CN112951670B - 一种具有电流检测功能的断路器及通信电源 - Google Patents

Abstract

一种具有电流检测功能的断路器及通信电源，该断路器包括断路器主体和控制器，安装于通信电源插框插槽内，该断路器还包括电流检测装置，电流检测装置至少包括第一采样器、第二采样器和运算处理电路；第一采样器，用于采样得到第一电流信号，并传递第一电流信号至运算处理电路；第二采样器，用于采样得到第二电流信号，并传递第二电流信号至运算处理电路；运算处理电路，用于处理第一电流信号和第二电流信号，获得电流采样结果，并传递电流采样结果至控制器。采用本申请提供的具有电流检测功能的断路器可以实现优化现有电流检测技术，且保证电流采样高精度。

Description

一种具有电流检测功能的断路器及通信电源

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种具有电流检测功能的断路器及通信电源。

背景技术

断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器。低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可以用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等进行保护。当电源线路或电动机发生严重过载、短路或欠压等故障时，断路器能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合，而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，因此，在通信电源中获得广泛的应用。

在现有的通信电源中，电流检测和断路器为两个独立的单元，电流检测通常通过电流互感器、分流器或者霍尔传感器来实现，电流检测通常位于断路器外面，体积较大。

其中，电流互感器磁芯体积随着检测电流的增大而增大，通过电流互感器实现全电流范围检测，需要很大的磁芯以实现宽电流范围内电流检测的线性，保证电流采样精度。分流器具有较高的电流采样精度和较小的温漂特性，其缺点是，在采样小电流信号时需要的阻值较大，导致大电流时发热严重，损耗较大。霍尔传感器能够实现电气隔离，且能够采样交直流电流，但是具有温漂大、灵敏度低等缺点，无法实现在宽电流范围采样的同时保持较高的电流采样精度。

发明内容

本申请实施例提供一种具有电流检测功能的断路器及通信电源，用于优化现有电流检测技术，且保证电流采样高精度。

第一方面，本申请提供一种具有电流检测功能的断路器，所述断路器包括断路器主体和控制器，所述断路器安装于通信电源插框插槽内，所述断路器还包括电流检测装置，所述电流检测装置至少包括第一采样器、第二采样器和运算处理电路；所述第一采样器，用于采样得到第一电流信号，并传递所述第一电流信号至所述运算处理电路；所述第二采样器，用于采样得到第二电流信号，并传递所述第二电流信号至所述运算处理电路；所述运算处理电路，用于处理所述第一电流信号和所述第二电流信号，获得电流采样结果，并传递所述电流采样结果至所述控制器。

相较于现有技术，只利用位于断路器外面的电流互感器、分流器或者霍尔传感器来实现电流检测，采用本申请提供的具有电流检测功能的断路器包括电流检测装置，该电流检测装置可以包括两个或两个以上采样器，可以实现电流检测且保证电流采样高精度。

在一种可能的设计中，所述第一采样器的电流采样幅值范围与所述第二采样器的电流采样幅值范围不同。

采用上述设计可以实现分段电流采样，综合利用不同的采样器在不同电流范围内的优点，能够有效提高电流采样精度。

在一种可能的设计中，所述第一采样器和所述第二采样器为以下任意一种电流采样器：分流器、电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器、AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器。

在一种可能的设计中，流过所述第二采样器的电流为零，所述第一采样器的电流采样器类型与所述第二采样器的电流采样器类型相同。所述第一采样器为以下任意一种电流采样器：AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器。

