CN110197780B - 一种脱扣器线圈断线监视电路 - Google Patents

Abstract

本发明为一种脱扣器线圈断线监视电路，通过在脱扣器内增加一路电路，通过硬件电路的方式实现线圈监视方案；满足“单线圈”和“双线圈”两种工作原理的脱扣器应用；对于脱扣器本身的“激励”–“保持”工作过程没有任何更改，通用性和扩展性好。包括综合保护装置、脱扣器、开关S1以及电源，脱扣器与综合保护装置串联后接入电源，开关S1与综合保护装置并联；脱扣器包括脱扣器线圈监视模块、脱扣器线圈模块以及脱扣器线圈控制模块M1；脱扣器线圈控制模块M1的输入端与电源连接，输出端与脱扣器线圈模块连接，用以控制脱扣器的导通或关闭；脱扣器线圈监视模块对于脱扣器线圈模块的通断进行监控，并将监控结果通过综合保护装置输出。

Description

一种脱扣器线圈断线监视电路

技术领域

本发明涉及脱扣器线圈监视领域，特别是一种脱扣器线圈断线监视电路。

背景技术

电力断路器的分励/合闸脱扣器工时是瞬时工作的，只有在得电的瞬间才会工作，其他时间都处于不得电的非工作状态。而电力断路器对可靠性要求非常高，如果脱扣器不能正常合闸或者分闸，会导致严重的后果，导致重大的经济损失。因此在控制柜设计时要求断路器产品本身自带监视功能，监视脱扣器内部线圈是否存在断线异常。

脱扣器根据内部线圈数量，可以分为“单线圈”和“双线圈”两种方案。“单线圈”方案有两种工作方式，一种是脱扣器激励动作延时一小段时间后断开线圈的电流，由机构实现状态的保持；另一种是控制板采用PWM调节方式，在激励动作延时后调节PWM值使线圈工作在低功率状态。“双线圈”方案是有两个工作线圈，先通过激励动作其中激励线圈使脱扣器动作，延时一小段时间后自动切换到保持线圈(一般是保持线圈和激励线圈串联起来作为保持线圈，以节省部分线圈绕组)，使脱扣器工作在低功率状态。

目前线圈监视功能，一般都是采用基于MCU的技术方案，通过MCU控制经过线圈的电流，作为监视电流。

但MCU方案通用性比较差，不能通用于单线圈脱扣器和双线圈脱扣器；而且由于引入MCU，对于系统的整体要求(如EMC等)比较高，开发设计投入较高。同时，由于MCU的功耗相对较高，待机电流较大；由于目前低功耗的要求，与线圈监视功能配合使用的综合保护装置，其对于待机电流要求更小，如果待机电流偏大，容易将线圈断线情况误判断为线圈正常，造成误判；另外监视电流直接通过工作线圈，有导致线圈误动作的风险。

发明内容

本发明为一种脱扣器线圈断线监视电路，通过在脱扣器内增加一路电路，通过硬件电路的方式实现线圈监视方案；满足“单线圈”和“双线圈”两种工作原理的脱扣器应用；对于脱扣器本身的“激励”–“保持”工作过程没有任何更改，通用性和扩展性好。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种脱扣器线圈断线监视电路，包括综合保护装置、脱扣器、开关S1以及电源，所述脱扣器与所述综合保护装置串联后接入所述电源，所述开关S1与所述综合保护装置并联；

所述脱扣器包括脱扣器线圈监视模块、脱扣器线圈模块以及脱扣器线圈控制模块M1；所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端与所述电源连接，输出端与所述脱扣器线圈模块连接，用以控制所述脱扣器的导通或关闭；所述脱扣器线圈监视模块对于所述脱扣器线圈模块的通断进行监控，并将监控结果通过所述综合保护装置输出。

进一步的，所述脱扣器线圈监视模块包括MOS管Q2、电阻R1、电阻R2以及稳压管D6；所述电阻R1的一端与所述MOS管Q2的栅极连接，另一端与所述脱扣器线圈模块的一端连接；所述MOS管Q2的源极与所述电阻R2串联后接地；所述稳压管D6的正极接地，负极与所述MOS管Q2的栅极连接；所述MOS管Q2的漏极分为两路，一路与所述脱扣器线圈模块的另一端连接，另一路接入所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端。

对于单线圈脱扣器，所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、线圈L1以及二极管D5，所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接，所述MOS管Q1的漏极与所述线圈L1的一端连接，所述线圈L1的另一端与所述MOS管Q2的漏极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D5的正极与所述线圈L1的一端连接，负极与所述线圈L1的另一端连接。

对于双线圈脱扣器，所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、MOS管Q3、线圈L1、线圈L2、二极管D5以及二极管D7；所述线圈L1与所述线圈L2依次串联后跨接在所述MOS管Q3的漏极与所述电阻R1之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述MOS管Q1的漏极接入所述线圈L1和所述线圈L2之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q3的栅极连接；所述MOS管Q3的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D7串接在所述MOS管Q3的漏极和所述线圈L1之间，且所述二极管D7的正极与所述MOS管Q3的漏极连接，负极与所述线圈L1连接；所述二极管D5的负极与所述MOS管Q2的漏极连接，正极与所述线圈L2靠近所述线圈L1的一端连接。

