一种断路器的管理电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种断路器的管理电路。

背景技术：

现今，绿色再生电源越来越受欢迎，如风力发电、太阳能发电等分布式电源。世界各国都越来越重视分布式发电系统并网发电的利用，分布式电源也正从补充能源向替代能源的方向不断发展。

目前，分布式电源在实际的使用中，也存在着自身的问题，而其中最大的问题还属孤岛效应。所谓孤岛效应是指：电力公司提供的电网电源因故障事故或停电维修等原因而脱跳时，各个用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态，因而未将自身切离电网电源，从而形成由分布式并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。孤岛效应对电力公司输电线路维修人员造成安全危害；影响配电系统上的保护开关动作程序；电力孤岛区域所发生的供电电压和频率不稳定等。

但是，现有技术中没有有效解决孤岛效应的技术方案。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种断路器的管理电路，防止分布式电源并网系统中的孤岛效应，解决现有技术的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种断路器的管理电路，其路应用于分布式并网发电系统，所述断路器的管理电路包括：脱扣线圈驱动电路，其输出端连接所述断路器的脱扣线圈；采样电路，其输入端连接电网电源，用以实时采集电网电源的参数；控制电路，其第一输入端连接所述采用电路的输出端以接收所述电网电源的参数，其第一输出端连接所述脱扣线圈驱动电路的输入端以控制所述脱扣线圈驱动电路；延时电路，其输出端连接所述控制电路的第二输入端，用以设定延时时间；电源转换电路，其输入端连接所述电网电源，用以将所述电网电源的高压交流电源转换成低压直流电源并传输至所述脱扣线圈驱动电路、控制电路、延时电路、及断路器的脱扣线圈；其中，所述电网电源与分布式电源、及负载分别通过所述脱扣线圈相连；所述控制电路判断所述电网电源的参数是否满足失压或者断电条件；若满足，则所述控制电路在经过所述延时时间后令所述脱扣线圈驱动电路驱动所述脱扣线圈释放断电，以断开所述电网电源与所述分布式电源、以及所述电网电源与所述负载之间的连接。

于本发明的一实施例中，所述断路器的管理电路包括自动合闸驱动电路，其输入端连接所述控制电路的第二输出端并受控于所述控制电路，其输出端连接所述断路器的电动操作机构；所述自动合闸驱动电路还连接所述电源转换电路的输出端以获取电源；其中，所述控制电路判断所述电网电源的参数是否满足通电条件；若满足，则所述控制电路令所述脱扣线圈驱动电路驱动所述脱扣线圈吸合，且令所述自动合闸驱动电路驱动所述断路器的电动操作机构再扣合闸，以连接所述电网电源与所述分布式电源、以及连接所述电网电源与所述负载。

于本发明的一实施例中，所述自动合闸驱动电路包括第一隔离传输件、第二隔离传输件；所述第一隔离传输件初级输入端接有第一低压直流电源，其输出端连接第一电阻的一端；所述第一电阻的另一端连接至所述控制电路；所述第一隔离传输件次级输入端接有第二低压直流电源，其输出端连接至所述断路器的电动操作机构；所述第二隔离传输件初级输入端接有第一低压直流电源，其输出端连接第二电阻的一端；所述第二电阻的另一端连接至所述控制电路；所述第二隔离传输件次级输入端接有第二低压直流电源，其输出端连接至所述断路器的电动操作机构；其中，所述控制电路输出低电平至第一电阻、及第二电阻，以令所述第一隔离传输件、第二隔离传输件工作，从而驱动所述断路器的电动操作机构进行再扣、及合闸。

于本发明的一实施例中，所述电网电源的参数包括所述电网电源的电压值和/或电流值。

于本发明的一实施例中，所述脱扣线圈驱动电路包括：第一二极管，其阳极连接电网电源的相线l，其阴极连接第一场效应管的漏极；所述第一场效应管的栅极分别连接第三电阻的一端以及第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端连接第三隔离传输件次级的输出端，所述第三隔离传输件次级的输入端接有第三低压直流电源；所述第三隔离传输件初级的输入端接有第一低压直流电源且其输出端连接第五电阻的一端；所述第五电阻的另一端连至所述控制电路；所述第三电阻的另一端连接所述第一场效应管的源极且与第二二极管的阳极相连并接地；所述第二二极管的阴极与第三二极管的阴极相连，所述第三二极管的阳极接有第四低压直流电源；所述第二二极管的阴极还连接所述脱扣线圈的一端，所述脱扣线圈的另一端连接第二场效应管的漏极且其两端并联有一反向保护的第四二极管；所述第二场效应管的栅极分别连接第六电阻的一端以及第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端连接第五二极管的阳极，且连接所述第二场效应管的源极并接地；所述第五二极管的阴极连接所述电网电源的中性线n；所述第六电阻的另一端连接第二场效应管驱动芯片的驱动输出端；所述场效应管驱动芯片的驱动输入端连至所述控制电路；所述第二场效应管驱动芯片还连接第五低压直流电源。

