CN115441400A - 开关电器的保护电路、断路器和断路器的保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种开关电器的保护电路、断路器和断路器的保护方法，保护电路包括用于电压检测控制电路和至少两个可控开关电路，所述电压检测控制电路能够在电源电压满足阈值时驱动对应的可控开关电路断开，任一可控开关电路断开时均能对开关电器的控制电路断电，所述的至少两个可控开关电路在断开时的电压阈值不同，断路器的保护方法通过所述的开关电器的保护电路对所述断路器的控制电路进行分级保护，所述保护电路不仅能够可靠保护断路器的控制电路，而且保护电路还能够可靠保护自身，防止保护电路自身失效而带来的其它安全隐患。
Description
技术领域
本发明创造涉及低压电器领域，特别是涉及一种开关电器的保护电路、断路器和断路器的保护方法。
背景技术
智能将是未来的趋势，低压电器行业也不例外，随着近几年智能电网与智能台区的建设，断路器产品的智能化已经成为主要需求与关键技术指标，为了满足与实现智慧物联、状态全感知、自动重合闸等功能，断路器工作状态及方式也随之发生了变化，如电源取电方式由原来出线端变换为进线端，即无论断路器本体部分处于合闸状态或分闸状态，控制电路仍可从前断路器本体前端取电，使得控制电路处于正常工作状态。
由于断路器取电方式的变化，当电压故障发生时，如过电压或雷击故障，断路器能迅速分闸，虽然能够切除与断开负载端，保护负载端电力设备与线路，但是断路器内部控制电路仍将承受故障电压冲击与破坏，如故障现象较长时间存在或一直存在，极大可能损坏断路器本身或引发事故。
发明内容
本发明创造的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够对控制电路进行保护的开关电器的保护电路。
为实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：
一种开关电器的保护电路，其包括用于电压检测控制电路和至少两个可控开关电路，所述电压检测控制电路能够在电源电压满足阈值时驱动对应的可控开关电路断开，任一可控开关电路断开时均能对开关电器的控制电路断电，所述的至少两个可控开关电路在断开时的电压阈值不同。
优选的，其中一个所述可控开关电路为熔断电路，熔断电路包括自恢复熔断丝FU1和泄放电路，电压检测控制电路能够控制泄放电路导通，使自恢复熔断丝FU1熔断。
优选的，其中一个所述可控开关电路为电子开关电路，所述电子开关电路包括电子开关K1，，电压检测控制电路能够控制可控开关元件V2导通，使电子开关K1断开。
优选的，所述的至少两个可控开关电路分别为电子开关电路和熔断电路，电子开关电路和熔断电路分别设置在电压检测控制电路的后端和前端，电子开关电路断开的电压阈值小于熔断电路断开的电压阈值。
优选的，所述泄放电路包括可控开关元件V1，当电源电压高于熔断值时，电压检测控制电路控制可控开关元件V1导通，进行电流泄放。
优选的，所述电压检测控制电路包括比较器，通过比较器分别控制可控开关电路的通断，当所述电压检测电路检测到电源电压大于可控开关电路的断开阈值时，控制相应可控开关电路断开。
优选的，所述电压检测电路包括U1A、比较器U1B、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、电阻R12、电容C1和稳压管VZ1，比较器U1A和比较器U1B分别用于控制熔断电路的可控开关元件V1和电子开关电路的可控开关元件V2，所述电阻R1与稳压管VZ1串联后输出电压基准源Ref1至比较器U1A的反向输入端，电阻R2、电阻R7和电阻R11串联在L线与N线之间，电容C1并联在电阻R7和电阻R11的两端，电阻R5的一端连接在电阻R2与电阻R7之间，电阻R5的另一端分别接比较器U1A的同向输入端，比较器U1A的输出端分别与可控开关元件V2的控制端、电阻R12的一端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与比较器U1A的同向输入端连接，电阻R12的另一端接地，电阻R9的一端连接在电阻R7与电阻R11之间，电阻R9的另一端接比较器U1B的同向输入端，比较器U1B的输出端接可控开关元件V1的控制端。
