CN104269814B - Afdd故障电弧保护器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种AFDD故障电弧保护器，其包括电源模块用于翻转降压，并将市电L相端作为内置系统电源的基准电压参考点GND、CPU核心模块用于处理接收到的信号、电流传感电阻模块、电弧电流信号处理模块、脉冲处理模块以及脱扣处理模块，实现了内置电源系统的小型化，电弧电流采样舍弃传统电流互感器，直接从强电电路中采集电弧电流信号，实现了AFDD故障电弧保护器的成本低廉、体积小、质量小、无磁通饱和性价比更高，不受产品体积限制，能同时兼顾对小电弧电流和大电弧电流的测试，且精度在5%范围内。
Description
技术领域
本发明涉及AFDD故障电弧保护器，具体涉及一种用于对终端配电电路中各类负载出现电弧故障时的检测及保护作用的电路原理结构，同时兼有剩余电流保护作用的电路结构。
背景技术
目前AFDD故障电弧保护器（AFDD即电弧故障检测装置 ）基本上采用的是内置隔离式交直流降压开关电源为供电电源，系统电源的基准参考点接在中性线上，用电流互感器采样电弧电流，这样在实际微型断路器的应用中增加设计者的设计难度，设计出来的产品成本过高、体积大、质量大，同时在有限的空间内电流互感器不能同时兼顾小电流和大电流的采样精度，对大电流无法准确测试有磁通饱和现象，不能有效实现对故障电弧信号的检测及保护作用。
发明内容
针对现有技术存在的缺点和不足，本发明设计开发的AFDD故障电弧保护器，实现了成本低廉、体积小、质量小、无磁通饱和性价比更高，不受产品体积限制，能同时兼顾对小电流和大电流的测试，且精度在5%范围内。
本发明提供一种AFDD故障电弧保护器，其包括：
电源模块用于翻转降压，并将市电L相端作为内置系统电源的基准电压参考点GND；
电流传感电阻模块，其输入端与电源模块的GND相连，另一端连接在市电L相线输出端，用于直接在强电电路采集电弧信号；
电弧电流信号处理模块，与其输入极与电流传感电阻模块和断路器负载输出端连接，其输出端与CPU核心模块连接，用于接收处理电流传感电阻模块产生的电弧信号；
脱扣处理模块，用于控制断路器脱扣操作；
脉冲处理模块，其输入引脚与脱扣处理模块并联连接，脉冲处理模块输出端与CPU核心模块连接，用于处理电路中出现并联电弧时，N中性线上的电压信号变化，处理后的电压信号变化转化成一组脉冲信号传输给CPU核心处理模块；
CPU核心模块用于处理电弧电流信号处理模块发送的信号，并输出控制信号到脉冲处理模块，所述电源模块采用非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块，所述非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块包括MOSFET开关模块,所述MOSFET开关模块的D极与用于对输入交流电的N端半波整流的输入电路连接，所述MOSFET开关模块的S极与功率处理输出电路连接，所述MOSFET开关模块的FB极与分压降压电路连接，所述MOSFEET开关模块的BP极与旁路噪声抑制电路连接，电源模块的输出端与分压降压电路之间串联快速恢复二极管D2，所述电源模块将交流电L端作为电源模块基准参考点。
所述电流传感电阻模块采用电流传感电阻。
所述AFDD故障电弧保护器还设有漏电信号调理模块和漏电互感器。
所述电源模块的输入端与GND之间并联压敏电阻。
所述电源模块的输入端串联二极管D4，二极管D4的负极与电源模块的输入端连接。
所述电源模块的输入端与脉冲处理模块的输入引脚之间串联二极管D1,二极管D1的负极与脉冲处理模块的输入引脚连接。
发明的有益效果是：实现了内置电源系统的小型化，电弧电流采样舍弃传统磁芯式电流互感器，直接从强电电路中采集电弧电流信号，实现了AFDD故障电弧保护器的成本低廉、体积小、质量小、无磁通饱和性价比更高，不受产品体积限制，能同时兼顾对小电弧电流和大电弧电流的测试，且精度在5%范围内。