于本发明的一实施例中，所述隔离传输件包括光耦合器。

于本发明的一实施例中，所述延时电路包括定时器；所述定时器控制四个阻容延时电路的通断，以设定延时时间。

于本发明的一实施例中，所述延时电路设定多个档位的延时时间。

于本发明的一实施例中，所述采样电路包括整流二极管、分压电阻、及滤波电容，分别用以对电网电源进行整流、分压、及滤波，以将所述电网电源从高压交流换成第六低压直流电源并输送至所述控制电路。

于本发明的一实施例中，所述电源转换电路包括ac/dc电源电路、以及储能与电压变换电路；所述储能与电压变换电路包括第六二极管，其阳极连接三个拉法电容、及第八电阻的一端，其阴极连接第三低压直流电源、所述第八电阻的另一端、第一线性电源、及第二线性电源。其中，所述三个拉法电容用以储能；所述第一线性电源用以将第三低压直流电源转换成第二低压直流电源；所述第二线性电源用以将第三低压直流电源转换成第四低压直流电源。

如上所述，本发明提供一种断路器的管理电路，所述断路器的管理电路包括：脱扣线圈驱动电路、采样电路、控制电路、延时电路、电源转换电路、及自动合闸驱动电路。所述采样电路实时采集电网电源的电压或者电流等参数，并且将采集到的电网电源的参数传输至所述控制电路；所述控制电路根据所述电网电源的参数判断所述电网电源的状态；若处于失压或者断电状态，则在延时一段时间后将电网电源与分布式电源，以及电网电源与负载断开；若处于通电的状态，则连接电网电源与分布式电源，以及电网电源与负载。本发明的断路器的管理电路根据电网状态灵活控制断路器，有效防止了分布式电源并网系统中的孤岛效应问题，从而保障了维修人员造的安全，配电系统上的保护开关免受影响，也提升了供电电源的质量。

附图说明

图1显示为本发明于一实施例中的断路器的管理电路的功能模块示意图。

图2显示为本发明于一实施例中的脱扣线圈驱动电路的示意图。

图3显示为本发明于一实施例中的延时电路的示意图。

图4显示为本发明于一实施例中的采样电路的示意图。

图5显示为本发明于一实施例中的ac/dc电源电路的示意图。

图6显示为本发明于一实施例中的储能与电压变换电路的示意图。

图7显示为本发明于一实施例中的储能与电压变换电路的示意图。

图8显示为本发明于一实施例中的控制电路的示意图。

元件标号说明

111脱扣线圈驱动电路

112采样电路

113控制电路

114延时电路

115电源转换电路

116自动合闸驱动电路

121脱扣线圈

122电动操作机构

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，所述断路器的管理电路包括：脱扣线圈驱动电路111、采样电路112、控制电路113、延时电路114、电源转换电路115、及自动合闸驱动电路116；图1中还展示了断路器的脱扣线圈121、以及断路器的电动操作机构122。

在一实施例中，所述脱扣线圈驱动电路111的输出端连接所述断路器的脱扣线圈121，以驱动所述断路器的脱扣线圈121吸合、及释放；所述采样电路112的输入端连接电网电源，用以实时采集电网电源的参数；所述控制电路113的第一输入端连接所述采用电路112的输出端以接收所述电网电源的参数，且其第一输出端连接所述脱扣线圈驱动电路111的输入端以控制所述脱扣线圈驱动电路111；所述延时电路114的输出端连接所述控制电路113的第二输入端，用以设定延时时间；所述电源转换电路115的输入端连接所述电网电源，以将所述电网电源的高压交流电源转换成低压直流电源并传输至所述脱扣线圈驱动电路111、控制电路113、延时电路114、及断路器的脱扣线圈121。

所述电网电源与分布式电源、及负载分别通过所述脱扣线圈相连；所述控制电路113判断所述电网电源的参数是否满足失压或者断电条件；若满足，则所述控制电路113在经过所述延时时间后令所述脱扣线圈驱动电路111驱动所述脱扣线圈121释放断电，以断开所述电网电源与所述分布式电源、以及所述电网电源与所述负载之间的连接。

