一种永磁机构储能电容电量快速便捷补充系统的制作方法

本实用新型涉及电容充电技术领域，具体为一种永磁机构储能电容电量快速便捷补充系统。

背景技术：

采用永磁操作机构的断路器因其高可靠性、免维护性等得到了广大用户的使用，永磁操作机构动作速度快能够实现快速保护，瞬间切断线路上故障电流，保护供电设备。永磁操动机构因结构简单、零部件数量少、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小、与真空灭弧室的负载特性相匹配等特性广泛用于真空开关领域。永磁操动机构利用永久磁铁产生的电磁力使真空灭弧室保持合闸或分闸，无需脱扣和锁扣装置。

采用永磁操动机构的断路器因永磁操动机构的操作能量由储能电容器提供，当现场交流和蓄电池没电时，无法对环网柜与断路器进行合闸操作，对用电客户停电时长、供电企业的供电可靠性产生了较大的负面影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种永磁机构储能电容电量快速便捷补充系统，能够在停电时，对储能电容进行充电，满足永磁真空开关应急操作分合闸的目的。

实现上述目的的技术方案是：一种永磁机构储能电容电量快速便捷补充系统，其特征在于：包括直流电源、MOS管驱动电路、MOS管Q2、升压电路和LED指示灯电路，所述直流电源、LED指示灯电路分别与MOS管驱动电路连接，MOS管驱动电路通过MOS管Q2与升压电路连接，直流电源向MOS管驱动电路供电，MOS管驱动电路控制MOS管Q2输出脉冲波，升压电路将MOS管Q2输出的脉冲波升压为储能电容充电所需的直流电。

进一步地，所述直流电源采用蓄电池、干电池、手摇发电机中的一种。

进一步地，所述MOS管驱动电路包括驱动芯片U1、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、电解电容C7、C19、滤波电感L1、电阻R1、R4，所述驱动芯片U1的1脚依次串接电容C2、C1后接地，驱动芯片U1的2脚连接在电容C2、C1之间，驱动芯片U1的3脚串接电容C5后接地，驱动芯片U1的4脚串接电容C6后接地，驱动芯片U1的5脚接地，驱动芯片U1的6脚通过电阻R1连接MOS管Q2的G极，驱动芯片U1的7脚依次串接滤波电感L1、电解电容C19后接地，电解电容C7的正极和电容C4的一端并联在驱动芯片U1的7脚上，电解电容C7的负极和电容C4的另一端接地，驱动芯片U1的8脚串接电容C3后接地，电阻R4的一端并联在驱动芯片U1的8脚、另一端与驱动芯片U1的4脚连接。

进一步地，所述直流电源的正极通过开关K1连接在滤波电感L1、电解电容C19之间，直流电源的负极接地。

进一步地，LED指示灯电路包括光电耦合器U6、发光二极管LED1、LED2、电阻R3、R5、R6、晶闸管U2，光电耦合器U6输出端的4脚连接驱动芯片U1的8脚、3脚连接在电容C2、C1之间，电阻R3的一端连接光电耦合器U6输出端的3脚、另一端接地，晶闸管U2的阳极接地、阴极依次串接电阻R6、发光二极管LED2后与光电耦合器U6输出端的4脚连接，晶闸管U2的控制极连接光电耦合器U6输出端的3脚，发光二极管LED1的正极端与光电耦合器U6输出端的4脚连接、负极端串接电阻R5后与晶闸管U2的阳极连接。

进一步地，所述升压电路包括高频变压器T2、电阻R2、R25、R26、R27、R28、R29、R30、热敏电阻NTC、二极管D2、D4、稳压二极管D13、电容C16、C18、滤波电容C17、晶闸管U5，高频变压器T2原边的一端分别连接开关K1、二极管D2的负极，高频变压器T2原边的另一端分别连接MOS管Q2的D极、电阻R29、电容C18的一端，电阻R29、电容C18的另一端与二极管D2的正极连接，MOS管Q2的S极串接电阻R30后接地，电阻R2的一端与MOS管Q2的S极连接、另一端连接驱动芯片U1的3脚；