附图说明
图1是本发明的逻辑示意图。
图2是电源模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
如图1所示，本发明提供一种AFDD故障电弧保护器，其包括：
电源模块用于翻转降压，并将市电L相端作为内置系统电源的基准电压参考点GND，所述AFDD故障电弧保护器使用非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块，快速恢复整流二极管正极连接在N中性线端，二极管负极连接开关电源模块输入端IN极。
所述电源模块采用反向接线的微型非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块，系统电源基准参考点GND选取在L相线输入端，所述电源模块的输入端串联二极管D4，二极管D4的负极与电源模块的输入端连接，所述二极管D4采用快速恢复整流二极管，其正极连接在N中性线端，二极管负极连接开关电源模块输入端IN极。
如图2所示，所述非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块包括MOSFET开关模块,所述MOSFET开关模块的D极与用于对输入交流电的N端半波整流的输入电路连接，所述MOSFET开关模块的S极与功率处理输出电路连接，所述MOSFET开关模块的FB极与分压降压电路连接，所述MOSFEET开关模块的BP极与旁路噪声抑制电路连接，电源模块的输出端与分压降压电路之间串联快速恢复二极管D2，所述电源模块将交流电L端作为电源模块基准参考点。
利用交流电源的负半周期特性，通过电源模块直接降压，翻转将系统电源基准参考点接至相线电源接入点，在相线电势基础上抬升3.3~5.5V作为直流输出电源。电源本身设计成本低、为后续功能电路信号采样可以直接从强电电路采集提供实现可能、体积小元器件少，设计思路简单。
输入电路对N端输入进行半波整流，将正半波电流截止，只允许负半波的电流通过，负半波电流通过二极管整流后 再通过MOSFET开关模块U2 降压以及分压降压电路才可能在原L相上实现一个抬升3.3~5.5负的直流电源。
所述输入电路如下：电容C2、电容C3的一极、二极管D6的负极和电容C7的负极与电源输入端的L相线相连接，电源输入端N极连接限流线绕电阻R1一端、限流线绕电阻R1另一端连接整流二极管D3正极、整流二极管D3负极串联电感L1一端、电感L1另一端与电容C3、电容C2和MOSFET开关模块U2的D极连接。
电源输入端的N相线输入经过二极管D3半波整流电源输入端的负半波电流，然后将半波整流后的电流输入到MOSFET开关模块。
所述功率处理输出电路电路如下：MOSFET开关模块S极与电容C4、二极管D6负极、电容C1的负极和电感L2一端相连接，电感L2的另一端与二极管D2负极、电容C7正极和电源输出正极相连接。
二极管D6采用快速恢复二极管，通过电容C4、二极管D6以及电容C1的结合作为电源的输出极。
所述分压降压电路包括电阻R3、电阻R2和电容C1，所述分压电阻R3一端接MOSFET开关模块FB极和降压电阻R2的一端相连，所述降压电阻R2一端连接分压电阻R3，另一端与电容C1的正极和快速恢复二极管D2的正极连接，所述电容C1正极与电阻R2一端、快速恢复二极管D2的正极连接，C1负极与MOSFET开关模块S极、电容C4、电阻R3、二极管D6和电感L2相连接，通过输入电路和分压降压电路的共同作用，实现输出电源3.3-5.5V。
所述旁路噪声抑制电路采用旁路噪声抑制电容C4，其一端连接MOSFET开关模块BP极，另一端与MOSFET开关模块S极、电阻R3、二极管D6正极、电容C1负极和电感L2一端相连接。旁路噪声抑制电容用于导通或者吸收某元件或者一组元件中交流成分的一种电容。通常交直流中的交流部分被去除，而允许直流部分通过加有旁路电容的元件。
