具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路的制作方法

本实用新型涉及断路器技术领域，具体涉及一种具备MCR功能及HSISC功能的智能断路器控制电路。

背景技术：

当电网母线或馈线发生金属性短路故障时，如果此时接通智能断路器，短路电流将会流过断路器，若不能及时快速的切断短路电流，断路器很有可能会被严重烧损或毁坏，造成电网大面积停电或重大财产损失。然而智能断路器在刚接通时，其控制器的MCU处理器需要上电初始化程序，最长约100ms，此时出现的短路，处理器无法执行脱扣指令。接通电流脱扣MCR保护功能，就是针对断路器在闭合时接通大短路电流的保护，控制器MCU处理器初始化未完成，MCR保护功能启动，不经过MCU处理器，直接给脱扣器发送脱扣指令。高设定值瞬时短路HSISC保护功能，是针对断路器的极限承载能力进行高速瞬时保护，跨越处理器的分析计算时间，当短路电流超过保护动作值时，控制器不在分析处理电流信号值(约30ms)，直接在10ms内发出跳闸命令。一般厂家定义MCR保护在断路器合闸100ms内起作用，HSISC保护在合闸100ms后一直起作用，即当MCR保护作用时间失效时就转为HSISC保护。

在传统的处理器设计方案中如CN201520644452名称为《一种断路器用智能脱扣器MCR及HSISC电路》的专利中，MCR与HSISC功能采用了非常复杂的分立电路组成，非常占用线路板空间，且成本高，可靠性低。另外采用固定延时100ms方案存在不合理情况，当断路器在正常使用条件下，受到如强电磁干扰后，控制器芯片有可能出现复位，此时出现短路电流，由于已经过了延时100ms时间，断路器只能采用HSISC高电流值进行保护，若短路电流值未达到HSISC设定值，则需等待控制器芯片启机后，再进行信号分析保护，使得线路承受的短路时间过长。更进一步的当断路器的控制器芯片死机的条件下，此时出现大的短路电流小于HSISC时，断路器则不会动作，短路电流一直持续，将产生断路器爆炸、烧毁等情况，造成严重的人员伤害或财产损失。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，采用专用芯片及相关电路，大大减少了电子元件数量以及降低了电路的复杂程度，节约了空间，降低了成本，可靠性也大幅度提高。另外，在控制器芯片死机或者需要重新复位启机的情况下，也能切换至MCR值进行保护，保证断路器自身不损坏。

基于以上技术目的，本实用新型的技术方案是：具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，包含门限值调整电路，芯片模块，脱扣电路和处理器，其中芯片模块包括电流信号输入接口、门限值接口和脱扣触发接口，外部电流互感器的输出端与芯片模块的电流信号输入接口相连接，提供主回路电流信号，脱扣电路与芯片模块的脱扣触发接口连接，接收芯片模块的脱扣指令，门限值调整电路输入端与处理器连接，门限值调整电路输出端与芯片模块的门限值接口连接，处理器输出脱扣门限值启动信号，门限值调整电路根据脱扣门限值启动信号向芯片模块输出脱扣门限值信号，而芯片模块根据脱扣门限值信号产生相应的MCR保护门限值和HSISC保护门限值，即可实现MCR保护电路和HSISC保护电路的调整。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：所述脱扣门限值启动信号为电阻值信号和/或电压值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：门限值调整电路包括MOS管或三极管，处理器通过控制MOS管或三极管的是否导通来调整脱扣门限值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：门限值调整电路还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述的第一电阻,,MOS管或三极管的控制端经第一电阻R1后与处理器相连接，MOS管的漏极或者三极管的集电极连接第二电阻后与和第三电阻相连，第三电阻的另一端和MOS管的源极或者三极管的发射极接地，第二电阻和第三电阻的相连端作为脱扣门限值信号输出端与芯片模块的门限值接口相连。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：其门限值调整电路包括数字电位器，处理器可以通过调整数字电位器的输入电阻值来调整脱扣门限值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：门限值调整电路还包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述的数字电位器的第一控制端、第二控制端和第三控制端分别经第四电阻、第五电阻和第六电阻相连接电源端，数字电位器的输出端与芯片模块的门限值接口相连。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：其门限值调整电路包括多位复用器，处理器通过控制多位复用器的输入电阻值来调整脱扣门限值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：其门限值调整电路包括DA元件，处理器通过控制DA元件输入端的电阻值和电压值来调整脱扣门限值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：其门限值调整电路包括DA元件，所述的DA元件集成在处理器之中，处理器通过控制DA元件输出端的电阻值和电压值来调整脱扣门限值信号。

基于以上技术目的，本实用新型提供的进一步技术方案是：所述芯片模块将接收的主回路电流信号与产生的MCR保护门限值或者HSISC保护门限值进行比较，从而产生脱扣指令，经脱扣触发接口提供给脱扣电路。

有益效果

本实用新型采取了集成芯片方案，将传统分立电路的电流分析、MCR保护、HSISC保护、模拟脱扣指令等功能采用专用芯片，通过门限值调整电路，对芯片的门限值进行调整，从而实现MCR保护与HSISC保护的切换，大大减少了电子元件数量以及降低了电路的复杂程度，节约了空间，降低了成本，可靠性也大幅度提高。另外，MCR值与HSISC值的调整受控制器芯片直接控制，即使当控制器芯片死机或者需要重新复位启机的情况下，也能切换至MCR值进行保护，保证断路器自身不损坏。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施例总的电路框图；

