CN102412551A

CN102412551A - 一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法

Info

Publication number: CN102412551A
Application number: CN2011104531383A
Authority: CN
Inventors: 朱荣惠
Original assignee: WUXI HAUYANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: WUXI HAUYANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明适用于开关电源产品技术领域，提供了一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法，过欠压检测单元检测过压或欠压信号，并将所检测的过压或欠压信号输入至控制单元，通过所述控制单元输出一跳闸控制信号至跳闸执行单元，执行开关的跳闸，当电压恢复正常时，通过电压恢复正常检测单元检测，并将正常电压信号输入至所述控制单元，并通过所述控制单元判断所述电压恢复正常是否满足所设定的时间参数要求，如果满足，则输出一复位控制信号至复位执行单元，执行所述开关的合闸，本发明只有电压恢复正常范围内的3分钟后才能合上开关，这样可以消除电网电压波动带来的开关误合闸的情况，本发明产品是一种集成有延时功能、过压、欠压保护装置，自动合闸，具有功能丰富、成本低，良好的经济效益。

Description

一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法

技术领域

本发明属于电源保护开关技术领域，尤其涉及一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法。

背景技术

随着科技的日新月异和人们生活质量的不断提高，电子、电器产品已经进入千家万户，对于保护人身与设备的安全意识也在逐步加强，特别是现在使用的电子类产品的功能越来越重要，电子类产品应用的领域也越来越重要，对设备的保护也越来越重要，相应的对各式各样保护器的要求也不断提高。

目前电路保护器已经得到广泛的应用，通过设置与其中的电路保护器，可有效的避免高压或低压对电路的影响，目前市场上通常使用的保护器只有分别检测电路中的过电压和欠电压，但是当电压有正常以后，还需要人为的去将开关合闸，而且有些这种开关所放的位置是人很难到达的地方，这样就给客户在使用时候带来了很多不方便，而且有时候这种电网的过压或者欠压是由于瞬间的干扰或者周围有大型电机在使用所造成的，而且这种瞬间的过压和欠压的时间很短，这样就需要人来回的合闸开关，给用户带来很多的不方便，现在社会对人身的安全要求更加的严格，一般用户是不建议操作这种对人体有伤害的开关设备，这样就会给相关维护增加很大的成本。

所以现有技术存在不足，需要改进和提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法，有效解决了现有技术中所存在的电路保护装置功能单一、不能自动合闸的缺陷。

本发明是这样实现的，一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，包括电源单元，过欠压检测单元，控制单元，电压恢复正常检测单元，跳闸执行单元和复位执行单元，其中，

所述电源单元分别与所述过欠压检测单元，所述控制单元，所述电压恢复正常检测单元和复位执行单元信号连接，所述电源单元用于为所述过欠压检测单元和所述电压恢复正常检测单元提供5伏参考电压和12伏的运放电源，并为所述控制单元和所述复位执行单元供电；

所述控制单元分别与所述过欠压检测单元，所述电压恢复正常检测单元，所述跳闸执行单元和所述复位执行单元信号连接，所述控制单元用于根据所述过欠压检测单元所检测的过压或欠压信号，输出跳闸控制信号至所述跳闸执行单元，执行所述开关的跳闸；

所述电压恢复正常检测单元用于检测当所述开关跳闸后的电压恢复正常时，将正常电压信号输入至所述控制单元，通过所述控制单元输出复位控制信号至所述复位执行单元，执行所述开关的合闸。

其中，所述过欠压检测单元包括运算放大器U7, 运算放大器U8，二极管D3-1二极管D3-2以及若干电阻组成，运算放大器U7的负端接所述参考电压，运算放大器U7的正端通过所述若干电阻接所述电源单元用于取样，运算放大器U7的信号输出端接二极管D3-1，当所述运算放大器U7的正端电压大于其负端参考电压时，所述二极管D3-1导通，所述运算放大器U7用于检测过压状态，并输出一个高电位至所述控制单元；运算放大器U8的正端接所述参考电压，运算放大器U8的负端通过所述若干电阻接所述电源单元用于取样，运算放大器U8的信号输出端接二极管D3-2，当所述运算放大器U8的正端电压大于其负端参考电压时，所述二极管D3-2导通，所述运算放大器U8用于检测欠压状态，并输出一个高电位至所述控制单元。