在一实施例中，所述管理电路还包括自动合闸驱动电路116，其输入端连接所述控制电路113的第二输出端并受控于所述控制电路113，其输出端连接所述断路器的电动操作机构122；所述自动合闸驱动电路116还连接所述电源转换电路115的输出端以获取电源；所述控制电路113判断所述电网电源的参数是否满足通电条件；若满足，则所述控制电路令所述脱扣线圈驱动电路驱动所述脱扣线圈吸合，且令所述自动合闸驱动电路驱动所述断路器的电动操作机构再扣合闸，以连接所述电网电源与所述分布式电源、以及连接所述电网电源与所述负载。所述自动合闸驱动电路在电网恢复供电时自动将断路器合上，避免了人工合闸带来的不便及不安全性；因此，大幅提升了电网的运行可靠性和稳定性。

所述电网电源的参数可以是电网电源的实测电压值，也可以是电网电源的实测电流值，还可以是电网线路的阻抗值等参数。于本实施例中，电网电源的实测电压值低于额定电压值的20％，即认为电网电源处于失压或者断电的状态；电网电源的实测电压值高于额定电压值的20％，即认为电网电源处于通电状态。需要说明的是，判断所述电网电源是否处于失压或者断电状态或者是否处于通电状态，并不受限于本实施例中通过电网电源电压值的方式；在其他的实施例中，用户也可以通过判断电流值是否大幅偏离额定值等条件判断电网是否处于失压、断电、或者通电等状态。

在一实施例中，如图2所示，所述自动合闸驱动电路包括第一隔离传输件、第二隔离传输件；其中，各所述隔离传输件可以是光耦合器，也可以是磁耦合器，或者其他具有隔离与传输作用的器件。于本实施例中，所述第一隔离传输件为光耦合器u4、所述第二隔离传输件为光耦合器u5。光耦合器u4初级输入端接有第一低压直流电源vcc1，其输出端连接第一电阻r13的一端；所述电阻r13的另一端连至控制电路的输出端offcontrol；所述光耦合器u4的次级输入端接有第二低压直流电源vcc5，输出端连接至所述断路器的电动操作机构的控制端s2。所述光耦合器u5初级输入端接有低压直流电源vcc1，其输出端连接第二电阻r14的一端；所述电阻r14的另一端连至控制电路的输出端oncontrol；所述光耦合器u5的次级输入端接有低压直流电源vcc5，输出端连接至所述断路器的电动操作机构的控制端s4。其中，当所述控制电路的输出端oncontrol输出低电平时，所述光耦合器u5的发光二极管导通发光并触发所述光耦合器u5的光敏元件，以使所述电动操作机构的控制端s4的电压等于低压直流电源vcc5；相似的工作原理，当所述控制电路的输出端offcontrol输出低电平时，所述电动操作机构的控制端s2的电压等于低压直流电源vcc5。

所述自动合闸驱动电路的工作过程为：所述控制电路通过所述采样电路判断电网电源通电正常，则令所述延时电路设定第一延时时间，且在经过所述第一延时时间后使输出端offcontrol输出低电平，以施加低压直流电源vcc5于所述电动操作机构的控制端s2的电压等驱动断路器进行再扣操作；断路器完成再扣操作之后，所述控制电路令所述延时电路设定第二延时时间，且在经过所述第二延时时间后使输出端oncontrol输出低电平，以以施加低压直流电源vcc5于所述电动操作机构的控制端s4并驱动断路器进行合闸操作。于本实施例中，所述第一延时时间为2秒，所述第二延时时间为1秒。需要说明的是，各所述延时时间并不受限于本实施例，用户在实际使用中可以自行设置具体的延时时间。

