CN105552830A - 一种失压欠压智能脱扣器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种失压欠压智能脱扣器，包括脱扣器和与其连接的控制电路板，所述控制电路板上的电压检测电路将电网电压采样信号发送至CPU控制芯片，CPU控制芯片读取设定的延时时间控制脱扣器驱动电路工作，通过开关电源电路输入CPU控制芯片和脱扣器驱动电路的两组隔离电源达到使脱扣器吸合、保持或脱扣的功能。本发明的有益效果为：脱扣器保持力不受电网电压波动影响，电能转换效率高，待机功耗低，脱扣器失压后延时保持时间可满足10S失压延时的要求。

Description

一种失压欠压智能脱扣器
技术领域
本发明涉及失压欠压脱扣器领域，尤其是一种用于低压断路器带延时功能的失压欠压智能脱扣器。
背景技术
目前低压断路器用失压欠压脱扣器技术方案均为传统线性稳压电源经PWM载波后驱动脱扣器线圈吸合、保持或脱扣，其缺点是电能转换效率低、产品温升高、线圈保持力随电网电压波动范围大、脱扣器失压后延时保持时间短，无法满足一些用电场合及分布式光伏发电的特殊要求。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于低压断路器带延时功能的失压欠压智能脱扣器，适用于额定电压AC220V及AC380V的电网系统，电能转换效率高，待机功耗低，可满足10S失压延时脱扣的严酷要求。
本发明所述的一种失压欠压智能脱扣器，包括脱扣器和控制电路板，所述脱扣器与所述控制电路板连接，所述控制电路板包括电压检测电路、CPU控制芯片、失压储能电路、开关电源电路、脱扣器驱动电路和延时设定电路；
其中，所述电压检测电路的输入端与电网连接，其输出端连接CPU控制芯片，用于将电网高压转换为低压电信号后输入所述CPU控制芯片；所述延时设定电路与所述CPU控制芯片连接，将预设的延时时间信号输入给所述CPU控制芯片；所述CPU控制芯片输出端与所述脱扣器驱动电路连接，发出控制信号至所述脱扣器驱动电路，控制所述脱扣器吸合、保持或脱扣；
所述失压储能电路的输入端与电网连接，其输出端分别与所述脱扣器驱动电路和所述开关电源电路连接，将电网电压整流后对电容进行充电储能，并向所述开关电源电路提供高压直流电源；所述开关电源电路将高压直流电源通过高频变压器转换为两组隔离的低压直流电源输出，其中一组低压直流电源与所述脱扣器驱动电路连接并提供所述CPU控制芯片电源，另一组低压直流电源仅向所述脱扣器驱动电路供电；所述脱扣器驱动电路接收所述CPU控制芯片输出的信号，并对输入的电源进行电压切换来驱动脱扣器工作。
进一步改进，所述开关电源电路包括变压器T1、开关芯片U2、光耦U3，所述变压器T1的初级与所述失压储能电路输出端连接，所述变压器T1的次级输出两组隔离电源，其中一组电源经二极管D6并联储能电容C13和电阻R22后接AGND，得到DC10V直流电源，该组电源与所述变压器初级电源隔离，仅向所述脱扣器驱动电路供电；另一组电源通过二极管D5经并联连接的电容C8得到DC20V直流电源，经三端稳压芯片U5后得到DC12V直流电源，经三端稳压芯片U6后并联电容C9、电容C10后得到DC5V直流电源，该组电源与所述变压器初级电源不隔离。
进一步改进，所述失压储能电路包括桥堆BR1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3、稳压管VZ4、二极管D2、MOS管Q1、电容C1，所述桥堆BR1的交流输入端与电网连接，其负极接GND，正极通过电阻R6、电阻R7、电阻R8后分成两路，一路与MOS管Q1漏极连接，另一路通过电阻R10、电阻R9后连接MOS管Q1栅极，同时经稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3后连接至GND，稳压管VZ4连接MOS管Q1的栅极和源极，所述二极管D2阳极连接MOS管Q1的源极，其阴极通过所述电容C1接GND，所述电容C1的正极连接至开关电源电路和脱扣器驱动电路,经整流后的直流电压通过MOS管Q1的载波控制、二极管D2得到稳定的直流电压并在电容C1两端中储能。