其中，所述过欠压检测单元通过电阻R30和电阻R20串联后将所述过压或欠压时的高电位信号输入至所述控制单元的控制芯片U2的第7引脚，同时控制芯片U2的第14引脚通过电阻R12将高电位信号传送至光耦合器U6，所述光耦合器U6导通，使其A,B端闭合，所述跳闸执行单元内的可控硅Q4控制极得到一个触发电压导通，所述跳闸执行单元的电磁铁DCT通电工作，执行所述开关的跳闸。

其中，所述电压恢复正常检测单元包括运算放大器U9和运算放大器U10，当所述运算放大器U9和运算放大器U10检测到电压恢复到正常电压，所述运算放大器U9或运算放大器U10输出一个低电位至所述控制单元的控制芯片U2的第3引脚，所述控制芯片U2在电压恢复到正常电压预定时间参数后，通过所述控制芯片U2的第8引脚输出一个高电平，将所述高电平信号传送至所述复位执行单元，所述复位执行单元包括可控硅Q1，可控硅Q2，电阻R18和PTC合闸执行机构，所述电阻R18的一端接所述控制芯片U2的第8引脚，另一端接所述可控硅Q2的控制极，当所述高电平信号通过所述电阻R18 ，使所述可控硅Q2导通，所述PTC通电，执行所述开关的合闸。

其中，所述预定时间参数设置为3分钟后合闸。

一种具有自动合闸功能的过欠压保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、预先设置自动合闸的时间参数；

B、通过过欠压检测单元检测过压或欠压信号，并将所检测的过压或欠压信号输入至控制单元；

C、通过所述控制单元输出一跳闸控制信号至跳闸执行单元，执行开关的跳闸；

D、通过电压恢复正常检测单元检测开关跳闸后是否电压恢复正常，将正常电压信号输入至所述控制单元，并通过所述控制单元判断所述电压恢复正常是否满足所设定的时间参数，如果满足，则输出一复位控制信号至复位执行单元，执行所述开关的合闸。

其中，所述自动合闸的时间参数为3分钟。

本发明的有益效果为：本发明所提供的一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关和保护方法，本发明采用了过电压和欠电压保护装置，同时系统中还有当电压恢复正常以后，能够自动将开关合闸的功能，当电网中进入用户的电压太高或者是太低的时候，此开关就能够很好的对其作出判断，当检测系统检测到有过压或者欠压状态的时候，就会发送指令给控制单元执行相应的动作，将开关断开，如果此后电源电压又恢复正常以后，此开关内的检测单元检测到电压正常后，就会发送指令给控制单元，将此开关合闸，而且本开关一个很大优点是，当使用环境非常严酷，例如有大型设备在周围工作，此时的电压就会随着设备的使用出现有时候高压，有时候低压的情况，有时候又正常，为了消除电网电压工作的不稳定，此开关设计考虑到这个情况，只有在电网电压保持3分钟内不出现过压或者欠压的时候，开关才判断此电压为正常电压，此时才合闸，也就是说，只有电压恢复正常范围内的时间有3分钟后才能合上开关，这样可以消除电网电压波动带来的开关误合闸的情况，本发明产品是一种集成有延时功能、过压、欠压保护装置，自动合闸，具有功能丰富、成本低，良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明一实施例电路原理框图。

图2为本发明一实施例电路原理图。

具体实施方式

为了解决现在技术中所存在的电路保护装置功能单一、不能自动合闸的缺陷问题，本发明提供了具有自动合闸功能的过欠压保护开关，该发明的核心思想为：通过在开关过欠压跳闸后，当电网电压恢复到正常电压的时候，此开关自动将此开关合闸，大大的减少了产品的后续维护费用，而且这种自动合闸装置也很大程度上保护了人身的安全，该产品功能丰富，成本低，具有良好的经济效益。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

