯片，延时电路控制脉冲触发信号的宽度。
9.如权利要求8所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于，所述控制电路包括微处理器，微处理器输出控制信号，控制信号通过下拉电阻连接至单稳态芯片。
10.如权利要求9所述的控制与保护开关电器的脉冲控制器，其特征在于， 在上电或断电阶段，控制信号由下拉电阻下拉至低电平，单稳态芯片不工作，不产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出低电平至脱扣电路； 在正常工作阶段，控制信号为高电平，单稳态芯片工作，产生脉冲触发信号，脉冲触发电路输出为 高电平的脉冲触发信号至脱扣电路。
【文档编号】H02H3/08GK103545784SQ201210241897
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】顾长恂, 张地, 余飞, 季慧玉, 曾萍, 贾峰, 奚泓 申请人:上海电科电器科技有限公司, 浙江正泰电器股份有限公司