CN105301491A - 一种带辅助触点的断路器的状态监测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带辅助触点的断路器的状态监测电路，包括上位机、DSP、自检MOS管开关电路、供电MOS管开关电路、分压采样电路、多路断路器状态采样电路、与断路器个数相等的二极管、各个断路器辅助触点。DSP通过读取多路断路器状态采样电路的输出信号，对各个断路器的分、合闸状态进行判断，并上报上位机。本发明对多路断路器状态采样电路及供电MOS管开关电路设置自检电路，可对其进行开机自检或者周期自检，排除电路自身故障，确保断路器状态判断的准确性。

Description

一种带辅助触点的断路器的状态监测电路

技术领域

本发明涉及一种带辅助触点的断路器的状态监测电路，可用于监测多个断路器状态，并且该电路能对断路器状态监测电路进行开机自检或者周期自检，减少故障率。

背景技术

随着科技的发展，在一些高科技领域特别是国防、航空等领域，可靠性得到越来越多的重视，是衡量产品质量的一个重要指标。自检的目的主要是为了提高系统的可靠性，因此，要提高产品质量就必须提高系统的自检能力。

自20世纪80年代以来，自检技术在国外得到了飞速发展，研究人员开展了大量的系统测试和诊断问题的研究，测试性逐步形成了一门与可靠性、维修性并行发展的学科分支。

为了保证电路正常工作和及时发现系统故障，电路设计中大多数要设计自检电路，自检电路包括对器件工作状态、环境补偿、保护元件是否失效、修正参数等等。

在系统正常工作之前，对其中的一些重要电路或重要器件先进行自检，可及时、快速、准确地检测与隔离故障，提高执行任务的可靠性与安全性，缩短故障检测与隔离时间，进而减少维修时间，提高系统的可用性，降低系统的使用维护费用。

断路器是一种可以重复使用且能自动切断过电流的保护装置，用于交直流电网的过载及短路保护。随着各种场所智能化的发展，供配电远程控制的要求提高，因此对断路器附件的功能提出了更高要求。断路器附件作为断路器功能的派生补充，为断路器增加了控制手段和扩大保护功能，使断路器的使用范围更广、保护功能更齐全、操作和安装方式更多。

辅助触点作为断路器附件之一，具有与断路器主触点同时动作的特点，可用于指示主触点的分合状态。对于辅助触点与主触点同时动作的断路器，主要有辅助触头与主触头状态一致和辅助触头与主触头状态相反两种。

断路器辅助触点机械联动于一次设备的主触点，真实反映一次设备主触点的运行状态，在电气控制回路中常用于电气设备的联锁控制和应用于给保护装置提供开关量信息，起着一次设备与二次设备的桥梁作用。断路器的分、合闸状态即可通过机械辅助触点引入电气控制回路。

很多情况下，断路器主触点的电流很大，或者电压很高，不能直接用于检测，必须通过辅助触点来代替。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带辅助触点的断路器的状态监测电路，该电路可以同时对多个断路器状态进行监测，且电路中含自检电路，可对多路断路器状态采样电路及供电MOS管开关电路进行期自检，排除由于电路自身故障而造成对断路器状态误判的情况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种带辅助触点的断路器的状态监测电路，包括DSP、与DSP连接的上位机，其特征在于所述DSP的第一输出端与自检MOS管开关电路的控制端连接，所述自检MOS管开关电路通过与断路器个数相等的二极管与多路断路器状态采样电路相连，多路断路器状态采样电路的输出分别与DSP的多个采样输入端相连，DSP的第二输出端与供电MOS管开关电路的控制端相连，供电MOS管开关电路的输出分为两路，一路通过各个断路器辅助触点与多路断路器状态采样电路相连，另一路通过分压采样电路与DSP的供电自检输入端相连。

根据本发明的优选实施例，所述自检MOS管开关电路包括第一MOS管，所述DSP的第一输出端通过第一电阻与第一三极管的基极连接，第一三极管的基极和发射极之间连接第二电阻，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第三电阻与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极接电源端，第一MOS管的源极和栅极之间连接第四电阻，第一MOS管的漏极作为自检MOS管开关电路的输出端，和与断路器个数相等的二极管的阳极相连，与断路器个数相等的二极管的阴极和多路断路器状态采样电路相连，多路断路器状态采样电路由多个具有相同电路结构的检测电路组成，每个检测电路可用于检测一个断路器的状态，都是由限流电阻、光耦、上拉电阻组成，限流电阻的一端与对应二极管的阴极相连，另一端与光耦发光二极管的阳极相连，光耦发光二极管的阴极和光耦三极管的发射极都接地，光耦三极管的集电极通过一个上拉电阻接3.3V电源端，光耦三极管的集电极作为输出端，与相应DSP的采样输入端连接。

