CN115764818A - 一种安全防护低压断路器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全防护低压断路器电路，涉及断路器领域，该安全防护低压断路器电路包括：供电模块，用于供给电压；上电防护模块，用于在上电时防止电流突增；驱动降阻模块，用于上电延时后，降低上电防护模块的阻值；电流采样输出模块，用于采样输出给断路器检测模块的电流，并转化为电压信号输出给安全检测模块；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在传统断路器的基础上增加外围电路，通过电流采样输出模块、安全检测模块配合检测电路状况，和断路器检测模块共同控制通断控制输出模块的通断，防止断路器故障时电路故障导致负载损坏；上电防护模块和驱动降阻模块配合，有效防止上电瞬间产生的大电流造成电路断开。

Description

一种安全防护低压断路器电路

技术领域

本发明涉及断路器领域，具体是一种安全防护低压断路器电路。

背景技术

低压断路器是一种接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。线路发生短路和产生较大过电流时，电磁脱扣器的吸力增大，将衔铁吸合，切断主触点。如果线路上电压下降或是去电压时，欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力，衔铁被弹簧拉开，切断主触头。

现有的低压断路器具有良好的保护措施，在电路故障时及时断开电路；但是在低压断路器存有故障时，直接将异常电压电流供给负载，易造成负载损坏，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全防护低压断路器电路，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：

一种安全防护低压断路器电路，包括：

供电模块，用于供给电压；

上电防护模块，用于在上电时防止电流突增；

驱动降阻模块，用于上电延时后，降低上电防护模块的阻值；

电流采样输出模块，用于采样输出给断路器检测模块的电流，并转化为电压信号输出给安全检测模块；

断路器检测模块，用于根据供电模块输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块；

安全检测模块，用于根据采样电流对应的电压信号反映出的供电模块输出电流大小，根据输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块；

通断控制输出模块，用于根据断路器检测模块和安全检测模块输出的不同信号，控制是否为负载供电；

供电模块的输出端连接上电防护模块的第一输入端，上电防护模块的输出端连接电流采样输出模块的输入端，电流采样输出模块的第一输出端连接断路器检测模块的输入端、通断控制输出模块的第一输入端，电流采样输出模块的第二输出端连接安全检测模块的输入端，安全检测模块的第一输出端连接驱动降阻模块的输入端，驱动降阻模块的输出端连接上电防护模块的第二输入端，断路器检测模块的输出端连接通断控制输出模块的第二输入端，安全检测模块的第二输出端连接通断控制输出模块的第三输入端。

作为本发明再进一步的方案：上电防护模块包括第一电阻、第二可控硅、第一开关，第一电阻的一端连接供电模块的输出端、第二可控硅的正极，第一电阻的另一端连接第二可控硅的负极、第一开关的一端，第一开关的另一端连接电流采样输出模块的输入端，第二可控硅的控制极连接驱动降阻模块的输出端。

作为本发明再进一步的方案：驱动降阻模块包括第七电阻、第二电容、第七反相器、第八反相器，第七反相器的输入端连接第七电阻的一端、第二电容的一端，第七反相器的输出端连接第七电阻的另一端、第八反相器的输入端，第八反相器的输出端连接第二电容的另一端、上电防护模块的第二输入端，第七反相器和第八反相器的电源端连接安全检测模块的第一输出端。

作为本发明再进一步的方案：电流采样输出模块包括电流互感器、第五电阻，电流互感器的第一端连接上电防护模块的输出端，电流互感器的第二端连接断路器检测模块的输入端、通断控制输出模块的第一输入端，电流互感器的第三端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接电流互感器的第四端、安全检测模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：断路器检测模块包括断路器，断路器的输入端连接电流采样输出模块的第一输出端，断路器的输出端连接通断控制输出模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：安全检测模块包括：

