CN106209050B - 一种低成本低功耗的电子开关电路 - Google Patents

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本发明涉及一种低成本低功耗的电子开关电路，用以控制断路器中检测开关状态的霍尔传感器，电子开关电路包括：电源子电路：包括一全波整流桥；电源信号检测子电路：包括分压检测单元和LC滤波单元，用以检测进线端所在的母线是否存在电压，并且对电源子电路进行LC滤波；降压稳压子电路：用以产生12V稳压电源供电；霍尔传感器控制子电路：用以控制霍尔传感器检测断路器开关的位置；MCU：用以获取分压检测单元的母线电压信号和霍尔传感器的位置信号，并产生霍尔传感器控制信号通过霍尔传感器控制子电路控制霍尔传感器的开关。与现有技术相比，本发明具有超低功耗、检测准确、低成本、结构简单等优点。

Description

一种低成本低功耗的电子开关电路
技术领域
本发明涉及一种电子开关电路，尤其是涉及一种低成本低功耗的电子开关电路。
背景技术
由于电能表外置断路器提出了全自动自动重合闸断路器的需求，在实现该产品的过程中，各大厂家都是使用开关电源、直流电机完成重合闸功能，微动开关或者传感器进行开关位置检测。
如果使用传感器，由于本身的待机功耗比较大，一般都是mA级别，这样开关电源待机功耗会超过AC0.2mA，不满足产品标准要求。
现有的控制电路为了满足标准要求，使用驱动芯片控制微动开关进行断路器开关的动作，同时微动开关的检测上拉电阻一般都加的比较大，有很大的功耗，并且微动开关容易生锈等原因会影响产品的寿命和可靠性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超低功耗、检测准确、低成本、结构简单的低成本低功耗的电子开关电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低成本低功耗的电子开关电路，用以控制断路器中检测开关状态的霍尔传感器，电子开关电路包括：
电源子电路：包括一全波整流桥，通过进线端连接到母线，并且为电子开关电路供电；
电源信号检测子电路：与电源子电路连接，包括分压检测单元和LC滤波单元，用以检测进线端所在的母线是否存在电压，并且对电源子电路进行LC滤波；
降压稳压子电路：与电源信号检测子电路连接，用以产生12V稳压电源供电；
霍尔传感器控制子电路：与降压稳压子电路连接，用以控制霍尔传感器检测断路器开关的位置；
MCU：分别与电源信号检测子电路、降压稳压子电路、霍尔传感器控制子电路和霍尔传感器连接，用以获取分压检测单元的母线电压信号和霍尔传感器的位置信号，并产生霍尔传感器控制信号通过霍尔传感器控制子电路控制霍尔传感器的开关。
所述的分压检测单元包括第十电容、第十一电容以及依次串联的第二电阻、第五电阻、第七电阻、第十电阻和第十二电阻，所述的第二电阻与全波整流桥一输出端连接，所述的第十二电阻一端接地，所述的第十电容一端连接到第七电阻和第十电阻之间，另一端接地，所述的第十一电容一端连接到第十电阻和第十二电阻之间，另一端接地，所述的MCU的母线电压信号引脚连接到第十电阻和第十二电阻之间。
所述的降压稳压子电路为包括依次连接的开关电源芯片、变压器和线形稳压器，所述的开关电源芯片与LC滤波单元连接，所述的线形稳压器的输出端与MCU连接，所述的变压器输出端与霍尔传感器控制子电路连接。
所述的霍尔传感器控制子电路包括三极管和MOSFET管，所述的三极管的集电极与变压器输出端连接，发射极与霍尔传感器连接，基极通过第一限流电阻与MOSFET管的漏极连接，所述的MOSFET管的栅极与MCU的霍尔传感器控制信号引脚连接，源极接地。
所述的霍尔传感器的位置信号包括分闸位置信号、合闸位置信号和自由位置信号。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、超低功耗：本发明在监控时，只有MCU处于间歇工作状态，只需定时检测信号，一旦动作，则唤醒其他元件进行动作，其他元件动作后，回到闲置状态，因此能够使整机电源线待机输入功耗AC0.2mA以下，控制信号线功耗AC1mA以下。
二、检测准确：本发明采用霍尔传感器代替原有的微动开关对开关位置进行检测，防止了微动开关容易生锈和磨损带来的检测不准确，能够适应比较恶劣的环境。
