CN201966149U - 一种带通信功能的塑壳断路器 - Google Patents

Abstract

一种带通信功能的塑壳断路器，包括塑壳断路器本体和过电流保护装置，所述的过电流保护装置与塑壳断路器本体连接，其特征在于所述的过电流保护装置包括整流取样电路、电源电路、信号放大电路、控制电路、脱扣电路、指示电路和通信电路，整流取样电路与电源电路和信号放大电路连接，电源电路与信号放大电路、脱扣电路、控制电路、通信电路和指示电路连接，控制电路与信号放大电路、脱扣电路、指示电路和通信电路连接。优点：结构紧凑，功能丰富，不需再加外部的通信模块就能直接实现通信，从而实现遥控、遥测、遥调、遥信的功能，进而对电操进行控制，还能通过远程与本地控制的切换允许或禁止上位机的写入命令操作。

Description

一种带通信功能的塑壳断路器

技术领域

本实用新型涉及一种断路器，特别是一种带通信功能的塑壳断路器。

背景技术

塑壳断路器适用于低压配电网络中，用于分配电能和保护线路、电源及用电设备，断路器具有过载、短路、欠电压等保护功能，能保护线路和电源设备不受损坏。传统的塑壳断路器为得到不同的保护性能，需要配置不同的脱扣器，如电磁式脱扣器、热脱扣器，而上述脱扣器的主要缺点是动作时间和保护精度低，热脱扣器受环境温度的影响大。随着技术的发展，采用微控制器的电子过电流保护装置得到很大的应用，大大提高了检测速度和精度。同时现有的塑壳断路器还具有通信功能，通信功能的实现一般采用外置式通信模块，与本体是分离的，体积相对较大，与本体的连线较多，而采用通信一体化的断路器对于简化接线，方便使用有一定的积极意义。

发明内容

本实用新型是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，功能丰富，不需再加外部的通信模块就能直接实现通信的带通信功能的塑壳断路器。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种带通信功能的塑壳断路器，包括塑壳断路器本体和过电流保护装置，所述的过电流保护装置与塑壳断路器本体连接，其特征在于所述的过电流保护装置包括整流取样电路、电源电路、信号放大电路、控制电路、脱扣电路、指示电路和通信电路，整流取样电路与电源电路和信号放大电路连接，电源电路与信号放大电路、脱扣电路、控制电路、通信电路和指示电路连接，控制电路与信号放大电路、脱扣电路、指示电路和通信电路连接。

本实用新型所述的信号放大电路由电阻R5-R12和芯片U1组成，整流取样电路输出的取样信号IA、IB、IC、IN分别与电阻R5、R7、R9、R11的一端连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和芯片U1的2脚连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端和芯片U1的6脚连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端和芯片U1的9脚连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端和芯片U1的13脚连接，芯片U1的4脚接电压VCC，芯片U1的3、5、12、10、11脚共同接地，电阻R6的另一端接芯片U1的1脚后输出信号SA1，电阻R8的另一端接芯片U1的7脚后输出信号SB1，电阻R10的另一端接芯片U1的8脚后输出信号SC1，电阻R12的另一端接芯片U1的14脚后输出信号SN1，信号SA1、SB1、SC1、SN1分别与控制电路中的微控制器U8的12、11、10、9脚连接。

本实用新型所述的电源电路包括滤波保护电路、恒压控制电路、启动控制电路、基准电压电路和5V电源电路，滤波保护电路与整流取样电路、5V电源电路、启动控制电路、恒压控制电路和基准电压电路连接，恒压控制电路与启动控制电路、基准电压电路和整流取样电路连接，输出的电源电压与信号放大电路、脱扣电路、控制电路、通信电路和指示电路连接。

本实用新型所述的电源电路还包括微充电电路，微充电电路与电源电路的滤波保护电路连接。

本实用新型所述的控制电路包括微控制器U8、复位芯片U9、存储器U7、晶振电路、基准电路、设定电路、断路器位置检测电路、测试插座X2和电源识别电路，微控制器U8与电源电路、信号放大电路、脱扣电路、指示电路、通信电路、存储器U7、复位芯片U9、测试插座X2、基准电路、电源识别电路、断路器位置检测电路、设定电路和晶振电路连接，基准电路、断路器位置控制电路、电源识别电路、复位芯片U9、存储器U7和测试插座X2接电源电路。

本实用新型所述的脱扣电路由晶体管V2、二极管D8、电阻R24-R26、电容C12和光耦O1组成，电阻R24的一端、二极管D8的阴极和脱扣线圈L1的一端接电源电路输出的电压VCC1，二极管D8的阳极和脱扣线圈L1的另一端接晶体管V2的集电极，电阻R24的另一端接光耦O1的一输出端，晶体管V2的基极和电容C12的一端接光耦O1的另一输出端，电阻R25、R26的一端接电源电路输出的电压VCC，电阻R25的另一端和光耦O1的一输入端接控制电路中的微控制器U8的59脚，电阻R26的另一端和光耦O1的另一输入端接微控制器U8的58脚。