超出上限阈值检测模块，用于在输出电流超出上限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块；

低于下限阈值检测模块，用于在输出电流低于下限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块；

超出上限阈值检测模块和低于下限阈值检测模块并联。

作为本发明再进一步的方案：超出上限阈值检测模块包括第四电阻、第三二极管、第二放大器、第四反相器，第四电阻的一端连接上电防护模块的输出端，第四电阻的另一端连接第三二极管的负极、第二放大器的反相端，第三二极管的正极接地，第二放大器的同相端连接电流采样输出模块的第二输出端，第二放大器的输出端连接第四反相器的输入端，第四反相器的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

作为本发明再进一步的方案：低于下限阈值检测模块包括第二电阻、第三电阻、第二二极管、第三放大器，第二电阻的一端连接上电防护模块的输出端，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二二极管的负极、驱动降阻模块的输入端、第三放大器的反相端，第二二极管的正极接地，第三放大器的同相端连接电流采样输出模块的第二输出端，第三放大器的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

作为本发明再进一步的方案：通断控制输出模块包括与门、第四二极管、继电器、第一MOS管、第五二极管、第一电容、第六电阻、第一可控硅，第一可控硅的正极连接电流采样输出模块的第一输出端，第一可控硅的负极连接负载，第一可控硅的控制极连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接第一电容的一端、第四二极管的负极、继电器的一端、第五二极管的负极，第一电容的另一端接地，继电器的另一端连接第五二极管的正极、第一MOS管的S极，第一MOS管的D极接地，第一MOS管的G极连接第四二极管的正极、与门的输出端，与门的输入端一端连接断路器检测模块的输出端，与门的输入端另一端连接安全检测模块的第二输出端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在传统断路器的基础上增加外围电路，通过电流采样输出模块、安全检测模块配合检测电路状况，和断路器检测模块共同控制通断控制输出模块的通断，防止断路器故障时电路故障导致负载损坏；上电防护模块和驱动降阻模块配合，有效防止上电瞬间产生的大电流造成电路断开。

附图说明

图1为一种安全防护低压断路器电路的原理图。

图2为一种安全防护低压断路器电路的电路图。

图3为驱动降阻模块的电路图。

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1，一种安全防护低压断路器电路，包括：

供电模块1，用于供给电压；

上电防护模块2，用于在上电时防止电流突增；

驱动降阻模块3，用于上电延时后，降低上电防护模块2的阻值；

电流采样输出模块4，用于采样输出给断路器检测模块5的电流，并转化为电压信号输出给安全检测模块6；

断路器检测模块5，用于根据供电模块1输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块7；

安全检测模块6，用于根据采样电流对应的电压信号反映出的供电模块1输出电流大小，根据输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块7；

通断控制输出模块7，用于根据断路器检测模块5和安全检测模块6输出的不同信号，控制是否为负载供电；

供电模块1的输出端连接上电防护模块2的第一输入端，上电防护模块2的输出端连接电流采样输出模块4的输入端，电流采样输出模块4的第一输出端连接断路器检测模块5的输入端、通断控制输出模块7的第一输入端，电流采样输出模块4的第二输出端连接安全检测模块6的输入端，安全检测模块6的第一输出端连接驱动降阻模块3的输入端，驱动降阻模块3的输出端连接上电防护模块2的第二输入端，断路器检测模块5的输出端连接通断控制输出模块7的第二输入端，安全检测模块6的第二输出端连接通断控制输出模块7的第三输入端。

在本实施例中：请参阅图2，上电防护模块2包括第一电阻R1、第二可控硅Z2、第一开关S1，第一电阻R1的一端连接供电模块1的输出端、第二可控硅Z2的正极，第一电阻R1的另一端连接第二可控硅Z2的负极、第一开关S1的一端，第一开关S1的另一端连接电流采样输出模块4的输入端，第二可控硅Z2的控制极连接驱动降阻模块3的输出端。

