过流保护继电器电路及过流保护继电器的制作方法

本实用新型首先涉及一种电路，尤其是涉及一种用于过流保护继电器的电路。

其次，本实用新型还涉及一种以过流保护继电器。

背景技术：

过流保护继电器是通过过电流保护动作来实现对元件的保护的器件。该器件侧重于其保护功能可以总体概括为相元件和接地元件的反时限过流保护、短延时保护、瞬电流互感器变比时过流保护、过负荷告警、区域互锁，自身完善的自检功能，确保继电器为一次设备提供可靠的保护。

现有的过电流保护继电器主要由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成，电流互感器和电流继电器组成测量元件，用来判断通过线路电流是否超过标准，时间继电器为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性，信号继电器用来发出保护动作信号。正常运行时，电流继电器和时间继电器的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，电流继电器动作，通过其触点启动时间继电器，经过预定的延时后，时间继电器触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，断路器跳闸，故障线路被切除。故过流保护继电器是电力系统继电保护和自动输配电系统中常用的过流保护型电子器件，用于切除故障、发出跳闸指令并终止事件。

目前的过流保护继电器由于其内部控制电路主要由分立器件构成，导致其具有较大的漏电流。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有过流保护继电器所存在的问题，在此的目的在于提供一种由分立器件和继电器相结合构成混合式结构的过流保护继电器电路。

此外，本申请在此的第二个目的在于提供一种由本申请所提供的电路所构成的过流保护继电器。

为了实现本实用新型的目的，所提供的过流保护继电器电路包括继电器、主控电路、晶体管开关电路以及电流采样电路，所述继电器的线圈串联于整个电路电源正极输入端和所述晶体管开关电路的电源端之间；所述主控电路的信号输出端连接至所述晶体管开关电路的控制端，所述电流采样电路的输出端连接至所述主控电路的信号输入端，所述继电器的两个触点分别连接导线作为整个电路的正负极输出端，所述电流采样电路的信号输入端电连接至所述继电器的输出端。

本申请所提供的电路采用继电器和分立器件混合式电路结构，克服了因固体继电器输出存在漏电流的缺点。此外，本申请所提供的电路结合了电流采样电路及主控电路等功能电路，结合烧写入主控电路中的程序，即可实现I²t反时限过流保护特性。

进一步的，本申请所提供的过流保护继电器电路还包括稳压滤波电路，电路电源经所述稳压滤波电路后为所述主控电路及所述电流采样电路提供工作电压。通过稳压滤波电路有效抑制了接入电源中的浪涌电流，使接入电路的电源平稳，减少了电源中的波动电流对电路所产生的干扰。

进一步的，所述主控电路上预留有数据接收端和数据发送端。通过预留的数据接收端和数据发送端，再配合RS323数据线与上位机的通信连接，实现了I²t反时限可编程性，负载电流值在线监测。

进一步的，所述电流采样电路包括霍尔传感器集成电路。利用霍尔传感器构成电流采样电路，使本申请所提供的过流保护继电器电路可以测量任意波形的电流和电压，使电路具有良好的电气隔离，精度高且测量范围宽。

进一步的，所述主控电路配置为根据I²t曲线输出控制指令。更好地实现了I²t反时限过流保护。

本实用新型第二个目的所提供的过流保护继电器具有以下两种结构：

第一种，该继电器包括继电器、控制电路板A、控制电路板B、空腔密封壳体、以及插脚组，所述继电器、所述控制电路板A和所述控制电路板B安装于所述空腔密封壳体内，所述插脚组安装于所述空腔密封壳体的底板上；所述控制电路板A和所述控制电路板B上布设有本实用新型所提供的任何一种过流保护继电器电路；所述插脚组包括正极电源插脚A、正极电源插脚B、负极电源插脚、正极输出插脚和负极输出插脚，所述正极电源插脚A、所述正极电源插脚B和所述负极电源插脚连接至所述过流保护继电器电路的电源输入端，所述正极输出插脚和所述负极输出插脚分别与所述过流保护继电器电路的正负极输出端连接。

该结构将分立器件和继电器相结合的安装于空腔密封壳体内，形成分立器件和继电器独立混合式结构，该继电器相比于固态继电器单独由分立器件结构而言，具有无漏电流，保障了继电器的使用安全。