根据本发明的优选实施例，所述供电MOS管开关电路包括第二MOS管，DSP的第二输出端通过第五电阻与第二三极管的基极连接，第二三极管的基极和发射极之间连接第六电阻，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极通过第七电阻与第二MOS管的栅极连接，第二MOS管的源极接电源端，第二MOS管的源极和栅极之间连接第八电阻，第二MOS管的漏极作为供电MOS管开关电路的输出端，与分压采样电路相连；分压采样电路包括第九电阻、第十电阻和电容，第九电阻的一端与第二MOS管的漏极相连，另一端和第十电阻串联连接，第十电阻的另一端接地，第十电阻与第一电容并联，第九电阻和第十电阻的连接点与DSP的供电自检输入端相连。

所述上位机、DSP、供电MOS管开关电路、各个断路器辅助触点、多路断路器状态采样电路组成断路器状态监测电路，上位机与DSP连接进行通信，DSP的第二输出端与供电MOS管开关电路相连，第二MOS管的漏极作为输出端，通过各个断路器辅助触点与多路断路器状态采样电路中相应的限流电阻相连；在多路断路器状态采样电路和供电MOS管开关电路自检结束之后，DSP的第一输出端输出低电平，经过一定的延时，确保第一MOS管完全关断，再将第二输出端输出高电平，DSP通过判断输入至的采样输入端的电平信号，即可判断各个断路器的状态，并上报上位机，实现对断路器状态的实时监测。

本发明的另一目的在于提供一种带辅助触点的断路器的状态监测电路的监测方法，可以同时对多个断路器状态进行监测，对多路断路器状态采样电路及供电MOS管开关电路进行期自检，排除由于电路自身故障而造成对断路器状态误判的情况。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种带辅助触点的断路器的状态监测电路的监测方法，其特征在于：DSP的第一输出端先后输出高低电平信号，DSP分别读取并判断先后输入至采样输入端的信号是否为相反的电平信号，即可判断多路断路器状态采样电路是否能正常工作，实现对多路断路器采样电路的自检；将DSP的第二输入端输出高电平，DSP读取并判断输入至供电自检输入端的电平信号是否为高电平，即可判断供电MOS管开关电路是否能正常工作，实现对供电MOS管开关电路的自检；在多路断路器状态采样电路和供电MOS管开关电路自检结束之后，DSP的第一输出端输出低电平，经过延时，确保第一MOS管完全关断，再将第二输出端输出高电平，DSP通过判断输入至的多个采样输入端的电平信号，即可判断各个断路器的状态，并上报上位机，实现对断路器状态的实时监测。

本发明对多路断路器状态采样电路及供电MOS管开关电路设置自检电路，可对其进行开机自检或者周期自检，排除电路自身故障，确保断路器状态判断的准确性。

本发明的优点在于：

1、本发明对多路断路器状态采样电路和供电MOS管开关电路设置自检电路，在断路器状态监测电路工作之前，先对这两个电路进行自检，可排除由于这两个电路自身故障而造成对断路器状态做出错误判断的情况，提高准确性；同时，设置自检电路可提高维修性，当发生故障时，可对故障点进行快速定位。

2、本发明设置的自检电路只需在原来所必要电路的基础上增加少量器件，不仅结构简单，而且对整个电路系统本身的可靠性影响很小；同时，通过DSP的软件编程，自检电路可设置为开机自检或者周期自检，具有使用灵活的特点。

