CN103777137A - 具有自检功能的电子式断路器及其自诊断方法 - Google Patents

Abstract

具有自检功能的电子式断路器及其自诊断方法，断路器壳体内设有电子式控制器，电子式控制器包括控制器芯片MCU、自检功能装置、指示灯、LCD显示屏、导航键盘和检测模块，所述自检功能装置、指示灯、LCD显示屏、导航键盘和检测模块均与控制器芯片MCU连接；自检功能装置设置在电子式控制器上，自检功能装置上设有自检按钮，内还包括可在非工作状态下为电子式控制器、检测模块和电子式断路器磁通变换器供电的电池模块,按下自检按钮后电子式控制器首先判断电子式断路器的工作状态，如为非工作状态则提示处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式。可以在非工作状态下无需外接任何附件即可实现产品保护功能的检测。

Description

具有自检功能的电子式断路器及其自诊断方法

技术领域

本发明涉及低压电器领域，特别是涉及一种低压的具有自检功能的电子式断路器及其自诊断方法。

背景技术

低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。目前，已获得了广泛的应用。

低压断路器的可靠运行关系着国民生命财产安全，为确保低压断路器产品的可靠性，目前人们一般在热磁式产品上设置了测试按钮，用于测试产品动作机构的可靠性。而随着智能电网的建设，电子式断路器产品的应用越来越广泛，但目前电子式断路器尚缺少针对自身功能完备性和可靠性的测试诊断功能，或仅具有测试脱扣功能，或个别产品具有产品自检功能但需外接附件配合在工作状态下使用，极不方便用户产品在生产完成、安装使用前或产品维护时等非工作状态下的检测，而把一台非工作状态的产品投入到工作状态，因为不了解当前产品的保护功能是否完备，将更存在不可预知的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有自检功能的电子式断路器，使产品在生产完成、安装使用前或产品维护时，处于非工作状态下，用户无需外接任何产品附件即可实现产品保护功能的检测。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有自检功能的电子式断路器，包括断路器壳体，断路器壳体内设有电子式控制器20，所述电子式控制器20包括控制器芯片MCU、自检功能装置21、指示灯23、LCD显示屏24、导航键盘25和检测模块，所述自检功能装置21、指示灯23、LCD显示屏24、导航键盘25和检测模块均与控制器芯片MCU连接；所述自检功能装置21设置在电子式控制器20内，在非工作状态下不需要数据线外接任何附件，通过电子式控制器内20的自检功能装置21可实现电子式断路器的非工作状态自检，自检功能装置21上设有自检按钮215，所述自检功能装置21内还包括可在非工作状态下为电子式控制器20、检测模块和电子式断路器磁通变换器供电的电池模块212；按下自检按钮后电子式控制器20首先判断电子式断路器的工作状态，如为工作状态则提示产品处于在线自检测信息进入在线自诊断模式，如为非工作状态则提示产品处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式。

进一步，所述电子式控制器20的一侧设有一安装自检功能装置21的凹陷的安装槽201，安装槽内设有与自检功能装置21插接连接的连接件202；自检功能装置包括壳体210，壳体210内底部设有线路板211，线路板211上设有电子元件214以及电池模块212，线路板211下设有与连接件202配合的第二连接件213。

进一步，所述检测模块包括自检信息存储模块22、互感器断线检测模块26、磁通断线检测模块27、电子线路板检测模块28、模拟测试脱扣模块29；所述的自检信息存储模块22、互感器断线检测模块26、磁通断线检测模块27、电子线路板检测模块28、模拟测试脱扣模块29均与控制器芯片MCU连接，受控制器芯片MCU控制；在非工作状态自诊断模式下可直接显示存储在自检信息存储模块22上的前次检测记录不启动非工作状态自诊断进程；在启动非工作状态自诊断进程后，控制器芯片MCU先后控制互感器断线检测模块26、磁通断线检测模块27、电子线路板检测模块28和模拟测试脱扣模块29进行互感器断线检测、磁通断线检测、电子线路板检测、模拟脱扣测试，还有控制器芯片MCU自检测，并将检测结果存储在自检信息存储模块22上。

进一步，所述自检功能装置21包括电池模块212、自检开启模块216、升压供电模块217；电池模块212与自检开启模块216连接，自检开启模块216连接与控制器芯片MCU连接；电池模块212与升压供电模块217连接，升压供电模块217与控制器芯片MCU和电子式断路器的磁通变换器连接；在非工作状态自诊断模式下，控制器芯片MCU可控制升压供电模块217将电池模块212的低电压升至电子式断路器的磁通变换器动作所需电压门限以上并进行模拟脱扣测试。

