CN217956669U - 电流控制装置和电气设备 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了电流控制装置和电气设备。电流控制装置耦合至线圈并且包括：运算放大器，包括同相输入端、反相输入端和输出端；基准电路，耦合至同相输入端并被配置为给运算放大器提供基准电压；采样电路，耦合至线圈和反相输入端，并被配置为给运算放大器提供采样电压；以及开关，耦合至运算放大器、线圈和采样电路，并被配置为基于运算放大器的输出端的电压而导通或关断，以调节流过线圈的电流。本方案可以通过硬件的方式对流经线圈的电流加以控制，成本低廉且操作可靠。

Description

电流控制装置和电气设备

技术领域

本公开涉及电气设备领域，更具体地，涉及电流控制装置以及包括该电流控制的电气设备。

背景技术

脱扣器是一种常见的电气设备，它与断路器机械上相连的，用以释放断路器上的保持机构，并使断路器自动断开。当线路漏电或有人体触电时，通过脱扣器在预定时间内切断电源，能够起到触电和漏电保护作用。脱扣器中包括有线圈，用于执行分闸和合闸的操作。

脱扣器对流经线圈的电流有严格的要求，需要时线圈的电流维持在恒定的数值范围内。在传统的方案中，通常借助于单片机来实现对线圈的电流的控制。在使用单片机的方案中，将电流采样信号送到单片机，与单片机内部电压基准进行比较，单片机输出控制信号，控制开关管的导通程度，使线圈电流维持在设定的恒流值。这种方式虽然可以实现一定程度的恒定电流，但是成本较高，而且还需要硬件与软件开发进行配合，开发难度高并且周期长，其适用范围难以得到扩展。

实用新型内容

为了至少部分解决上述以及其他可能存在的问题，本公开的实施例提供了一种电流控制装置以及包括该电流控制装置的电气设备。

在第一方面，本公开的实施例提供了一种电流控制装置。电流控制装置耦合至线圈并且包括：运算放大器，包括同相输入端、反相输入端和输出端；基准电路，耦合至同相输入端并被配置为给运算放大器提供基准电压；采样电路，耦合至线圈和反相输入端，并被配置为给运算放大器提供采样电压；以及开关，耦合至运算放大器、线圈和采样电路，并被配置为基于运算放大器的输出端的电压而导通或关断，以调节流过线圈的电流。

根据本公开的实施例，通过电路设计的方式提供电流控制装置，可以在例如用于分闸操作和合闸操作的脱扣器上，实现对脱扣器线圈的恒流控制，不仅成本低廉，而且操作可靠。

在一些实施例中，基准电路包括：恒压源，其一端经由第一电阻耦合至第一电源，另一端耦合至参考电压端，恒压源被配置为提供恒定的电压；以及第一滤波元件，耦合至恒压源并被配置为给恒压源提供经滤波的电压。利用该实施例，可以提供精确且恒定的电压。

在一些实施例中，基准电路还包括：基准节点，耦合至运算放大器的同相输入端；第二电阻，其一端耦合至第一电阻和恒压源之间的恒压点，另一端耦合至基准节点；以及第三电阻，其一端耦合至基准节点，另一端耦合至参考电压端。利用该实施例，通过电阻的分压作用，可以提供预定的准确电压作为运算放大器进行比较的基准电压。

在一些实施例中，采样电路包括：采样电阻，其一端耦合至开关侧节点，另一端耦合至参考电压端，其中开关侧节点耦合至开关；第二滤波元件，其一端耦合至放大器侧节点，另一端耦合至参考电压端，其中放大器侧节点耦合至开关的反相输入端；以及第四电阻，耦合在开关侧节点和放大器侧节点之间。利用该实施例，可以对线圈的电流进行采样，以便于与基准电压进行比较。

在一些实施例中，电流控制装置还包括负反馈电路，负反馈电路耦合在运算放大器的输出端和反相输入端之间，并且包括：第五电阻；以及第三滤波元件，与第五电阻串联耦合。利用该实施例，可以以简单可靠的方式为运算放大器提供负反馈。

在一些实施例中，开关包括：栅极，经由第六电阻耦合至运算放大器的输出端；源极，耦合至采样电路；以及漏极，耦合至线圈。利用该实施例，利用成本低廉的开关，既可以耦合至采样电路，也可以耦合至运算放大器，同时还能够控制线圈的电流的流通和断开。