3、通过辅助触点间接地检测断路器状态，可以保证监测回路与断路器主回路的电气隔离，且该方法对于主触头在高电压、大电流的应用场合同样适用。

附图说明

图1是本发明的电路系统结构框图。

图2是本发明的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括上位机、DSP（数字信号处理器）、自检MOS管开关电路、供电MOS管开关电路、分压采样电路、多路断路器状态采样电路、与断路器个数相等的二极管、各个断路器辅助触点；上位机与DSP相连，DSP的第一输出端GPIO1依次与自检MOS管开关电路、与断路器个数相等的二极管、多路断路器状态采样电路相连，多路断路器状态采样电路的输出分别与DSP的多个采样输入端GPIO4～GPIOn相连；DSP的第二输出端GPIO2与供电MOS管开关电路相连，供电MOS管开关电路的输出分为两路，一路通过各个断路器辅助触点与多路断路器状态采样电路相连，另一路通过分压采样电路与DSP的供电自检输入端GPIO3相连。DSP通过读取输入至各个采样输入端GPIO4～GPIOn的电平信号，即可判断各个断路器辅助触点的状态，再根据断路器辅助触点与主触点动作关系的特点，即可判断每个断路器的状态，DSP与上位机进行通信，即可通过上位机对各个断路器状态进行实时监测。

如图2所示，所述电气原理图，主要包括两个部分，一部分是由DSP、自检MOS管开关电路、供电MOS管开关电路、分压采样电路、与断路器个数相等的二极管、多路断路器状态采样电路组成自检电路，另一部分是由上位机、DSP、供电MOS管开关电路、各个断路器辅助触点、多路断路器状态采样电路组成断路器状态监测电路。

自检时，DSP的第一输出端GPIO1输出高电平，第一三极管U1工作于开关状态；当第一三极管U1导通时，15V电压在第三电阻R3和第四电阻R4上产生压降，第四电阻R4两端的电压即为第一MOS管Q1的栅极驱动电压，通过对第三电阻R3和第四电阻R4设置合适的阻值，可使第一MOS管Q1导通，开始导通的一瞬间栅极和漏极间的寄生电容Cgd通过第三电阻R3和第一三极管U1对地放电，当第四电阻R4两端的电压稳定时停止放电，放电时间可以根据寄生电容Cgd和第三电阻R3的参数算出，放电时间的长短决定了第一MOS管Q1的漏极从0V到15V的上升沿时间；当第一三极管U1从导通到关断的瞬间，15V电源通过第四电阻R4对栅极和漏极间的寄生电容Cgd进行充电，充电时间可以根据寄生电容Cgd和第四电阻R4的参数算出，充电时间的长短决定了第一MOS管Q1的漏极从15V到0V的下降沿时间；如果对上升沿和下降沿时间有特殊的要求可以通过改变第三电阻R3和第四电阻R4的阻值进行调整。

第一MOS管Q1导通之后，二极管D1～D4正向导通，对应的每路光耦都开始工作，光耦三极管的集电极输出电压为0.3V左右的低电平信号（光耦三极管的导通降压约为0.3V），则输入至DSP的采样输入端GPIO4～GPIOn为0.3V左右的低电平信号，但由此还不能判断各个断路器故障检测电路是否能正常工作。假设光耦三极管的集电极与发射极短路，输入至相应DSP的GPIO口的也是低电平信号，因此，还需要将DSP的第一输出端GPIO1输出低电平，再判断输入至DSP的采样输入端GPIO4～GPIOn是否为3V左右的高电平信号。因此，通过将DSP的第一输出端GPIO1先后输出高、低电平信号（两次信号输出的顺序可相反），DSP再读取输入至采样输入端GPIO4～GPIOn的信号是否先后为低、高电平信号，即可判断每路断路器状态采样电路是否都能正常工作。

在对供电MOS管开关电路自检前，需将DSP的第一输出端GPIO1输出低电平，经过一定的延时，待第一MOS管Q1完全关断之后，再将DSP的第二输出端GPIO2输出高电平，使第二MOS管Q2处于导通状态。供电MOS管开关电路的工作过程及参数计算与自检MOS管开关电路相同。第二MOS管Q2导通后，15V电源在第九电阻R9、第十电阻R10上产生一定压降，合理设置第九电阻R9、第十电阻R10的阻值，可使15V电压在第十电阻R10上的压降为DSP所能识别的高电平信号，因此，DSP通过判断输入至供电自检输入端GPIO3的信号是否为高电平信号，即可判断供电MOS管开关电路是否能正常工作。

在多路断路器状态检测电路及供电MOS管开关电路自检通过之后，DSP的第一输出端GPIO1输出低电平，自检MOS管开关电路不工作，DSP的供电自检输入端GPIO3继续读取输入信号并判断或者不再读取信号皆可。DSP的第二输出端GPIO2再输出高电平，供电MOS管开关电路处于工作状态，对断路器的辅助触点进行实时监测，当某个辅助触点闭合时，对应的光耦开始工作，输入至相应采样输入端GPIO4～GPIOn的信号为低电平信号；当某个辅助触点断开时，对应的光耦开始不工作，输入至相应采样输入端GPIO4～GPIOn的信号为高电平信号。

