CN201533148U

CN201533148U - 智能塑壳断路器脱扣器电路

Info

Publication number: CN201533148U
Application number: CN2009201226974U
Authority: CN
Inventors: 余存泰
Original assignee: Delixi Electric Co Ltd
Current assignee: Delixi Electric Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-06-12

Abstract

本实用新型涉及一种智能塑壳断路器脱扣器电路，包括整流电路、信号处理电路、电源电路、脱扣电路、单片机电路及控制操作电路，其中的单片机电路为MCU电路，MCU电路选用16BITS精简指令系统(RISC)的MSP430F147，控制操作电路为人机操作键面电路，信号处理电路包括信号拾取电路、预处理电路和滤波电路，智能塑壳断路器脱扣器电路还包括MCU所需外部电路，MCU所需外部电路的输出端连接到MCU电路的对应端口上，电源电路的输出端口与MCU所需外部电路的对应端口相连，给MCU所需外部电路提供直流电源。本实用新型电路实现了断路器的选择性、速动性、可靠性和安全性，具有电路简单、通用性强、成本低廉等优点。

Description

智能塑壳断路器脱扣器电路

技术领域

本实用新型涉及一种智能脱扣器，尤其涉及一种智能塑壳断路器脱扣器电路。

背景技术

现有的塑壳断路器要求在供电线路中当发生故障时线路电流超过开关容量或用户允许值时应断开，在目前供电线路控制元器件断路器中主要靠双金属片来提供过载保护，靠衔铁提供短路保护。采用双金属片的完全加热效应来控制断路器过载断开，采用由衔铁构成的磁脱扣机构控制断路器的短路断开，它们的缺点是保护精度和一致性难控制、用户无法整定参数、无法实时监测断路器的当前的运行状况、功耗也大。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有选择性、速动性更好、可靠性更高、安全性更好的智能塑壳断路器脱扣器电路。

为实现上述目的，本实用新型采用一种智能塑壳断路器脱扣器电路，包括整流电路、信号处理电路、电源电路、脱扣电路、单片机电路及控制操作电路，整流电路的输出端口分别与信号处理电路和电源电路的输入端口相连，信号处理电路的输出端口与单片机电路的对应端口相连，电源电路的输出端口分别与单片机电路、信号处理电路、脱扣电路和控制操作电路的对应端口相连，给单片机电路、信号处理电路、脱扣电路和控制操作电路提供直流电源，单片机电路与控制操作电路交互连接，单片机电路的输出端口与脱扣电路的对应端口相连，其中的单片机电路为MCU电路，MCU电路选用16BITS精简指令系统(RISC)的MSP430F147，控制操作电路为人机操作键面电路，智能塑壳断路器脱扣器电路还包括MCU所需外部电路，MCU所需外部电路的输出端连接到MCU电路的对应端口上，电源电路的输出端口与MCU所需外部电路的对应端口相连，给MCU所需外部电路提供直流电源。

本实用新型进一步设置为电源电路包括直流斩波稳压电路、DC-DC 5V(VDD)电路、DC-DC 3.3V(VCC)电路；MCU所需外部电路包括复位电路、外接时钟电路、JTAG接口、通讯接口；人机操作键面电路包括参数整定电路、显示电路、校验电路。

本实用新型进一步设置为电源电路的直流斩波稳压电路由分压电阻R17～R20、滤波电容C5、MOS管Q1(IRLR024N)和IC2(HT7050)集成电路构成，控制电源电压，并提供给脱扣电路、DC-DC 5V(VDD)电路、DC-DC 3.3V(VCC)电路；C6储能电解电容使磁通变换器更加可靠的脱扣；D6为保护二极管，二极管D7、D8构成一个电源自动选择开关，当主电源和辅助电源同时供电时二极管D8反向截止选择主电源供电，主电源关闭时二极管D8导通辅助电源工作，二极管D7反向截止，滤波电容C7～C10和IC3(LM7805)集成电路产生一个5V(VDD)的直流电源，提供给IC1(LM224)集成电路作电源；电阻R21、R22、电容C7、C8、C11和IC4(LM317)集成电路产生一个3.3V(VCC)的直流电源，提供给后续的MCU电路、MCU所需外部电路、人机操作键面电路使用；分压电阻R48、R49、抗扰电容C17、MOS管Q2(2SK3065)、续流二极管D9和接线座J1构成脱扣电路，其中磁通变换器连接在J1接线座上。