进一步改进，所述电压检测电路包括桥堆BR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C2，所述桥堆BR1的正极与电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，经电阻R4接地，并经电阻R5耦合电容C2滤波后接入所述CPU控制芯片。
进一步改进，所述脱扣器驱动电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、光耦U7、MOS管驱动U8、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、MOS管Q2和MOS管Q3，所述电容C1正极经二极管D7后与桥堆BR1正极经二极管D8后并联于MOS管Q2漏极，DC20V电源经二极管D9接AGND并连接MOS管Q2源极，同时经所述脱扣器连接MOS管Q3漏极，MOS管Q3源极接至GND，光耦U7的1脚接DC5V，光耦U7的3脚接DC10V，光耦U7的4脚通过电阻R24连接至MOS管Q2栅极，同时通过电阻R24和电阻R25接AGND，电阻R25并联于MOS管Q2的栅极与源极之间，MOS管驱动U8的4脚接GND，MOS管驱动U8的1脚接DC12V，MOS管驱动U8的3脚通过电阻R26连接至MOS管Q3栅极，同时通过电阻R26和电阻R27接GND，电阻R27并联于MOS管Q3的栅极与源极之间。
进一步改进，所述电压检测电路的低压测量信号接入所述CPU控制芯片的11脚，所述延时设定电路输出信号接入所述CPU控制芯片的2、3、6、7、8、9脚，所述脱扣器驱动电路的光耦U7的2脚通过电阻R23接入所述CPU控制芯片的10脚，所述MOS管驱动U8的5脚接入所述CPU控制芯片的5脚。
进一步改进，所述脱扣器为电磁脱扣器。
本发明的有益效果为：该失压欠压智能脱扣器电能转换效率高，待机功耗低，脱扣器线圈保持力不受电网电压波动影响，脱扣器失压后延时保持时间可满足10S失压延时的要求。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明工作原理图。
图2为本发明电压检测电路及失压储能电路原理图。
图3为本发明开关电源DC-DC转换原理图。
图4为本发明脱扣器驱动电路原理图。
图5为本发明延时设定电路原理图。
图6为本发明CPU控制芯片连接原理图。
具体实施方式
本发明所述的一种失压欠压智能脱扣器，包括脱扣器和控制电路板，所述脱扣器与所述控制电路板连接，所述控制电路板包括电压检测电路、CPU控制芯片、失压储能电路、开关电源电路、脱扣器驱动电路和延时设定电路；
其中，所述电压检测电路的输入端与电网连接，其输出端连接CPU控制芯片；所述延时设定电路与所述CPU控制芯片连接；所述CPU控制芯片输出端与所述脱扣器驱动电路连接；所述失压储能电路的输入端与电网连接，其输出端分别与所述脱扣器驱动电路和所述开关电源电路连接；所述开关电源电路输出两组隔离电源，其中一组输出与所述脱扣器驱动电路连接并作为所述CPU控制芯片的电源，另一组输出与所述脱扣器驱动电路连接，其仅作为导通所述驱动器驱动电路的触发电源；所述脱扣器驱动电路接收所述CPU控制芯片输出的信号，并对输入的电源进行电压切换来驱动脱扣器工作。
具体电路连接方式如下：
所述开关电源电路包括变压器T1、开关芯片U2、光耦U3，所述变压器T1的初级与所述失压储能电路输出端连接，所述变压器T1的次级输出两组隔离电源，其中一组电源经二极管D6并联储能电容C13和电阻R22后接AGND，得到DC10V直流电源，该组电源与所述变压器初级电源隔离。另一组电源通过二极管D5经并联连接的电容C8得到DC20V直流电源，经三端稳压芯片U5后得到DC12V直流电源，经三端稳压芯片U6后并联电容C9、电容C10后得到DC5V直流电源，该组电源与所述变压器初级电源不隔离。