进一步的，所述电源包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4以及电容C1；所述二极管D1与所述二极管D3串联、所述二极管D2与所述二极管D4串联，外部电源L接入所述二极管D1和所述二极管D3之间，外部电源N接入所述二极管D2和所述二极管D4之间；且所述二极管D1的正极与所述二极管D2的正极连接后形成所述电源的正极并与所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D4的负极连接形成所述电源的负极并分别与所述MOS管Q3的源极和所述MOS管Q1的源极连接；所述电容C1跨接在所述电源的正极和负极之间。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明通用性强，可直接在原来脱扣器技术方案基础上，通过增加简单的脱扣器线圈监视模块，即可实现脱扣器线圈断线监视功能。

二、本发明对于脱扣器线圈控制模块无特殊要求，如果综合保护装置要求低工作电流，采用模拟或简单数字电路的方式，可以使脱扣器线圈控制模块的工作电流控制在更小的值，更容易满足整个系统的应用要求。

三、由于本发明的脱扣器监视电流和脱扣器线圈的工作电流是分开的，可以完全避免监视电流导致脱扣器误动作。可靠性大大增强。

四、本发明采用全模拟电路的形式进行脱扣器线圈的监视，解决了MCU方案通用性差，不能通用于单线圈脱扣器和双线圈脱扣器的问题；且相对于MCU方案，结构更加简单，降低了开发投入和产品的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明线圈监视原理框图示意图；

图2为本发明单线圈脱扣器断线监视电路的电路图示意图；

图3为本发明双线圈脱扣器断线监视电路的电路图示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，一种脱扣器线圈断线监视电路，包括综合保护装置、脱扣器、开关S1以及电源，所述脱扣器与所述综合保护装置串联后接入所述电源，所述开关S1与所述综合保护装置并联；

所述脱扣器包括脱扣器线圈监视模块、脱扣器线圈模块以及脱扣器线圈控制模块M1；所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端与所述电源连接，输出端与所述脱扣器线圈模块连接，用以控制所述脱扣器的导通或关闭；所述脱扣器线圈监视模块对于所述脱扣器线圈模块的通断进行监控，并将监控结果通过所述综合保护装置输出。

参考图1，脱扣器的线圈断线监视功能的实现需要综合保护装置配合实现，如果工作在监视状态，则开关S1断开，综合保护装置串联在工作回路中，通过检测工作回路中的工作电流来判断是否断线。如果开关S1闭合，则脱扣器工作在正常状态(“激励”–“保持”状态)。备注：部分单线圈的脱扣器无“保持”状态。

参照图2和图3，所述脱扣器线圈监视模块包括MOS管Q2、电阻R1、电阻R2以及稳压管D6；所述电阻R1的一端与所述MOS管Q2的栅极连接，另一端与所述脱扣器线圈模块的一端连接；所述MOS管Q2的源极与所述电阻R2串联后接地；所述稳压管D6的正极接地，负极与所述MOS管Q2的栅极连接；所述MOS管Q2的漏极分为两路，一路与所述脱扣器线圈模块的另一端连接，另一路接入所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端。

所述电源包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4以及电容C1；所述二极管D1与所述二极管D3串联、所述二极管D2与所述二极管D4串联，外部电源L接入所述二极管D1和所述二极管D3之间，外部电源N接入所述二极管D2和所述二极管D4之间；且所述二极管D1的正极与所述二极管D2的正极连接后形成所述电源的正极并与所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D4的负极连接形成所述电源的负极并分别与所述MOS管Q3的源极和所述MOS管Q1的源极连接；所述电容C1跨接在所述电源的正极和负极之间。

对于单线圈脱扣器参照图2，所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、线圈L1以及二极管D5，所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接，所述MOS管Q1的漏极与所述线圈L1的一端连接，所述线圈L1的另一端与所述MOS管Q2的漏极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D5的正极与所述线圈L1的一端连接，负极与所述线圈L1的另一端连接。

对于双线圈脱扣器参照图3，所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、MOS管Q3、线圈L1、线圈L2、二极管D5以及二极管D7；所述线圈L1与所述线圈L2依次串联后跨接在所述MOS管Q3的漏极与所述电阻R1之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述MOS管Q1的漏极接入所述线圈L1和所述线圈L2之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q3的栅极连接；所述MOS管Q3的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D7串接在所述MOS管Q3的漏极和所述线圈L1之间，且其的正极与所述MOS管Q3的漏极连接，负极与所述线圈L1连接；所述二极管D5的负极与所述MOS管Q2的漏极连接，正极与所述线圈L2靠近所述线圈L1的一端连接。