上电瞬间，会产生大电流，这时第二可控硅Z2由于控制极无信号输入，第二可控硅Z2截止，大电流通过第一电阻R1为后续电路供电。

在另一个实施例中：第二可控硅Z2可由MOS管代替，缺点在于导通后经由MOS管消耗的电压大于第二可控硅Z2。

在本实施例中：请参阅图3，驱动降阻模块3包括第七电阻R7、第二电容C2、第七反相器U7、第八反相器U8，第七反相器U7的输入端连接第七电阻R7的一端、第二电容C2的一端，第七反相器U7的输出端连接第七电阻R7的另一端、第八反相器U8的输入端，第八反相器U8的输出端连接第二电容C2的另一端、上电防护模块2的第二输入端，第七反相器U7和第八反相器U8的电源端连接安全检测模块6的第一输出端。

开始时第七反相器U7的输入端为低电平，输出端为高电平，第八反相器U8输出端为低电平；第七反相器U7的输出端通过第七电阻R7为第二电容C2充电，随着第二电容C2充电，第七反相器U7的输入端为高电平，输出端为低电平，第八反相器U8的输出端为高电平（第八反相器U8第一次由低电平到高电平的时间为延时时间）；这时第二电容C2通过第七电阻R7放电，再次变为低电平；往复如此，使得第八反相器U8输出PWM信号。电路开始运行时，瞬间大电流通过第一电阻R1供电；在延时后（延时时间大于瞬间大电流时间），第二可控硅Z2导通，使得上电防护模块2的整体阻抗下降，使得供电模块1经由上电防护模块2损耗电压下降，为后续电路供电。

在另一个实施例中：第七电阻R7可更换为电位器，调节延时时间，因为瞬间大电流时间较短，延时时间要求不严格，因此选用普通电阻即可。

在本实施例中：请参阅图2，电流采样输出模块4包括电流互感器U1、第五电阻R5，电流互感器U1的第一端连接上电防护模块2的输出端，电流互感器U1的第二端连接断路器检测模块5的输入端、通断控制输出模块7的第一输入端，电流互感器U1的第三端连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接电流互感器U1的第四端、安全检测模块6的输入端。

电流互感器U1的第一端和第二端无明显压降（电流互感器U1的第一端、第二端之间为线圈，第三端、第四端中间为线圈，因此损耗低），使得经由供电模块1输出电压经过上电防护模块2、电流采样输出模块4依旧保持较高的电压、电流输出，电路损耗低；电流互感器U1的第三端、第四端采样输出电流，流经第五电阻R5变为采样电压，输出给断路器检测模块5。

在另一个实施例中：可以增加放大器等器件放大采样电压。

在本实施例中：请参阅图2，断路器检测模块5包括断路器U5，断路器U5的输入端连接电流采样输出模块4的第一输出端，断路器U5的输出端连接通断控制输出模块7的第二输入端。

断路器U5通过流经电流来实现断路保护，在电流过大过小都会导致电磁脱扣器吸力改变，使得断路器U5断开供电。断路器U5为现有技术，在此不进行赘述。

在本实施例中：请参阅图2，安全检测模块6包括：

超出上限阈值检测模块，用于在输出电流超出上限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块7；

低于下限阈值检测模块，用于在输出电流低于下限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块7；

超出上限阈值检测模块和低于下限阈值检测模块并联。

在本实施例中：请参阅图2，超出上限阈值检测模块包括第四电阻R4、第三二极管D3、第二放大器U2、第四反相器U4，第四电阻R4的一端连接上电防护模块2的输出端，第四电阻R4的另一端连接第三二极管D3的负极、第二放大器U2的反相端，第三二极管D3的正极接地，第二放大器U2的同相端连接电流采样输出模块4的第二输出端，第二放大器U2的输出端连接第四反相器U4的输入端，第四反相器U4的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

在供电模块1的输出电流过大时，这时电流采样输出模块4的采样电压较大，使得第二放大器U2的同相端电压高于反相端电压（第三二极管D3为稳压二极管）大小，使得第二放大器U2输出高电平，经由第四反相器U4后输出低电平。