本发明创造的开关电器的保护电路，在发生严重电压故障时，可以切断控制电路的电源，即使控制电路连接在开关电器的进线端，仍可以有效防止电压故障对控制电路带来的损坏和安全隐患，不仅用电更安全，具有很高的应用价值及市场潜力，而且通过至少两个可控开关电路实现分级保护，保护功能更可靠。
本发明创造还提供了一种断路器，能够在电源电路达到断路器电压保护的电压阈值时断开断路器主回路，其包括控制电路和连接在进线端和控制电路之间的所述开关电器的保护电路，所述保护电路为本发明创造上述的包括至少两个可控开关电路的保护电路，能够在电源电路的电源电压达到保护电源电路的电压阈值时断开，提供两个级别不同的断开保护。需要说明的是保护电源电路的电压阈值与断路器电压保护的电压阈值为不同的保护阈值。
本发明创造还提供了一种断路器的保护方法，当电压检测控制电路检测到电源电压达到电子开关电路断开的电压阈值时，驱动电子开关电路断开；当电源电压达到熔断电路断开的电压阈值时，驱动熔断电路断开，断路器电压保护的电压阈值<电子开关电路断开的电压阈值<熔断电路断开的电压阈值。
优选的，所述熔断电路包括自恢复熔断丝；在电子开关电路断开后，当采样电压低于电子开关电路断开的电压阈值后，电压检测控制电路驱动电子开关电路导通。
本发明创造的断路器的保护方法，通过电子开关电路和熔断电路分级保护，而且熔断电路和电子开关电路分别在电压检测控制电路的前端和后端，电子开关电路断开时可以保护主功能电路，但电压检测控制电路仍可以正常工作，并可以在故障解除后快速驱动电子开关电路恢复工作状态，当电压进一步升高时，电压检测控制电路控制熔断电路断开，对电压检测控制电路进行保护
附图说明
图1是本发明创造实施例开关电器的保护电路的结构示意图；
图2是本发明创造实施例开关电器的保护电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至2给出的实施例，进一步说明本发明创造的开关电器的保护电路的具体实施方式。本发明创造的开关电器的保护电路不限于以下实施例的描述。
如图1-2所示，本发明创造的开关电器的保护电路包括电压检测控制电路和至少两个可控开关电路，所述电压检测控制电路能够在电源电压满足阈值时驱动对应的可控开关电路断开，任一可控开关电路断开时均能对开关电器的控制电路断电，所述的至少两个可控开关电路在断开时的电压阈值不同。
本发明创造的开关电器的保护电路，在发生电压故障时，可以切断控制电路的电源，即使控制电路连接在开关电器的进线端，仍可以有效防止电压故障对控制电路带来的损坏和安全隐患，不仅用电更安全，具有很高的应用价值及市场潜力，而且通过至少两个可控开关电路实现分级保护，保护功能更可靠。
本实施例的开关电器为断路器，所述保护电路设置在控制电路的前端，位于断路器的进线端与控制电路之间，断路器能够在电源电路达到断路器电压保护的电压阈值时断开路器主回路，这是断路器的现有功能，本发明创造的改进点在于对断路器的控制电路进行保护的保护电路。图中主功能电路构成断路器的控制电路，所述主功能电路可以为单片机或微处理器MCU，保护电路包括电压检测控制电路和至少两个可控开关电路，图中所述可控开关电路的数量为两个，所述的至少两个可控开关电路分别为电子开关电路和熔断电路，熔断电路和电子开关电路分别设置在电压检测控制电路的前端和后端，
所述主功能电路依次经过电子开关电路、电压检测控制电路和熔断电路从断路器本体的主回路电源取电，即从断路器本体的进线端一侧取电，当断路器主回路电源电压正常或断电时，电子开关电路和熔断电路分别处于接通状态，控制电路功能正常运行；
当出现过压等故障时，电压达到断路器电压保护的电压阈值时，主功能电路驱动执行机构使断路器跳闸，保护接入断路器的负载；
当主回路电源电压达到电子开关电路断开的电压阈值时，电压检测控制电路驱动电子开关电路断开，停止给主功能电路供电；
当主回路电源电压达到熔断电路断开的电压阈值时，电压检测控制电路驱动熔断电路断开，电压检测控制电路断电；
所述的断路器电压保护的电压阈值<电子开关电路断开的电压阈值<熔断电路断开的电压阈值。所述的断路器电压保护的电压阈值一般根据应用或参考标准设置，所述电子开关电路断开的电压阈值一般设置为断路能正常工作的最大电压值，所述熔断电路断开的电压阈值一般设置为断路器在不损坏的情况下能承受的极限电压值。