采用上述设计可以能够消除第一采样器采样的电流信号中的零偏与干扰信号，能够有效提高电流采样精度。

在一种可能的设计中，所述运算处理电路与所述控制器集成在一个电路板内或一个芯片内。

在一种可能的设计中，所述断路器安装在高度为2U或1U的通信电源插框插槽内。

在一种可能的设计中，所述断路器主体通过连接端子连接所述控制器。

在一种可能的设计中，所述断路器为直流断路器或交流断路器。

第二方面，本申请提供一种通信电源，所述通信电源包括至少一个第一方面所述的断路器。

附图说明

图1为通信电源插框示意图；

图2为具有电流检测功能的断路器的示意图；

图3(a)为具有电流检测功能的断路器的示意图之一；

图3(b)为具有电流检测功能的断路器的示意图之二；

图3(c)为具有电流检测功能的断路器的示意图之三；

图4为具有电流检测功能的断路器的结构示意图；

图5为示例1对应的电流检测波形示意图；

图6为示例1对应的运算处理电路的示意图；

图7为示例1对应的电流检测装置示意图；

图8为示例2对应的电流检测装置示意图；

图9为示例3对应的电流检测波形示意图；

图10为示例3对应的电流检测装置示意图；

图11为示例4对应的电流检测波形示意图；

图12为示例4对应的电流检测装置示意图；

图13为示例5对应的电流检测波形示意图；

图14为示例5对应的电流检测装置示意图；

图15为示例6对应的电流检测波形示意图；

图16为示例6对应的电流检测装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。

在现有技术中，传统断路器只能够实现保护功能，但保护电流值不可设置。在某些场合，因为线缆粗细与断路器电流保护值不匹配，大电流通过小线径线缆，而断路器又未保护时，会造成线缆过热烧毁问题。

随着5G通信技术的发展，通信电源出现高密、智能的发展趋势，对断路器小型化、智能化需求强烈。通信电源断路器小型化要求断路器能够在标准通信机柜1U高度空间内安装，且通信电源智能化要求单个断路器能够实现电能计量与保护电流可设置，电能计量功能对电流检测精度要求较高。此外，智能断路器还可以通过电流检测实现雷击记录，但是对电流检测范围有进一步的诉求。因此，智能断路器需要实现电能计量、保护电流可设置以及雷击记录，即需要实现小体积、高精度、宽范围的电流检测功能。

综上所述，现有电流检测技术，无法满足通信电源小型化和智能化对断路器的电流检测功能的小体积、高精度、宽范围要求。

基于此，本申请提供一种具有电流检测功能的断路器，以满足通信电源小型化和智能化对断路器的电流检测功能的小体积、高精度、宽范围要求。

本申请提供的具有电流检测功能的断路器安装于通信电源插框插槽内，包括断路器主体和控制器，还包括电流检测装置。该断路器可以为直流断路器或交流断路器。

如图1所示，图1给出了通信电源插框示意图，图1中标记了具有电流检测功能的断路器插槽的长度、高度和宽度，如本领域人员所熟知的，通信电源插框安装在通信电源机柜内如图2所示，图2给出了具有电流检测功能的断路器的示意图，该断路器能够安装在1U或者2U高度的通信电源插框插槽内。

图3(a)、图3(b)和图3(c)为本申请提供的可能的具有电流检测功能的断路器的结构示意图。其中，图3(a)给出了一种可能的具有电流检测功能的断路器的结构示意图，该断路器与传统断路器相比，增加了电流检测装置，以及电机、传动装置、控制器中针对电流检测装置的控制电路等。图3(b)中组合型断路器内部封装了多个子断路器，多个子断路器可以共用电流检测装置。图3(c)给出了另一种可能的具有电流检测功能的断路器的结构示意图，在图3(c)中，控制器外置于断路器主体。

应理解的是，图3(a)、图3(b)和图3(c)仅为举例，并不作为本申请的限定。在实际应用中，具有电流检测功能的断路器可以包括更多的电子元器件，或者更少的电子元器件。本申请中的电流检测装置还可以应用于增加了其他功能的断路器中。

进一步地，电流检测装置至少包括第一采样器、第二采样器和运算处理电路，如图4所示。

第一采样器，用于采样得到第一电流信号，并传递第一电流信号至运算处理电路；

第二采样器，用于采样得到第二电流信号，并传递第二电流信号至运算处理电路；

运算处理电路，用于处理第一电流信号和第二电流信号，获得电流检测结果，并传递电流检测结果至控制器。

其中，运算处理电路与控制器可以集成在一个电路板内或一个芯片内，或者，运算处理电路与控制器可以分别位于不同的电路板内或芯片内。

相较于现有技术，只利用位于断路器外面的电流互感器、分流器或者霍尔传感器来实现电流检测，采用两个或两个以上采样器实现电流检测可以提高电流采样的精度。

下面结合几种可能的设计说明电流检测装置的具体构成。应理解的是，以下示例仅为举例，不作为本申请的限定。

第一种可能的设计：第一采样器的电流采样幅值范围与第二采样器的电流采样幅值范围不同。其中，第一采样器和第二采样器为以下任意一种电流采样器：分流器、电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器、各向异性磁阻(anisotropic magneto-resistance，AMR)传感器、巨磁阻(giant magneto-resistance，GMR)传感器、隧道磁阻(tunnel magneto-resistance，TMR)传感器。