本实用新型所述的指示电路由电阻R31-R33和发光二极管LED1-LED3组成，电阻R31-R33的一端分别与控制电路中的微控制器U8的22、21、20脚连接，电阻R31-R33的另一端分别与发光二极管LED1-LED3的阴极连接，发光二极管LED1-LED3的阳极接电压VCC。

本实用新型所述的通信电路包括隔离电源电路、通信隔离电路、远程/本地控制切换电路和电操控制电路，隔离电源电路与外部的辅助电源、通信隔离电路、远程/本地控制切换电路和电操控制电路连接，通信隔离电路与控制电路和电源电路连接，远程/本地控制切换电路与控制电路和电源电路连接，电操控制电路与控制电路和电源电路连接。

本实用新型由于采用上述技术方案，和现有产品相比，结构紧凑，功能丰富，不需再加外部的通信模块就能直接实现通信，从而实现遥控、遥测、遥调、遥信的功能，进而对电操进行控制，还能通过远程与本地控制的切换允许或禁止上位机的写入命令操作。

附图说明

图1为本实用新型原理框图。

图2为本实用新型的整流取样电路图。

图3为本实用新型的信号放大电路图。

图4为本实用新型的电源电路图。

图5为本实用新型的控制电路图。

图6为本实用新型的脱扣电路图。

图7为本实用新型的指示电路图。

图8为本实用新型的通信电路图。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，一种带通信功能的断路器，塑壳断路器本体和过电流保护装置，所述的过电流保护装置与塑壳断路器本体连接，所述的过电流保护装置包括整流及取样电路、电源电路、信号放大电路、控制电路、指示电路，通信电路，其中所述的通信电路包括隔离电源电路、通信隔离电路、电操控制电路、远程/本地切换电路。整流取样电路，对塑壳断路器本体的电流互感器输出的电流信号进行整流，同时通过整流取样电路的取样电阻得到测量信号。将经过整流后的电压送入电源电路，产生过电流保护装置正常工作所需的电源。信号放大电路将取样信号进行反相放大。由控制电路对放大后的信号经A/D转换后进行计算，并比照设定值进行相应的处理，并发出相应的指令，当达到动作条件时，则发出脱扣信号至脱扣电路，脱扣电路收到控制电路发来的脱扣信号后，由晶体管驱动塑壳断路器本体的脱扣线圈，使脱扣装置动作分断断路器。通信电路，实现通信的隔离，电源的转换，电操控制，本地/远程信号的切换。指示电路，指示运行状态。

请参阅图2为整流取样电路，整流取样电路由整流桥B1～B4、取样电阻R1～R4组成。整流取样电路，对塑壳断路器本体的电流互感器输出的电流信号进行整流后电压VIN送入电源电路，同时通过整流取样电路的取样电阻得到取样信号IA、IB、IC、IN送入信号放大电路。

请参阅图3为信号放大电路，信号放大电路由电阻R5～R12、芯片U1组成信号放大电路，其中U1为通用运算放大器芯片，可以采用LM324、LM2902等。信号放大电路，对整流取样电路输出的取样信号IA、IB、IC、IN进行反相放大后，再将信号SA1、SB1、SC1、SN1送入控制电路。

请参阅图4为电源电路，电源电路包括由二极管D1、D2、D3、电容C3、TVS管VZ1组成的滤波保护电路，由二极管D6、电阻R14～R17、芯片U3、MOS管V1组成的恒压控制电路，由二极管D4、D5、电阻R18～R22、芯片U4组成的启动控制电路，由电阻R13、电容C1、基准电压芯片U2组成的基准电压电路，以及由电容C4～C6、电源芯片U5组成的5V电源电路。

整流取样电路整流后的电压VIN经滤波保护电路的防反向二极管D3后，由电容C3滤波后的电压VCC1提供给比较器芯片U3、U4、5V电源电路、基准电压电路作为电源，同时作为脱扣电路的脱扣电压。电容C4、C5、C6为去耦滤波电容。TVS管VZ1为瞬态电压抑制二极管，吸收异常的尖峰电压。基准电压电路提供启动控制电路和恒压控制电路的比较器芯片U3、U4所需的参考电压2.5V，电阻R13为限流电阻，C1为滤波电容。恒压控制电路通过分压电阻R14、R15检测前级电源电压VCC1的变化，与参考电压2.5V进行比较，通过比较器芯片U3A控制MOS管V1的导通和关闭，使电压VCC1保持在一定的范围，MOS管V1的漏极接整流取样电路的电压VIN，电阻R16为反馈电阻，可以调节MOS管V1的工作频率，电阻R17为下拉电阻。启动控制电路通过分压电阻R18、R19检测前级电源电压VCC1，与参考电压2.5V进行比较，在电压VCC1达到一定值通过比较器芯片U4A控制5V电源芯片U5输出5V电压VCC，在电压VCC1低于一定值时禁止5V电源芯片U5输出电压VCC，R20为反馈电阻，用来调节回差电压，R21为上拉电阻，R22为模拟负载。滤波保护电路的电压VIO1、VIO分别接启动控制电路的电压VIO1、VIO，滤波保护电路的电压VIO接恒压控制电路的电压VIO。电源电路还包括由续流电容C2、限流电阻R23、防反向二极管D7组成的微充电电路，限流电阻R23的一端和防反向二极管D7的阴极接滤波保护电路的电压VCC1，用于提供后备电源。电压VCC、VIO、VIO1与控制电路连接，电压VCC与信号放大电路连接，电压VCC、VCC1与脱扣电路连接，电压VCC与指示电路连接，电压VCC、VIO与通信电路连接。D1～D6为防反向二极管。其中基准电压芯片U2使用并联型基准，本实用新型采用基准电压芯片LM385，其中U3、U4采用比较器LM393芯片，电源芯片U5采用电源芯片MAX1615。