本实施例通过电子开关电路和熔断电路分级保护，而且熔断电路和电子开关电路分别在电压检测控制电路的前端和后端，电子开关电路断开时可以保护主功能电路，但电压检测控制电路仍可以正常工作，并可以在故障解除后快速驱动电子开关电路恢复工作状态，当电压进一步升高时，电压检测控制电路控制熔断电路断开，对电压检测控制电路进行保护。可以理解的是，所述的两个可控开关电路也可以采用其它工作原理，或者两个可控开关电路都采用电子开关电路，又或者两个可控开关电路都采用熔断电路，都属于本发明创造的保护范围。
如图2所示，其中一个所述可控开关电路为熔断电路，熔断电路包括自恢复熔断丝FU1和泄放电路，电压检测控制电路能够控制泄放电路导通，使自恢复熔断丝FU1熔断。泄放电路包括可控开关元件V1，当电源电压高于熔断值时，电压检测控制电路控制可控开关元件V1导通，进行电流泄放。
具体的，所述熔断电路包括自恢复熔断丝FU1，以及与自恢复熔断丝FU1连接的可控开关元件V1，出现故障时，电压检测控制电路能够控制可控开关元件V1导通，增加自恢复熔断丝FU1中电流，使自恢复熔断丝FU1主动断开；故障消失后，自恢复熔断丝FU1能够自动恢复工作。具体的，所述熔断电路包括与L线串联的自恢复熔断丝FU1和整流器件D1，以及连接在整流器件D1的输出端之间的可控开关元件V1和电阻R4，可控开关元件V1的控制极分别与电阻R10和电压检测控制电路连接，可控开关元件V1经过电阻R10下拉接地，可控开关元件V1由所述电压检测控制电路控制通断，整流器件D1将电源电压由交流转换直流电压。
当出现故障需要断开熔断电路时，即满足熔断电路断开的电压阈值时，电压检测控制电路控制可控开关元件V1导通，通过可控开关元件V1导通电阻R4，形成泄放电流，泄放电流值较大，使通过自恢复熔断丝FU1的电流值增大使自恢复熔断丝FU1升温并关断，进而完全切断控制电路与电源。当故障解除后，自恢复熔断丝FU1在降低温度后重新导通为电压检测控制电路和主功能电路供电，电压检测控制电路能够重新检测电压。本实施例的可控开关元件V1为可控硅，也可以采用述MOS管和三极管等元件代替，都属于本发明创造的保护范围。自恢复熔断丝FU1针对故障电压范围比电子开关电路严重很多，发生严重过电压故障后，通过自恢复熔断丝FU1的固有特性延时恢复，可以让电子开关电路中承受过电压产生热效应或暂态击穿损伤的器件进行恢复。
如图2所示，其中一个所述可控开关电路为电子开关电路，所述电子开关电路包括电子开关K1，电压检测控制电路能够控制可控开关元件V2导通，使电子开关K1断开。
具体的，所述电子开关电路包括电子开关K1，以及用于控制电子开关K1的吸合的可控开关元件V2，所述电子开关K1为继电器，出现故障时，电压检测控制电路能够控制可控开关元件V2导通，使电子开关K1吸合，常闭触点断开，故障消失后，电子开关K1的常闭触点恢复接通。具体的，所述电子开关电路包括电子开关K1，所述电子开关K1包括与L线串联的常闭触点，电子开关K1的电磁机构的两端分别与电阻R3和电阻R8连接，在电阻R8两端并联有可控开关元件V2，可控开关元件V2的控制极与电压检测控制电路连接，由电压检测控制电路控制可控开关元件V2的通断。
当出现故障需要断开电子开关电路时，即满足电子开关电路断开的电压阈值时，电压检测控制电路控制可控开关元件V2导通，通过可控开关元件V2短路电阻R8，增加经过电子开关K1的电磁机构的电流，使电磁机构吸引常闭触点断开，进而断开电子开关电路。当故障解除后，电压检测控制电路控制可控开关元件V2关断，电磁机构释放，常闭触点重新闭合，电子开关电路重新导通为主功能电路供电。电子开关K1由电路驱动，完全受控于电压检测电路，故障产生时，能够快速断开电压与主功能电路；故障解除后，能够快速接通主功能电路电源。
可以理解的是，所述电子开关电路也可以采用其它元件代替电子开关K1，例如接触器等，电子开关K1也不限于常闭触点。此外，所述MOS管V2为可控开关元件，也可以采用可控硅和三极管等元件代替，都属于本发明创造的保护范围。
如图2所示，所述电压检测控制电路包括比较器，通过比较器分别控制可控开关电路的通断，当所述电压检测电路检测到电源电压大于可控开关电路的断开阈值时，控制相应可控开关电路断开。
