CN102709127A

CN102709127A - 低电压交直流通用欠压脱扣器

Info

Publication number: CN102709127A
Application number: CN2012101744359A
Authority: CN
Inventors: 吴志祥; 彭颖; 蒋雷; 蒋国良
Original assignee: Jiangsu Guoxing Electrical Apparatus Coltd; Changzhou Institute of Technology
Current assignee: Jiangsu Guoxing Electrical Apparatus Co.Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102709127B

Abstract

本发明提供了一种低电压交直流通用欠压脱扣器，包括滤波整流电路、用于脱扣控制的电磁铁、用于在上电时给电磁铁升压的升压电路、与电磁铁连接的开关电路、控制电路、稳压电源电路和用于采集代表电网电压高低的SA采样信号的电网电压采样电路，所述滤波整流电路的电源输入端与电网联接，所述滤波整流电路的电源输出端分别与电网电压采样电路的输入端和稳压电源电路的输入端连接，本发明的低电压交直流通用欠压脱扣器电路简单、正常工作时线圈发热量小、启动力矩大，在低压环境中能正常工作，不会出现不吸合的现象。

Description

低电压交直流通用欠压脱扣器

技术领域

本发明涉及脱扣器领域，特别涉及一种低电压交直流通用欠压脱扣器。

背景技术

欠压脱扣器是断路器，尤其是框架式断路器的重要元件之一。欠压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降，甚至缓慢下降到额定工作电压的70％至35％范围内，欠压脱扣器应运作，欠压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠压脱扣器应能防止断路器闭全，脱扣器线圈失电，线圈内活动衔铁有复位弹簧顶出—脱扣；电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合，脱扣器线圈得电，线圈内活动衔铁有线圈电磁力克服弹簧力吸入并保持一定力矩—吸合。欠压脱扣的本质，是防止断路器下级电器设备工作在欠压状态下电流过大后，电器设备自身发热加重的有效措施。

现有的欠压脱扣器，大多工作在220V、380V系统中。偶尔会有参照220V系统制造的110V的欠压脱扣器，然而适用于安全照明,蓄电池及直流操作电源等场合的低压交直流通用欠压脱扣器一直没有很好的产品和设计方案，因为在低电压条件下，脱扣器的启动力矩小，容易出现不吸合的现象，而且现有的欠电压脱扣器还有在正常工作时线圈发热大，电路过于复杂等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有欠压脱扣器电路过于复杂、正常工作时线圈发热量大、在低压情况下启动力矩小，容易出现不吸合的现象，无法满足低压工作环境需要的不足，本发明提供了一种低电压交直流通用欠压脱扣器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低电压交直流通用欠压脱扣器，包括滤波整流电路、用于脱扣控制的电磁铁、用于在上电时给电磁铁升压的升压电路、与电磁铁连接的开关电路、控制电路、稳压电源电路和用于采集代表电网电压高低的SA采样信号的电网电压采样电路，所述滤波整流电路的电源输入端与电网联接，所述滤波整流电路的电源输出端分别与电网电压采样电路的输入端和稳压电源电路的输入端连接,所述稳压电源电路的输出端分别与控制电路的电源输入端、升压电路的电源输入端和开关电路的电源输入端连接，所述控制电路具有控制升压电路升压的第一信号发送端，所述第一信号发送端与升压电路连接，所述升压电路具有发送升压状态的第二信号发送端，所述第二信号发送端与控制电路连接，所述电网电压采样电路的SA采样信号发送端与控制电路连接，所述控制电路具有控制开关电路通断的第三信号发送端，所述第三信号发送端与开关电路连接；

所述控制电路包括微处理器：在上电后控制升压电路升压，当升压完成，并且SA采样信号满足吸合预定值时，使开关电路接通，电磁铁吸合；当SA采样信号满足脱扣预定值时，控制电路控制开关电路断开，电磁铁脱扣，所述升压电路在上电并在电磁铁吸合后呈直通状态，所述稳压电源电路直接向电磁铁供电。

作为优选，所述电网电压采样电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述滤波整流电路的电源输出正端、第一分压电阻和第二分压电阻串联，所述第二分压电阻另一端接地，所述SA采样信号为第一分压电阻和第二分压电阻之间引出的电压值。