在一实施例中，如图3所示，所述脱扣线圈驱动电路包括：第一二极管d1，其阳极连接电网电源的相线l，其阴极连接场效应管q1的漏极；所述场效应管q1的栅极分别连接第三电阻r3、第四电阻r2的一端；所述电阻r3的另一端连接所述场效应管q1的源极且与第二二极管d2阳极相连并接地；所述电阻r2的另一端连接第三隔离传输件光耦合器u1次级的输出端；所述光耦合器u1次级的输入端接有第三低压直流电源vcc2；所述光耦合器u1初级的输入端接有低压直流电源vcc1且其输出端连接第五电阻r1的一端；所述电阻r1的另一端连接所述控制电路的输出端driveup；所述二极管d2的阴极连接第三二极管d4的阴极，所述二极管d4的阳极接有第四低压直流电源vcc4；所述二极管d2的阴极还连接脱口线圈coil1的一端；所述脱扣线圈coil1的另一端连接场效应管q2的漏极且其两端并联有方向保护第四二极管d3；所述场效应管q2的栅极分别连接第六电阻r4、以及第七电阻r5的一端，所述电阻r5的另一端连接第五二极管d5的阳极且连接所述场效应管q2的源极并接地。所述二极管d5的阴极连接所述电网电源的中性线n；所述电阻r4的另一端连接场效应管驱动芯片u2的输出端driveout；所述场效应管驱动芯片u2的输入端drivein连至所述控制电路的输出端drivedown。所述场效应管驱动芯片u2还连接第五低压直流电源vcc3。

所述脱扣线圈驱动电路的工作过程为：

所述控制电路根据所述采用电路判断所述电网电源处于失压或者断电状态时，则令所述延时电路设定第三延时时间，且在经过所述第三延时时间后使输出端drivedown输出低电平，以令所述场效应管驱动芯片u2驱动所述场效应管q2截止。从而使所述脱扣线圈coil1释放。

所述控制电路根据所述采用电路判断所述电网电源处于正常通电状态时，则令其输出端driveup输出低电平、输出端drivedown输出高电平，以使所述光耦合器u1的发光二极管导通发光并触发所述光耦合器u1的光敏元件，以导通所述场效应管q1，且令所述场效应管驱动芯片u2驱动所述场效应管q2导通。所述电网电源经由相线l、二极管d1、场效应管q1、二极管d2、脱扣线圈coil1、场效应管q2、及中性线n构成通电回路。此时，所述脱扣线圈coil1处于高压通电状态。由于脱扣线圈长时间高压通电会有烧毁的风险，故所述控制电路令所述延时电路设定第四延时时间，且在经过所述第四延时时间后使输出端dirveup输出高电平，以令所述场效应管q1截止。从而，低压直流电源vcc4、二极管d4、脱扣线圈coil1、场效应管q2、二极管d5、及中性线n构成通电回路。此时，所述脱扣线圈coil1处于低压通电状态，并保持此状态。其中，所述第四延时时间于本实施例中为100毫秒；需要说明的是，各所述延时时间并不受限于本实施例，用户在实际使用中可以自行设置具体的延时时间。

在一实施例中，如图4所示，所述延时电路包括定时器s1，所述定时器s1共设0档至9档，总共十个档位的延时时间，所述十个档位的延时时间分别为1秒～10秒，每1秒为一个档位。其中，所述定时器s1的端口5、端口6、端口7、及端口8连接低压直流电源vcc1；所述定时器s1的端口1、端口2、端口3、及端口4分别连接一个阻容延时电路；还分别连接至所述控制电路的输入端delay1、输入端delay2、输入端delay3、及输入端delay4。所述定时器s1的端口1和端口8、端口2和端口7、端口3和端口6、及端口4和端口5，分别通过一开关相连。具体的，例如所述定时器s1设定延时时间为0档时，所述定位器的端口1和端口8接通，端口2和端口7接通，端口3和端口6接通，端口4和端口5接通；所述控制电路检测各输入端的电平，并按照从输入端delay4至输入端delay1的顺序读取，则所述控制电路读取0档位的值为1111，对应延时时间为1秒。再例如，所述定时器s1设定延时时间为1档时，所述定位器的端口1和端口8断开，其余保持不变，则所述控制电路读取1档位的值为1110，对应延时时间为2秒。

在一实施例中，如图5所示，所述采用电路包括整流二极管d6，所述整流二极管d6的阳极连接电网电源的相线l，其阴极连接分压电阻r6的一端；所述分压电阻r6的另一端连接分压电阻r7的一端；所述分压电阻r7的另一端连接第六低压直流电源v1及分压电阻r8的一端；所述分压电阻r8的另一端接地gnd1；所述电源v1与所述地gnd1之间连接有滤波电容c1。

所述采用电路的工作过程为：所述采样电路接入交流电网电源，由于所述控制电路的ad采样计算只能采样电压值大于0的电压，所以交流电网电源需要经过整流二极管d6进行整流。所述电网电源整流成直流电源之后，经过所述电阻r6、电阻r7、及电阻r8分压，用以将所述电网电源变换为所述控制电路可以采样的低电压v1。所述滤波电容c1起到滤波的作用，以滤除电网电源中存在的干扰。所述采样电压v1接至所述控制电路的采样输入端，以进行采样计算。