第二种，该继电器包括继电器、控制电路板A、控制电路板B、空腔密封壳体、以及插脚组，所述继电器、所述控制电路板A和所述控制电路板B安装于所述空腔密封壳体内，所述插脚组安装于所述空腔密封壳体的底板上；所述控制电路板A和所述控制电路板B上布设有本申请所提供的带有数据发送端和数据接收端的过流保护继电器电路；所述插脚组包括正极电源插脚A、数据发送插脚、数据接收插脚、正极电源插脚B、负极电源插脚、正极输出插脚和负极输出插脚，所述正极电源插脚A、所述正极电源插脚B和所述负极电源插脚连接至所述过流保护继电器电路的电源输入端，所述正极输出插脚和负极输出插脚分别与所述过流保护继电器电路的正负极输出端连接；所述数据发送插脚和所述数据接收插脚与所述主控电路上预留的数据接收端和数据发送端连接。

该结构将分立器件和继电器相结合的安装于空腔密封壳体内，形成分立器件和继电器独立混合式结构，该继电器相比于固态继电器单独由分立器件结构而言，具有无漏电流，保障了继电器的使用安全。此外，该结构还设置有数据接收插脚和数据发送插脚，配合使用RS232数据线即可实现过流保护继电器与上位机之间的通信连接，实现I²t反时限可编程性以及负载电流值在线监测，再结合上位机还能实现故障报警。

进一步的，以上两种结构的过流保护继电器中所述插脚组和所述底板之间布设有玻璃绝缘子。

进一步的，以上两种结构的过流保护继电器还包括安装于所述空腔密封壳体两侧的安装架。通过安装架可以方便地将过流保护继电器进行安装。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的电路结构采用分立器件和电磁继电器相结合的混合式结构，相比于固态继电器的分立器件结构而言，具有无漏电流、I2t特性可编程、负载电流值在线监测、故障报警输出等优点，体积小(22mm×13mm×23mm)，重量轻(50g)。通过数据发送端/插脚和数据接收端/插脚，能够实现产品与上位机的数据共享。

附图说明

图1为本实用新型所提供的过流保护继电器电流的原理图；

图2为本实用新型所提供的过流保护继电器电流的电路原理图；

图3为本实用新型所提供的过流保护继电器的外观图；

图4为本实用新型所提供的过流保护继电器的剖视图；

图中：1-接触器，2-控制电路板A，3-控制电路板B，4-空腔密封壳体，5-底板，6-玻璃绝缘子，7-插脚组，8-安装架，9-有机导热硅胶，10-正极电源插脚A，11-数据发送插脚，12-数据接收插脚，13-正极电源插脚B，14-负极电源输入插脚，15-正极输出插脚OUT+，16-负极输出插脚OUT-。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本申请所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

本申请在此所要求保护的技术方案有两个，一个是用于过流保护继电器的电路，另一个是具有I²t反时限特性的过流保护继电器，其中过流保护继电器电路的原理框图和电路原理图分别如图1和图2所示；过流保护继电器的结构分别如图3和图4所示。

如图1和2所示，过流保护继电器电路包括了用于使负载接通电源或分段电源的继电器J1、用于使继电器JI触点断开而切断输出的晶体管开关电路、用于数据处理的主控电路和用于采集继电器输出电流的电流采样电路；继电器J1的线圈串联于整个电路的正极电源输入端和晶体管开关电路的电源端之间，主控电路的信号输入端连接电流采样电路的信号输出端，实现电流采集电路所采集到的电流输入主控电路中，主控电路的信号输出端连接至晶体管开关电路的控制端，继电器的两个触点分别连接导线作为整个电路的正负极输出端，电流采样电路的信号输入端电连接至继电器的输出端，用于采集继电器的输出电流。

其中以上电路中各功能电路可以采用现有的任何一种电路，本申请在此提供具体的功能电路以供参考，但并非表示本申请所记载的功能电路仅能由在此提供的参考电路实现。在此结合附图4进行详细说明，本申请所记载各功能的具体结构如下：

主控电路包括STC15W204S/SOP8单片机IC1、电容C5、电阻R3～电阻R5和二极管D2。

晶体管开关电路有三极管Q1组成。

电流采样电路包括ACS712ELCTR-30A-T霍尔传感器IC2、电容C2、电容C3和电阻R2组成。

单片机IC1的1脚经电容C5接地，1脚接工作电压，3脚通过电阻R2接霍尔传感器IC2的7脚，单片机IC1的3脚还通过电容C3接地，单片机IC1的4脚接地，单片机IC1的8脚依次通过电阻R3和电容C5接地，单片机IC1的7脚接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极通过电阻R4连接至三极管Q1的基极(控制端)，同时三极管Q1的基极还通过电阻R5接地。