具体的，所述电压检测控制电路包括两个比较器，两个比较器分别用于控制熔断电路的可控开关元件V1和电子开关电路的可控开关元件V2，两个比较器分别将采样电压与电子开关电路断开的电压阈值和熔断电路断开的电压阈值比较，并在电压信号满足阈值时导通对应的可控开关元件V1和可控开关元件V2；
所述电压检测控制电路包括构成所述两个比较器的比较器U1A和比较器U1B，以及电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、电阻R12、电容C1和稳压管VZ1，所述电阻R1与稳压管VZ1串联用于输出电压基准源Ref1并与比较器U1A的反向输入端相连，电阻R2、电阻R7和电阻R11串联在L线与N线之间，电容C1并联在电阻R7和电阻R11的两端用于组成分压电路，电阻R5的一端连接在电阻R2与电阻R7之间，电阻R5的另一端分别接比较器U1A的同向输入端，比较器U1A的输出端与可控开关元件V2作为控制端的G极相连，比较器U1A的输出端分别与电阻R12的一端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与比较器U1A的同向输入端连接，电阻R12的另一端下拉接地，电阻R9的一端连接在电阻R7与电阻R11之间，电阻R9的另一端接比较器U1B的同向输入端，比较器U1B的输出端接可控开关元件V1作为控制端的门极。
本发明创造的开关电器的保护电路，适用于对连接在开关电器的进线端的控制电路进行保护，能够在发生严重电压故障时，有效保护开关电器本体和控制电路。所述开关电器包括进线端、出线端、连接在进线端和出线端之间的触头机构、以及与进线端连接的控制电路，本发明创造的开关电器的保护电路连接在进线端和控制电路之间。所述的控制电路从进线端获取电源，当电路出现故障时，包括欠压、过压、短路和漏电等中的一种或多种，控制电路通过执行机构触发触头机构的动触头和静触头分离，或者开关电器的保护机构会触发触头机构的动触头和静触头分离，使开关电器脱扣跳闸，实现对负载端设备的保护，开关电器的保护机构可以包括欠压脱扣器、过压脱扣器、过载保护机构、短路保护机构或漏电脱扣器中的一种或多种，但开关电器的保护机构无法实现对控制电路的保护，本发明创造的保护电路用于实现对控制电路的保护，通过至少两个可控开关电路实现分级保护，当发生严重电压故障时，开关电器不仅可以及时断开负载端，而且可以切断控制电路的电源，有效防止电压故障对开关电器本身带来的损坏和安全隐患，使得用电更安全、可靠。
由比较器U1A构成的滞回比较电路，比较器U1A根据最大阈值VHth和最小阈值VLth判断是否导通和断开电子开关电路，电子开关电路的接通与断开阈值电压分别为最小阈值VLth和最大阈值VHth，比较器U1A在采样电压处于最大阈值VHth和最小阈值VLth之间时不动作，本实施例采样电压即电阻R2和R7之间的分压值，防止电子开关电路在电压阈值附近频繁开关；采样电压高于最大阈值VHth时，比较器U1A输出低电平控制可控开关元件V2关断，进而断开电子开关电路；在采样电压低于最小阈值VLth时，比较器U1A输出高电平控制可控开关元件V2导通，并接通电子开关电路。可以理解的是，比较器U1A也可以根据电子开关电路对应的某个电压阈值判断，虽可能在阈值附近频繁开关，但都属于本发明创造的保护范围。
进一步，所述步骤S4由比较器U1B根据熔断电路对应的电压阈值判断是否断开熔断电路，当采样电压高于电压基准源Ref1时，本实施例采样电压即电阻R7与电阻R11之间的分压值，比较器U1B输出高电平导通可控开关元件V1，使自恢复熔断丝FU1所在回路中电流增大，通过自恢复熔断丝FU1断开熔断电路；自恢复熔丝恢复FU1后，若电源电压正常，则从上述步骤S1重新开始。
本实施例通过从不同的分压电阻处获取采样电压与一个电压基准源Ref1进行比较，以控制电子开关电路和熔断电路的通断。当然也可以基于同一个采样电压与两个不同的电压基准源(即不同的阈值)分别进行比较，以控制电子开关电路和熔断电路的通断。