在第二方面，本公开的实施例提供一种电气设备。电气设备包括线圈；以及本公开的第一方面的电流控制装置。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开的实施例的电气设备的示意框图。

图2示出了根据图1中的电气设备的示意性图示，其中示出了电流控制装置的一种可行的实现方式。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到选替技术方案。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。术语“耦合”或“联接”包括以各种形式将相关的部件关联在一起，既包括以电气方式，也包括以机械或磁性方式，既包括直接关联，也包括经由中间部件间接关联。

本公开的实施例提供了一种改进的电流控制方案。这种方案采用设置有运算放大器和开关的电路结构，通过控制电路的接通和断开，来调节流过线圈的电流数值，从而以低成本、简单且有效的方式实现对线圈的电流控制。

图1示出了根据本公开的实施例的电气设备1的示意框图。如图1所示，电气设备1总体上包括线圈10和负载90。在一些实施例中，电气设备1可以是用于实现分闸与合闸动作的脱扣器。在这样的实施例中，线圈10可以是脱扣器中的动作线圈。在另一些实施例中，线圈10也可以是脱扣器中的维持线圈。负载90耦合至线圈10，用于执行分闸动作或合闸动作。根据脱扣器的工作要求，线圈10的电流需要保持恒定，这样才可以确保脱扣器的良好特性。

如前所述，在传统的方案中，通常借助于单片机来实现对线圈的电流的控制。这种方式成本较高，并且还需要硬件与软件开发进行配合，开发难度高并且周期长。

至少为了解决上述问题，本公开的实施例提供了一种电流控制装置和相应的电气设备。

返回参考图1，电气设备1包括根据本公开的实施例的用于调节线圈10的工作电流的电流控制装置20。如图所示，电气设备1还可以包括第一电源Ua和第二电源Ui，其中第一电源Ua用于为电流控制装置20提供功率，第二电源Ui用于为线圈10提供动力。作为示例，第一电源Ua和/或第二电源Ui可以包括公用电网、诸如电池组、超级电容之类的储能装置、连接到公用电网或储能装置的开关电源、或任何其他类型的供电设施、或者它们的任意组合。

图2示出了根据本公开的实施例的电气设备1的示意性图示，其中示出了电流控制装置20的一种可行电路图。如图2所示，电流控制装置20总体上包括运算放大器30和耦合至运算放大器30的开关60。如所示出，运算放大器30包括同相输入端31、反相输入端32和输出端33。根据运算放大器30的工作特性，其输出端33会根据同相输入端31和反相输入端32的不同情况而输出相应的输出电压。在图2所示的实施例中，开关60可以是场效应管，并且包括栅极61、漏极62和源极63。在图示的实施例中，由于将开关60的栅极61耦合至运算放大器30的输出端33，因此可以基于同相输入端31和反相输入端32之间的大小来控制开关60的导通或关断。需要说明的是，开关60也可以除了场效应管之外的其他类型的开关，只要这种类型的开关可以实现预定的功能即可。这可以根据具体的使用环境来调整，这样的实施例落入本公开的范围中。

参考图2，电流控制装置20还包括基准电路40和采样电路50。基准电路40耦合至同相输入端31能够为运算放大器30提供用于比较的基准电压。采样电路50耦合至线圈10和反相输入端32，并被配置为给运算放大器30提供采样电压。

如图2所示，基准电路40包括串联耦合的恒压源Uc和第一电阻R1。恒压点Pc位于第一电阻R1与恒压源Uc之间。第一电阻R1的一端耦合至第一电源Ua，另一端耦合至恒压点Pc。恒压源Uc的一端耦合至恒压点Pc，另一端耦合至参考电压端Ur。第一电阻R1可以实现第一电源Ua的分压，也就是说，通过改变第一电阻R1的电阻值，可以将恒压点Pc的输出电压调节到期望的电压值。此外，通过恒压源Uc的恒压作用，可以恒压点Uc处提供恒定的电压。此外，基准电路40还可以包括第一滤波元件C1。在图2所示的实施例中，第一滤波元件C1耦合至恒压源Uc，其能够为恒压源Uc提供经滤波的电压。通过这种方式，可以在恒压点Pc处提供精确且稳定的电压。

