用于断路器的恒压供电电路的制作方法

本发明涉及一种具有电子电路的断路器，并且更具体地，涉及一种用于断路器的恒压供电电路，其能够向断路器中的诸如跳闸控制器的电子电路部分供应通过将较宽范围的交流输入电压(例如AC100V～460V)变换为稳定且恒定的小电压而得到的直流恒压。

背景技术：

本发明涉及一种用于断路器的恒压供电电路，能够通过将交流电变换为直流电来将直流恒压供应至用于具有小于几百伏的额定电压的低压断路器或低压漏电断路器(low-voltage earth leakage circuit breaker)的要求低功耗的电子部件。

在这样的用于断路器的恒压供电电路中，以下专利文献可视为现有技术。

(专利文献1)KR10-2005-0040718A

(专利文献2)KR10-1001768B1

然而，在根据专利文献1的现有技术的供电电路的情形下，供应至断路器的为恒流而非恒压。此外，电流通过连接至输出端以为了稳定的电容器(在专利文献1中用附图标记‘C2'表示)而不必要地较多地消耗至地。这会降低供电效率。

此外，在根据专利文献2的现有技术的恒压电路中，连接至与第一晶体管并联的输入端的电阻器(在专利文献2中电阻器用附图标记R11等表示)具有非常大的尺寸。这会导致大的占用面积，高价格和高放热。

技术实现要素：

因此，本公开的方案提供了一种用于断路器的恒压供电电路，能够最小化不必要的电流消耗的、不向输入端安装电阻器并且解决诸如大的占用面积，高价格和高放热的常规问题。

为了实现这些和其他优点以及与本说明书的目的一致，如文中所体现并宽泛描述的，提供了一种用于断路器的恒压供电电路，其从整流电路接收通过将交流电变换为直流电而获得的直流输入电压，该恒压供电电路包括：

第一开关装置，其被配置为在电压降阶后供应直流输入电压；

恒流源，其与第一开关装置并联连接，并且被配置为供应恒定电流；

反馈电路部分，其与第一开关装置和恒流源的输出端公共地连接；

恒压源，其与反馈电路部分连接，并且被配置为供应恒定电压；

电流调节电路部分，其与第一开关装置的输出端连接，并且被配置为调节第一开关装置的输出电流；以及

与电流调节电路部分的输出端和地连接的分压电阻器部分，其包括第一电阻器和第二电阻器，并且被配置为通过第一电阻器和第二电阻器之间的连接节点向反馈电路部分提供恒压供电电路的输出电压的分压。

根据本发明的一个方案，恒流源包括耗尽型金属氧化物半导体(DMOS)晶体管，以及连接至DMOS晶体管的电阻器。

根据本发明的另一个方案，反馈电路部分包括运算放大器。

根据本发明的又一个方案，反馈电路部分包括晶体管。

根据本发明的又一个方案，恒压源包括齐纳二极管。

根据本发明的又一个方案，电流调节电路部分包括限流电阻器；以及晶体管，其根据流经限流电阻器的电流量而接通或关断，并且其中，电流调节电路部分被配置为当晶体管接通时关断第一开关装置。

根据本发明的又一个方案，第一开关装置被配置有在电压降阶后提供直流输入电压的传输晶体管(pass transistor)。

本申请的进一步的适用范围从下文给出的详细描述中将变得更显而易见。然而，应当理解的是，详细的描述和具体示例尽管表明了本发明的优选的实施例，但只是以说明的方式给出的，因为根据该详细描述，本发明的精神和范围内的各种改变和改进对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，其包含在本发明中且构成本发明的一部分，附图中示出了示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出了根据本发明的优选实施例的用于断路器的恒压供电电路的框图；

图2是示出了根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路中的恒流源的实施例的电路图；

图3是示出了根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路中的电流调节电路部分的实施例的电路图；

图4是示出了根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路中的反馈电路部分的实施例的电路图；

图5是示出了根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路中的输入信号和输出信号的波形的波形图；

图6是将现有技术中的与根据负载电阻的变化相符的恒压电路的输出电压的变化与根据本发明的实施例的断路器的恒压供电电路中的与负载电阻的变化相符的恒压电路的输出电压的变化进行比较的波形图；以及

