CN102790375B - 一种直流欠压脱扣器和断路器 - Google Patents

Abstract

一种直流欠压脱扣器和断路器，所述直流欠压脱扣器包括脱扣机构和控制电路，所述控制电路包括与电压检测输入端连接的欠压检测模块、与欠压检测模块耦合的可进行脉宽控制的脱扣操控模块、与脱扣操控模块连接的为脱扣操控模块提供工作电压的电源模块；所述脱扣操控模块包括与所述脱扣机构连接的脱扣可控开关，与所述脱扣可控开关耦合，用于控制脱扣可控开关分/合的PWM控制芯片。通过可进行脉宽控制的PWM控制芯片控制输出脉冲信号的占空比实现低功耗；并通过PWM控制芯片来控制脱扣机构触发脱扣，避免模糊的中间状态造成误动作的可能，提高准确性和可靠性。

Description

一种直流欠压脱扣器和断路器

技术领域

本发明涉及配电领域，更具体的说，涉及一种直流欠压脱扣器和断路器。

背景技术

低压断路器主要承担配电线路和设备的过载、欠电压、短路保护之用。欠电压脱扣器就是上述断路器对低压线路和用电设备进行欠电压保护的机构。欠电压脱扣器需长期连续通电，其动作特性应达到：当电压检测输入端电压低于额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器不能闭合，防止了断路器闭合；当电压检测输入端电压等于或大于额定工作电压的85％时应能闭合，保证断路器可靠闭合；当电压检测输入端电压下降到额定工作电压的70％和35％范围内，欠压脱扣器应断开；另外，欠电压脱扣器还必须有耐高电压能力，在耐受额定电压检测输入端电压的110％4小时后仍有正常的脱扣特性。也就是要求欠电压脱扣器在低电压时能可靠闭合，在高电压时工作正常，线圈不烧坏。

目前的众多的欠压脱扣器通常采用拍合式或电磁铁结构形式(即电磁铁在低电压的情况下自动释放)来实现欠压保护，都是以电磁机构为主体以线圈通电以后对铁磁物质产生吸力、把电磁能转换为机械能的一种机构。这种结构存在脱扣器动作的准确性和一致性差的问题，而且电磁铁在维持吸合(即线圈在工作情况下长时间通电流)阶段发热严重，容易导致脱扣器线圈烧毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能的、可准确控制脱扣器动作的直流欠压脱扣器和断路器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种直流欠压脱扣器，包括脱扣机构和控制电路，所述控制电路包括与电压检测输入端连接的欠压检测模块、与欠压检测模块耦合的可进行脉宽控制的脱扣操控模块、与脱扣操控模块连接的为脱扣操控模块提供工作电压的电源模块；所述脱扣操控模块包括与所述脱扣机构连接的的脱扣可控开关，与所述脱扣可控开关耦合，用于控制脱扣可控开关分/合的PWM控制芯片。

进一步的，所述脱扣机构包括磁通线圈和与磁通线圈耦合的触发脱扣动作的动作机构。

进一步的，所述PWM控制芯片的输出端与所述脱扣可控开关之间串联有限流电阻。限流电阻可以限制控制回路的电流，避免脱扣可控开关损毁。

进一步的，所述脱扣操控模块还包括在电压检测输入端的正负极之间串联设置的依次连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻；所述电压检测输入端的负极和第一电阻、第二电阻连接端之间设有第一稳压二极管；所述第二电阻、第三电阻连接端耦合到所述PWM控制芯片的MOD端；所述PWM控制芯片的SET端和电压检测输入端的负极之间设有第四电阻，电源端和所述电源模块输出的工作电压连接；所述PWM控制芯片的电源端跟电压检测输入端的负极之间设有滤波电容，以及串联设置的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻跟滤波电容并联设置，其连接端耦合到所述PWM控制芯片的DIV端；所述PWM控制芯片的OUT端跟所述脱扣可控开关之间设有限流电阻。此为一种具体的基于PWM控制芯片的脱扣操控模块电路。

进一步的，所述电源模块在电压检测输入端的正负极之间串联设置有第七电阻和第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的稳定电压为所述PWM控制芯片输出工作电压。