在另一个实施例中：可以增加发光二极管，指示当前设备工作状态。

在本实施例中：请参阅图2，低于下限阈值检测模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二二极管D2、第三放大器U3，第二电阻R2的一端连接上电防护模块2的输出端，第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二二极管D2的负极、驱动降阻模块3的输入端、第三放大器U3的反相端，第二二极管D2的正极接地，第三放大器U3的同相端连接电流采样输出模块4的第二输出端，第三放大器U3的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

在供电模块1的输出电流过小时，这时电流采样输出模块4的采样电压较小，使得第三放大器U3的同相端电压低于反相端电压（第二二极管D2为稳压二极管）大小，使得第三放大器U3输出低电平。

在另一个实施例中：在这里采样第二二极管D2上的电压为驱动降阻模块3供电，也可采用其他方式为驱动降阻模块3供电；安全检测模块6和驱动降阻模块3相近，后续电路布线时方便。

在本实施例中：请参阅图2，通断控制输出模块7包括与门U6、第四二极管D4、继电器J1、第一MOS管V1、第五二极管D5、第一电容C1、第六电阻R6、第一可控硅Z1，第一可控硅Z1的正极连接电流采样输出模块4的第一输出端，第一可控硅Z1的负极连接负载，第一可控硅Z1的控制极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第一电容C1的一端、第四二极管D4的负极、继电器J1的一端、第五二极管D5的负极，第一电容C1的另一端接地，继电器J1的另一端连接第五二极管D5的正极、第一MOS管V1的S极，第一MOS管V1的D极接地，第一MOS管V1的G极连接第四二极管D4的正极、与门U6的输出端，与门U6的输入端一端连接断路器检测模块5的输出端，与门U6的输入端另一端连接安全检测模块6的第二输出端。

在供电模块1供电正常时，断路器检测模块5、安全检测模块6输出高电平，使得与门U6导通，输出高电平，经过第四二极管D4、第六电阻R6控制第一可控硅Z1导通，为负载供电；

在供电模块1供电异常时，断路器检测模块5、安全检测模块6输出低电平，与门U6截止，第一MOS管V1导通，第一电容C1存储电能供电为继电器J1供电，使得第一开关S1弹开，停止为负载供电；在第一电容C1不足以支持继电器J1工作之后，由于第一可控硅Z1重新截止，依旧不为负载供电；

在断路器U5故障时，由于断路器U5故障导致输出信号存疑，这时由于安全检测模块6的存在，配合与门U6能有效断开电路，防止供电模块1供电异常时负载依旧得电工作；

其中：供电模块1异常时，断路器U5持续为与门U6输出高电平，这时由于安全检测模块6依旧输出低电平，使得与门U6不导通，停止为负载供电；

断路器U5持续输出低电平，同样使得与门U6不导通，停止为负载供电。

在另一个实施例中：可略去第五二极管D5，第五二极管D5作为续流二极管，有效泄出继电器J1导通、断开瞬间的大电流。

本发明的工作原理是：供电模块1供给电压，上电防护模块2在上电时防止电流突增，驱动降阻模块3在上电延时后，降低上电防护模块2的阻值，电流采样输出模块4采样输出给断路器检测模块5的电流，并转化为电压信号输出给安全检测模块6，断路器检测模块5根据供电模块1输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块7，安全检测模块6根据采样电流对应的电压信号反映出的供电模块1输出电流大小，根据输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块7，通断控制输出模块7根据断路器检测模块5和安全检测模块6输出的不同信号，控制是否为负载供电，本发明在断路器U5的基础上添加外围电路，将断路器U5作为一个检测器件，有效的对供电异常时断开电路，停止为负载供电，且供电模块1输出电压供给负载电压过程中电位下降小，有效保证负载工作电压。

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 (9)