附图1是本发明的电路原理框图，包括电源单元100，过欠压检测单元200，控制单元300，电压恢复正常检测单元400，跳闸执行单元500和复位执行单元600，其中，电源单元100分别与过欠压检测单元200、控制单元300、电压恢复正常检测单元400和复位执行单元600相连，用于提供5伏参考电压和12V的电源给两个检测单元200和400，并给控制单元300提供5伏电压和供电给复位执行单元600；过欠压检测单元200用于检测过压和欠压状态信号，并将故障信号传送至控制单元300内，通过控制单元300输出一跳闸控制信号给跳闸执行单元500来执行本发明开关K的跳闸。当电压恢复正常检测单元300检测到开关跳闸电压恢复正常维持在一规定时间后，通过控制单元300输出一复位控制信号至复位执行单元600，执行所述开关K的合闸。

附图2为本发明的实施例原理图，其中电源单元100主要包括U1，U1为整流桥，U1的1和3端接市电交流电，还包括串联连接的电阻R1,R2,R3,R4和R5，该串联在一起的电阻R1的一端接U1的正极电压V+，U1的负极V-接地，电阻R5的一端接运算放大器U7和运算放大器U8的电源端，电阻R32的一端接U1的正极电压，通过串联连接的电阻R32,R33,R34,R35和R36为运算放大器U7和运算放大器U8提供5V的参考电压，并为电压恢复正常检测单元400的运算放大器U9和运算放大器U10的电源端提供12V电源和5V的参考电压，其原理为：通过U1整流桥将交流电压转换成直流电压，然后通过降压电阻R1，R2,R3,R4，R5和R32，R33,R34,R35,R36进行降压，通过稳压管D1，D2稳压，C1，C2滤波，得到稳定直流电压，分别给四个运算放大器提供12V电源电压和5V参考电压，也为控制单元300内的寄存器提供5V电压。

过欠压检测单元200主要包括两个运算放大器U7,U8，电阻R6,R7,R8,R9,

R10和R11，两个二极管D3-1和D3-2，其中运算放大器U7的负端接5伏的参考电压，运算放大器U7的正端通过电阻 R10和R11进行分压，电阻R10的一端串联连接电阻R6,R7,R8,R9至电源单元内的U1正极用于取样，运算放大器U7的信号输出端接二极管D3-1，当用于检测过压信号的运算放大器U7的正端电压大于其负端参考电压时，二极管D3-1导通，运算放大器U7输出一个高电位至控制单元300；而用于检测欠压信号的运算放大器U8的正端接5V参考电压，运算放大器U8的负端通过电阻R6,R7,R8,R9至电源单元内的U1正极用于取样，运算放大器U8的信号输出端接二极管D3-2，当运算放大器U8的正端电压大于其负端参考电压时，二极管D3-2导通，运算放大器U8也输出一个高电位至控制单元300，此处控制单元300不论是过压和欠压时，都会有一个高电位的信号输入。

控制单元300主要包括主控制芯片U2，寄存器U3，主控制芯片U2中的引脚主要包括引脚3，5，7，8，9，10和14引脚，这些引脚是本发明控制过欠压时跳闸和恢复正常时合闸使用的引脚，其它引脚不做详细描述；其中当过欠压检测单元200检测到过压和欠压后通过电阻R30(该电阻阻值为56K欧)和电阻R20将一个高电位信号输入至主控制芯片U2的第7引脚，电容C7的一端接地，另一端接电阻R20，电容C7还并联一个稳压管D7（D7为5.6V），稳压管D7用于稳压，C7用于滤波，电阻R20用于防止电压过高，起保护作用；当U2的引脚5脚和7脚都为高电平时，主控制芯片U2的第14引脚会输出一个高电位通过电阻R12将高电位电压输入至光耦合器U6，光耦合器U6导通（电压大于0.1V），使其A,B端（A，B端相当于一个开关）闭合，主控制芯片U2第10和9引脚分别与寄存器的5,6两脚连接，起通讯作用，开关K的每一次闭合或断开状态都通过寄存器U3存储下来。