图7是将现有技术中的第一开关装置的漏极和源极之间的电流和电压特性，与根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路中的第一开关装置的漏极和源极之间的电流和电压特性，来进行比较的波形图。

具体实施方式

现将参照附图详细给出根据本发明的用于断路器的恒压供电电路的优选配置的描述。

首先，将参照图1来说明根据本发明实施例的用于断路器的恒压供电电路的配置。

根据本发明实施例的用于断路器的恒压供电电路10可以被配置为固定地安装在诸如模制壳体断路器或漏电断路器的低压断路器的外壳内的印刷电路板。

参照图1，参考数字1指交流电源(下文简称为“AC电源”)，并且可以被配置为三相商用交流电源。

参照图1，参考数字2指用于向恒压供电电路10供应通过将交流电变换为直流电而获得的直流输入电压的整流电路。整流电路可配置有二极管电桥电路。在AC电源1是三相AC电源的情况下，整流电路将三相之一的交流电变换为直流电，进而来供给直流电。

恒压供电电路10包括第一开关装置11、恒流源12、反馈电路部分13、恒压源14、电流调节电路部分15和分压电阻器部分16。

第一开关装置11使供应自整流电路2的直流输入电压降低(换言之“下降”)，并供应直流输入电压。

第一开关装置11可被配置为使电压降阶之后提供直流输入电压的传输晶体管。传输晶体管是一种用于控制高电压和大电流的开关装置。在本发明中，传输晶体管用于利用高电压控制特性和大电流控制特性中的一个或所述特性中的两个。

充当第一开关装置11的传输晶体管的漏极和源极之间的电压V_DS，以及漏极和源极之间的电流I_DS具有图7中所示的特性。参照图7，随着漏极和源极之间的电压V_DS增加，漏极和源极之间的电流I_DS的特性表现出一种收敛至一恒定值的特性。在采用通用晶体管的现有技术中，漏极和源极之间的电流I_DS具有相对较大的收敛值，约为1A。另一方面，在采用传输晶体管的本发明中，漏极和源极之间的电流I_DS具有相对较小的收敛值，约为1mA。

如果约为800V的AC电压施加至断路器来作为AC电源1，则第一开关装置11的漏极和源极之间的电压V_DS可以降低至大约10V。

第一开关装置11可具有与整流电路2的输入端连接的源极、与电流调节电路部分15连接的漏极以及与反馈电路部分13连接的栅极。

恒流源12是一种用于通过与第一开关装置11并联连接来供应恒定电流的器件。恒流源12仅供应反馈电路部分13和恒压源14所需要的最小电流Is。

如图2所示，恒流源12可以包括耗尽型金属氧化物半导体(以下简称为“DMOS”)晶体管12-1以及与DMOS晶体管12-1连接的电阻器12-2。

DMOS晶体管12-1的源极可以与供应自整流电路2的直流输入电压Vin的输入端连接，且DMOS晶体管12-1的漏极可与电阻器12-2连接。

DMOS晶体管12-1是一种开关装置(开关元件)，其能够在未被施加有栅极电压时通过形成电流流动通道而使电流在漏极和源极之间流动，并能够在被施加有栅极电压时通过关闭电流流动通道来断开漏极和源极之间的电流供应。

因而，本发明的DMOS晶体管12-1用来通过在恒压供电电路10的最初操作时刻形成电流流动通道而使电流能在漏极和源极之间流动来向反馈电路部分13供应电流。

然后，如果反馈电路部分13的输出电压Vf形成为施加栅极电压，则DMOS晶体管12-1断开电流流动通道。因此，断开了从直流输入电压Vin到恒流源12的电流路径，且仅保留了第一开关装置11的电流路径。

电阻器12-2可以具有与DMOS晶体管12-1的漏极连接的一端和与DMOS晶体管12-1的栅极和反馈电路部分13连接的另一端。

电阻器12-2限制从DMOS晶体管12-1的漏极到反馈电路部分13的电流流动。

反馈电路部分13与第一开关装置11和恒流源12的输出端公共地连接。

反馈电路部分13与恒压源14和电流调节电路部分15连接。此外，反馈电路部分13连接至分压电阻器部分16的电阻器R1和电阻R2之间。

如果当大量电流流过电流调节电路部分15时电流调节电路部分15内的开关装置接通，则施加到第一开关装置11的栅极上的电压降低到低于阈值电压的值。因此，第一开关装置11关断，且流向恒压供电电路10输出端的输出电流减小。在这种情况下，从反馈电路部分13到第一开关装置11的栅极的电流路径断开，且建立了从反馈电路部分13经过电流调节电路部分15到恒压供电电路10的输出端的电流路径。