在一实施例中，如图6和图7所示，所述电源转换电路包括ac/dc电源电路、以及储能与电压变换电路。

图5中的ac/dc电源电路由输入整流滤波电路、缓冲电路、输出整流滤波电路、反馈控制电路、辅助电源电路、pwm控制电路和高频变压器组成。电网电源的输入电源l经过二极管d7和电容c6组成半波整流滤波电路，把输入的交流电源变换成直流电源。电阻r15、电容c7、及二极管d8组成缓冲电路，主要吸收pwm控制器u6关断时高频变压器t1的端口3和端口5因电感产生的高压尖峰电压，保护pwm控制器u6不被电压损坏。二极管d9和电容c8组成输出滤波电路，将脉冲电压变换成低压直流电源vcc4；所述低压直流电源vcc4用以为所述脱扣线圈提供保持电压、为所述管理电路供电。二极管d10和电容c9组成整流滤波电路，输出低压直流电源vcc2，为所述脱扣线圈驱动电路中的场效应管q1的驱动电源。电阻r16作为低压直流电源vcc2的负载，提高低压直流电源vcc2的稳定性。变压器t1的端口1和端口2组成的辅助绕组、二极管d11、电阻r20、电容c12组成辅助电源，从而给所述pwm控制器u6提供直流工作电源。电阻r17、电阻r18、电阻r19、电容c10、光耦合器u7、线性电源u8、以及电容c11组成反馈控制电路。当低压直流电源vcc4升高时，通过所述反馈控制电路调整所述pwm控制器u6的占空比以降低所述低压直流电源vcc4；当所述低压直流电源vcc4变低时，通过反馈控制电路调整u6的占空比以提高所述低压直流电源vcc4。所述pwm控制器u6是所述ac/dc电源电路的核心，其包括高压mosfet管。当所述高压mosfet管导通时，所述变压器t1初级的端口3和端口5组成的电感存储能量，而当所述高压mosfet管截止时，所述变压器t1的端口3和端口5组成的电感释放并传输能量至所述变压器t1次级的端口9和端口10组成的线圈，再经过二极管d9和电容c8组成输出滤波电路，将脉冲电压变换成低压直流电源vcc4。所述pwm控制器u6以一定的频率进行开关控制，完成高压直流电变换低压直流电。

图6中的储能与电压变换电路包括由三个法拉电容c13、法拉电容c14、及法拉电容c15组成的储能电容单元。所述储能电容单元用以在电网电源失压或断电时在设定的延时时间内使所述脱扣线圈保持通电。当所述电网电源通电正常时，通过电阻r21为所述储能电容单元充电；当所述电网电源失压或者断电时，所述储能电容单元通过第六二极管d12为所述管理电路供电。线性电源u8用以将低压直流电源vcc4变换成低压直流电源vcc1。线性电源u9用以将低压直流电源vcc4变换成低压直流电源vcc3。

在一实施例中，如图8所示，所述控制电路包括来自所述采样电路的采样电压v1的输入端，所述控制电路根据采样电压v1判断所述电网电源是否处于失压或者断电状态，或者处于正常通电状态。所述控制电路实时采集所述延时电路的输出端delay1,delay2,delay3,delay4的高/低电平，并据以计算延时时间。所述控制电路通过输出端drivedown、输出端driveup控制所述脱扣线圈驱动电路。所述控制电路通过输出端oncontrol、输出端offcontrol控制所述自动合闸驱动电路。

综上所述，本发明提供的述断路器的管理电路包括：脱扣线圈驱动电路、采样电路、控制电路、延时电路、电源转换电路、及自动合闸驱动电路。所述采样电路实时采集电网电源的电压或者电流等参数，并且将采集到的电网电源的参数传输至所述控制电路；所述控制电路根据所述电网电源的参数判断所述电网电源的状态；若处于失压或者断电状态，则在延时一段时间后将电网电源与分布式电源，以及电网电源与负载断开；若处于通电的状态，则连接电网电源与分布式电源，以及电网电源与负载。本发明的断路器的管理电路根据电网状态灵活控制断路器，有效防止了分布式电源并网系统中的孤岛效应问题，从而保障了维修人员造的安全，配电系统上的保护开关免受影响，也提升了供电电源的质量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。