CN114373660B - 一种智能断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能断路器，涉及断路器领域，该智能断路器包括：电流输入模块，用于为负载工作模块供电；供电模块，用于为电流正常模块、电流高值模块供电；滤波模块，用于将电流输入模块的输入电流进行滤波处理；大电流保护模块，用于在输入电流超出上限阈值50％以上时，接地保护电路；延时模块，用于将输入电流延时输出给采样模块；电流正常模块，用于在输入电流正常时断开电流低值模块；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在传统的智能断路器的基础上添加了电流低值模块，防止低电流状况下负载工作，保证负载工作可靠，同时添加了大电流保护模块，保证在输入电流过大时保证断路器内部不会损坏，安全智能。
Description
技术领域
本发明涉及断路器领域，具体是一种智能断路器。
背景技术
智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，用于控制和保护低压配电网络。智能断路器一般安装在低压配电断路器柜中作主开关起总保护作用。
目前市场上的断路器主要用于对超出上限阈值的电压电流进行防护，在电压低于下限阈值时往往缺乏检测，导致低压状况下的负载工作状态存疑，需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能断路器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能断路器，包括：
电流输入模块，用于为负载工作模块供电；
供电模块，用于为电流正常模块、电流高值模块供电；
滤波模块，用于将电流输入模块的输入电流进行滤波处理；
大电流保护模块，用于在输入电流超出上限阈值50％以上时，接地保护电路；
延时模块，用于将输入电流延时输出给采样模块；
采样模块，用于对输入电流采样，输出给电流正常模块、电流低值模块、电流高值模块；
电流正常模块，用于在输入电流正常时断开电流低值模块；
电流低值模块，用于输入电流低于下限阈值时，控制负载工作模块断开，延时模块工作；
电流高值模块，用于输入电流高于上限阈值时，控制负载工作模块断开，延时模块工作；
负载工作模块，用于获取电流输入模块供给的电流，控制负载得电工作；
电流输入模块的输出端连接负载工作模块的第一输入端、滤波模块的输入端，滤波模块的输出端连接大电流保护模块的输入端、延时模块的输入端、采样模块的第一输入端，延时模块的输出端连接采样模块的第二输入端，采样模块的输出端连接电流正常模块的第一输入端、电流低值模块的第一输入端、电流高值模块的第一输入端，供电模块的输出端连接电流正常模块的第二输入端、电流高值模块的第二输入端，电流正常模块的输出端连接电流低值模块的第二输入端，电流低值模块的输出端连接负载工作模块的第二输入端，电流高值模块的输出端连接负载工作模块的第三输入端。
作为本发明再进一步的方案：滤波模块包括第一电阻、第一电容，第一电阻的一端连接电流输入模块的输出端，第一电阻的另一端连接第一电容、大电流保护模块的输入端、延时模块的输入端、采样模块的第一输入端，第一电容的另一端连接电路负极。
作为本发明再进一步的方案：大电流保护模块包括第一二极管、第二电阻、瞬态抑制二极管，第一二极管的正极连接滤波模块的输出端，第一二极管的负极连接第二电阻，第二电阻的另一端连接瞬态抑制二极管的负极，瞬态抑制二极管的正极接地。
作为本发明再进一步的方案：延时模块包括第三开关、第四开关、第二电容、第七电阻，第三开关的一端连接第四开关、滤波模块的输出端，第三开关的另一端连接第四开关的另一端、第二电容、第七电阻，第二电容的另一端连接电路负极，第七电阻的另一端连接电路负极。
作为本发明再进一步的方案：采样模块包括第三电阻、第四电阻，第三电阻的一端连接滤波模块的输出端，第三电阻的另一端连接第四电阻、电流正常模块的第一输入端、电流低值模块的第一输入端、电流高值模块的第一输入端，第四电阻的另一端连接电路负极。
作为本发明再进一步的方案：电流正常模块包括第二电位器、第四二极管、第三三极管，第二电位器的一端连接采样模块的输出端，第二电位器的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接第五二极管的负极，第五二极管的正极连接供电模块的输出端，第三三极管的发射极连接电流低值模块的第二输入端。