一旦第一开关装置11关断，电流调节电路部分15内的开关装置会关断，因为有少量电流流经电流调节电路部分15。而且建立了从反馈电路部分13到第一开关装置11的栅极的电流路径，且第一开关装置11的反馈电压Vf重新施加到第一开关装置11的栅极。因此，第一开关装置11接通。如果大量输出电流流向恒压供电电路10的输出端，则电流调节电路部分15内的开关装置接通且第一开关装置11关断。另一方面，如果少量输出电流流向恒压供电电路10的输出端，则电流调节电路部分15内的开关装置关断且第一开关装置11接通。采用这样的配置，流向恒压供电电路10的输出端的输出电流的量可被恒定地保持。

如上所述，反馈电路部分13用作一种根据电流调节电路部分15的操作状态来接通或关断第一开关装置11的器件。

参照图4，反馈电路部分13可包括运算放大器13a。

在另一实施例中，反馈电路部分13可以配置有晶体管(未示出)。如果反馈电路部分13配置有双极型晶体管，则该双极型晶体管的集电极与恒流源12和第一开关装置11连接，且双极型晶体管的基极与分压电阻器部分16的电阻器R1和电阻器R2连接。并且，双极型晶体管的发射极与恒压源14连接。

恒压源14与反馈电路部分13连接，并向反馈电路部分13供应作为恒定电压的参考电压Vref。

恒压源14可以配置有齐纳二极管。

电流调节电路部分15与第一开关装置11的输出端连接，并且将第一开关装置的输出电流调节为恒定的。

参照图3，电流调节电路部分15包括限流电阻器15-2以及根据流向限流电阻器15-2的电流量而接通或关断的晶体管15-1。并且，电流调节电路部分15配置为当晶体管15-1接通时关断第一开关装置11。

即，如果当大量电流流经限流电阻器15-2时晶体管15-1接通，则施加到第一开关装置11的栅极的电压降低到小于阈值电压的值。因此，第一开关装置11关断。从而，减小了流向恒压供电电路10的输出端的输出电流的量。

当第一开关装置11关断时，由于流经电流调节电路部分15的电流量减少，晶体管15-1关断。并且，建立了从反馈电路部分13到第一开关装置11的栅极的电流路径，且第一开关装置11的反馈电压Vf重新施加到第一开关装置11的栅极。因此，第一开关装置11接通。如果大量输出电流流向恒压供电电路10的输出端，则电流调节电路部分15的晶体管15-1接通且第一开关装置11关断。另一方面，如果少量输出电流流向恒压供电电路10的输出端，则电流调节电路部分15的晶体管15-1关断且第一开关装置11接通。采用这样的配置，流向恒压供电电路10的输出端的输出电流的量可被恒定地保持。

分压电阻器部分16连接至电流调节电路部分15的输出端和地之间，并包括第一电阻器R1和第二电阻器R2。

分压电阻器部分16通过第一电阻器R1和第二电阻器R2之间的连接节点，向反馈电路部分13提供恒压供电电路10的输出电压Vout的分压。

将主要参照图1以及其他附图的辅助来说明根据本发明的实施例的用于断路器的恒压供电电路的操作。

由于供应自AC电源1的交流电通过图1的整流电路2变换(整流)为直流电，因此直流输入电压Vin供应到恒压供电电路10。

在直流输入电压Vin供应到恒压供电电路10的最初时刻时，第一开关装置11关断，且恒流源12的DMOS晶体管12-1形成了电流流动通道。DMOS晶体管12-1通过使电流能在DMOS晶体管12-1的漏极和源极之间流动而向反馈电路部分13供应电流。

因而，恒流源12供应由反馈电路部分13和恒压源14所需的最小电流Is。

反馈电路部分13向第一开关装置11和电流调节电路部分15施加恒压源14的参考电压Vref以及与分压电阻器部分16的第一电阻器R1和第二电阻器R2的比率相符的电压。