高频变压器T2副边的一端连接二极管D4的正极，二极管D4的负极分别连接滤波电容C17的正极、热敏电阻NTC的一端，热敏电阻NTC另一端作为充电电源的正极；高频变压器T2副边的另一端连接滤波电容C17的负极和稳压二极管D13的正极，稳压二极管D13的负极端分别连接光电耦合器U6的2脚、电阻R28的一端、电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接二极管D4的负极，电阻R28的另一端连接光电耦合器U6的1脚，晶闸管U5的阳极连接稳压二极管D13的正极、阴极连接电容C16的一端以及光电耦合器U6的1脚、控制极连接电容C16的另一端，电阻R26的一端连接二极管D4的负极，电阻R26的另一端分别连接晶闸管U5的控制极和电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接晶闸管U5的阳极并作为充电电源的负极。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实现了在无供电情况下对永磁真空开关进行合闸或分闸操作，并具有体积小、重量轻、美观大方、便于携带、零部件少、可靠性高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型包括直流电源1、MOS管驱动电路2、MOS管Q2、升压电路3和LED指示灯电路4，所述直流电源1、LED指示灯电路4分别与MOS管驱动电路2连接，MOS管驱动电路2通过MOS管Q2与升压电路3连接，直流电源1向MOS管驱动电路2供电，MOS管驱动电路2控制MOS管Q2输出脉冲波，升压电路3将MOS管Q2输出的脉冲波升压为储能电容充电所需的直流电。

MOS管驱动电路2包括驱动芯片U1、驱动芯片U1的型号为UC3845，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、电解电容C7、C19、滤波电感L1、电阻R1、R4，所述驱动芯片U1的1脚依次串接电容C2、C1后接地，驱动芯片U1的2脚连接在电容C2、C1之间，驱动芯片U1的3脚串接电容C5后接地，驱动芯片U1的4脚串接电容C6后接地，驱动芯片U1的5脚接地，驱动芯片U1的6脚通过电阻R1连接MOS管Q2的G极，驱动芯片U1的7脚依次串接滤波电感L1、电解电容C19后接地，电解电容C7的正极和电容C4的一端并联在驱动芯片U1的7脚上，电解电容C7的负极和电容C4的另一端接地，驱动芯片U1的8脚串接电容C3后接地，电阻R4的一端并联在驱动芯片U1的8脚、另一端与驱动芯片U1的4脚连接。

直流电源1的正极通过开关K1连接在滤波电感L1、电解电容C19之间，直流电源1的负极接地。直流电源1可以采用蓄电池、干电池、手摇发电机中的一种。本实施例采用八节干电池BT1、BT2、BT3、BT4、BT5、BT6、BT7、BT8作为直流电源，之所以选择干电池而不是其他电源形式是因为干电池组便于替换，在配电现场，相比较于柴油发电机组、铅酸蓄电池，手摇发电机组，价格便宜且比较容易得到。干电池组作为稳定、灵活、便宜的能源，非常适合野外工作备用以及城市中供电部门外出出勤使用，替换。

LED指示灯电路4包括光电耦合器U6、发光二极管LED1、LED2、电阻R3、R5、R6、晶闸管U2，光电耦合器U6输出端的4脚连接驱动芯片U1的8脚、3脚连接在电容C2、C1之间，电阻R3的一端连接光电耦合器U6输出端的3脚、另一端接地，晶闸管U2的阳极接地、阴极依次串接电阻R6、发光二极管LED2后与光电耦合器U6输出端的4脚连接，晶闸管U2的控制极连接光电耦合器U6输出端的3脚，发光二极管LED1的正极端与光电耦合器U6输出端的4脚连接、负极端串接电阻R5后与晶闸管U2的阳极连接。

升压电路3包括高频变压器T2、电阻R2、R25、R26、R27、R28、R29、R30、热敏电阻NTC、二极管D2、D4、稳压二极管D13、电容C16、C18、滤波电容C17、晶闸管U5，高频变压器T2原边的一端分别连接开关K1、二极管D2的负极，高频变压器T2原边的另一端分别连接MOS管Q2的D极、电阻R29、电容C18的一端，电阻R29、电容C18的另一端与二极管D2的正极连接，MOS管Q2的S极串接电阻R30后接地，电阻R2的一端与MOS管Q2的S极连接、另一端连接驱动芯片U1的3脚；

高频变压器T2副边的一端连接二极管D4的正极，二极管D4的负极分别连接滤波电容C17的正极、热敏电阻NTC的一端，热敏电阻NTC另一端作为充电电源的正极；高频变压器T2副边的另一端连接滤波电容C17的负极和稳压二极管D13的正极，稳压二极管D13的负极端分别连接光电耦合器U6的2脚、电阻R28的一端、电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接二极管D4的负极，电阻R28的另一端连接光电耦合器U6的1脚，晶闸管U5的阳极连接稳压二极管D13的正极、阴极连接电容C16的一端以及光电耦合器U6的1脚、控制极连接电容C16的另一端，电阻R26的一端连接二极管D4的负极，电阻R26的另一端分别连接晶闸管U5的控制极和电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接晶闸管U5的阳极并作为充电电源的负极。