所述失压储能电路包括桥堆BR1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3、稳压管VZ4、二极管D2、MOS管Q1、电容C1，所述桥堆BR1的交流输入端与电网连接，其负极接GND，正极通过电阻R6、电阻R7、电阻R8后分成两路，一路与MOS管Q1漏极连接，另一路通过电阻R10、电阻R9后连接MOS管Q1栅极，同时经稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3后连接至GND，稳压管VZ4连接MOS管Q1的栅极和源极，所述二极管D2阳极连接MOS管Q1的源极，其阴极通过所述电容C1接GND，所述电容C1的正极连接至开关电源电路和脱扣器驱动电路,经整流后的直流电压通过MOS管Q1的载波控制、二极管D2得到稳定的直流电压并在电容C1两端中储能。
所述脱扣器驱动电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、光耦U7、MOS管驱动U8、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、MOS管Q2和MOS管Q3，所述电容C1正极经二极管D7后与桥堆BR1正极经二极管D8后并联于MOS管Q2漏极，DC20V电源经二极管D9接AGND并连接MOS管Q2源极，同时经所述脱扣器连接MOS管Q3漏极，MOS管Q3源极接至GND，光耦U7的1脚接DC5V，光耦U7的3脚接DC10V，光耦U7的4脚通过电阻R24连接至MOS管Q2栅极，同时通过电阻R24和电阻R25接AGND，电阻R25并联于MOS管Q2的栅极与源极之间，MOS管驱动U8的4脚接GND，MOS管驱动U8的1脚接DC12V，MOS管驱动U8的3脚通过电阻R26连接至MOS管Q3栅极，同时通过电阻R26和电阻R27接GND，电阻R27并联于MOS管Q3的栅极与源极之间。
所述电压检测电路包括桥堆BR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C2，所述桥堆BR1的正极与电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，经电阻R4接地，并经电阻R5耦合电容C2滤波后接入所述CPU控制芯片。
所述电压检测电路的低压测量信号接入所述CPU控制芯片的11脚，所述延时设定电路输出信号接入所述CPU控制芯片的2、3、6、7、8、9脚，所述脱扣器驱动电路的光耦U7的2脚通过电阻R23接入所述CPU控制芯片的10脚，所述MOS管驱动U8的5脚接入所述CPU控制芯片的5脚。
所述电压检测电路检测到电网电压达到额定电压的85%以上时，所述CPU控制芯片向所述脱扣器驱动电路发出吸合信号，驱动MOS管Q2、MOS管Q3导通，此时桥堆BR1整流后的电压和储容电容C1上直流电压叠加共同作用于脱扣器，使其快速吸合；所述脱扣器吸合后，所述CPU控制芯片向所述脱扣器驱动电路发出保持信号，驱动MOS管Q2断开、MOS管Q3仍导通，所述脱扣器由所述开关电源电路输出的DC20V电源供电，脱扣器保持吸合状态；所述电压检测电路实时检测电网电压，当电网电压下降至35%~70%额定电压或直接失压时，所述失压储能电路的储容电容放电，保持MOS管Q3仍处于导通状态，脱扣器仍保持吸合；若在规定的延时时间内，电网电压回复至额定电压的85%以上，脱扣器保持吸合状态，若在规定的时间内电网电压不正常，CPU控制芯片驱动脱扣器驱动电路的MOS管驱动U8，使MOS管Q3断开，脱扣器脱扣。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，包括脱扣器和控制电路板，所述脱扣器与所述控制电路板连接，所述控制电路板包括电压检测电路、CPU控制芯片、失压储能电路、开关电源电路、脱扣器驱动电路和延时设定电路；
所述电压检测电路的输入端与电网连接，其输出端连接CPU控制芯片，将电网高压转换为低压电信号后输入所述CPU控制芯片；所述延时设定电路与所述CPU控制芯片连接，将预设的延时时间信号输入给所述CPU控制芯片；所述CPU控制芯片输出端与所述脱扣器驱动电路连接，发出控制信号至所述脱扣器驱动电路，控制所述脱扣器吸合、保持或脱扣；
所述失压储能电路的输入端与电网连接，其输出端分别与所述脱扣器驱动电路和所述开关电源电路连接，将电网电压整流后对电容进行充电储能，并向所述开关电源电路提供高压直流电源；所述开关电源电路将高压直流电源通过高频变压器转换为两组隔离的低压直流电源输出，其中一组低压直流电源与所述脱扣器驱动电路连接并提供所述CPU控制芯片电源，另一组低压直流电源仅向所述脱扣器驱动电路供电；所述脱扣器驱动电路接收所述CPU控制芯片输出的信号，并对输入的电源进行切换来驱动脱扣器工作。