本实用新型进一步设置为MCU所需外部电路通过输出端口连接到MCU电路的对应端口上，其中电容C12～C15构成MCU电源滤波电容；外接时钟电路由构成MCU内部时钟的外接电阻R24；J3接线座构成一个通讯接口；J2接线座构成一个JTAG接口；电阻R23、电容C16和IC6(HT7027)集成电路构成MCU所需的复位电路。

本实用新型进一步设置为人机操作键面电路包括参数整定电路、显示电路和校验电路，对应连接到MCU电路的端口上，上拉电阻R27～R46和编码器SW1～SW5构成参数整定电路；限流电阻R25、R26和发光二极管D10、D11构成显示电路；上拉电阻R47和按键S1构成校验电路。

本实用新型进一步设置为信号处理电路中的信号拾取电路由电阻R1～R4组成，将对应的桥式整流器D1～D4输出的电流信号转换为电压信号，电阻R5～R12和滤波电容C1～C4对应连接到IC1(LM224)集成电路中构成四个完全相同的信号预处理电路及滤波电路，使之与微处理器(MCU)ADC的技术规范一致，处理后的信号经过限流电阻R13～R16连接到MCU电路的对应端口上。

本实用新型再进一步设置为整流电路由4组桥式整流器D1～D4组成，将交流电流信号转换成直流信号，通过对应端口供后续的信号处理电路和电源电路使用。

本实用新型低功耗的电路设计，降低智能脱扣器的功耗，减少了功率管的发热量，提高了断路器的平均无故障时间，更加重要的是低功耗可以加速智能脱扣器的启动时间，如果断路器在配电线路故障状态时合闸，这一特性保障了脱扣器迅速启动保护功能，完成断路器的分断，起到保护配电线路的同时又保护了断路器。本电路特别适用于采用集采样和供电为一体的电流互感器的2极或2极以上的智能塑壳断路器。用户可以通过编码器简便的整定参数，并且能实时监测断路器的运行状况。以及低功耗的电路设计和很强的抗电磁兼容特性，实现了断路器的选择性、速动性、可靠性和安全性，具有电路简单、通用性强、成本低廉等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例智能塑壳断路器脱扣器电路原理框图。

图2是本实用新型实施例整流电路图。

图3是本实用新型实施例信号处理电路图。

图4是本实用新型实施例电源电路图。

图5是本实用新型实施例脱扣电路图。

图6是本实用新型实施例人机操作键面电路图。

图7是本实用新型实施例MCU电路图。

图8是本实用新型实施例MCU所需外部电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的具体实施例是一种智能塑壳断路器脱扣器电路，包括整流电路1、信号处理电路2、电源电路3、脱扣电路7、MCU电路5及MCU所需外部电路6、人机操作键面电路4，整流电路1的输出端口分别与信号处理电路2和电源电路3的输入端口相连，信号处理电路2的输出端口与MCU电路5的对应端口相连，电源电路3的输出端口分别与MCU电路5及MCU所需外部电路6、脱扣电路7、信号处理电路2、人机操作键面电路4的对应端口相连，给MCU电路5、MCU所需外部电路6、脱扣电路7、信号处理电路2和人机操作键面电路4提供直流电源，MCU电路5与人机操作键面电路4交互连接，MCU电路5的输出端口与脱扣电路7的对应端口相连，其中MUC电路5选用16BITS精简指令系统(RISC)的MSP430F147，MCU所需外部电路6的输出端连接到MCU电路5的对应端口上。其中电源电路3包括直流斩波稳压电路、DC-DC 5V(VDD)电路、DC-DC 3.3V(VCC)电路；MCU所需外部电路6包括复位电路、外接时钟电路、JTAG接口、通讯接口；人机操作键面电路4包括参数整定电路、显示电路、校验电路。