一般地，所述控制电路包括微处理器和辅助电路，所述微处理器为单片机（MCU）、片上系统（SOC）、CPLD、FPGA或者DSP。

作为优选，所述滤波整流电路包括EMC电路、整流桥电路，隔离二极管和滤波电容器，所述EMC电路输出端与整流桥电路的输入端连接，所述整流桥电路的输出端与隔离二极管和滤波电容器串联。

为了确定延时时间和电磁铁的脱扣，所述控制电路包括

BCD拨码开关：在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，所述微处理器读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间；

微处理器：当SA采样信号满足脱扣预定值时，如果BCD拨码开关表示的延时时间不为零，当延时到达时，控制电路控制开关电路断开，电磁铁脱扣，如果BCD拨码开关表示的延时时间为零，当SA采样信号满足脱扣预定值时，控制电路控制开关电路立即断开，电磁铁脱扣。

为了在电压过低时能瞬时脱漏，所述SA采样信号低于强制瞬时脱口最高电压值时，忽略BCD拨码开关的设置状态，述电磁体强制瞬时脱扣。

本发明的有益效果是

1、设置升压电路，通电后升高电磁铁的工作电压，启动力矩大，控制电路首先判断SA采样信号是否满足吸合条件，然后判断升压电路是否达到预设值，当两者同时满足后，开关电路接通电磁铁，这样确保在低压条件下电磁铁吸合。

2、正常工作时，稳压电源直接提供给电磁铁额定工作电压，保持电磁铁一定功率，以维持电磁铁的衔铁一定力矩，减少线圈发热量。

3、启动电源电路中设有EMC电路，双向抑制来自电网与脱扣器内部产生的干扰信号；

4、交直流通用，为生产与使用提供方便；

综上所述，本发明低电压交直流通用欠压脱扣器，电路简单、启动力矩大、吸合可靠，线圈发热量小、能够实现低电压下脱扣。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明低电压交直流通用欠压脱扣器最优实施例的电路原理图。

图2是本发明低电压交直流通用欠压脱扣器中稳压电源电路最优实施例的电路原理图。

图3是本发明低电压交直流通用欠压脱扣器中升压电路最优实施例的电路原理图。

图中1、电磁铁，2、升压电路，3、开关电路，4、控制电路，5、稳压电源电路，6、EMC电路。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明低电压交直流通用欠压脱扣器最优实施例的电路原理图，包括滤波整流电路、用于脱扣控制的电磁铁1、用于在上电时给电磁铁1升压的升压电路2、与电磁铁1连接的开关电路3、控制电路4、稳压电源电路5和用于采集代表电网电压高低的SA采样信号的电网电压采样电路，滤波整流电路的电源输入端与电网联接，滤波整流电路的电源输出端分别与电网电压采样电路的输入端和稳压电源电路5的输入端连接,稳压电源电路5的输出端分别与控制电路4的电源输入端、升压电路2的电源输入端和开关电路3的电源输入端连接，控制电路4具有控制升压电路2升压的第一信号发送端，第一信号发送端与升压电路2连接，升压电路2具有发送升压状态的第二信号发送端，第二信号发送端与控制电路4连接，电网电压采样电路的SA采样信号发送端与控制电路4连接，控制电路4具有控制开关电路3通断的第三信号发送端，第三信号发送端与开关电路3连接；

滤波整流电路包括EMC电路6、整流桥电路BG，隔离二极管D0和滤波电容器CD1,EMC电路6双向抑制来自电网和脱扣器内部产生的干扰信号，EMC电路6输出端与整流桥电路BG的输入端连接，整流桥电路BG输出负端接地，输出正端一方面接入电网电压采样电路，一方面与隔离二极管D0阳极连接，隔离二极管D0的阴极连接滤波电容器CD1，如果输入电压为交流电时，整流桥电路BG将输入交流电压转换成脉动直流电压，向滤波电容器CD1供电，电压为输入交流电压的

倍，当输入电压为直流电压时，滤波电容器CD1上的电压约等于直流输入电压，经过滤波电容器CD1平滑滤波后，直流电压输入到稳压电源电路5中，具体的，稳压电源电路5产生5V电压给控制电路4，产生15V电压给开关电路3，产生18V电压给升压电路2，18V电压也是电磁铁1的额定工作电压。

电网电压采样电路包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，滤波整流电路的电源输出正端、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联，第二分压电阻R2另一端接地，SA采样信号为第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间引出的电压值。