2.根据权利要求1所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述开关电源电路包括变压器T1、开关芯片U2、光耦U3，所述变压器T1的初级与所述失压储能电路输出端连接，所述变压器T1的次级输出两组隔离电源，其中一组电源经二极管D6并联储能电容C13和电阻R22后接AGND，得到DC10V直流电源，该组电源与所述变压器T1的初级电源隔离，另一组电源通过二极管D5经并联连接的电容C8得到DC20V直流电源，经三端稳压芯片U5后得到DC12V直流电源，经三端稳压芯片U6后并联电容C9、电容C10后得到DC5V直流电源，该组电源与所述变压器初级电源不隔离。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述失压储能电路包括桥堆BR1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3、稳压管VZ4、二极管D2、MOS管Q1、电容C1，所述桥堆BR1的交流输入端与电网连接，其负极接GND，正极通过电阻R6、电阻R7、电阻R8后分成两路，一路与MOS管Q1漏极连接，另一路通过电阻R10、电阻R9后连接MOS管Q1栅极，同时经稳压管VZ1、稳压管VZ2、稳压管VZ3后连接至GND，稳压管VZ4连接MOS管Q1的栅极和源极，所述二极管D2阳极连接MOS管Q1的源极，其阴极通过所述电容C1接GND，所述电容C1的正极连接至开关电源电路和脱扣器驱动电路,经整流后的直流电压通过MOS管Q1的载波控制、二极管D2得到稳定的直流电压并在电容C1两端中储能。
4.根据权利要求3所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述电压检测电路包括桥堆BR1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电容C2，所述桥堆BR1的正极与电阻R1、电阻R2、电阻R3串联，经电阻R4接地，并经电阻R5耦合电容C2滤波后接入所述CPU控制芯片。
5.根据权利要求4所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述脱扣器驱动电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、光耦U7、MOS管驱动U8、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、MOS管Q2和MOS管Q3，所述电容C1正极经二极管D7后与桥堆BR1正极经二极管D8后并联于MOS管Q2漏极，DC20V电源经二极管D9接AGND并连接MOS管Q2源极，同时经所述脱扣器连接MOS管Q3漏极，MOS管Q3源极接至GND，光耦U7的1脚接DC5V，光耦U7的3脚接DC10V，光耦U7的4脚通过电阻R24连接至MOS管Q2栅极，同时通过电阻R24和电阻R25接AGND，电阻R25并联于MOS管Q2的栅极与源极之间，MOS管驱动U8的4脚接GND，MOS管驱动U8的1脚接DC12V，MOS管驱动U8的3脚通过电阻R26连接至MOS管Q3栅极，同时通过电阻R26和电阻R27接GND，电阻R27并联于MOS管Q3的栅极与源极之间。
6.根据权利要求5所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述电压检测电路的低压测量信号接入所述CPU控制芯片的11脚，所述延时设定电路输出信号接入所述CPU控制芯片的2、3、6、7、8、9脚，所述脱扣器驱动电路的光耦U7的2脚通过电阻R23接入所述CPU控制芯片的10脚，所述MOS管驱动U8的5脚接入所述CPU控制芯片的5脚。
7.根据权利要求6所述的一种失压欠压智能脱扣器，其特征在于，所述脱扣器为电磁脱扣器。
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