三、低成本、结构简单：本发明采用三极管和MOSFET管组成的霍尔传感器控制子电路代替了原有的驱动芯片，节省了成本，同时更加降低了功耗，并且结构简单，操作稳定。
附图说明
图1为电源子电路和电源信号检测子电路的电路图。
图2为降压稳压子电路的电路图。
图3为MCU的电路结构图。
图4为霍尔传感器控制子电路的电路结构图。
图5为霍尔传感器检测断路器开关的位置的电路结构图，其中，图(5a)为控制断路器开关处于合闸位置的电路结构图，图(5b)为控制断路器开关处于分闸位置的电路结构图，图(5c)为控制断路器开关处于自由位置的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
一种低成本低功耗的电子开关电路，用以控制断路器中检测开关状态的霍尔传感器，电子开关电路包括：
如图1和2所示，电源子电路：包括一全波整流桥，通过进线端连接到母线，并且为电子开关电路供电；
电源信号检测子电路：与电源子电路连接，包括分压检测单元和LC滤波单元，用以检测进线端所在的母线是否存在电压，并且对电源子电路进行LC滤波，如图1所示，分压检测单元包括第十电容R10、第十一电容R11以及依次串联的第二电阻R2、第五电阻R5、第七电阻R7、第十电阻R10和第十二电阻R12，第二电阻R2与全波整流桥一输出端连接，第十二电阻R12一端接地，第十电容R10一端连接到第七电阻R7和第十电阻R10之间，另一端接地，第十一电容R11一端连接到第十电阻R10和第十二电阻R12之间，另一端接地，MCU的母线电压信号引脚连接到第十电阻R10和第十二电阻R12之间；
降压稳压子电路：与电源信号检测子电路连接，用以产生12V稳压电源供电，降压稳压子电路为包括依次连接的开关电源芯片U2、变压器T1和线形稳压器U1，开关电源芯片U2与LC滤波单元连接，线形稳压器U1的输出端与MCU连接，变压器T1输出端与霍尔传感器控制子电路连接,开关电源芯片U2采用UCC28910芯片；
如图4和5所示，霍尔传感器控制子电路：与降压稳压子电路连接，用以控制霍尔传感器检测断路器开关的位置，包括分闸位置信号、合闸位置信号和自由位置信号。霍尔传感器控制子电路包括三极管VT1和MOSFET管VT2，三极管VT1的集电极与变压器T1输出端连接，发射极与霍尔传感器连接，基极通过第一限流电阻R101与MOSFET管VT2的漏极连接，MOSFET管VT2的栅极与MCU的霍尔传感器控制信号引脚连接，源极接地；
如图3所示，MCU：分别与电源信号检测子电路、降压稳压子电路、霍尔传感器控制子电路和霍尔传感器连接，用以获取分压检测单元的母线电压信号和霍尔传感器的位置信号，并产生霍尔传感器控制信号通过霍尔传感器控制子电路控制霍尔传感器的开关，MCU采用MSP430FR572X型单片机。
本发明通过电子开关电路控制开关电源12V输出的通断，12V输出能够供线性稳压器和霍尔传感器进行工作，因为霍尔传感器待机功耗比较大，所以可以通过本发明能够实现霍尔传感器电源的控制，保证待机状态下，实现霍尔传感器的零功耗。
具体实现方案是，PNP三极管VT1作为开关管，N沟道MOSFET管VT2作为MCU的控制开关，
电阻R104保证待机情况下，PNP三极管VT1可靠关断，限流电阻R101限制VT2的漏极电流，R102、R103保证VT2可靠开关；
当MCU判断需要断路器开关动作时，MCU产生霍尔传感器控制信号并发送到VT2的栅极，VT2的栅极获得高电平，VT2导通，同时VT1也导通，霍尔传感器电源接通，开始工作检测断路器开关的位置信号并返回给MCU，
当MCU判断不需要断路器开关动作时，MCU产生霍尔传感器控制信号并发送到VT2的栅极，VT2的栅极施加低电平，VT2关断，同时VT1也关断，霍尔传感器停止工作，这样的控制能够使整个控制电路的功耗与传感器无关，实现超低待机功耗开关功耗成为可能。
因此本发明使用了霍尔传感器代替了原有的微动开关，设计了一种能够通过外部电路完成霍尔传感器电源的控制电路，实现需要传感器信号时，通过MCU打开传感器电源，自动合闸或者分闸完成后，切断传感器电源，降低功耗，使得使用传感器，和实现高精度，高可靠性位置检测成为可能，同时成本相对比较低廉。