进一步的，所述欠压检测模块包括在电压检测输入端的正负极之间串联设置的第八电阻和第九电阻，以及跟第九电阻并联设置的第三稳压二极管和延迟电容；在电压检测输入端的正负极之间串联设置的第十电阻和第一可控开关，所述第一可控开关的控制端耦合到所述第八电阻和第九电阻之间；与所述第一可控开关并联设置的第四稳压二极管；还包括设置在电压检测输入端的负极和PWM控制芯片之间的第二可控开关，所述第二可控开关的控制端耦合到所述第十电阻和第一可控开关之间。此为一种具体的欠压检测模块结构，该欠压检测模块具有延时保护功能，当电压检测输入端出现偶然波动，电压瞬时下降后又恢复正常电压的时候，可以确保PWM控制芯片无动作，提高直流欠压脱扣器动作的可靠性。

进一步的，所述直流欠压脱扣器的电压检测输入端的正负极之间设有压敏电阻。压敏电阻可以在电压检测输入端电压陡增的时候，阻值迅速下降，在电压检测输入端正负极之间产生瞬时大电流，消耗掉大部分能量，避免后面的电路烧毁。

进一步的，所述磁通线圈两端并联设有续流二极管，所述续流二极管的阴极耦合到电压检测输入端的正极，其阳极耦合到所述脱扣可控开关。这样在脱扣可控开关断开时候，磁通线圈可以通过续流二极管放电，将线圈内的能量及时消耗掉，这样可以确保线圈产生的感应电流对脱扣可控开关及电路的冲击。

进一步的，所述PWM控制芯片的型号为LTC6992。此为一种具体的PWM控制芯片。

一种断路器，包括本发明的一种直流欠压脱扣器。

本发明的断路器包括一种直流欠压脱扣器，通过可进行脉宽控制的PWM控制芯片控制输出脉冲信号的占空比，在额定工作电压下输出小电流实现低功耗；并通过PWM控制芯片来控制脱扣机构触发脱扣，而PWM控制芯片的电源端口耦合欠压检测模块，通过欠压检测模块进行欠压判断，控制输出给PWM控制芯片U1的工作电压来操控PWM控制芯片是否投入使用，相比模拟电压方式的欠压控制方式，可靠性高，避免模糊的中间状态造成误动作的可能，电路结构简单，提高脱扣器动作的准确性和可靠性。

附图说明

图1是本发明断路器的示意图；

图2是本发明直流欠压脱扣器的原理示意图；

图3是本发明基于LTC6992芯片的实施例原理示意图；

图4是LTC6992芯片引脚及其在本实施例中的***电路构成示意图；

其中：1、断路器；11、操作机构；12、触头装置；13、瞬时脱扣装置；14、延时脱扣装置；2、直流欠压脱扣器；21、控制电路；211、电源模块；212、欠压检测模块；213、脱扣操控模块；22、脱扣机构；221、磁通线圈；222、动作机构；23、电压检测输入端的正极；24、电压检测输入端的负极。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种断路器，包括：与电源的正负极连接的触头装置12，与触头装置12输出端耦合的瞬时脱扣装置13、延时脱扣装置14；与所述触头装置12、瞬时脱扣装置13和延时脱扣装置14耦合的操作机构11；所述操作机构11还耦合有一种直流欠压脱扣器2；所述操作机构11可同时接收瞬时脱扣装置13、延时脱扣装置14和直流欠压脱扣器2的控制信号，控制触头装置12进行分/合操作。