进一步，所述电子式控制器的感生供电模块40与控制器芯片MCU、电子式断路器的磁通变换器和电池模块212连接，可在工作状态在下为电子式控制器20供电和电池模块212充电，以在非工作状态自检时电池模块212为电子式控制器20、检测模块和电子式断路器磁通变换器供电。

进一步，所述自检开启模块216包括开关T和电源芯片U24，电源芯片U24的管脚IN与电池模块212和开关T的一端连接，开关T的另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的负极与电源芯片U24的管脚EN连接；电阻R95与电容C45并联，并联的一端接地，另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的正极还与控制器芯片MCU的管脚BAT-IN连接；电源芯片U24的管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN连接，电源芯片U24的管脚OUT与二极管D13的正极连接，二极管D13的负极与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接。

进一步，所述的升压供电模块217包括电源芯片U23和升压芯片U22，电源芯片U23的管脚IN与电池模块212连接，管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN1连接，管脚OUT与升压芯片U22的管脚Vin连接，升压芯片U22的管脚Vout与二极管D14的正极连接，二极管D14的负极与电子式断路器的磁通变换器连接。

进一步，所述感生供电模块40包括降压芯片U21，感生供电模块40的输入端PVCC与降压芯片U21的管脚Vin、二极管D15的正极连接，二极管D15的负极与电子式断路器的磁通变换器连接；降压芯片U21的管脚Vout经二极管D12与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接，经二极管D11、电阻R96与电池模块212连接。

进一步，在非工作状态自诊断模式下，在进行模拟脱扣测试后可根据测试结果选择直接进行保护参数重新设置。

本发明还提供了一种电子式断路器的自诊断方法，其特征在于包括以下步骤，按下自检按钮后电子式控制器20首先判断电子式断路器的工作状态，如为工作状态则提示产品处于在线自检测信息进入在线自诊断模式，如为非工作状态则提示产品处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式；在非工作状态自诊断模式下如自检信息存储模块22上有前次检测记录则显示，在开启自诊断进程后，控制器芯片MCU先控制互感器断线检测模块26进行互感器断线检测，接着控制磁通断线检测模块27进行磁通断线检测，再控制电子线路板检测模块28进行电子线路板检测，接着控制器芯片MCU再进行控制器芯片MCU自检测；如需进行模拟脱扣测试则控制器芯片MCU控制模拟测试脱扣模块29进行模拟脱扣测试，并对电子式断路器保护特性参数与默认参数进行比对，并允许用户在进行模拟脱扣测试后可根据测试结果选择直接进行保护参数重新设置。

本发明的电子式断路器，采用嵌入式的自检功能装置，通过内置供电配合检测模块的检测电路，实现非工作状态下，产品保护功能的完备性检测，使产品在生产完成、安装使用前或产品维护时，用户无需外接任何产品附件，只需按下电子式断路器的自检按钮，电子式断路器将自动对产品功能完备性进行诊断并给出测试结果。

附图说明

图1是本发明电子式断路器的外形图；

图2是本发明电子式控制器外形图；

图3是本发明自检功能装置结构图；

图4是本发明电子式控制器电气原理框图；

图5是本发明自检功能装置电气原理图；

图6是本发明电子式断路器的自检流程图。

具体实施方式

以下结合附图1至5给出的实施例，进一步说明本发明的电子式断路器的具体实施方式。本发明的电子式断路器不限于以下实施例的描述。

如图1所示，电子式断路器10包括壳体，壳体内设有电子式控制器20，所述电子式控制器20包括控制器芯片MCU、自检功能装置21、指示灯23、LCD显示屏24、导航键盘25和检测模块，所述自检功能装置21、指示灯23、LCD显示屏24、导航键盘25和检测模块均与控制器芯片MCU连接。所述指示灯23和LCD显示屏24设置在电子式控制器20的中部，自检功能装置21和导航键盘25分别设置在电子式控制器20的两侧。

如图2所示，在电子式控制器20的一侧设有一安装自检功能装置21的安装槽201，安装槽内设有与自检功能装置21连接的连接件202。自检功能装置21的结构如图3所示，包括壳体210，壳体210内底部设有线路板211，线路板211上设有相应的电子元件214以及电池模块212，所述电池模块212为可充电的电池模块，线路板211下设有与连接件202配合的连接件213，所述自检功能装置21还包括自检按钮215，所述自检按钮215设置在壳体顶部并于线路板211连接，可以启动电子式断路器10的自检。基于连接件的设置，使得自检功能装置21可插拔以便于维护。

