一种过载与短路保护电路及电子断路器的制作方法

本发明实施例涉及断路器，尤其涉及一种过载与短路保护电路及电子断路器。

背景技术：

1、电子断路器是一种使用广泛的保护电器，可以对配电系统的设施和电气设备进行过载、短路保护。现有的电子断路器尤其是直流断路器以单片机为核心，通过信号采集、数据处理实现断路器的保护功能，过载或者短路保护功能由单片机执行。但是，依托单片机实现过载或者短路保护的电子断路器在机台高干扰情况下一旦单片机硬件或软件出现问题将会直接导致电子断路器保护功能失效，影响断路器的稳定性及后续系统的安全；电子断路器在信号采集、数据处理后才能进行故障诊断然后发出保护动作，响应速度慢，保护效果差；而且单片机的价格高直接导致了电子断路器的高成本和高售价，用户的使用成本较高。

2、以上问题亟待解决。

技术实现思路

1、为解决相关技术问题，本发明提供一种过载与短路保护电路及电子断路器，来解决以上背景技术部分提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种过载与短路保护电路，包括过载检测电路、短路检测电路以及驱动电路；

4、所述过载检测电路的输入端与电流采样电路连接，用于将所述电流采样电路采集的电路回路中的电流信号转换为电压信号，并对所述电压信号进行滤波、放大处理后判断其是否大于参考电压，若大于，则判定所述电路回路中发生过载，输出过载控制信号给所述驱动电路；其中，所述滤波的时间为t1,所述放大的倍数为n1；

5、所述短路检测电路的输入端与电流采样电路连接，用于将所述电流采样电路采集的电路回路中的所述电流信号转换为电压信号，并对所述电压信号进行滤波、放大处理后判断其是否大于参考电压，若大于，则判定所述电路回路中发生短路，输出短路控制信号给所述驱动电路；其中，所述短路检测电路在对所述电压信号进行滤波、放大处理时，所述滤波的时间为t2,所述放大的倍数为n2，t2小于t1，n2小于n1。

6、所述驱动电路的第一输入端与所述过载检测电路的输出端连接，所述驱动电路的第二输入端与所述短路检测电路的输出端连接；所述驱动电路用于在收到过载控制信号或短路控制信号后，向电路回路中的保护开关输出驱动电压，所述保护开关在收到所述驱动电压后将所述电路回路的电源关断。

7、对过载检测电路、短路检测电路设置不同的滤波时间和放大倍数，使得过载检测电路、短路检测电路对信号的处理存在时间差，因此，过载检测电路、短路检测电路针对电流采样电路采集的同样信号既可以实现过载检测，也可以实现短路检测，即在电路过载时，过载检测电路将检测到过载，并输出过载控制信号给驱动电路，而短路检测电路不响应；在电路短路时，短路检测电路将检测到短路，并输出短路控制信号给驱动电路，而过载检测电路不响应。整个过载与短路保护电路无需单片机，仅通过过载检测电路、短路检测电路、驱动电路组成的纯硬件电路实现过载与短路保护功能，保护开关在收到驱动电路输出的驱动电压后将直接关断电路回路的电源，不仅响应速度快，而且稳定可靠，成本低。

8、作为一种可选的实施方式，所述过载检测电路包括第一滤波电路、第一运算放大器及第一比较器；

9、所述第一滤波电路的第一端连接所述电流采样电路，所述第一滤波电路的第二端连接第一运算放大器的同相输入端，

10、所述第一运算放大器的输出端连接第一比较器的同相输入端，第一比较器的反相输入端接参考电压；

11、所述第一运算放大器用于将所述电流采样电路采集的电路回路中的电流信号转换为电压信号，并通过所述第一滤波电路对所述电压信号进行滤波后放大处理，放大处理处理后电压信号输出给第一比较器；所述第一比较器用于判断所述第一运算放大器输入的电压信号是否大于参考电压，若大于，则判定所述电路回路中发生过载，输出过载控制信号给所述驱动电路。

12、通过第一滤波电路、第一运算放大器、第一比较器构建过载检测电路，通过第一滤波电路根据设定的滤波时间对电压信号进行滤波处理，通过第一运算放大器根据设定的放大倍数对滤波后的电压信号进行放大处理，通过第一比较器对第一运算放大器输入的电压信号和参考电压进行比较，输入电压大于参考电压时判定电路回路中发生过载。第一滤波电路、第一运算放大器、第一比较器均为通用、成熟稳定的电路元器件或由通用电路元器件组成，提高了过载检测电路的稳定性和可靠性，降低了成本，而且整个过载检测过程均是电信号的直接判断，不存在数据分析过程，响应速度快，实现了对电路过载的迅速检测。

13、作为一种可选的实施方式，所述短路检测电路包括第二滤波电路、第二运算放大器及第二比较器；

14、所述第二滤波电路的第一端连接所述电流采样电路，所述第二滤波电路的第二端连接第二运算放大器的同相输入端，

15、所述第二运算放大器的输出端连接第二比较器的同相输入端，第二比较器的反相输入端接参考电压；

16、所述第二运算放大器用于将所述电流采样电路采集的电路回路中的电流信号转换为电压信号，并通过所述第二滤波电路对所述电压信号进行滤波后放大处理，放大处理处理后电压信号输出给第二比较器；所述第二比较器用于判断所述第二运算放大器输入的电压信号是否大于参考电压，若大于，则判定所述电路回路中发生短路，输出短路控制信号给所述驱动电路。