本发明的直流欠压脱扣器2包括控制电路21和脱扣机构22。脱扣机构22包括磁通线圈221和与磁通线圈221耦合的触发脱扣动作的动作机构222；所述控制电路21包括与电压检测输入端的正负极连接的欠压检测模块212、与欠压检测模块212耦合的可进行脉宽控制的脱扣操控模块213、与脱扣操控模块213连接的为脱扣操控模块213提供工作电压的电源模块211。脱扣操控模块213包括与所述脱扣机构22的磁通线圈221串联的脱扣可控开关(MOSFET V3)，与所述MOSFET V3耦合，用于控制MOSFET V3分/合的可进行脉宽控制的PWM控制芯片U1(脉宽调制控制芯片)。当直流欠压脱扣器2检测到电压低于阀值时，磁通线圈221不通电，直流欠压脱扣器2动作，动作机构222触发操作机构11脱扣，使得断路器1分闸，如果电压持续低于阀值，直流欠压脱扣器2的磁通线圈221不通电，动作机构222便不能吸合复位，因此断路器1便合不上闸，当检测到电压恢复时，即电压正常，此时直流欠压脱扣器2磁通线圈221通电，通过断路器本体1合闸的过程中带动直流欠压脱扣器2的动作机构222吸合复位。

本发明的断路器包括一种直流欠压脱扣器，所述直流欠压脱扣器由于在磁通线圈回路串联了MOSFET V3，并通过PWM控制芯片U1来控制MOSFET V3的分/合，这样磁通线圈所在的通电回路无需判断输入电压的高度，回路的电路结构简单，可靠性高；而PWM控制芯片U1的电源端口耦合欠压检测模块，通过欠压检测模块进行欠压判断，控制输出给PWM控制芯片U1的工作电压来操控PWM控制芯片U1是否投入使用，相比模拟电压方式的欠压控制方式，可靠性高，避免模糊的中间状态造成误动作的可能，进一步提高脱扣器动作的准确性和可靠性。同时，电磁铁在维持吸合(即磁通线圈在工作情况下长时间通电流)阶段发热严重，功率高且容易导致磁通线圈烧毁，特别是在电压过高的时候，磁通线圈的电流增大，更容易烧毁；因此，通过可进行脉宽控制的PWM控制芯片U1控制输出脉冲信号的占空比，当电压升高时，输出脉冲信号占空比减小，通过磁通线圈的电流相应降低以保持低功耗，在磁通线圈吸合的时候小电流维持磁通线圈的吸合状态，在额定工作电压下实现需要的低功耗。下面LTC6992芯片为例，结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明，本发明所述的PWM控制芯片不仅限于LTC6992芯片，但LTC6992芯片为优选方案。

参加图3-4，直流欠压脱扣器从电压检测输入端的正极23(V⁺)和电压检测输入端的负极24(V)取电，依次包括电源模块211、欠压检测模块212和脱扣操控模块213。

电源模块211在电压检测输入端的正负极之间串联设置有电阻R7和第二稳压二极管D2，电阻R7的一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第二稳压二极管D2的负极连接，第二稳压二极管D2的正极与电压检测输入端的负极连接；所述第二稳压二极管D2负极处的稳定电压与PWM控制芯片U1的电源端(V⁺)连接，为所述PWM控制芯片U1输出5V的工作电压，确保PWM控制芯片U1的工作电压稳定，提升PWM控制芯片的可靠性。在第二稳压二极管D2与电压检测输入端的负极之间还设有整流二极管D6。进一步的，电压检测输入端的正负极之间设有压敏电阻RV1，压敏电阻RV1可以在电压检测输入端电压陡增的时候，阻值迅速下降，在电压检测输入端正负极之间产生瞬时大电流，消耗掉大部分能量，避免后面的电路烧毁。

欠压检测模块212包括在电压检测输入端的正负极之间串联设置的电阻R8和电阻R9，以及跟电阻R9并联设置的第三稳压二极管D3、延迟电容C2，电阻R8一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电压检测输入端的负极连接，延迟电容C2一端与电压检测输入端的负极连接，另一端连接到电阻R8和电阻R9之间；在电压检测输入端的正负极之间串联设置的电阻R10和第一可控开关(MOSFET V1)，电阻R10一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第一可控开关的漏极连接，第一可控开关的源极与电压检测输入端的负极连接；MOSFET V1的控制端耦合到所述电阻R8和电阻R9之间；MOSFET V1并联设置有第四稳压二极管D4；第三稳压二极管D3的正极与电压检测输入端的负极连接，正极连接到电阻R8和电阻R9之间，第四稳压二极管D4的正极与电压检测输入端的负极连接，负极与第一可控开关的漏极连接。欠压检测模块212还包括设置在电压检测输入端的负极和PWM控制芯片U1之间的第二可控开关(MOSFET V2)，MOSFET V2的控制端耦合到电阻R10和MOSFET V1之间。MOSFET V2的源极与电压检测输入端的负极连接，漏极与PWM控制芯片U1的电源端(V⁺)连接，欠压检测模块212通过MOSFET V2的分/合控制输出给PWM控制芯片U1的工作电压，实现PWM控制芯片U1的启动/关断。本欠压检测模块212具有延时保护功能，当电压检测输入端出现偶然波动，电压瞬时下降后又恢复正常电压的时候，可以确保PWM控制芯片U1无动作，继续维持磁通线圈221的吸合，提高直流欠压脱扣器动作的可靠性。