原理介绍：

如图2所示，在智能塑壳断路器各极中的电流互感器感应出主回路电源的交流电流信号，经对应的桥式整流器D1～D4后变为直流电流，供后续的信号处理电路2和电源电路3使用。如图3所示，信号拾取电路由R1～R4组成，将对应的桥式整流器D1～D4输出的电流信号转换为电压信号，电阻R5～R12和滤波电容C1～C4对应连接到IC1(LM224)集成电路中构成四个完全相同的信号预处理电路及滤波电路，使之与微处理器(MCU)ADC的技术规范一致，处理后的信号经过限流电阻R13～R16连接到MCU电路5(图7)的12BITS ADC的对应端口上。

如图4所示，电源电路3包括直流斩波稳压电路、DC-DC 5V(VDD)电路和DC-DC 3.3V(VCC)。整流后的直流信号，经瞬态电压抑制二极管D5，瞬态电压抑制二极管在电路中能有效的抑制传导干扰，特别是抑制浪涌和静电放电，提高了电磁兼容的特性。分压电阻R17～R20、滤波电容C5、MOS管Q1(IRLR024N)和IC2(HT7050)集成电路构成直流斩波稳压电路，使电源电压控制在15V，提供给脱扣电路、DC-DC 5V(VDD)电路、DC-DC 3.3V(VCC)电路；C6储能电解电容，在磁通变换器脱扣瞬间，通过瞬间放电给磁通变换器脱扣提供能量补偿，能使磁通变换器更加可靠的脱扣。D6为保护二极管，二极管D7、D8构成一个电源自动选择开关，当主电源和辅助电源同时供电时二极管D8反向截止选择主电源供电，主电源关闭时二极管D8导通辅助电源工作，二极管D7反向截止。滤波电容C7～C10和IC3(LM7805)集成电路产生一个直流5V(VDD)的电源，提供给IC1(LM224)集成电路作电源；电阻R21、R22、电容C7、C8、C11和IC4(LM317)集成电路产生一个直流3.3V(VCC)的电源，提供给后续的MCU电路5、MCU所需外部电路6、人机操作键面电路4使用。

如图5所示，分压电阻R48、R49、抗扰电容C17、MOS管Q2(2SK3065)、续流二极管D9和接线座J1构成脱扣电路，其中磁通变换器连接在J1接线座上。抗扰电容C17，提高脱扣器电路的抗扰度能力。

如图6所示，人机操作键面电路4包括参数整定电路、显示电路和校验电路，对应连接到MCU电路5的端口上。上拉电阻R27～R46和编码器SW1～SW5构成参数整定电路，用户可以通过编码器简便地整定智能塑壳短路器的保护参数；限流电阻R25、R26和发光二极管D10、D11构成显示电路，能实时监测智能塑壳短路器当前的工作状态；上拉电阻R47和按键S1构成校验电路，用户可以通过按键简捷的校验智能塑壳短路器中的电流互感器的一致性和试验脱扣。

如图7所示，MCU电路5选用低功耗的16BITS精简指令系统(RISC)的MSP430F147，它具有12BITS的ADC采用自动扫描方式完成转换，一次可以完成全部通道的数据转换，实现高精度的等周期采样，能使断路器精确并迅速的响应故障。参见图8，MCU所需外部电路6包括复位电路、外接时钟电路、JTAG接口、通讯接口，对应连接到MCU电路的端口上。电容C12～C15构成MCU电源滤波电容，能有效的提高电磁兼容特性，R24构成MCU内部时钟的外接电阻，采用MCU内部时钟的外接电阻能使时钟更加精确，从而提高了断路器的保护精度；J3接线座构成一个通讯接口，可以通过和通讯模块连接能简便的实现通讯和辅助电源供给；J2接线座构成一个JTAG口便于程序的修改和升级；电阻R23、电容C16和IC6(HT7027)集成电路构成MCU所需的复位电路。

低功耗的电路设计，降低了智能脱扣器的功耗，减少了功率管的发热量，提高了断路器的平均无故障时间，更加重要的是低功耗可以加速智能脱扣器的启动时间，如果断路器在配电线路故障状态时合闸，这一特性保障了智能脱扣器迅速启动保护功能，完成断路器的分断，起到保护配电线路的同时又保护了断路器。