本发明创造还提供一种开关电器的保护方法，当电压检测控制电路检测到电源电压达到电子开关电路断开的电压阈值时，驱动电子开关电路断开；当电源电压达到熔断电路断开的电压阈值时，驱动熔断电路断开，断路器电压保护的电压阈值<电子开关电路断开的电压阈值<熔断电路断开的电压阈值。所述熔断电路包括自恢复熔断丝，在熔断电路断开且故障解除后，自恢复熔断丝能够重新导通为电压检测控制电路和控制电路供电；在电子开关电路断开后且采样电压低于电子开关电路断开的电压阈值后，电压检测控制电路驱动电子开关电路导通。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明创造所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造的具体实施只局限于这些说明。对于本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.一种开关电器的保护电路，其特征在于：包括电压检测控制电路和至少两个可控开关电路，所述电压检测控制电路能够在电源电压满足阈值时驱动对应的可控开关电路断开，任一可控开关电路断开时均能对开关电器的控制电路断电，所述的至少两个可控开关电路在断开时的电压阈值不同。
2.根据权利要求1所述的开关电器的保护电路，其特征在于：其中一个所述可控开关电路为熔断电路，熔断电路包括自恢复熔断丝FU1和泄放电路，电压检测控制电路能够控制泄放电路导通，使自恢复熔断丝FU1熔断。
3.根据权利要求1所述的开关电器的保护电路，其特征在于：其中一个所述可控开关电路为电子开关电路，所述电子开关电路包括电子开关K1，电压检测控制电路能够控制可控开关元件V2导通，使电子开关K1断开。
4.根据权利要求1-3中任一所述的开关电器的保护电路，其特征在于：所述的至少两个可控开关电路分别为电子开关电路和熔断电路，电子开关电路和熔断电路分别设置在电压检测控制电路的后端和前端，电子开关电路断开的电压阈值小于熔断电路断开的电压阈值。
5.根据权利要求2所述的开关电器的保护电路，其特征在于：所述泄放电路包括可控开关元件V1，当电源电压高于熔断值时，电压检测控制电路控制可控开关元件V1导通，进行电流泄放。
6.根据权利要求1所述的开关电器的保护电路，其特征在于：所述电压检测控制电路包括比较器，通过比较器分别控制可控开关电路的通断，当所述电压检测电路检测到电源电压大于可控开关电路的断开阈值时，控制相应可控开关电路断开。
7.根据权利要求1所述的开关电器的保护电路，其特征在于：所述电压检测电路包括U1A、比较器U1B、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、电阻R12、电容C1和稳压管VZ1，比较器U1A和比较器U1B分别用于控制熔断电路的可控开关元件V1和电子开关电路的可控开关元件V2，所述电阻R1与稳压管VZ1串联后输出电压基准源Ref1至比较器U1A的反向输入端，电阻R2、电阻R7和电阻R11串联在L线与N线之间，电容C1并联在电阻R7和电阻R11的两端，电阻R5的一端连接在电阻R2与电阻R7之间，电阻R5的另一端分别接比较器U1A的同向输入端，比较器U1A的输出端分别与可控开关元件V2的控制端、电阻R12的一端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与比较器U1A的同向输入端连接，电阻R12的另一端接地，电阻R9的一端连接在电阻R7与电阻R11之间，电阻R9的另一端接比较器U1B的同向输入端，比较器U1B的输出端接可控开关元件V1的控制端。
8.一种断路器，能够在电源电路达到断路器电压保护的电压阈值时断开断路器主回路，其特征在于：包括控制电路和连接在进线端和控制电路之间的如权利要求1-7任一所述的开关电器的保护电路。
9.一种断路器的保护方法，其特征在于：当电压检测控制电路检测到电源电压达到电子开关电路断开的电压阈值时，驱动电子开关电路断开；当电源电压达到熔断电路断开的电压阈值时，驱动熔断电路断开，断路器电压保护的电压阈值<电子开关电路断开的电压阈值<熔断电路断开的电压阈值。
10.根据权利要求9所述的开关电器的保护方法，其特征在于：所述熔断电路包括自恢复熔断丝；在电子开关电路断开后，当采样电压低于电子开关电路断开的电压阈值后，电压检测控制电路驱动电子开关电路导通。
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