在一些实施例中，恒压源Uc可以是TL 431。在一些实施例中，恒压源Uc可以在恒压点Pc处的提供维持为2.5V的精确电压。需要说明的是，这仅仅是示意性的，而非限制性的。在其他实施例中，根据实际的使用需求，恒压点Pc处可以提供其他数值的电压。具体的数值不受到本公开的实施例的限制。

继续参考图2，如所示出，基准电路40可以包括串联耦合的第二电阻R2和第三电阻R3，基准节点Pb位于第二电阻R2与第三电阻R3之间。第二电阻R2的一端耦合至能够提供准确电压值的恒压点Pc，另一端耦合至基准节点Pb。第三电阻R3的一端耦合至基准节点Pb，另一端耦合至参考电压端Ur。第二电阻R2与第三电阻R3可以实现分压，也就是说，通过改变第二电阻R2与第三电阻R3的比值，可以将基准节点Pb的输出电压调节到期望的电压值。该电压值被送到运算放大器30的同相输入端31，以作为运算放大器30的比较基准电压。

如图2所示，采样电路50可以包括采样电阻Rs、第二滤波元件C2以及第四电阻R4。采样电阻Rs的一端耦合至开关侧节点Ps，该开关侧节点Ps耦合至开关60的源极62，采样电阻Rs的另一端耦合至参考电压端Ur。第二滤波元件C2的一端耦合至放大器侧节点Pa，该放大器侧节点Pa耦合至开关60的反相输入端32。第二滤波元件C2的另一端耦合至参考电压端Ur。第四电阻R4可以被耦合在开关侧节点Ps和放大器侧节点Pa之间。

继续参考图2，在图示的实施例中，开关60的漏极62耦合至线圈10，开关60的源极63耦合至采样电阻Rs。以此方式，开关60可以用来控制线圈10的电流大小。具体来说，如果开关60根据运算放大器30的输出端33的输出电压而被导通，则由第二电源Ui、线圈10和采样电阻Rs组成的回路将会导通，这样就会有电流流过线圈10。如果开关60根据运算放大器30的输出端33的输出电压而被关断，则由第二电源Ui、线圈10和采样电阻Rs组成的回路将会断开，这样就不会有电流流过线圈10。以此方式，可以控制开关60的导通和关断。

在一些实施例中，电流控制装置20还可以包括与运算放大器30耦合的负反馈电路70。如图2所示，负反馈电路70耦合在运算放大器30的输出端33和反相输入端32之间，并且包括第五电阻R5和串联耦合至该第五电阻R5的第三滤波元件C3。

在图2所示的实施例中，栅极61可以经由第六电阻R6耦合至运算放大器30的输出端33。

下面结合图2所示的电路来描述根据本公开的实施例的电流控制装置20的操作过程。

如图2所示，第一电源Ua为电流控制装置20的供电源，第二电源Ui为输入电压源。第一电源Ua经由第一电阻R1送到恒压源Uc，通过恒压源Uc的恒压作用可以得到期望数值的精确电压。随后，经过第一滤波元件C1的滤波作用，再通过第二电阻R2与第三电阻R3的分压作用，将用于比较的基准电压提供给运算放大器30的同相输入端31。导通开关60，使得输入电流从第二电源Ui通过线圈10和开关60流经采样电阻Rs流到参考电压端Ur，从而形成电流回路。根据采样电阻Rs的阻值和电流值，取得采样电阻Rs两端的电压。此采样电压经过第四电阻R4和第二滤波元件C2滤波之后，被提供给运算放大器30的反相输入端32，与同相输入端31的基准电压进行比较。第五电阻R5与第三滤波元件C3使运算放大器30形成负反馈。

继续参考图2，如果反相输入端32所耦合的采样电压大于正相输入端31所耦合的基准电压，则表明电流过大。此时，根据运算放大器30的工作特性，其输出端33将会输出低电平，并经过第六电阻R6控制开关60关断，从而使得由第二电源Ui、线圈10和采样电阻Rs组成的回路将会断开，这样就不会有电流流过线圈10，从而使得线圈10的随时间的平均电流减小。反之，如果采样电压小于基准电压，则表明电流过小。此时，根据运算放大器30的工作特性，其输出端33将会输出高电平，并经过第六电阻R6控制开关60导通，从而使得由第二电源Ui、线圈10和采样电阻Rs组成的回路保持接通，这样就有电流持续流过线圈10，从而使得线圈10的随时间的平均电流增加。以此方式，可以使开关60的导通程度维持在一个稳定水平，进而使线圈10的电流维持在一个设定值的水平，从而实现了对线圈10的恒流控制。