电压恢复正常检测单元400包括两个运算放大器U9,U10，两个二极管D9-1和D9-2，运算放大器U9用于检测过压状态信号, 运算放大器U10用于检测欠压状态信号，当欠压或过压使开关K跳闸后，运算放大器U9或运算放大器U10检测到电压恢复到正常电压，运算放大器U9或运算放大器U10输出一个低电位至控制单元300的控制芯片U2的第3引脚，并且由于C,D端开关为断开状态，所以控制芯片U2的第5引脚也为低电平，当同时满足控制芯片U2的第3和5引脚都为低电平时，并且通过控制芯片U2判断是否所恢复的正常电压满足预先设定的延时时间要求（本发明设置为电压恢复正常3分钟后合闸），此时控制芯片U2的第8引脚输出一个高电平，将高电平信号传送至复位执行单元600，复位执行单元包括可控硅Q1，可控硅Q2，电阻R18和PTC（合闸执行机构），电阻R18的一端接控制芯片U2的第8引脚，另一端接所述可控硅Q2的控制极，当高电平信号通过电阻R18 ，使可控硅Q2导通，PTC通电，执行开关K的合闸动作。

跳闸执行单元500包括整流桥U4，整流桥U4将交流电压转换成直流，用于为跳闸执行单元内的可控硅Q3,Q4和光耦合器U5提供电源，当上述光耦合器U6导通，A,B端闭合后，使可控硅Q4控制极得到一个触发电压导通，跳闸执行单元的电磁铁DCT通电工作，执行系统内的开关K跳闸，本发明正常工作状态下，光耦合器U5处于带电状态，C,D正常，为闭合状态，这样控制芯片U2的第5引脚为高电位，但当过压或欠压时，A,B端闭合后，开关跳闸，整流桥U4没有电，这样光耦合器U5的输入端也没有电压输入，C,D（相当于一个开关）端断开，控制芯片U2的第5引脚为低电位，C和D两端是用于检测开关K是在正常状态还是断路状态。

本发明的工作原理描述如下：当电压在正常范围（本发明将正常电压范围设置为161V-279V之间），开关K闭合时，过欠压检测单元200内的两个运算放大器U7和U8没有电压输出，这样控制单元300内的控制芯片U2第7引脚低电平，控制芯片U2的第14脚无输出，光耦合器U6不会打开，可控硅Q4就不导通，电磁铁DCT不工作，开关K不跳闸；当电源电压出现过压280V-294V，开关K闭合时，电阻R11上取得的电压大于5V的参考电压，过欠压检测单元200的运算放大器U7输出，此时运算放大器U8不工作，通过二极管D3-1，电阻R30（56K）,再通过（5.6V）稳压管D7的稳压，电容C7滤波，电阻R20（防止电压过高，起保护作用），给控制芯片U2第7脚一个高电平输入，控制芯片U2的5脚为低电平（C,D端的开关闭合，控制芯片U2第5脚为高电平，C,D端的开关断开，控制芯片U2第5脚为低电平），当控制芯片U2的第5脚和第7脚都为高电平时，控制芯片U2的第14脚就会输出一个高电平（该高电平信号为跳闸控制信号），通过电阻R12（降压和保护作用），光耦合器U6打开（电压大于0.1V），电容C10(滤波)，电阻R27(防止可控硅误导通)，可控硅Q4得到一个触发电压导通，电磁铁DCT通电工作，执行开关K的断开。当出现欠压144V-160V时，过欠压检测单元200的电阻R10两端电压小于参考电压5V时，运算放大器U8有输出，此时运算放大器U7不工作，同上面描述的过压原理一样，控制芯片U2的第7脚输入高电平，此时控制芯片U2的第14脚输出高电平，光耦合器U6打开（电压大于0.1V）, 可控硅Q4导通，电磁铁DCT工作，通过跳闸机构，开关K跳闸。