作为本发明再进一步的方案：电流低值模块包括第六电阻、第八二极管、第四MOS管、第九二极管、第二继电器，第六电阻的一端连接采样模块的输出端，第六电阻的另一端连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第四MOS管的S极，第四MOS管的G极连接电流正常模块的输出端，第四MOS管的D极连接第九二极管的负极、第二继电器，第九二极管的正极连接第二继电器的另一端、电路负极。
作为本发明再进一步的方案：电流高值模块包括第一电位器、第二二极管、第三二极管、第一三极管、第二三极管、第六二极管、第七二极管、第一继电器，第一电位器的一端连接采样模块的输出端，第一电位器的另一端连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第七二极管的负极、第一继电器、供电模块的输出端，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接电路负极，第二三极管的集电极连接第七二极管的正极、第一继电器的另一端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在传统的智能断路器的基础上添加了电流低值模块，防止低电流状况下负载工作，保证负载工作可靠，同时添加了大电流保护模块，保证在输入电流过大时保证断路器内部不会损坏，安全智能。
附图说明
图1为一种智能断路器的原理图。
图2为一种智能断路器的电路图。
图3为继电器的内部结构图。
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。
请参阅图1，一种智能断路器，包括：
电流输入模块1，用于为负载工作模块10供电；
供电模块2，用于为电流正常模块7、电流高值模块9供电；
滤波模块3，用于将电流输入模块1的输入电流进行滤波处理；
大电流保护模块4，用于在输入电流超出上限阈值50％以上时，接地保护电路；
延时模块5，用于将输入电流延时输出给采样模块6；
采样模块6，用于对输入电流采样，输出给电流正常模块7、电流低值模块8、电流高值模块9；
电流正常模块7，用于在输入电流正常时断开电流低值模块8；
电流低值模块8，用于输入电流低于下限阈值时，控制负载工作模块10断开，延时模块5工作；
电流高值模块9，用于输入电流高于上限阈值时，控制负载工作模块10断开，延时模块5工作；
负载工作模块10，用于获取电流输入模块1供给的电流，控制负载得电工作；
电流输入模块1的输出端连接负载工作模块10的第一输入端、滤波模块3的输入端，滤波模块3的输出端连接大电流保护模块4的输入端、延时模块5的输入端、采样模块6的第一输入端，延时模块5的输出端连接采样模块6的第二输入端，采样模块6的输出端连接电流正常模块7的第一输入端、电流低值模块8的第一输入端、电流高值模块9的第一输入端，供电模块2的输出端连接电流正常模块7的第二输入端、电流高值模块9的第二输入端，电流正常模块7的输出端连接电流低值模块8的第二输入端，电流低值模块8的输出端连接负载工作模块10的第二输入端，电流高值模块9的输出端连接负载工作模块10的第三输入端。
在具体实施例中：供电模块2包括输入电压VCC、第五电阻R5，为电流正常模块7、电流高值模块9供电，负载工作模块10包括第一开关S1、第二开关S2、负载X，电流输入模块1通过第一开关S1、第二开关S2为负载X供电，第一开关S1、第二开关S2常闭。第一继电器J1得电工作时，第一开关S1弹开，第二继电器J2得电工作时，第二开关S2弹开。
在本实施例中：请参阅图2，滤波模块3包括第一电阻R1、第一电容C1，第一电阻R1的一端连接电流输入模块1的输出端，第一电阻R1的另一端连接第一电容C1、大电流保护模块4的输入端、延时模块5的输入端、采样模块6的第一输入端，第一电容C1的另一端连接电路负极。
输入电流经过第一电阻R1限流，再经过第一电容C1滤波，防止输入电流波动时造成后续采样模块6采样的电压波动。
在另一个实施例中：可以略去第一电阻R1，但是第一电阻R1可以提高电路的耐压程度。