在一些实施例中，通过改变第二电阻R2和第三电阻R3的电阻值的比例，可以调节用于进行比较的基准电压的数值，从而调整线圈10的电流。基准电压越大，则线圈10的电流越大，反之，基准电压越小，则线圈10的电流越小。

相比于传统的使用单片机的方式，根据本公开的实施例的电流控制装置20仅通过硬件电路便可以实现脱扣器的线圈的电流控制，这样的方式无需软件设计。在一些实施例中，电流控制装置20上的这些器件可以被集成到一个芯片上，以此方式，仅需要一个包括运算放大器的芯片，便可以实现预定的功能。这种方式开发难度较小且设计周期较短，具有很广泛的适用场合。

需要说明的是，虽然以脱扣器的场景对本公开的实施例进行了描述，然而，这仅是示意性的。上面描述的电流控制装置20还可以适用于其他类型的电气设备1，电气设备1的具体类型不受到本公开的实施例的限制。还应该说明的是，本公开的实施例适用于电气设备1中的各种类型的线圈。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。

Claims (7)

1.一种电流控制装置(20)，耦合至线圈(10)，其特征在于，包括：

运算放大器(30)，包括同相输入端(31)、反相输入端(32)和输出端(33)；

基准电路(40)，耦合至所述同相输入端(31)并被配置为给所述运算放大器(30)提供基准电压；

采样电路(50)，耦合至所述线圈(10)和所述反相输入端(32)，并被配置为给所述运算放大器(30)提供采样电压；以及

开关(60)，耦合至所述运算放大器(30)、所述线圈(10)和所述采样电路(50)，并被配置为基于所述运算放大器(30)的所述输出端(33)的电压而导通或关断，以调节流过所述线圈(10)的电流。

2.根据权利要求1所述的电流控制装置(20)，其特征在于，所述基准电路(40)包括：

恒压源(Uc)，其一端经由第一电阻(R1)耦合至第一电源(Ua)，另一端耦合至参考电压端(Ur)，所述恒压源(Uc)被配置为提供恒定的电压；以及

第一滤波元件(C1)，耦合至所述恒压源(Uc)并被配置为给所述恒压源(Uc)提供经滤波的电压。

3.根据权利要求2所述的电流控制装置(20)，其特征在于，所述基准电路(40)还包括：

基准节点(Pb)，耦合至所述运算放大器(30)的所述同相输入端(31)；

第二电阻(R2)，其一端耦合至所述第一电阻(R1)和所述恒压源(Uc)之间的恒压点(Pc)，另一端耦合至所述基准节点(Pb)；以及

第三电阻(R3)，其一端耦合至所述基准节点(Pb)，另一端耦合至参考电压端(Ur)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流控制装置(20)，其特征在于，所述采样电路(50)包括：

采样电阻(Rs)，其一端耦合至开关侧节点(Ps)，另一端耦合至参考电压端(Ur)，其中所述开关侧节点(Ps)耦合至所述开关(60)；

第二滤波元件(C2)，其一端耦合至放大器侧节点(Pa)，另一端耦合至所述参考电压端(Ur)，其中所述放大器侧节点(Pa)耦合至所述开关(60)的反相输入端(32)；以及

第四电阻(R4)，耦合在所述开关侧节点(Ps)和所述放大器侧节点(Pa)之间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电流控制装置(20)，其特征在于，还包括负反馈电路(70)，所述负反馈电路(70)耦合在所述运算放大器(30)的所述输出端(33)和所述反相输入端(32)之间，并且包括：

第五电阻(R5)；以及

第三滤波元件(C3)，与所述第五电阻(R5)串联耦合。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电流控制装置(20)，其特征在于，所述开关(60)包括：

栅极(61)，经由第六电阻(R6)耦合至所述运算放大器(30)的所述输出端(33)；

源极(62)，耦合至所述采样电路(50)；以及

漏极(63)，耦合至所述线圈(10)。

7.一种电气设备(1)，包括：

线圈(10)；以及

根据权利要求1至6中的任一项所述的电流控制装置(20)。

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