本实施例电子式控制器20的电路框图如图4所示，自检功能装置21、指示灯23、LCD显示屏24、导航键盘25均与控制器芯片MCU连接；检测模块包括自检信息存储模块22、互感器断线检测模块26、磁通断线检测模块27、电子线路板检测模块28、模拟测试脱扣模块29；所述的自检信息存储模块22、互感器断线检测模块26、磁通断线检测模块27、电子线路板检测模块28、模拟测试脱扣模块29均与控制器芯片MCU连接，受控制器芯片MCU控制。

本实施例的电子式控制器20设有嵌入式的自检功能装置21，在自检功能装置21内还设有电池模块212，可以为电子式控制器20供电，配合检测模块，可以在不需要增加任何附件的情况下，实现非工作状态下产品保护功能的完备性检测，使得用户可以在将产品安装到工作线路上前了解产品的完备性，以避免产品安装时由于产品问题对线路造成的不良影响。

本实施例电子式断路器的自检流程图如图6所示，当按下自检按钮215时，控制器芯片MCU从自检功能装置21的电池模块212处得电启动，首先判断电子式断路器的工作状态，如为工作状态则提示产品处于在线自检测信息进入在线自诊断模式，如为非工作状态则提示产品处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式。在判定产品工作状态为非工作状态后，通过指示灯23或LCD显示屏24显示非工作状态自诊断工作模式。在非工作状态自诊断模式下可直接显示存储在自检信息存储模块（22）上的前次检测记录不启动自诊断进程；启动自诊断进程后，控制器芯片MCU通过互感器断线检测模块26检测电子式断路器的互感器状态是否正常，通过磁通断线检测模块27检测电子式断路器的磁通的状态是否正常，通过电子线路板检测模块28检测电子式断路器电子线路板的状态是否正常，还可以进行控制器芯片MCU自检测；还可以通过模拟测试脱扣模块29进行模拟脱扣测试检测电子式断路器能否正常脱扣，检测时控制器芯片MCU控制升压供电模块（217）将电池模块（212）的低电压升至电子式断路器的磁通变换器动作所需电压门限以上以进行模拟脱扣测试。检测过程中各个模块的检测结果通过指示灯23或LCD显示屏24进行显示报告，检测的各项结果参数也将由自检信息存储模块22进行存储，方便用户再次开启自检时查看记录。同时，检测过程中，自诊断程序也将对电子式断路器保护特性参数与默认参数进行比对，并允许用户在进行模拟脱扣测试后可根据测试结果选择直接进行保护参数重新设置。检测过程完成后，电子式控制器将在延续工作数秒后，自动切断工作电源。在电子式断路器处于工作运行状态，即断路器接通负载电流时，当按下自检按钮215时，电子式控制器依靠电流互感器感生电源提供的能量工作，并通过指示灯23或LCD显示屏24报告在线自检程序结果，并提示用户是否需要模拟测试脱扣。

本发明自检功能装置电气原理图如图5所示，自检功能装置21包括电池模块212、自检开启模块216、升压供电模块217；电池模块212与自检开启模块216连接，自检开启模块216连接与控制器芯片MCU连接，电池模块212可在非工作状态下为自检功能装置21和电子式控制器20供电；电池模块212与升压供电模块217连接，升压供电模块217与控制器芯片MCU和电子式断路器的磁通变换器连接，可在非工作状态下进行模拟脱扣测试；电子式控制器的感生供电模块40与控制器芯片MCU、电子式断路器的磁通变换器和电池模块212连接，在工作状态在下为电子式控制器20供电，还可为电池模块212充电。

电池模块212包括电池BT1，电池BT1一端接地，另一端与自检开启模块216和升压供电模块217的连接，电池BT1为可充电电池。

自检开启模块216包括开关T和电源芯片U24，电源芯片U24的管脚IN与电池模块212和开关T的一端连接，开关T的另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的负极与电源芯片U24的管脚EN连接；电阻R95与电容C45并联，并联的一端接地，另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的正极还与控制器芯片MCU的管脚BAT-IN连接；电源芯片U24的管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN连接，电源芯片U24的管脚OUT与二极管D13的正极连接，二极管D13的负极与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接。