在本实施例中：请参阅图2，大电流保护模块4包括第一二极管D1、第二电阻R2、瞬态抑制二极管Z1，第一二极管D1的正极连接滤波模块3的输出端，第一二极管D1的负极连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接瞬态抑制二极管Z1的负极，瞬态抑制二极管Z1的正极接地。
在输入电流超出上限阈值50％以上时，大电流可能会导致断路器内部电路损坏，这时瞬态抑制二极管Z1由高阻态变为低阻态，使得大电流通过第一二极管D1、第二电阻R2、瞬态抑制二极管Z1接地，将大电流泄入大地。
在另一个实施例中，可以略去第一二极管D1，第一二极管D1为发光二极管，第一二极管D1用于指示当前电流输入模块1输出的电流(输入电流)超出上限阈值50％以上，提示使用者注意安全。
在本实施例中：请参阅图2，延时模块5包括第三开关S3、第四开关S4、第二电容C2、第七电阻R7，第三开关S3的一端连接第四开关S4、滤波模块3的输出端，第三开关S3的另一端连接第四开关S4的另一端、第二电容C2、第七电阻R7，第二电容C2的另一端连接电路负极，第七电阻R7的另一端连接电路负极。
第三开关S3、第四开关S4常开，第一继电器J1得电工作时，第三开关S3闭合，第二继电器J2得电工作时，第四开关S4闭合，第三开关S3、第四开关S4有一个闭合时，使得第二电容C2接入电路，第二电容C2为黄金电容等大电容，其电量充满需要一段时间，假使这段时间为30S，防止在30S内输入电流波动，致使第一继电器J1或第二继电器J2多次得电、断电，致使第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4多次闭合、弹开，频繁工作缩短使用寿命。
在另一个实施例中：可以略去第七电阻R7，第七电阻R7用于在第三开关S3和第四开关S4都断开时，放出第二电容C2存储的电能，保证下一次第三开关S3或者第四开关S4闭合时，第二电容C2能够再次起到延时作用。
在本实施例中：请参阅图2，采样模块6包括第三电阻R3、第四电阻R4，第三电阻R3的一端连接滤波模块3的输出端，第三电阻R3的另一端连接第四电阻R4、电流正常模块7的第一输入端、电流低值模块8的第一输入端、电流高值模块9的第一输入端，第四电阻R4的另一端连接电路负极。
第三电阻R3、第四电阻R4将输入电流信号转化为电压信号，采集第四电阻R4上的电压信号。
在另一个实施例中，可以通过稳压二极管来代替第三电阻R3，这样会导致输入电流很小时，稳压二极管不导通，采样电阻第四电阻R4上无电压。
在本实施例中：请参阅图2，电流正常模块7包括第二电位器RP2、第四二极管D4、第三三极管V3，第二电位器RP2的一端连接采样模块6的输出端，第二电位器RP2的另一端连接第四二极管D4的负极，第四二极管D4的正极连接第三三极管V3的基极，第三三极管V3的集电极连接第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极连接供电模块2的输出端，第三三极管V3的发射极连接电流低值模块8的第二输入端。
第四二极管D4为稳压二极管，在输入电流大于下限阈值时，第四电阻R4上的电压使得第四二极管D4导通，使得第三三极管V3得电，为第四MOS管V4的G极输入电压，使得第四MOS管V4截止，同时第五二极管D5(发光二极管)发光，指示当前状态；在输入电流小于下限阈值时，第四电阻R4上的电压不能导通第四二极管D4，第三三极管V3截止，使得第四MOS管V4导通。
在另一个实施例中：可以将第二电位器RP2换成电阻，第二电位器RP2方便调节电阻大小，进而在输入电流阈值改变时(不同设备可能要求不同)，能够调节第二电位器RP2的大小进而满足在对应阈值下的第四二极管D4的导通、截止。
在本实施例中：请参阅图2和图3，电流低值模块8包括第六电阻R6、第八二极管D8、第四MOS管V4、第九二极管D9、第二继电器J2，第六电阻R6的一端连接采样模块6的输出端，第六电阻R6的另一端连接第八二极管D8的正极，第八二极管D8的负极连接第四MOS管V4的S极，第四MOS管V4的G极连接电流正常模块7的输出端，第四MOS管V4的D极连接第九二极管D9的负极、第二继电器J2，第九二极管D9的正极连接第二继电器J2的另一端、电路负极。