1.一种安全防护低压断路器电路，其特征在于：

该安全防护低压断路器电路包括：

供电模块，用于供给电压；

上电防护模块，用于在上电时防止电流突增；

驱动降阻模块，用于上电延时后，降低上电防护模块的阻值；

电流采样输出模块，用于采样输出给断路器检测模块的电流，并转化为电压信号输出给安全检测模块；

断路器检测模块，用于根据供电模块输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块；

安全检测模块，用于根据采样电流对应的电压信号反映出的供电模块输出电流大小，根据输出电流正常、超出上限阈值或低于下限阈值不同状况，输出不同信号给通断控制输出模块；

通断控制输出模块，用于根据断路器检测模块和安全检测模块输出的不同信号，控制是否为负载供电；

供电模块的输出端连接上电防护模块的第一输入端，上电防护模块的输出端连接电流采样输出模块的输入端，电流采样输出模块的第一输出端连接断路器检测模块的输入端、通断控制输出模块的第一输入端，电流采样输出模块的第二输出端连接安全检测模块的输入端，安全检测模块的第一输出端连接驱动降阻模块的输入端，驱动降阻模块的输出端连接上电防护模块的第二输入端，断路器检测模块的输出端连接通断控制输出模块的第二输入端，安全检测模块的第二输出端连接通断控制输出模块的第三输入端。

2.根据权利要求1所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，上电防护模块包括第一电阻、第二可控硅、第一开关，第一电阻的一端连接供电模块的输出端、第二可控硅的正极，第一电阻的另一端连接第二可控硅的负极、第一开关的一端，第一开关的另一端连接电流采样输出模块的输入端，第二可控硅的控制极连接驱动降阻模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，驱动降阻模块包括第七电阻、第二电容、第七反相器、第八反相器，第七反相器的输入端连接第七电阻的一端、第二电容的一端，第七反相器的输出端连接第七电阻的另一端、第八反相器的输入端，第八反相器的输出端连接第二电容的另一端、上电防护模块的第二输入端，第七反相器和第八反相器的电源端连接安全检测模块的第一输出端。

4.根据权利要求1所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，电流采样输出模块包括电流互感器、第五电阻，电流互感器的第一端连接上电防护模块的输出端，电流互感器的第二端连接断路器检测模块的输入端、通断控制输出模块的第一输入端，电流互感器的第三端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接电流互感器的第四端、安全检测模块的输入端。

5.根据权利要求1所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，断路器检测模块包括断路器，断路器的输入端连接电流采样输出模块的第一输出端，断路器的输出端连接通断控制输出模块的第二输入端。

6.根据权利要求1所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，安全检测模块包括：

超出上限阈值检测模块，用于在输出电流超出上限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块；

低于下限阈值检测模块，用于在输出电流低于下限阈值时，输出低电平给通断控制输出模块；

超出上限阈值检测模块和低于下限阈值检测模块并联。

7.根据权利要求6所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，超出上限阈值检测模块包括第四电阻、第三二极管、第二放大器、第四反相器，第四电阻的一端连接上电防护模块的输出端，第四电阻的另一端连接第三二极管的负极、第二放大器的反相端，第三二极管的正极接地，第二放大器的同相端连接电流采样输出模块的第二输出端，第二放大器的输出端连接第四反相器的输入端，第四反相器的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

8.根据权利要求6所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，低于下限阈值检测模块包括第二电阻、第三电阻、第二二极管、第三放大器，第二电阻的一端连接上电防护模块的输出端，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二二极管的负极、驱动降阻模块的输入端、第三放大器的反相端，第二二极管的正极接地，第三放大器的同相端连接电流采样输出模块的第二输出端，第三放大器的输出端连接通道控制输出模块的第三输入端。

9.根据权利要求1或7或8所述的安全防护低压断路器电路，其特征在于，通断控制输出模块包括与门、第四二极管、继电器、第一MOS管、第五二极管、第一电容、第六电阻、第一可控硅，第一可控硅的正极连接电流采样输出模块的第一输出端，第一可控硅的负极连接负载，第一可控硅的控制极连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接第一电容的一端、第四二极管的负极、继电器的一端、第五二极管的负极，第一电容的另一端接地，继电器的另一端连接第五二极管的正极、第一MOS管的S极，第一MOS管的D极接地，第一MOS管的G极连接第四二极管的正极、与门的输出端，与门的输入端一端连接断路器检测模块的输出端，与门的输入端另一端连接安全检测模块的第二输出端。

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