即，通过反馈电路部分13施加的电压可按如下方式获得。

这里，Vf指代反馈电路部分13的输出电压(施加电压)，V_ref指代提供自恒压源14的参考电压，且R1和R2指代第一电阻器的电阻和第二电阻器的电阻。

Vref具有提供自恒压源14的恒定参考电压，并且R1和R2中的每个具有恒定电阻值。从而，反馈电路部分13的输出电压(施加电压)具有恒定值。

由于反馈电路部分13的输出电压大于第一开关装置11的栅极阈值电压，因此当施加输出电压时第一开关装置11接通。

直流输入电压Vin通过接通的第一开关装置11而降低至期望值，并施加到电流调节电路部分15。

根据反馈电路部分13的输出电压Vf、第一开关装置11的栅极-源极电压Vgs和电流调节电路部分15的电压降Vq之间的关系，恒压供电电路10的最终输出电压Vout可以如下式2来获得。

Vout＝Vf-Vgs-Vq-------------------------------(式2)

这里，反馈电路部分13的输出电压Vf是如上述的常数，如果直流输入电压Vin是恒定的，则第一开关装置11的栅极-源极电压Vgs是恒定的，并且电流调节电路部分15的电压降Vq是恒定的。因此，恒压供电电路10的最终输出电压Vout可以被恒定地保持。

电流调节电路部分15的晶体管15-1根据流经电流调节电路部分15的电流量而接通或关断，由此恒定地保持恒压供电电路10的输出电流。

例如，如图5所示，当供应自整流电路2的直流电压的峰值是80V时，恒压供电电路10的最终输出电压Vout可以恒定地保持为约15V。

参照图6，在现有技术中，恒压供电电路的最终输出电压Vout随负载的增加而增加。另一方面，在本发明中，随着负载增加，恒压供电电路10的最终输出电压Vout可以被恒定地保持。

恒压供电电路10的最终输出电压Vout供应到图1的零电流互感器(ZCT(Zero Current Transformer))4、漏电流检测电路部分3、跳闸开关6以及跳闸线圈和开关机构5等。

ZCT 4是输出与流向地的漏电流对应的电压信号的元件。

漏电流检测电路部分3将与ZCT 4的输出电压有关的参考值(用于确定预定漏电所设定的参考值)与ZCT 4的输出电压信号所表示的值进行比较。如果ZCT 4的输出电压的值不小于参考值时，则判定已发生漏电，且跳闸开关6被控制而切换到关闭位置。跳闸开关6可配置有诸如晶体管的开关装置。

然后，当跳闸开关6切换到关闭位置时，恒压供电电路10的最终输出电压Vout供应到跳闸线圈和开关机构5中的跳闸线圈。因此，相应的跳闸线圈被磁化。

当诸如业余装置(未示出)的跳闸机构通过跳闸线圈的磁化来执行触发操作时，跳闸线圈和开关机构5将可动触臂(未示出)驱动到可动触臂与固定触臂分离的位置。因此，断开了电路，并且保护了电路、连接至电路的电负载(使用设备)等免于漏电。

根据本发明的用于断路器的恒压供电电路可具有以下优点。

首先，由于根据本发明的用于断路器的恒压供电电路包括恒流源而非现有技术中安装在输入端处的用于电压降的电阻器，因此可以解决因电阻器而导致的放热、大的占用面积和高价格。

其次，在根据本发明的用于断路器的恒压供电电路中，设置为输入电压的恒定DC电压可以通过恒流源、传输晶体管和反馈电路部分而降低。

第三，因为根据本发明的用于断路器的恒压供电电路包括电流调节电路部分，所以供应经限制的电流直到每个反馈电路部分的输出电压变得稳定。另外，如果反馈电路部分的输出电压稳定至恒压供电电路的最终输出电压的级别，则限制了不必要的电流消耗。这可以使得恒压供电电路的输出电流和输出电压被恒定地保持，而与输出侧负载的变化无关。

第四，在根据本发明的用于断路器的恒压供电电路中，由于电流消耗小而可以减少备用电源。

由于这些特征可以在不背离其特性的情况下以多种形式实施，因此应当理解的是，除非另有说明，上述的实施例不受前述的任何细节所限制，而是应该在所附的权利要求所限定的范围内宽泛地解释，因此落在权利要求的界限和边界内或者此类界限和边界的等同布局内的全部改变和改进，旨在由所附权利要求包含。