电路中二极管D1～D4必不可少，可防止有一路光耦工作时对其他光耦造成干扰而对断路器状态做出错误判断。假设第一辅助触点CB1处于闭合状态，第二至第四辅助触点CB2～CB4处于断开状态，则第一辅助触点CB1对应的光耦开始工作，输入至采样输入端GPIO4的信号为低电平，如果没有二极管D1～D4，则A点电压为电阻R11的电压与光耦发光二极管的压降之和，A点的电压会导致其他三路光耦也开始工作，则输入至其它三路采样输入端GPIO5～GPIO7的信号为低电平（实际应为高电平），造成对第二至第四辅助触点CB2～CB4状态的错误判断。

最后，根据断路器辅助触点与断路器主触点的动作关系，可间接地监测断路器状态，并上报上位机，实现对断路器状态的实时监测。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种带辅助触点的断路器的状态监测电路，包括DSP、与DSP连接的上位机，其特征在于所述DSP的第一输出端与自检MOS管开关电路的控制端连接，所述自检MOS管开关电路通过断路器个数相等的二极管与多路断路器状态采样电路相连，多路断路器状态采样电路的输出分别与DSP的多个采样输入端相连，DSP的第二输出端与供电MOS管开关电路的控制端相连，供电MOS管开关电路的输出分为两路，一路通过各个断路器辅助触点与多路断路器状态采样电路相连，另一路通过分压采样电路与DSP的供电自检输入端相连。

2.如权利要求1所述的带辅助触点的断路器的状态监测电路，其特征在于优选地，所述自检MOS管开关电路包括第一MOS管，所述DSP的第一输出端通过第一电阻与第一三极管的基极连接，第一三极管的基极和发射极之间连接第二电阻，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第三电阻与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极接15V电源端，第一MOS管的源极和栅极之间连接第四电阻，第一MOS管的漏极作为自检MOS管开关电路的输出端，和与断路器个数相等的二极管的阳极相连，与断路器个数相等的二极管的阴极和多路断路器状态采样电路相连，多路断路器状态采样电路由多个具有相同电路结构的检测电路组成，每个检测电路可用于检测一个断路器的状态，都是由限流电阻、光耦、上拉电阻组成，限流电阻的一端与对应二极管的阴极相连，另一端与光耦发光二极管的阳极相连，光耦发光二极管的阴极和光耦三极管的发射极都接地，光耦三极管的集电极通过一个上拉电阻接3.3V电源端，光耦三极管的集电极作为输出端，与相应DSP的采样输入端连接。

3.如权利要求2所述的带辅助触点的断路器的状态监测电路，其特征在于，所述供电MOS管开关电路包括第二MOS管，DSP的第二输出端通过第五电阻与第二三极管的基极连接，第二三极管的基极和发射极之间连接第六电阻，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极通过第七电阻与第二MOS管的栅极连接，第二MOS管的源极接15V电源端，第二MOS管的源极和栅极之间连接第八电阻，第二MOS管的漏极作为供电MOS管开关电路的输出端，与分压采样电路相连；分压采样电路包括第九电阻、第十电阻和电容，第九电阻的一端与第二MOS管的漏极相连，另一端和第十电阻串联连接，第十电阻的另一端接地，第十电阻与第一电容并联，第九电阻和第十电阻的连接点与DSP的供电自检输入端相连。

4.如权利要求3所述的一种带辅助触点的断路器的状态监测电路的监测方法，其特征在于：DSP的第一输出端先后输出高低电平信号，DSP分别读取并判断先后输入至采样输入端的信号是否为相反的电平信号，即可判断多路断路器状态采样电路是否能正常工作，实现对多路断路器采样电路的自检；将DSP的第二输入端输出高电平，DSP读取并判断输入至供电自检输入端的电平信号是否为高电平，即可判断供电MOS管开关电路是否能正常工作，实现对供电MOS管开关电路的自检；在多路断路器状态采样电路和供电MOS管开关电路自检结束之后，DSP的第一输出端输出低电平，经过延时，确保第一MOS管完全关断，再将第二输出端输出高电平，DSP通过判断输入至的多个采样输入端的电平信号，即可判断各个断路器的状态，并上报上位机，实现对断路器状态的实时监测。