升压供电模块217包括电源芯片U23和升压芯片U22，电源芯片U23的管脚IN与电池模块212连接，管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN1连接，管脚OUT与升压芯片U22的管脚Vin连接，升压芯片U22的管脚Vout与二极管D14的正极连接，二极管D14的负极与电子式断路器的磁通变换器连接。

感生供电模块40包括降压芯片U21，感生供电模块40的输入端PVCC与降压芯片U21的管脚Vin、二极管D15的正极连接，二极管D15的负极与电子式断路器的磁通变换器连接；降压芯片U21的管脚Vout经二极管D12与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接，经二极管D11、电阻R96与电池模块212连接。

在电子式断路器处于在非工作状态，即断路器无负载电流时，当按下自检开启模块216中的按钮T时，电容C45迅速充电至电池电位并储能，电源芯片U24高电位使能输出，控制器芯片MCU得电启动。按钮T释放时，电容C45开始放电，控制器芯片MCU的A/D IN0管脚上未检测到感生供电模块40电源输入信号时，控制器芯片MCU通过BAT-EN管脚输出高电平信号，维持电池模块212供电。

控制器芯片MCU运行自检程序，控制器芯片MCU与各检验模块等配合进行交互式检测，检测过程中各个模块的检测结果通过指示灯23或LCD显示屏24进行显示报告。当需要进行模拟脱扣测试时，控制器芯片MCU通过BAT-EN1管脚输出高使能信号，升压供电模块217中电源芯片U23使能输出，升压芯片U22将低电压升至电子式断路器磁通变换器动作所需电压门限以上，当控制器芯片MCU通过A/D IN1管脚检测到的信号计算出升压电压达到要求时，BAT-EN1管脚输出低电平信号，关断升压，同时发出磁通变换器动作指令，驱动电子式断路器动作。自检程序运行完成时，控制器芯片MCU通过BAT-EN管脚输出低电平信号，电源芯片U24停止输出，关断控制器芯片MCU供电。

在电子式断路器处于工作运行状态，即断路器接通负载电流时，感生供电模块40的输入端PVCC提供由电流互感器从负载电流感生的能量经由电源电路处理后的直流电信号，它可以直接为电子式断路器磁通变换器动作提供能量，同时经降压芯片U21降压后，一方面为控制器芯片MCU等提供电源，也为可充电电池模块进行充电。在电子式断路器处于工作运行状态时，控制器芯片MCU的A/D IN0管脚上检测到感生供电模块40电源输入信号，判断出工作电源DVCC非可充电电池模块212供给，当按下自检开启模块216中按钮T，控制器芯片MCU通过BAT-IN引脚检测到按键信号，电子式断路器的指示灯23或LCD显示屏将指示电子式断路器的在线自检状态，维持数秒后返回正常工作显示。

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)

1.一种具有自检功能的电子式断路器，包括断路器壳体，断路器壳体内设有电子式控制器（20），其特征在于：

所述电子式控制器（20）包括控制器芯片MCU、自检功能装置（21）、指示灯（23）、LCD显示屏（24）、导航键盘（25）和检测模块，所述自检功能装置（21）、指示灯（23）、LCD显示屏（24）、导航键盘（25）和检测模块均与控制器芯片MCU连接；所述自检功能装置（21）设置在电子式控制器（20）内，在非工作状态下不需要数据线外接任何附件，通过电子式控制器内（20）的自检功能装置（21）可实现电子式断路器的非工作状态自检，自检功能装置（21）上设有自检按钮（215），所述自检功能装置（21）内还包括可在非工作状态下为电子式控制器（20）、检测模块和电子式断路器磁通变换器供电的电池模块（212）；

按下自检按钮后电子式控制器（20）首先判断电子式断路器的工作状态，如为工作状态则提示产品处于在线自检测信息进入在线自诊断模式，如为非工作状态则提示产品处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式。

2.根据权利要求1所述的电子式断路器，其特征在于：

所述电子式控制器（20）的一侧设有一安装自检功能装置（21）的凹陷的安装槽（201），安装槽内设有与自检功能装置（21）直接插接连接的连接件（202）；自检功能装置包括壳体（210），壳体（210）内底部设有线路板（211），线路板（211）上设有电子元件（214）以及电池模块（212），线路板（211）下设有与连接件（202）配合的第二连接件（213）。

3.根据权利要求1所述的电子式断路器，其特征在于：

所述检测模块包括自检信息存储模块（22）、互感器断线检测模块（26）、磁通断线检测模块（27）、电子线路板检测模块（28）、模拟测试脱扣模块（29）；所述的自检信息存储模块（22）、互感器断线检测模块（26）、磁通断线检测模块（27）、电子线路板检测模块（28）、模拟测试脱扣模块（29）均与控制器芯片MCU连接，受控制器芯片MCU控制；