在图3中，继电器通过低电流控制两个触点A、B闭合，带动触点C、D闭合，进而使得C、D所在电路得电工作。在输入电流低于下限阈值时，这时第四MOS管V4导通，使得第二继电器J2得电工作，控制第二开关S2弹开、第四开关S4闭合。第八二极管D8为发光二极管，起指示作用。
在另一个实施例中：第九二极管D9可以略去，第九二极管D9为续流二极管，泄出第二继电器J2停止工作时产生的电流。
在本实施例中：请参阅图2和图3，电流高值模块9包括第一电位器RP1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一三极管V1、第二三极管V2、第六二极管D6、第七二极管D7、第一继电器J1，第一电位器RP1的一端连接采样模块6的输出端，第一电位器RP1的另一端连接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极连接第三二极管D3的负极，第三二极管D3的正极连接第一三极管V1的基极，第一三极管V1的集电极连接第六二极管D6的负极，第六二极管D6的正极连接第七二极管D7的负极、第一继电器J1、供电模块2的输出端，第一三极管V1的发射极连接第二三极管V2的基极，第二三极管V2的发射极连接电路负极，第二三极管V2的集电极连接第七二极管D7的正极、第一继电器J1的另一端。
第二二极管D2、第三二极管D3都为稳压二极管，在输入电流低于上限阈值时，这时第三二极管D3不导通，第一继电器J1不工作；在输入电流高于上限阈值时，这时第一三极管V1得到导通，进而驱动第二三极管V2得到导通，第一三极管V1和第二三极管V2构成达灵顿管，再进一步驱动第一继电器J1得电工作，控制第一开关S1弹开、第三开关S3闭合。
在另一个实施例中：可以略去第二三极管V2，第一三极管V1和第二三极管V2构成达灵顿管，用于增加放大电压倍数，防止第一三极管V1导通程度较低时，使得输出电压不足以供给第一继电器J1工作。
本发明的工作原理是：电流输入模块1为负载工作模块10供电，供电模块2为电流正常模块7、电流高值模块9供电，滤波模块3将电流输入模块1的输入电流进行滤波处理，采样模块6对输入电流采样输出给电流正常模块7、电流低值模块8、电流高值模块9；输入电流正常时，电路正常工作，输入电流低于下限阈值时，电流正常模块7控制电流低值模块8导通，电流低值模块8控制负载工作模块10断开，延时模块5工作，延时模块5将输入电流延时输出给采样模块6，来进行延时处理，防止开关短时间内多次闭合、弹开，寿命降低；输入电流高于上限阈值时，电流高值模块9控制负载工作模块10断开，延时模块5工作，在输入电流超出上限阈值50％以上时，这时大电流保护模块4接地保护电路，防止大电流损坏断路器内部电路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种智能断路器，其特征在于：
该智能断路器包括：
电流输入模块，用于为负载工作模块供电；
供电模块，用于为电流正常模块、电流高值模块供电；
滤波模块，用于将电流输入模块的输入电流进行滤波处理；
大电流保护模块，用于在输入电流超出上限阈值50％以上时，接地保护电路；
延时模块，用于将输入电流延时输出给采样模块；
采样模块，用于对输入电流采样，输出给电流正常模块、电流低值模块、电流高值模块；
电流正常模块，用于在输入电流正常时断开电流低值模块；
电流低值模块，用于输入电流低于下限阈值时，控制负载工作模块断开，延时模块工作；
电流高值模块，用于输入电流高于上限阈值时，控制负载工作模块断开，延时模块工作；
负载工作模块，用于获取电流输入模块供给的电流，控制负载得电工作；
电流输入模块的输出端连接负载工作模块的第一输入端、滤波模块的输入端，滤波模块的输出端连接大电流保护模块的输入端、延时模块的输入端、采样模块的第一输入端，延时模块的输出端连接采样模块的第二输入端，采样模块的输出端连接电流正常模块的第一输入端、电流低值模块的第一输入端、电流高值模块的第一输入端，供电模块的输出端连接电流正常模块的第二输入端、电流高值模块的第二输入端，电流正常模块的输出端连接电流低值模块的第二输入端，电流低值模块的输出端连接负载工作模块的第二输入端，电流高值模块的输出端连接负载工作模块的第三输入端。