对应脱扣操控模块213，在电压检测输入端的正负极之间串联设置的电阻R1、电阻R2、电阻R3；电压检测输入端的负极和电阻R1、电阻R2连接端之间设有第一稳压二极管D1，电阻R1一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与电阻R2一端连接，电阻R2另一端与电阻R3一端连接，电阻R3另一端与电压检测输入端的负极连接，第一稳压二极管D1的正极与电压检测输入端的负极连接，负极连接到电阻R1和电阻R2之间；电阻R2、电阻R3连接端耦合到所述PWM控制芯片U1的MOD端；PWM控制芯片U1的SET端和电压检测输入端的负极之间设有电阻R4；PWM控制芯片U1的电源端(V⁺)和所述电源模块211输出的工作电压连接；所述PWM控制芯片U1的电源端(V⁺)跟电压检测输入端的负极之间设有滤波电容C1，以及串联设置的电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6跟滤波电容C1并联设置，其连接端耦合到所述PWM控制芯片U1的DIV端；PWM控制芯片U1的OUT端跟所述MOSFET V3之间设有限流电阻R11。进一步的，磁通线圈221两端并联设有续流二极管D5，续流二极管D5的阴极耦合到电压检测输入端的正极，其阳极耦合到所述MOSFET V3。这样在MOSFET V3断开时候，磁通线圈221可以通过续流二极管D5放电，将线圈内的能量及时消耗掉，这样可以确保线圈产生的感应电流对MOSFET及电路的冲击。

脱扣操控模块213中的电阻R1、电阻R2、电阻R3为模式设置电阻，第一稳压二极管D1实质上跟电阻R2、电阻R3组成的电阻串并联，以确保电阻R2、电阻R3的压差恒定。而PWM控制芯片U1的MOD端耦合到电阻R2、电阻R3之间，在电阻R2、电阻R3阻值固定的前提下，当检测电压大于一定值时使MOD端的电压也保持恒定，以确保模式选择的稳定性。电阻R5和电阻R6是分压电阻，同样的，由于工作电压稳定，在电阻R5和电阻R6阻值一定的情况下，耦合到它们之间的PWM控制芯片U1的DIV端的电压也是恒定的。

本实施方式通过欠压检测模块212来控制PWM控制芯片U1的工作与关闭以实现脱扣器的准确保护动作。当电压检测输入端的电压为正常额定工作电压时，欠压检测模块212的分压电阻R9端(即V1的门极)的电压为MOSFET V1的导通电压，V1导通，V1的源级电压为低，即MOSFET V2的门极导通电压为低，则MOSFET V2截止，此时PWM控制芯片U1的电源端的电压为所述电源模块输出的工作电压5V，MOSFET V2的漏极电压也为5V，PWM控制芯片U1正常工作，PWM控制芯片U1的OUT端输出MOSFET V3的导通信号，MOSFET V3导通，脱扣机构22吸合状态；当电压检测输入端的电压低于设定动作电压时，分压电阻R9端的电压低于V1的导通电压，V1截止，第四稳压二极管D4的电压稳定在5V，即MOSFETV2的门极导通电压为5V，V2导通，V2的源极电压为低，此时因PWM控制芯片U1的电源端与MOSFET V2的漏极连接电压也为低，则PWM控制芯片U1停止工作，磁通线圈221释放，动作机构222动作，带动操作机构11控制触头装置12执行分断作业。