在非工作状态自诊断模式下可直接显示存储在自检信息存储模块（22）上的前次检测记录不启动非工作状态自诊断进程；在启动非工作状态自诊断进程后，控制器芯片MCU先后控制互感器断线检测模块（26）、磁通断线检测模块（27）、电子线路板检测模块（28）和模拟测试脱扣模块（29）进行互感器断线检测、磁通断线检测、电子线路板检测、模拟脱扣测试，还有控制器芯片MCU自检测，并将检测结果存储在自检信息存储模块（22）上。

4.根据权利要求1所述的电子式断路器，其特征在于：

所述自检功能装置（21）包括电池模块（212）、自检开启模块（216）、升压供电模块（217）；电池模块（212）与自检开启模块（216）连接，自检开启模块（216）连接与控制器芯片MCU连接；电池模块（212）与升压供电模块（217）连接，升压供电模块（217）与控制器芯片MCU和电子式断路器的磁通变换器连接；

在非工作状态自诊断模式下，控制器芯片MCU可控制升压供电模块（217）将电池模块（212）的低电压升至电子式断路器的磁通变换器动作所需电压门限以上并进行模拟脱扣测试。

5.根据权利要求4所述的电子式断路器，其特征在于：所述电子式控制器的感生供电模块（40）与控制器芯片MCU、电子式断路器的磁通变换器和电池模块（212）连接，可在工作状态在下为电子式控制器（20）供电和电池模块（212）充电，以在非工作状态自检时电池模块（212）为电子式控制器（20）、检测模块和电子式断路器磁通变换器供电。

6.根据权利要求4所述的电子式断路器，其特征在于：所述自检开启模块（216）包括开关T和电源芯片U24，电源芯片U24的管脚IN与电池模块（212）和开关T的一端连接，开关T的另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的负极与电源芯片U24的管脚EN连接；电阻R95与电容C45并联，并联的一端接地，另一端与开关二极管V6的正极连接，开关二极管V6的正极还与控制器芯片MCU的管脚BAT-IN连接；电源芯片U24的管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN连接，电源芯片U24的管脚OUT与二极管D13的正极连接，二极管D13的负极与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接。

7.根据权利要求4所述的电子式断路器，其特征在于：所述的升压供电模块（217）包括电源芯片U23和升压芯片U22，电源芯片U23的管脚IN与电池模块（212）连接，管脚EN与控制器芯片MCU的管脚BAT-EN1连接，管脚OUT与升压芯片U22的管脚Vin连接，升压芯片U22的管脚Vout与二极管D14的正极连接，二极管D14的负极与电子式断路器的磁通变换器连接。

8.根据权利要求5所述的电子式断路器，其特征在于：所述感生供电模块（40）包括降压芯片U21，感生供电模块（40）的输入端PVCC与降压芯片U21的管脚Vin、二极管D15的正极连接，二极管D15的负极与电子式断路器的磁通变换器连接；降压芯片U21的管脚Vout经二极管D12与控制器芯片MCU的管脚DVCC连接，经二极管D11、电阻R96与电池模块（212）连接。

9.根据权利要求4所述的电子式断路器，其特征在于：

在非工作状态自诊断模式下，在进行模拟脱扣测试后可根据测试结果选择直接进行保护参数重新设置。

10.一种权利要求1-9任一所述的电子式断路器的自诊断方法，其特征在于包括以下步骤：

按下自检按钮后电子式控制器（20）首先判断电子式断路器的工作状态，如为工作状态则提示产品处于在线自检测信息进入在线自诊断模式，如为非工作状态则提示产品处于非工作状态自检测信息并进入非工作状态自诊断模式；

在非工作状态自诊断模式下如自检信息存储模块（22）上有前次检测记录则显示，在开启自诊断进程后，控制器芯片MCU先控制互感器断线检测模块（26）进行互感器断线检测，接着控制磁通断线检测模块（27）进行磁通断线检测，再控制电子线路板检测模块（28）进行电子线路板检测，接着控制器芯片MCU再进行控制器芯片MCU自检测；

如需进行模拟脱扣测试则控制器芯片MCU控制模拟测试脱扣模块（29）进行模拟脱扣测试，并对电子式断路器保护特性参数与默认参数进行比对，并允许用户在进行模拟脱扣测试后可根据测试结果选择直接进行保护参数重新设置。

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