Claims (3)

1.一种低成本低功耗的电子开关电路，用以控制断路器中检测开关状态的霍尔传感器，其特征在于，电子开关电路包括：
电源子电路：包括一全波整流桥，通过进线端连接到母线，并且为电子开关电路供电；
电源信号检测子电路：与电源子电路连接，包括分压检测单元和LC滤波单元，用以检测进线端所在的母线是否存在电压，并且对电源子电路进行LC滤波；
降压稳压子电路：与电源信号检测子电路连接，用以产生12V稳压电源供电；
霍尔传感器控制子电路：与降压稳压子电路连接，用以控制霍尔传感器检测断路器开关的位置；
MCU：分别与电源信号检测子电路、降压稳压子电路、霍尔传感器控制子电路和霍尔传感器连接，用以获取分压检测单元的母线电压信号和霍尔传感器的位置信号，并产生霍尔传感器控制信号通过霍尔传感器控制子电路控制霍尔传感器的开关；
所述的降压稳压子电路为包括依次连接的开关电源芯片（U2）、变压器（T1）和线形稳压器（U1），所述的开关电源芯片（U2）与LC滤波单元连接，所述的线形稳压器（U1）的输出端与MCU连接，所述的变压器（T1）输出端与霍尔传感器控制子电路连接；
所述的霍尔传感器控制子电路包括三极管（VT1）和MOSFET管（VT2），所述的三极管（VT1）的集电极与变压器（T1）输出端连接，发射极与霍尔传感器连接，基极通过第一限流电阻（R101）与MOSFET管（VT2）的漏极连接，所述的MOSFET管（VT2）的栅极与MCU的霍尔传感器控制信号引脚连接，源极接地；
当MCU判断需要断路器开关动作时，MCU产生霍尔传感器控制信号并发送到MOSFET管（VT2）的栅极，MOSFET管（VT2）的栅极获得高电平，MOSFET管（VT2）导通，同时三极管（VT1）也导通，霍尔传感器电源接通，开始工作检测断路器开关的位置信号并返回给MCU；
当MCU判断不需要断路器开关动作时，MCU产生霍尔传感器控制信号并发送到MOSFET管（VT2）的栅极，MOSFET管（VT2）的栅极施加低电平，MOSFET管（VT2）关断，同时三极管（VT1）也关断，霍尔传感器停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的电子开关电路，其特征在于，所述的分压检测单元包括第十电容（C10）、第十一电容（C11）以及依次串联的第二电阻（R2）、第五电阻（R5）、第七电阻（R7）、第十电阻（R10）和第十二电阻（R12），所述的第二电阻（R2）与全波整流桥一输出端连接，所述的第十二电阻（R12）一端接地，所述的第十电容（C10）一端连接到第七电阻（R7）和第十电阻（R10）之间，另一端接地，所述的第十一电容（C11）一端连接到第十电阻（R10）和第十二电阻（R12）之间，另一端接地，所述的MCU的母线电压信号引脚连接到第十电阻（R10）和第十二电阻（R12）之间。
3.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的电子开关电路，其特征在于，所述的霍尔传感器的位置信号包括分闸位置信号、合闸位置信号和自由位置信号。
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