2.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于，滤波模块包括第一电阻、第一电容，第一电阻的一端连接电流输入模块的输出端，第一电阻的另一端连接第一电容、大电流保护模块的输入端、延时模块的输入端、采样模块的第一输入端，第一电容的另一端连接电路负极。
3.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于，大电流保护模块包括第一二极管、第二电阻、瞬态抑制二极管，第一二极管的正极连接滤波模块的输出端，第一二极管的负极连接第二电阻，第二电阻的另一端连接瞬态抑制二极管的负极，瞬态抑制二极管的正极接地。
4.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于，延时模块包括第三开关、第四开关、第二电容、第七电阻，第三开关的一端连接第四开关、滤波模块的输出端，第三开关的另一端连接第四开关的另一端、第二电容、第七电阻，第二电容的另一端连接电路负极，第七电阻的另一端连接电路负极。
5.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于，采样模块包括第三电阻、第四电阻，第三电阻的一端连接滤波模块的输出端，第三电阻的另一端连接第四电阻、电流正常模块的第一输入端、电流低值模块的第一输入端、电流高值模块的第一输入端，第四电阻的另一端连接电路负极。
6.根据权利要求5所述的智能断路器，其特征在于，电流正常模块包括第二电位器、第四二极管、第三三极管，第二电位器的一端连接采样模块的输出端，第二电位器的另一端连接第四二极管的负极，第四二极管的正极连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接第五二极管的负极，第五二极管的正极连接供电模块的输出端，第三三极管的发射极连接电流低值模块的第二输入端。
7.根据权利要求5所述的智能断路器，其特征在于，电流低值模块包括第六电阻、第八二极管、第四MOS管、第九二极管、第二继电器，第六电阻的一端连接采样模块的输出端，第六电阻的另一端连接第八二极管的正极，第八二极管的负极连接第四MOS管的S极，第四MOS管的G极连接电流正常模块的输出端，第四MOS管的D极连接第九二极管的负极、第二继电器，第九二极管的正极连接第二继电器的另一端、电路负极。
8.根据权利要求5所述的智能断路器，其特征在于，电流高值模块包括第一电位器、第二二极管、第三二极管、第一三极管、第二三极管、第六二极管、第七二极管、第一继电器，第一电位器的一端连接采样模块的输出端，第一电位器的另一端连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第七二极管的负极、第一继电器、供电模块的输出端，第一三极管的发射极连接第二三极管的基极，第二三极管的发射极连接电路负极，第二三极管的集电极连接第七二极管的正极、第一继电器的另一端。
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| US4414601A (en) * | 1981-04-27 | 1983-11-08 | Westinghouse Electric Corp. | Solid-state load protection system having a test feature |
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| CN103633613A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-03-12 | 陈栋 | 过小电流自动断电保护电路及充电机 |
| CN215299138U (zh) * | 2021-06-17 | 2021-12-24 | 武汉广能电力工程有限公司 | 一种继电器驱动装置 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210088767.9A patent/CN114373660B/zh active Active
Patent Citations (4)
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