电流传感电阻模块，其输入端与电源模块的GND相连，另一端连接在市电L相线输出端，用于直接在强电电路采集电流信号，所述电流传感电阻模块采用电流传感电阻，串联焊接在断路器导电系统连接件上，从其输出端引出线一端连接在电弧信号调理模块信号输入端，实现电弧信号直接从强电电路中采集。
电弧电流信号处理模块，与其输入极与电流传感电阻模块和断路器负载输出端连接，其输出端与CPU核心模块连接，用于接收处理电流传感电阻模块产生的电弧信号；输入端连接电流传感电阻输出引线，调理后电弧信号输出连接CPU核心模块的一个A/D引脚。
脱扣处理模块，用于控制断路器脱扣操作，其与热磁脱扣模块连接，控制脱扣。
脉冲处理模块，其输入引脚与脱扣处理模块并联连接，脉冲处理模块输出端与CPU核心模块连接，用于处理电路中出现并联电弧时，N中性线上的电压信号变化。
所述电源模块的输入端与GND之间并联压敏电阻。
所述电源模块与脉冲处理模块的输入引脚之间串联二极管D1,二极管D1的负极与脉冲处理模块的输入引脚连接。
所述脉冲处理模块的输入端连接二极管D1的负极，二极管D1正极与二极管D4正极和压敏电阻一极并联连接在N中性线端，脉冲处理模块的输出端连接CPU的一个A/D引脚。
CPU核心模块用于处理电弧电流信号处理模块发送的信号，并输出控制信号到脉冲处理模块。
所述AFDD故障电弧保护器还设有漏电信号调理模块和漏电互感器，同时兼顾漏电检测和保护功能。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种AFDD故障电弧保护器，其特征在于：其包括：
电源模块用于翻转降压，并将市电L相端作为内置系统电源的基准电压参考点GND；
电流传感电阻模块，其输入端与电源模块的GND相连，另一端连接在市电L相线输出端，用于直接在强电电路采集电弧信号；
电弧电流信号处理模块，与其输入极与电流传感电阻模块和断路器负载输出端连接，其输出端与CPU核心模块连接，用于接收处理电流传感电阻模块产生的电弧信号；
脱扣处理模块，用于控制断路器脱扣操作；
脉冲处理模块，其输入引脚与脱扣处理模块并联连接，脉冲处理模块输出端与CPU核心模块连接，用于处理电路中出现并联电弧时，N中性线上的电压信号变化，处理后的电压信号变化转化成一组脉冲信号传输给CPU核心处理模块；
CPU核心模块用于处理电弧电流信号处理模块发送的信号，并输出控制信号到脉冲处理模块，所述电源模块采用非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块，所述非隔离式交直流降压翻转式开关电源模块包括MOSFET开关模块,所述MOSFET开关模块的D极与用于对输入交流电的N端半波整流的输入电路连接，所述MOSFET开关模块的S极与功率处理输出电路连接，所述MOSFET开关模块的FB极与分压降压电路连接，所述MOSFEET开关模块的BP极与旁路噪声抑制电路连接，电源模块的输出端与分压降压电路之间串联快速恢复二极管D2，所述电源模块将交流电L端作为电源模块基准参考点。
2.根据权利要求1所述的AFDD故障电弧保护器，其特征在于，所述电流传感电阻模块采用电流传感电阻。
3.根据权利要求1所述的AFDD故障电弧保护器，其特征在于，所述AFDD故障电弧保护器还设有漏电信号调理模块和漏电互感器。
4.根据权利要求1所述的AFDD故障电弧保护器，其特征在于，所述电源模块的输入端与GND之间并联压敏电阻。
5.根据权利要求1所述的AFDD故障电弧保护器，其特征在于，所述电源模块的输入端串联二极管D4，二极管D4的负极与电源模块的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的AFDD故障电弧保护器，其特征在于，所述电源模块的输入端与脉冲处理模块的输入引脚之间串联二极管D1，二极管D1的负极与脉冲处理模块的输入引脚连接。
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