霍尔传感器IC2的6脚通过电容C2接地，霍尔传感器IC2的1脚和2脚短接作为电流采样的信号输入端连接至继电器J1两个触点中的一个触点；霍尔传感器IC2的3脚和4脚短接并连接至继电器J1两个触点中的另一个触点，继电器J1的两个触点还连接有导线作为整个电路的正负极输出端。

三极管Q1的集电极通过继电器J1的线圈连接至电路的正极电源输入端，三极管Q1的发射极接地。此外，为了避免断开负载的所产生的高电动势对继电器J1的线圈造成损坏，本申请在继电器J1线圈的两端并联一续流二极管D1，二极管D1的阴极接电路正极电源输入端，阳极接另一端，与继电器J1形成回路，使继电器J1的线圈两端产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护继电器J1的线圈不被损坏的作用。

以上过流保护继电器电路的工作过程是：程序员编写程序，调试完成后烧写进单片机IC1中，烧写进的程序可以采用任何一种方法对所采集到的电流进行数据处理，在此编写的程序的具体功能是：采用分段控制，电流低于15A时不执行过流保护动作，电流大于30A时立即切断输出，电流在15A与30A之间时的过流保护动作遵循I2t特性曲线，其过流保护时间的处理采用中断控制方式，软件结构为并行轮询式结构，轮训节拍由Timer2定时器实现，1ms为一个节拍，即每1ms进入一次Timer2中断服务程序更新过流切断时间，Timer2定时器为16位自动重装模式。Timer2定时器中断服务程序任务是检测负载电流是否落在15A至30A区间，若满足条件则把计算好的过流切断时间换算成计数设定值，因此过流切断时间会跟随负载电流值每1ms更新一次，同时Timer2定时器每中断一次，计数器就会累加一次，当计数器的值大于过流切断时间对应的计数设定值时，切断继电器输出，锁定故障状态，并清零计数开始标志和计数器值。以上程序只是利用于本申请所提供的过流保护继电器电路中的一种，还可以根据实际情况由程序员进行编写。

程序烧写完成后，当输入端IN不施加激励时，整个产品不工作，继电器J1不动作，过流保护继电器电路的输出OUT+和OUT-开路，即无电流输出；当输入端施加激励时，继电器J1动作，过流保护继电器电路的输出OUT+和OUT-闭合，霍尔传感器IC2采样负载电流变化并以电压信号输出的形式送至单片机IC1进行数据运算处理。当负载电流低于15A运行时，不执行过流保护动作，输出OUT+和OUT-保持闭合状态；当负载电流超过30A时立即切断继电器输出，OUT+和OUT-开路，负载断开；当负载电流处于15A～30A区间时，单片机IC1对负载电流按I2t特性曲线每隔1ms计算并更新一次过流保护时间，一旦IC1内部计数器累计至对应过流保护时间，将立即输出切断指令以保护负载。

为了减小加载于过流保护继电器电路上的激励中的干扰，本申请在以上过流保护继电器电路上增加一稳压滤波电路，该部分主要用于对激励中的干扰进行滤除，使激励平滑稳定。该稳压滤波电路可以采用现有的任何一种，在此提供一种参考电路结构，其包括反极性保护二极管D3和瞬态电压抑制二极管TVS1、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C4和稳压二极管Z1组成；瞬态电压抑制二极管TVS1串联于电路正极电源输入端和负极电源输入端之间，反极性保护二极管D3的阴极连接至电路的负极电源输入端，阳极与稳压二极管Z1阳极连接，电阻R1、电阻R6和电阻R7的一端连接至电路的正极电源输入端，另一端与稳压二极管Z1阴极连接作为稳压滤波电路的输出，电容C4和电容C1分别并联于稳压二极管Z1的阴极和地之间。

为了实现负载电流值在线监测，在以上过流保护继电器电路的基础上在单片机IC1上预留数据接收端和数据发送端，在此将单片机IC1的第5脚和第6脚作为数据发送端TXD和数据接收端RXD。利用RS232数据连接预留的数据发送端TXD和数据接收端RXD即可实现电路与上位机的通信，本申请所提供的过流保护继电器电路所采集到的电流数据通过RS232数据线上传至上位机，实现负载电流值的在线监测。