图2是本实用新型的门限值调整电路及相关电路第一种实施例结构图；

图3是本实用新型的门限值调整电路及相关电路第二种实施例结构图；

图4是本实用新型的门限值调整电路及相关电路第三种实施例结构图；

图5是本实用新型的门限值调整电路及相关电路第四种实施例结构图；

图6是本实用新型的门限值调整电路及相关电路第五种实施例结构图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，包含电流互感器、处理器、脱扣器三部分核心元件，实现检测、分析、执行动作功能。电流互感器负责感应主回路电流，给予处理器供电并给处理器提供主回路电流信号。处理器在接收到电流信号后，由处理器进行分析处理，根据判据结果给予脱扣指令，使得脱扣器脱扣。然而当在系统存在短路条件下进行断路器合闸操作时，处理器的电源由电流互感器提供，只有在断路器合闸上电后处理器才能启动，而启动时间最长约100ms。控制系统电源建立及系统初始化过程中处理器没有保护功能。短路电流产生后，由MCR功能起到保护作用。芯片模块内部带有模拟脱扣电路，可以在处理器启动之前帮助控制进行特大电流的判断和进行脱扣保护。这个模拟脱扣电路本身为比较门限电路，门限值是由门限值接口管脚上的电压来决定的。芯片内部有一个反向输入的恒流源，即芯片由电流互感器供电，当然芯片模块也可以采用外部供电的方式及其它供电方式。门限值接口管脚连接外部门限值调整电路，门限值调整电路中的第二电阻R2与MOS管Q1串联后与第三电阻R3并联，两者并联后一端接地，一端接门限值接口管脚。而MOS管Q1的控制端经第一电阻R1后与处理器相连接，当断路器上电后，处理器尚未启动，给予MOS管Q1控制端为高电平，MOS管Q1导通，此时门限值接口管脚上就会有一个较低的电压，此电压经过芯片内部处理后即成MCR功能的MCR保护门限值，当电流信号大于此MCR保护门限值时，芯片立即发出脱扣信号，经脱扣电路的处理后传输到脱扣器，脱扣器触发，带动断路器脱扣，实现了MCR保护功能。假若主回路无短路电流时，则断路器合闸后电流信号小于MCR保护门限值，此时不触发模拟脱扣指令。当处理器启动完毕后(最长100ms)，处理器会给门限值调整电路的控制端Rse端施加一低电平，此时MOS管Q1截止，R1被断路掉，芯片与地之间的电阻值变大，门限值接口管脚上就会有一较高的电压值，此电压值经过芯片内部处理后即成为HSISC保护门限值，当出现大短路电流时，电流信号传入芯片模块，当电流信号值超过HSISC保护门限值时，芯片发出脱扣指令，脱扣器脱扣，断路器分断。当处理器启动完成时，产生正常短路电流时，处理器经分析向芯片模块发出脱扣控制指令，由芯片模块向脱扣电路发出脱扣指令，执行脱扣命令。脱扣器脱扣，断路器断开。

实施例2

图3所示，具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，包括数字电位器，数字电位器的第一控制端、第二控制端和第三控制端HVC/A0、45X1SCL、45X1SDA用于与处理器连接，且经第六电阻、第五电阻和第四电阻与电源相连，输出端VTRP与芯片模块的门限值接口管脚连接，当处理器初始化未完成时，数字电位器按照预设阻值输出，预设为低阻值，当处理器初始化完成后，会控制数字电位器设定为高阻值。当数字电位器为低阻值时，对应芯片输出为MCR保护门限值，即可以实现MCR保护。当数字电位器为高阻值时，对应芯片输出为HSISC保护门限值，可以实现HSISC保护。

实施例3

如图4所示，一种具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，包括多路复用开关，所述多路复用开关的控制端SA、SB、SC与处理器连接，输出端VTRP与芯片模块的门限值接口管脚连接，当处理器初始化未完成时，多路复用开关按照默认阻值输出，默认阻值为低阻值，当处理器初始化完成后，会控制多路复用开关选通高阻值。当多路复用开关为低阻值时，对应芯片输出为MCR保护门限值，即可以实现MCR保护。当多路复用开关为高阻值时，对应芯片输出为HSISC保护门限值，可以实现HSISC保护。

实施例4

如图5所示，一种具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，包括DA元件，所述DA元件的控制端CS、SCK、SDI与处理器连接，输出端串接第十六电阻R16、第十五电阻R15并接地，第十六电阻R16与第十五电阻R15之间引出VTRP节点与芯片模块的门限值接口管脚连接，当处理器初始化未完成时，DA元件无输出，VTRP上的阻值为第十五电阻R15阻值，为低阻值。当处理器初始化完成后，会输出一个电压值，通过VTRP输出，此时电压为高门限值。当按照R15的阻值，对应芯片输出为MCR保护门限值，即可以实现MCR保护。当DA元件输出高电压值时，对应芯片输出为HSISC保护门限值，可以实现HSISC保护。

实施例5

如图6所示，一种具有脱扣门限值调节功能的智能断路器控制电路，DA元件可以集成在处理器之中，MCU-DA接口与第十九电阻R19串接后接地，MCU-DA接口与第十九电阻R19之间引出VTRP节点与芯片模块的门限值接口管脚连接，当处理器初始化未完成时，MCU-DA元件无输出，VTRP上的阻值为第十九电阻R19阻值，为低阻值。当处理器初始化完成后，会输出一个电压值，通过VTRP输出，此时电压为高门限值。当按照第十九电阻R19的阻值，对应芯片输出为MCR保护门限值，即可以实现MCR保护。当MCU-DA元件输出高电压值时，对应芯片为HSISC保护门限值，可以实现HSISC保护。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。