控制电路4在上电后控制升压电路2升压，比如升到250V，当升压完成，电网电压采样电路的SA采样信号输入到控制电路4中，控制电路4采用上升沿触发捕获电网周期并计算出电网过零点后，采用Hanning窗插值FFT方法，计算出当前电网电压的有效值，当SA采样信号大于80%的电网额定电压Ue时，使开关电路3接通，电磁铁1吸合；当SA采样信号小于50%的Ue时，控制电路4控制开关电路3断开，电磁铁1脱扣，升压电路2在电磁铁1吸合后呈直通状态，稳压电源电路5直接提供给电磁铁1额定工作电压18V，保持电磁铁1一定功率，以维持电磁铁1的衔铁一定力矩，达到减少线圈发热量的目的。本发明中，控制电路4首先判断SA采样信号是否满足吸合条件，然后判断升压电路2是否达到预设值，当两者同时满足后，控制电路4控制开关电路3接通电磁铁1，确保能有够吸合。控制电路4包括微处理器和辅助电路，微处理器为单片机（MCU）、片上系统（SOC）、CPLD、FPGA或者DSP，辅助电路包括BCD拨码开关，升压电路2的升压元件可以是三极管、MOS管或者变压器，开关电路3开关元件可以是MOS管、三极管、继电器。

控制电路4包括BCD拨码开关：在需要延时脱扣的场合，设置不同的拨码开关组合，微处理器读取此信号后，确定延时脱扣的延时时间。当SA采样信号小于50%的Ue大于30%的Ue时，如果BCD拨码开关表示的延时时间不为零，当延时到达时，控制电路4控制开关电路3断开，电磁铁1脱扣，如果BCD拨码开关表示的延时时间为零，控制电路4控制开关电路3立即断开，电磁铁1脱扣，当SA采样信号小于30%的Ue时，忽略BCD拨码开关的设置状态，控制电路4控制开关电路3立即断开，电磁铁1瞬时脱口。

如图3所示本发明低电压交直流通用欠压脱扣器中稳压电源电路最优实施例的电路原理图，三极管T1为开关调整管，受控于三极管T2，电阻R3提供偏置电流。电阻R4向稳压管Z1提供偏置电流形成电压Vm，当比较器T4导通时，使得Vm略大于于Vk，保证T2可靠截止。电阻R5为三极管T3与电阻R7接成的恒流电路提供工作电流。T3与R7组成的恒流电路及R5，一是为T4提供工作电流，二是为T4承担分压任务，保护耐压相对低的T4正常工作。电阻R8与电阻R6组成T4的下偏置，同时起到负反馈作用，缩短T4开关时刻的时间。电容器C2与电阻R11组成负反馈补充网络。电阻R9与电阻R10组成输出电压取样电路，将输出电压高低信号反馈给T4。电容器C3则是并联于R9上的交流旁路电容，为输出电压中的交流分量提供通路。二极管D2为主电路的续流二极管，L1则为主电路中的储能电感。在一个周期内，T4截止，Vk为高，T2导通导致T1导通，D2截止，VH经T1到向L1充磁、C3充电。当T4导通，Vk为低，T2截止导致T1同时截止，L1向C3放电，D2续流。当输出电压高于18V时，Vf与T4内部基准信号相比较，会导致一个周期内的T1导通时间缩短；反之当输出电压低于18V时，会导致一个周期内的T1导通时间加长。经过若干周期，达到平衡。