17、通过第二滤波电路、第二运算放大器、第二比较器构建短路检测电路，通过第二滤波电路根据设定的滤波时间对电压信号进行滤波处理，通过第二运算放大器根据设定的放大倍数对滤波后的电压信号进行放大处理，通过第二比较器对第二运算放大器输入的电压信号和参考电压进行比较，输入电压大于参考电压时判定电路回路中发生短路。第二滤波电路、第二运算放大器、第二比较器均为通用、成熟稳定的电路元器件或由通用电路元器件组成，提高了短路检测电路的稳定性和可靠性，降低了成本，而且整个短路检测过程均是电信号的直接判断，不存在数据分析过程，响应速度快，实现了对电路短路的迅速检测。

18、作为一种可选的实施方式，所述驱动电路包括第一或门；所述第一或门的输入a端与第一比较器的输出端连接，输入b端与第二比较器的输出端连接，用于在收到第一比较器输入的过载控制信号或第二比较器输入的短路控制信号后，输出高电平。

19、第一或门通过输入a端和输入b端分别连接第一比较器的输出端和第二比较器的输出端，采用通用、成熟稳定的电路元器件或门在收到的过载控制信号或短路控制信号任一信号后直接输出驱动信号，响应速度快，稳定可靠，成本低。

20、作为一种可选的实施方式，所述驱动电路还包括可控硅；所述可控硅的控制极与第一或门的输出端连接，所述可控硅的阴极与所述电路回路中电源的负极端连接，所述可控硅的阳极与所述保护开关连接，用于在收到第一或门输出的高电平后导通，使所述保护开关低电平关断。

21、在过载检测电路检测到电路回路发生过载或短路检测电路检测到电路回路发生短路时，可控硅在收到第一或门输出的高电平后将一直处于导通状态，保护开关将一直持续低电平关断，从而电路回路中电源也将一直处于关断状态，实现了发生过载与短路时的可靠保护。可控硅为通用、成熟稳定的电路元器件，稳定可靠，成本低。

22、第二方面，本发明实施例提供了一种电子断路器，所述电子断路器包括电流采样电路、保护开关及上述第一方面任一项所述的过载与短路保护电路；

23、所述电流采样电路与所述过载与短路保护电路连接，用于采集电路回路中的电流信号；

24、所述保护开关与所述电流采样电路、负载串联在所述电路回路中，用于在所述电路回路中发生过载或短路时，接收所述过载与短路保护电路输出的驱动电压，关断所述电路回路的电源。

25、电子断路器无需单片机，仅通过电流采样电路、保护开关、过载与短路保护电路组成的纯硬件电路实现过载与短路保护功能，保护开关在收到过载与短路保护电路输出的驱动电压后将直接关断电路回路的电源，不仅响应速度快，而且稳定可靠，成本低。

26、作为一种可选的实施方式，所述电子断路器还包括过流保护电路；所述过流保护电路用于在所述电路回路上电时，控制电路中电流实现逐步上升。

27、通过过流保护电路实现了在电路回路上电时，电路中电流的逐步上升，实现了电子断路器的过流保护功能，有效解决了电路刚上电时的尖峰浪涌问题。

28、作为一种可选的实施方式，所述过流保护电路包括第一电阻、第一三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻及第二三极管；

29、所述第一电阻的第一端与第一三极管的漏极连接，所述第一电阻的第一端还与所述保护开关的第一端连接，

30、所述第一三极管的源极与第一电阻的第二端连接，所述第一三极管的源极还与所述第一电容的第一端及所述电路回路中电源正极连接，

31、所述第一电容的第二端与第一三极管的栅极连接，所述第一电容的第二端还与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述电路回路中电源正极连接，

32、所述第二电阻的第二端与第二三极管的漏极连接，第二三极管的栅极与所述保护开关的第二端连接，所述第二三极管的源极与所述电路回路中电源负极连接。

33、在电路上电时，第一电阻将接入电路，电流经过第一电阻后才流进负载，通过第一电容控制第一三极管完全导通的时间，使第一三极管逐渐导通，实现电路上电时电流大小的逐步上升，达到过流保护的目的，而且第一三极管完全导通后第一电阻将不再接入电路，有效解决了第一电阻一直接入电路中不断发烫的问题。组成过流保护电路的第一电阻、第一三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻及第二三极管均为通用、成熟稳定的电路元器件，稳定可靠，成本低。

34、作为一种可选的实施方式，所述电子断路器还包括第二短路保护电路；所述第二短路保护电路包括第三三极管；

35、所述第三三极管与所述保护开关、电流采样电路连接，用于在电流采样电路采集的回路电流值达到预设的短路电流值时，控制所述保护开关关断。

36、通过第三三极管在电流采样电路采集的回路电流值达到预设的短路电流值时，控制所述保护开关关断，使得电子断路器即使过载与短路保护电路的功能故障，电子断路器一样可以实现短路保护功能，而且第三三极管为通用、成熟稳定的电路元器件，响应速度快，稳定可靠，成本低。

37、作为一种可选的实施方式，所述电子断路器还包括自检电路；所述自检电路与所述保护开关连接，用于在所述电路回路上电时，检测所述保护开关的状态是否正常。

38、通过自检电路实现了对保护开关的状态检测，便于工作人员了解保护开关是否正常，在发现保护开关状态异常时可以及时更换或维修，确保电子断路器的正常工作。