本实施的工作原理：

UC3845驱动芯片U1选取为8节1.5V干电池串联作为供电电源，接入电源后合上开关S1后，电路得电，12V电压经滤波电感L1送至UC3845驱动芯片U1，电阻R4和电容C6组成的振荡电路提供UC3845驱动芯片U1的输出频率，其电源由UC3845驱动芯片U1的8脚提供，计算方式为1/0.55(R4*C6)，整个UC3845驱动芯片U1的输出频率经过计算约为50kHz，输出口直接推动MOS管导通。

电容C2为误差放大器输出，用于补偿回路中的电压补偿。同时UC3845驱动芯片U1作为电压反馈使用。

MOS管Q2中反馈的电流信号经电流回路接入UC3845驱动芯片U1的电流取样端口：第3脚，用于控制MOS管Q2的通断。同时也组成了MOS管的过载和短路保护，MOS管Q2将电流信号反馈回UC3845驱动芯片U1，当电流过载时，芯片执行保护动作，整个电路关闭。

MOS管Q2、高频变压器T2、续流二极管D4以及滤波电容C17共同组成了反激式开关电源。当MOS管Q2导通时，电源电压加在高频变压器T2原边绕组上，副边绕组的电压极性与初级相反，二极管D4承受反向偏置电压截止，此时负载由滤波电容C17供电，高频变压器T2的初级作为电感，流过其中的电流增加，并将电能转化为磁能存储起来。

当MOS管Q2截止时，高频变压器T2初级线圈开路，电流降为零，次级线圈的感应电动势反向，此时续流二极管D4导通，高频变压器T2将存放在磁场中的能量通过互感传递给次级，次级释放能量，释放出的能量一部分给负载供电，一部分给滤波电容C17充电，在电流减小到小于负载电流后，电容C17进入放电状态，负载由高频变压器T2的初级线圈电感和C17共同供电，以维持输出电压和输出电流不变。

升压电路3中的电阻R29，电容C18、二极管D2组成RCD吸收电路，由于高频变压器T2的原边绕组兼职储能电感的作用，当MOS管Q2关断时，由高频变压器T2的初级线圈漏感储能引起的电流突变会引起很高的关断电压尖峰波，MOS管Q2导通时，高频变压器T2的初级线圈电感电流变化率大，电流峰值很大，因此由二极管D2释放掉开关开通时的电流尖峰。RCD吸收电路加载在高频变压器T2的初级两端，Q2功率管关断时，高频变压器T2初级线圈中的能量转移到电容C18，然后经过电阻R29将这部分能量转化为热能消耗掉。

系数热敏电阻NTC用于在一开始充电时，解决电流过大时的保护。

电阻R26、R27、晶闸管U5，电容C16以及光电耦合器U6组成电压反馈回路，输出经过晶闸管U5反馈并将误差放大，通过晶闸管U5的电压变化，引起流过光电耦合器U6发光部分的电流变化，而光电耦合器U6感光部分得到的反馈电压用于调整UC3845驱动芯片U1输出PWM波形的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。

当输出电压有变大趋势时，经两电阻 R26和 R27分压后接到晶闸管U5的参考输入端 ( 误差放大器的反向输入端 ) 的电压升高，与其内部的基准参考电压 2.5V作比较，使得正负极间电压降低，进而光电耦合器U6二极管的电流变大，于是光电耦合器U6发光加强，感光端得到的反馈电压也就越大。UC3845驱动芯片U1在接受这个变大反馈电压后、与其内部的基准电压进行比较后导致UC3845驱动芯片U11脚的电平变低， 经过内部电流检测比较器与电流采样电压进行比较后输出变高， PWM锁存器复位，或非门输出变低，于是关断开关管，使得脉冲变窄，缩短MOS管Q2的导通时间，于是传输到高频变压器T2次级线圈的能量减小，使输出电压降低。反之亦然，总的效果是令输出电压保持恒定，不受负载变化的影响，达到了实现输出闭环控制的目的。

功率管Q2、电流采样电阻R30、以及RC滤波组合电阻R2和电容C5共同组成了电流反馈回路。限制电流为10A，（1V/0.1Ω）。如果此回路中流过的电流超过10A，则通过采样电阻反馈给UC3845驱动芯片U1的电流取样端口，关断输出。其中RC滤波回路用于抑制功率管开通时产生的电流尖峰。

LED指示灯电路4的工作原理：发光二极管LED1在储能电容接入即可常亮，代表整个充电电路的自检，以及判定UC3845驱动芯片U1好坏的依据。

发光二极管LED2在储能电容充满电后，由晶闸管U2控制关闭，此灯熄灭，告知用户可以执行分合闸操作。