Claims

1.一种智能塑壳断路器脱扣器电路，包括整流电路、信号处理电路、电源电路、脱扣电路、单片机电路及控制操作电路，整流电路的输出端口分别与信号处理电路和电源电路的输入端口相连，信号处理电路的输出端口与单片机电路的对应端口相连，电源电路的输出端口分别与单片机电路、信号处理电路、脱扣电路和控制操作电路的对应端口相连，给单片机电路、信号处理电路、脱扣电路和控制操作电路提供直流电源，单片机电路与控制操作电路交互连接，单片机电路的输出端口与脱扣电路的对应端口相连，其特征在于：其中的单片机电路为MCU电路，MCU电路选用16BITS精简指令系统的MSP430F147，控制操作电路为人机操作键面电路，智能塑壳断路器脱扣器电路还包括MCU所需外部电路，MCU所需外部电路的输出端连接到MCU电路的对应端口上，电源电路的输出端口与MCU所需外部电路的对应端口相连，给MCU所需外部电路提供直流电源。

2.根据权利要求1所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述电源电路由直流斩波稳压电路、DC-DC 5V电路、DC-DC 3.3V电路组成；MCU所需外部电路由复位电路、外接时钟电路、JTAG接口、通讯接口组成；人机操作键面电路由参数整定电路、显示电路、校验电路组成。

3.根据权利要求1或2所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述电源电路的直流斩波稳压电路由分压电阻R17～R20、滤波电容C5、MOS管Q1和IC2集成电路构成；D6为保护二极管，二极管D7、D8构成一个电源自动选择开关，滤波电容C7～C10和IC3集成电路产生一个5V的直流电源，提供给IC1集成电路作电源；电阻R21、R22、电容C7、C8、C11和IC4集成电路产生一个3.3V的直流电源，提供给后续的MCU电路、MCU所需外部电路、人机操作键面电路使用；分压电阻R48、R49、抗扰电容C17、MOS管Q2、续流二极管D9和接线座J1构成脱扣电路，其中磁通变换器连接在J1接线座上。

4.根据权利要求1或2所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述MCU所需外部电路通过输出端口连接到MCU电路的对应端口上，其中电容C12～C15构成MCU电源滤波电容；外接时钟电路由构成MCU内部时钟的外接电阻R24组成；J3接线座构成一个通讯接口；J2接线座构成一个JTAG接口；电阻R23、电容C16和IC6集成电路构成MCU所需的复位电路。

5.根据权利要求3所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述MCU所需外部电路通过输出端口连接到MCU电路的对应端口上，其中电容C12～C15构成MCU电源滤波电容；外接时钟电路由构成MCU内部时钟的外接电阻R24；J3接线座构成一个通讯接口；J2接线座构成一个JTAG接口；电阻R23、电容C16和IC6集成电路构成MCU所需的复位电路。

6.根据权利要求1或2所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述人机操作键面电路包括参数整定电路、显示电路和校验电路，对应连接到MCU电路的端口上，上拉电阻R27～R46和编码器SW1～SW5构成参数整定电路；限流电阻R25、R26和发光二极管D10、D11构成显示电路；上拉电阻R47和按键S1构成校验电路。

7.根据权利要求3所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述人机操作键面电路包括参数整定电路、显示电路和校验电路，对应连接到MCU电路的端口上，上拉电阻R27～R46和编码器SW1～SW5构成参数整定电路；限流电阻R25、R26和发光二极管D10、D11构成显示电路；上拉电阻R47和按键S1构成校验电路。

8.根据权利要求4所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述人机操作键面电路包括参数整定电路、显示电路和校验电路，对应连接到MCU电路的端口上，上拉电阻R27～R46和编码器SW1～SW5构成参数整定电路；限流电阻R25、R26和发光二极管D10、D11构成显示电路；上拉电阻R47和按键S1构成校验电路。

9.根据权利要求1或2所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述信号处理电路包括信号拾取电路、预处理电路和滤波电路，其中拾取电路电阻R1～R4将对应的桥式整流器D1～D4输出的电流信号转换为电压信号，电阻R5～R12和滤波电容C1～C4对应连接到运算放大器IC1集成电路中构成四个完全相同的信号预处理电路及滤波电路，处理后的信号经过限流电阻R13～R16连接到MCU电路的对应端口上。

10.根据权利要求1或2所述的智能塑壳断路器脱扣器电路，其特征在于：所述整流电路由4组桥式整流器D1～D4组成，将交流电流信号转换成直流信号，通过对应端口供后续的信号处理电路和电源电路使用。