脱扣操控模块213中当选定模式设置电阻(R4/R5/R6)和分压电阻(R1/R2/R3)后，电压检测输入端的电压变化时，PWM控制芯片LTC6992输出脉冲信号的脉宽也会对应变化，当电压升高时，输出脉冲信号占空比减小，通过磁通线圈的电流相应降低，以保持低功耗，在额定工作电压下实现需要的低功耗，同时也能保护磁通线圈不被大电流烧毁。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流欠压脱扣器，包括脱扣机构和控制电路，其特征在于，

所述控制电路包括与电压检测输入端连接的欠压检测模块、与欠压检测模块耦合的可进行脉宽控制的脱扣操控模块、与脱扣操控模块连接的为脱扣操控模块提供工作电压的电源模块；

所述脱扣操控模块包括与所述脱扣机构连接的的脱扣可控开关，与所述脱扣可控开关耦合，用于控制脱扣可控开关分/合的PWM控制芯片；

所述欠压检测模块包括第八电阻、第九电阻和延迟电容，第八电阻一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端与电压检测输入端的负极连接，延迟电容一端与电压检测输入端的负极连接，另一端连接到第八电阻和第九电阻之间；

还包括第十电阻和第一可控开关，第十电阻一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第一可控开关的漏极连接，第一可控开关的源极与电压检测输入端的负极连接，所述第一可控开关的控制端耦合到所述第八电阻和第九电阻之间；还包括设置在电压检测输入端的负极和PWM控制芯片之间的第二可控开关，所述第二可控开关的控制端耦合到所述第十电阻和第一可控开关之间,

所述第二可控开关的源极与电压检测输入端的负极连接，漏极与PWM控制芯片的电源端连接。

2.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述脱扣机构包括磁通线圈和与磁通线圈耦合的触发脱扣动作的动作机构。

3.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述PWM控制芯片的输出端与所述脱扣可控开关之间串联有限流电阻。

4.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述脱扣操控模块还包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一稳压二极管，第一电阻一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第二电阻一端连接，第二电阻另一端与第三电阻一端连接，第三电阻另一端与电压检测输入端的负极连接，第一稳压二极管的正极与电压检测输入端的负极连接，负极连接到第一电阻和第二电阻之间；

所述第二电阻、第三电阻连接端耦合到所述PWM控制芯片的MOD端；

所述PWM控制芯片的SET端和电压检测输入端的负极之间设有第四电阻，电源端和所述电源模块输出的工作电压连接；

所述PWM控制芯片的电源端跟电压检测输入端的负极之间设有滤波电容，以及串联设置的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻跟滤波电容并联设置，其连接端耦合到所述PWM控制芯片的DIV端；

所述PWM控制芯片的OUT端跟所述脱扣可控开关之间设有限流电阻。

5.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述电源模块在电压检测输入端的正负极之间串联设置有第七电阻和第二稳压二极管，第七电阻的一端与电压检测输入端的正极连接，另一端与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极与电压检测输入端的负极连接；第二稳压二极管的负极处的稳定电压为所述PWM控制芯片输出工作电压。

6.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述欠压检测模块还包括：跟第九电阻并联设置的第三稳压二极管；与所述第一可控开关并联设置的第四稳压二极管；第三稳压二极管的正极与电压检测输入端的负极连接，负极连接到第八电阻和第九电阻之间；第四稳压二极管的正极与电压检测输入端的负极连接，负极与第一可控开关的漏极连接。

7.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述直流欠压脱扣器的电压检测输入端的正负极之间设有压敏电阻。

8.如权利要求2所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述磁通线圈两端并联设有续流二极管，所述续流二极管的阴极耦合到电压检测输入端的正极，其阳极耦合到所述脱扣可控开关。

9.如权利要求1所述的一种直流欠压脱扣器，其特征在于，所述PWM控制芯片的型号为LTC6992。

10.一种断路器，其特征在于，包括如权利要求1～9任一所述的一种直流欠压脱扣器。