第一采样器的电流采样幅值范围与第二采样器的电流采样幅值范围不同，可以实现分段电流采样，综合利用不同的采样器在不同电流范围内的优点，能够有效提高电流采样精度。

示例1：第一采样器为分流器，分流器的电流采样幅值范围较大，用于采样大电流。第二采样器为电流互感器，电流互感器的电流采样幅值范围较小，用于采样小电流，如图7所示给出了示例1对应电流检测装置示意图。图5给出了示例1对应的电流波形检测示意图，其中，电流互感器的电流采样幅值范围为如图5中两条虚线之间所对应的幅值范围，分流器的电流采样幅值范围为如图5中两条虚线至电流波形示意图的最大幅值所对应的幅值范围。因此，电流互感器只需要保证小电流幅值内的线性度，磁芯体积可以很小，在大电流时，电流互感器饱和输出固定电压。分流器只需要检测大电流幅值，因此分流器阻值可以很小，损耗低且发热小，体积小。如图6所示为示例1对应的运算处理电路示意图，包括分流器采样信号限幅电路、电流互感器采样信号限幅电路以及AD采样电路，AD采样电路输出的AD采样结果传递至控制器。

示例2：第一采样器为TMR传感器，TMR传感器的电流采样幅值范围较大，用于采样大电流。第二采样器为电流互感器，电流互感器的电流采样幅值范围较小，用于采样小电流，如图8所示给出了示例2对应电流检测装置示意图。电流互感器只需要保证小电流幅值内的线性度，因此磁芯体积可以很小，在大电流时，电流互感器饱和输出固定电压。TMR传感器具有高灵敏度，传感器体积非常小，在电流较大时，电流检测精度高，在小电流时，TMR传感器采样精度偏低，此时对采样的电流信号幅值限幅，输出固定电压。通过对电流互感器输出信号与TMR传感器输出信号做运算处理，可以得到全范围高精度的电流采样结果。因此，结合电流互感器与TMR传感器各自的优点，可以实现宽电流范围、小体积、高精度电流采样。

第二种可能的设计中，流过第二采样器的电流为零，第一采样器的电流采样器类型与第二采样器的电流采样器类型相同。第一采样器为以下任意一种电流采样器：AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器。

采用上述设计可以能够消除第一采样器采样的电流信号中的零偏与干扰信号，能够有效提高电流采样精度。

示例3：第一采样器为第一TMR传感器，用于采样全范围电流，第二采样器为第二TMR传感器，第二采样器的采样电流为零，如图9所示给出了示例3对应的电流波形检测示意图，如图10所示给出了示例3对应电流检测装置示意图。第二TMR传感器在采样电流为零时输出的信号即为零偏与干扰信号，通过运算处理电路将第一TMR传感器输出信号与第二TMR传感器输出信号做差分运算处理，能够消除第一TMR传感器输出信号中的零偏与干扰信号，能够有效提高电流采样精度。

进一步地，结合以上两种可能的设计，电流检测装置可以包括三个采样器，第一采样器的电流采样幅值范围与第二采样器的电流采样幅值范围不同，流过第三采样器的电流为零。第一采样器的电流采样器类型、第二采样器的电流采样器类型、第三采样器的电流采样器类型均相同，如示例4所示。或者，电流检测装置可以包括三个采样器，第一采样器的电流采样幅值范围与第三采样器的电流采样幅值范围不同，流过第二采样器的电流为零。第一采样器的电流采样器类型与第二采样器的电流采样器类型相同，如示例5所示。

示例4：第一采样器为第一TMR传感器，第一TMR传感器的电流采样幅值范围较大，用于采样大电流，第二采样器为第二TMR传感器，第二TMR传感器的电流采样幅值范围较小，用于采样小电流，第三采样器为第三TMR传感器，第三采样器的采样电流为零，如图11所示给出了示例4对应的电流波形检测示意图，如图12所示给出了示例4对应电流检测装置示意图。第一TMR传感器与第二TMR传感器分别采样不同电流幅值，可以配置不同的灵敏度，以实现各自采样电流幅值范围的高精度采样，同时第三TMR传感器在采样电流为零时输出的信号即为零偏与干扰信号，通过运算处理电路将第一TMR传感器输出信号与第三TMR传感器输出信号做差分运算处理，能够消除第一TMR传感器输出信号中的零偏与干扰信号，通过运算处理电路将第二TMR传感器输出信号与第三TMR传感器输出信号做差分运算处理，能够消除第二TMR传感器输出信号中的零偏与干扰信号，能够有效提高电流采样精度。