如图2所示，电压恢复正常检测单元400是开关过欠压跳闸保护后恢复正常电压后实现合闸功能的，同过欠压检测单元200的过欠压原理一样，通过两个取样电压电阻R10-1和R11-1，跟5V的参考电压比较，当开关K过欠压跳闸后电压从过欠压恢复到正常电压180V-267V之间时，电压恢复正常检测单元400内的运算放大器（U9或U10）输出一个低电平给控制芯片U2的第3引脚，由于开关K过欠压跳闸，此时控制芯片U2的第5引脚也为低电平（当C,D两端处于闭合状态时，控制芯片U2的第5脚为高电平，当C,D两端的处于断开状态时，控制芯片U2的第5脚为低电平），控制芯片U2判断开关K为断开状态，当控制芯片U2的的第3脚和第5脚都为低电平时，通过芯片内部程序设计，使控制芯片U2的第8脚输出一个高电平（该信号为复位控制信号）通过电阻R18，使可控硅Q2导通，此时PTC通电执行机构工作，将开关合K闸。为保证开关K在电压稳定之后才合闸，本发明预先设置了一个3分钟检测，即当开关K过欠压跳闸后，当电压恢复到正常电压时，3分钟之内控制芯片U2检测到电压恢复稳定后才进行合闸动作操作。具体如何实现3分钟后合闸的具体技术是本领域惯用手段，所以此处不做详述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，包括电源单元，过欠压检测单元，控制单元，电压恢复正常检测单元，跳闸执行单元和复位执行单元，其中，

2.根据权利要求1所述的具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，所述过欠压检测单元包括运算放大器U7, 运算放大器U8，二极管D3-1二极管D3-2以及若干电阻组成，运算放大器U7的负端接所述参考电压，运算放大器U7的正端通过所述若干电阻接所述电源单元用于取样，运算放大器U7的信号输出端接二极管D3-1，当所述运算放大器U7的正端电压大于其负端参考电压时，所述二极管D3-1导通，所述运算放大器U7用于检测过压状态，并输出一个高电位至所述控制单元；运算放大器U8的正端接所述参考电压，运算放大器U8的负端通过所述若干电阻接所述电源单元用于取样，运算放大器U8的信号输出端接二极管D3-2，当所述运算放大器U8的正端电压大于其负端参考电压时，所述二极管D3-2导通，所述运算放大器U8用于检测欠压状态，并输出一个高电位至所述控制单元。

3.根据权利要求 2所述的具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，所述过欠压检测单元通过电阻R30和电阻R20串联后将所述过压或欠压时的高电位信号输入至所述控制单元的控制芯片U2的第7引脚，同时控制芯片U2的第14引脚通过电阻R12将高电位信号传送至光耦合器U6，所述光耦合器U6导通，使其A,B端闭合，所述跳闸执行单元内的可控硅Q4控制极得到一个触发电压导通，所述跳闸执行单元的电磁铁DCT通电工作，执行所述开关的跳闸。

4.根据权利要求1 所述的具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，所述电压恢复正常检测单元包括运算放大器U9和运算放大器U10，当所述运算放大器U9和运算放大器U10检测到电压恢复到正常电压，所述运算放大器U9或运算放大器U10输出一个低电位至所述控制单元的控制芯片U2的第3引脚，所述控制芯片U2在电压恢复到正常电压预定时间参数后，通过所述控制芯片U2的第8引脚输出一个高电平，将所述高电平信号传送至所述复位执行单元，所述复位执行单元包括可控硅Q1，可控硅Q2，电阻R18和PTC合闸执行机构，所述电阻R18的一端接所述控制芯片U2的第8引脚，另一端接所述可控硅Q2的控制极，当所述高电平信号通过所述电阻R18，使所述可控硅Q2导通，所述PTC通电，执行所述开关的合闸。

5.根据权利要求4 所述的具有自动合闸功能的过欠压保护开关，其特征在于，所述预定时间参数设置为3分钟后合闸。

6.一种具有自动合闸功能的过欠压保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a. 预先设置自动合闸的时间参数；

b. 通过过欠压检测单元检测过压或欠压信号，并将所检测的过压或欠压信号输入至控制单元；

c. 通过所述控制单元输出一跳闸控制信号至跳闸执行单元，执行开关的跳闸；

d. 通过电压恢复正常检测单元检测开关跳闸后是否电压恢复正常，将正常电压信号输入至所述控制单元，并通过所述控制单元判断所述电压恢复正常是否满足所设定的时间参数，如果满足，则输出一复位控制信号至复位执行单元，执行所述开关的合闸。

7.根据权利要求6 所述的具有自动合闸功能的过欠压保护方法，其特征在于，所述自动合闸的时间参数为3分钟。