如图3所示本发明低电压交直流通用欠压脱扣器中升压电路最优实施例的电路原理图，控制电路4发出的方波信号Con通过电阻器R12控制三极管T5的基极，T5将方波信号Con放大控制三极管T6与三极管T7的基极，C4为加速电容。R13为T5的集电极偏置电阻，T6与T7的发射极连接在一起，控制MOS管T8。电阻R14抑制T6与T7可能同时导通的电流，当Con为低电平时，T5截止，T6被R13上拉导通，T7反偏置而截止，MOS管T8栅极约等于18V，T8导通。T8导通后，18V电压通过电感器L1、T8到地，形成L1中的充电电流，当Con为高电平时，T5导通，T6失去基极电流而截止，T7被下拉导通，T8栅极上的电荷经T7、R14到地全部释放，当T8截止后，由于L1中的电流不能被截断，于是经D3向电容器C5充电，VH电压经电阻R15与电阻R16分压，此分压值大于稳压管Z2的击穿电压后，三极管T9导通，T9集电极V_INT变为低电平，R18为T9集电极的负载电阻。R17为T9的下偏置电阻，提高T9的抗扰能力，V_INT信号连接到控制电路4，使VH为250V时，V_INT由高电平转为低电平，使VH为240V时，V_INT由低电平转为高电平。控制电路4接收到V_INT为低电平或被中断后，将Con设置为高电平，停止升压电路2工作，当V_INT退出低电平转为高电平时，控制电路4开始新一轮升压控制，如此往复，VH电压可维持恒定，为电磁铁1强力启动提供条件。当控制电路4控制开关电路3接通电磁铁1后，C5上的电荷迅速向电磁铁1释放，电磁铁1被强力启动，直至VH电压约等于18V电压。电磁铁1强力启动完毕，18V电压通过L1、D3向电磁铁1供电，在维持电磁铁1中衔铁保持一定力矩的前提下，降低电磁铁1功耗。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种低电压交直流通用欠压脱扣器，其特征在于：包括滤波整流电路、用于脱扣控制的电磁铁（1）、用于在上电时给电磁铁（1）升压的升压电路（2）、与电磁铁（1）连接的开关电路（3）、控制电路（4）、稳压电源电路（5）和用于采集代表电网电压高低的SA采样信号的电网电压采样电路，所述滤波整流电路的电源输入端与电网联接，所述滤波整流电路的电源输出端分别与电网电压采样电路的输入端和稳压电源电路（5）的输入端连接,所述稳压电源电路（5）的输出端分别与控制电路（4）的电源输入端、升压电路（2）的电源输入端和开关电路（3）的电源输入端连接，所述控制电路（4）具有控制升压电路（2）升压的第一信号发送端，所述第一信号发送端与升压电路（2）连接，所述升压电路（2）具有发送升压状态的第二信号发送端，所述第二信号发送端与控制电路（4）连接，所述电网电压采样电路的SA采样信号发送端与控制电路（4）连接，所述控制电路（4）具有控制开关电路（3）通断的第三信号发送端，所述第三信号发送端与开关电路（3）连接；

所述控制电路（4）包括微处理器：在上电后控制升压电路（2）升压，当升压完成，并且SA采样信号满足正常电压吸合预定值时，使开关电路（3）接通，电磁铁（1）吸合；当SA采样信号满足低电压脱扣预定值时，控制电路（4）控制开关电路（3）断开，电磁铁（1）脱扣，所述升压电路（2）在电磁铁（1）吸合后呈直接导通状态，所述稳压电源电路（5）直接向电磁铁（1）供电。

2.如权利要求1所述低电压交直流通用欠压脱扣器，其特征在于：所述电网电压采样电路包括第一分压电阻（R1）第二分压电阻（R2），所述滤波整流电路的电源输出正端、第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2）串联，所述第二分压电阻（R2）另一端接地，所述SA采样信号为第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2）之间引出的电压值。

3.如权利要求1所述低电压交直流通用欠压脱扣器，其特征在于：所述控制电路（4）包括微处理器和辅助电路，所述微处理器为单片机（MCU）、片上系统（SOC）、CPLD、FPGA或者DSP。

4.如权利要求1所述低电压交直流通用欠压脱扣器，其特征在于：所述滤波整流电路包括EMC电路（6）、整流桥电路（BG），隔离二极管（D0）和滤波电容器（CD1），所述EMC电路（6）输出端与整流桥电路（BG）的输入端连接，所述整流桥电路（BG）的输出端与隔离二极管（D0）和滤波电容器（CD1）串联。

5.如权利要求1所述低电压交直流通用欠压脱扣器，其特征在于：所述控制电路（4）包括

微处理器：当SA采样信号满足脱扣预定值时，如果BCD拨码开关表示的延时时间不为零，当延时到达时，控制电路（4）控制开关电路（3）断开，电磁铁（1）脱扣，如果BCD拨码开关表示的延时时间为零，当SA采样信号满足脱扣预定值时，控制电路（4）控制开关电路（3）立即断开，电磁铁（1）脱扣。

6.如权利要求1或5所述低电压交直流通用欠压脱扣器，所述SA采样信号低于强制瞬时脱口最高电压值时，忽略BCD拨码开关的设置状态，所述电磁体（1）强制瞬时脱扣。