示例5：第一采样器为第一TMR传感器，第一TMR传感器的电流采样幅值范围较小，用于采样小电流，第二采样器为第二TMR传感器，第二采样器的采样电流为零，第三采样器为分流器，分流器的电流采样幅值范围较大，用于采样大电流，如图13所示给出了示例5对应的电流波形检测示意图，如图14所示给出了示例5对应电流检测装置示意图。分流器只需要检测大电流幅值，因此分流器阻值可以很小，损耗低且发热小，体积小。第一TMR传感器与分流器分别采样不同电流幅值，实现各自采样电流幅值范围的高精度采样。同时第二TMR传感器在采样电流为零时输出的信号即为零偏与干扰信号，通过运算处理电路将第一TMR传感器输出信号与第二TMR传感器输出信号做差分运算处理，能够消除第一TMR传感器输出信号中的零偏与干扰信号，能够有效提高电流采样精度。

此外，为了支持断路器具有雷击记录的功能，电流还包括第三采样器，第三采样器采样的电流信号大于电流的最大幅值，例如，第三采样器为罗氏线圈，如示例6所示。

示例6：第一采样器为TMR传感器，TMR传感器的电流采样幅值范围较大，用于采样大电流。第二采样器为电流互感器，电流互感器的电流采样幅值范围较小，用于采样小电流，第三采样器为罗氏线圈，用于采样大于电流的最大幅值的电流。如图15所示给出了示例6对应的电流波形检测示意图，如图16所示给出了示例6对应电流检测装置示意图。电流互感器只需要保证小电流幅值内的线性度，因此磁芯体积可以很小，在大电流时，电流互感器饱和输出固定电压。TMR传感器具有高灵敏度，传感器体积非常小，在电流较大时，电流检测精度高，在小电流时，TMR传感器采样精度偏低，此时对采样的电流信号幅值限幅，输出固定电压。罗氏线圈无需磁环即可以采样大电流，具有体积小的优点，增加的第三采样器为罗氏线圈，可以采样雷击大电流幅值。因此，结合电流互感器、TMR传感器与罗氏线圈各自的优点，可以实现宽电流范围、小体积、高精度电流采样和雷击记录。

本领域内的技术人员应明白，本申请实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种具有电流检测功能的断路器，所述断路器包括断路器主体和控制器，其特征在于，所述断路器安装于通信电源插框插槽内，所述断路器还包括电流检测装置，所述电流检测装置包括第一采样器、第二采样器和运算处理电路；

所述第一采样器，用于采样得到第一电流信号，并传递所述第一电流信号至所述运算处理电路；

所述第二采样器，用于采样得到第二电流信号，并传递所述第二电流信号至所述运算处理电路；

所述运算处理电路，用于处理所述第一电流信号和所述第二电流信号，获得电流采样结果，并传递所述电流采样结果至所述控制器；

所述第一采样器的电流采样幅值范围与所述第二采样器的电流采样幅值范围不同；所述第一采样器和所述第二采样器为以下任意一种电流采样器：分流器、电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器、各向异性磁阻AMR传感器、巨磁阻GMR传感器、隧道磁阻TMR传感器；

或者流过所述第二采样器的电流为零，所述第二采样器在采样电流为零时输出的信号为零偏与干扰信号；所述第一采样器的电流采样器类型与所述第二采样器的电流采样器类型相同；所述第一采样器为以下任意一种电流采样器：AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器。

2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述运算处理电路与所述控制器集成在一个电路板内或一个芯片内。

3.如权利要求1或2所述的断路器，其特征在于，所述断路器安装在高度为2U或1U的通信电源插框插槽内。

4.如权利要求1或2所述的断路器，其特征在于，所述断路器主体通过连接端子连接所述控制器。

5.如权利要求1或2所述的断路器，其特征在于，所述断路器为直流断路器或交流断路器。

6.一种通信电源，其特征在于，所述通信电源包括至少一个如权利要求1-5中任一项所述的断路器。