本申请以上所提供的过流保护继电器电路可以用于组装成任何一种过流保护继电器，在此本申请提供以下两种：

第一种结构包括继电器1、控制电路板A2、控制电路板B3、空腔密封壳体4、以及插脚组7，继电器1、控制电路板A2和控制电路板B3通过焊接方式安装于空腔密封壳体4内；继电器1位于空腔密封壳体4的上半部分，控制电路板A2和控制电路板B3位于继电器1和空腔密封壳体4的底板5之间，控制电路板A2和控制电路板B3之间以焊接方式进行电气连接。插脚组7安装于空腔密封壳体4的底板5上，控制电路板A2和控制电路板B3上布设有权利本申请所记载的任何一种过流保护继电器电路，具体的，控制电路板B3主要布设稳压滤波电路，对电源进行滤波，使输入电路的电源平稳，过流保护继电器电路中其余的功能电路布设于控制电路板A2上。

此结构中，插脚组7包括正极电源插脚A10、正极电源插脚B13、负极电源插脚14、正极输出插脚OUT+15和负极输出插脚OUT-16，其中正极电源插脚A10、正极电源插脚B13用于接不同的激励，如正极电源插脚A10接+28V、正极电源插脚B13接+5V；正极电源插脚A10、正极电源插脚B13和负极电源插脚14连接至过流保护继电器电路的电源输入端，正极输出插脚OUT+15和负极输出插脚OUT-16分别与过流保护继电器电路的正负极输出端连接。

第二种结构包括继电器1、控制电路板A2、控制电路板B3、空腔密封壳体4、以及插脚组7，继电器1、控制电路板A2和控制电路板B3通过焊接方式安装于空腔密封壳体4内；继电器1位于空腔密封壳体4的上半部分，控制电路板A2和控制电路板B3位于继电器1和空腔密封壳体4的底板5之间，控制电路板A2和控制电路板B3之间以焊接方式进行电气连接。插脚组7安装于空腔密封壳体4的底板5上，控制电路板A2和控制电路板B3上布设有权利本申请所记载的预留有数据接收端和数据发送端的过流保护继电器电路，具体的，控制电路板B3主要布设稳压滤波电路，对电源进行滤波，使输入电路的电源平稳，过流保护继电器电路中其余的功能电路布设于控制电路板A2上。

此结构中，插脚组7包括正极电源插脚A10、数据发送插脚11、数据接收插脚12、正极电源插脚B13、负极电源插脚14、正极输出插脚OUT+15和负极输出插脚OUT-16，其中正极电源插脚A10、正极电源插脚B13用于接不同的激励，如正极电源插脚A10接+28V、正极电源插脚B13接+5V；正极电源插脚A10、正极电源插脚B13和负极电源插脚14连接至过流保护继电器电路的电源输入端，正极输出插脚OUT+15和负极输出插脚OUT-16分别与过流保护继电器电路的正负极输出端连接；数据发送插脚11和数据接收插脚12与主控电路上预留的数据接收端和数据发送端连接。

以上两种结构的过流保护继电器利用了本申请所提供的过流保护继电器电路，使其具有了I²t反时限特性，且结构上为继电器和分立器件的混合式，解决了现有固体继电器因完全采用分立器件而造成的漏电流问题。其插脚组中的各插脚为其与负载、电源、以及上位机之间的连接端。

以上两种结构的过流保护继电器在继电器1、控制电路板A2和控制电路板B3与空腔密封壳体4之间的间隙处填充有机导热硅胶9。以上焊接方式是在氮气保护下通过激光封焊密封下进行完成。

此外，在以上两种结构的过流保护继电器中的插脚组7和底板5之间布设有玻璃绝缘子6。

进一步的，以上两种结构的过流保护继电器还包括通过焊接方式安装于空腔密封壳体4两侧的安装架8。

对本申请附图的进一步说明是：电路中IN接+28V输入电源和负极，OUT+和OUT-串联接入负载和电源之间，RXD和TXD接RS232通信端口。

电路中各器件的参数信息如下：

瞬态电压抑制二极管TVS1：SMAJ36CA；

电阻R1、R6、R7：1.2KΩ；

电阻R2、R3：100KΩ；

电阻R4:1KΩ；

电阻R5：20KΩ；

二极管D1、D3：1N4007；

稳压二极管Z1:AD2035K；

继电器J1：KJZC-102M/027L-01；

电容C2～C5：0.1μF、50V；

电容C1：4.7μF、50V；

单片机IC1：STC15W204S/SOP8；

霍尔传感器IC2：ACS712ELCTR-30A-T。

以上各元器件的参数只作为参考，可以根据实际需要采用符合要求的元器件。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，均涵盖在本实用新型的权利要求范围内。