接下来以单线圈为例来说明电路的工作原理：

如果线圈L1正常，则工作回路的电流I＝(VD6–Vgs(Q2))/R2+IM1，其中IM1为脱扣器线圈控制模块M1部分电路的工作电流；电流I主要由VD6和R2决定，Vgs(Q2)大约是4.5V，不同的MOS管略有差别。如果线圈L1开路，MOS管Q2不导通，则工作回路的电流I基本等于IM1。

当接入综合保护装置后，由于综合保护装置回路的阻抗很大，外部电源的电压大部分施加到综合保护装置回路上，施加在脱扣器的电压很低，不能使脱扣器达到工作电压点，MOS管Q1不导通。此时，如果线圈L1正常，则线圈L1、电阻R1和稳压管D6形成回路，根据线圈L1参数设定合适的电阻R1阻值，使稳压管D6处于正常稳压的状态，电阻R1可选择300K，稳压管D6选择稳压电压为7.5V的低工作电流稳压管，使稳压管D6稳压在6V左右，MOS管Q2的Vgs电压大约是4.5V，电阻R2选择300R左右，则经过电阻R2的电流大约为10mA，如果脱扣器线圈控制模块M1的工作电流控制在1mA以下，则通过综合保护装置的电流在11mA左右，可以正常识别为线圈正常。如果线圈开路，则MOS管Q2无法导通，则流过综合保护装置的电流大约为1mA，综合保护装置判断此时线圈为断线。

如果没有接入综合保护装置，当外部电压达到脱扣器激励电压，电阻R1被MOS管Q1拉低到地，MOS管Q2不导通；如果外部电压未达到脱扣器的激励电压，MOS管Q1不导通，MOS管Q2导通，由于线圈L1的电流被电阻R1限制在一个非常小的值，不会引起脱扣器误动作。

对于附图3所示的双线圈方案的工作原理与单线圈的工作原理类似。包括线圈L1和线圈L2两个工作线圈，由线圈L1、线圈L2、线圈R1和稳压管D6形成回路，如果线圈L1或线圈L2任一个线圈开路，都将无法形成回路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脱扣器线圈断线监视电路，其特征在于：包括综合保护装置、脱扣器、开关S1以及电源，所述脱扣器与所述综合保护装置串联后接入所述电源，所述开关S1与所述综合保护装置并联；

所述脱扣器包括脱扣器线圈监视模块、脱扣器线圈模块以及脱扣器线圈控制模块M1；所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端与所述电源连接，输出端与所述脱扣器线圈模块连接，用以控制所述脱扣器的导通或关闭；所述脱扣器线圈监视模块对于所述脱扣器线圈模块的通断进行监控，并将监控结果通过所述综合保护装置输出；

所述脱扣器线圈监视模块包括MOS管Q2、电阻R1、电阻R2以及稳压管D6；所述电阻R1的一端与所述MOS管Q2的栅极连接，另一端与所述脱扣器线圈模块的一端连接；所述MOS管Q2的源极与所述电阻R2串联后接地；所述稳压管D6的正极接地，负极与所述MOS管Q2的栅极连接；所述MOS管Q2的漏极分为两路，一路与所述脱扣器线圈模块的另一端连接，另一路接入所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端。

2.如权利要求1所述的一种脱扣器线圈断线监视电路，其特征在于：所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、线圈L1以及二极管D5，所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接，所述MOS管Q1的漏极与所述线圈L1的一端连接，所述线圈L1的另一端与所述MOS管Q2的漏极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D5的正极与所述线圈L1的一端连接，负极与所述线圈L1的另一端连接。

3.如权利要求1所述的一种脱扣器线圈断线监视电路，其特征在于：所述脱扣器线圈模块包括MOS管Q1、MOS管Q3、线圈L1、线圈L2、二极管D5以及二极管D7；所述线圈L1与所述线圈L2依次串联后跨接在所述MOS管Q3的漏极与所述电阻R1之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q1的栅极连接；所述MOS管Q1的源极与所述电源的负极连接；所述MOS管Q1的漏极接入所述线圈L1和所述线圈L2之间；所述脱扣器线圈控制模块M1的输出端与所述MOS管Q3的栅极连接；所述MOS管Q3的源极与所述电源的负极连接；所述二极管D7串接在所述MOS管Q3的漏极和所述线圈L1之间，且所述二极管D7的正极与所述MOS管Q3的漏极连接，负极与所述线圈L1连接；所述二极管D5的负极与所述MOS管Q2的漏极连接，正极与所述线圈L2靠近所述线圈L1的一端连接。

4.如权利要求3所述的一种脱扣器线圈断线监视电路，其特征在于：所述电源包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4以及电容C1；所述二极管D1与所述二极管D3串联、所述二极管D2与所述二极管D4串联，外部电源L接入所述二极管D1和所述二极管D3之间，外部电源N接入所述二极管D2和所述二极管D4之间；且所述二极管D1的正极与所述二极管D2的正极连接后形成所述电源的正极并与所述脱扣器线圈控制模块M1的输入端连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D4的负极连接形成所述电源的负极并分别与所述MOS管Q3的源极和所述MOS管Q1的源极连接；所述电容C1跨接在所述电源的正极和负极之间。

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