请参阅图5为控制电路，控制电路包括微控制器U8，复位芯片U9，由晶振G1、电容C14、C15组成的晶振电路，由基准电压芯片U6、电容C13、电阻R27组成的基准电路，存储器U7，由编码开关S1～S6组成的设定电路，由微动开关AK1、光耦O2、二极管D9和电阻R28组成断路器位置检测电路，以及测试插座X2。

在电源电路的5V电压VCC产生后接微控制器U8的14、32、33、49、50、68、69脚，微控制器U8的36、37脚接由电容C14、C15和晶振G1组成的晶振电路和微控制器U8的1脚接复位芯片U9以保证微控制器U8正常工作，微控制器U8的9、10、11、12脚对信号放大电路输出的信号，以基准电压芯片U6产生的电压Vref为参考进行A/D转换，得到对应于互感器电流的数值，微控制器U8的28-31、38-45、60-63脚与设定电路连接，同时根据编码开关S1～S6组成的设定电路的设定值，进行相关的运算和处理，执行有关的命令。达到一定的条件后输出相应的控制信号点亮指示电路相应的指示灯，符合动作条件时发出脱扣指令至脱扣电路并将有关的故障信息等数据写入储存器U7。在进行通信时，将有关的设置变化存入存储器U7，存储器U7的6、2、5、1脚分别与微控制器U8的73、74、76、77脚连接。微动开关AK1、光耦O2、二极管D9和限流电阻R28组成断路器位置检测电路并与微控制器U8的24脚连接，微控制器U8据此判别，作出相应的状态指示。测试插座X2外接测试器，微控制器U8的79、80脚与测试插座X2连接。其中电压芯片U6采用并联型基准芯片LM385，存储器U7采用存储器AT25640，微控制器U8使用微控制器C515，复位芯片U9采用复位芯片MAX821。

请参阅图6为脱扣电路，脱扣电路由晶体管V2、二极管D8、电阻R24-R26、电容C12、光耦O1组成。在正常工作时，光耦O1的TRIPN端为低电平，TRIPY端为高电平，通过限流电阻R25、R26和光耦O1实现互锁，提高抗干扰能力。在符合动作条件时，微控制器U8发出脱扣信号，TRIPN端变为高电平，TRIPY端为低电平，使光耦O1导通，通过限流电阻R24后使晶体管V2导通，进而使塑壳断路器本体的脱扣线圈L1动作，塑壳断路器脱扣机构分断断路器。D8为续流二极管，C12为去耦电容。

图7为指示电路，指示电路由限流电阻R31～R33、发光二极管LED1、LED2、LED3组成，当微控制器输出有关的低电平点灯信号时，相关的指示灯点亮，如正常工作时LED1点亮，达到预报警值时LED2点亮，超过过载值时LED3点亮。

图8为通信电路，通信电路包括由压敏电阻RV1、电容C17～C19、电源模块P1、P2、整流桥B5组成隔离电源电路，由电阻R34～R36，电阻R39～R44、光耦O4～O6、发光二极管LED4、接插座1X2和RS485通信芯片U10组成通信隔离电路，由电阻R38、R45、光耦O8组成远程/本地控制切换电路，由电阻R37、电容C16、光耦O7、续流二极管D10、继电器K1组成电操控制电路。辅助电源DC24V经压敏电阻RV1、整流桥B5后由电源模块P1、P2隔离变换，得到合适的电压VIO、SVCC提供给有关的电路使用。通信隔离电路的RXD、TXDIR、TXD端分别接微控制器U8的15、17、16脚，电阻R34、R35、R36的一端与电源电路的电压VCC连接，电阻R39-R42的一端、RS485通信芯片U10的8脚和接插座1X2的6脚与隔离电源电路的电压SVCC连接，通信隔离电路将微控制器U8的TTL电平信号转换成RS485通信芯片U10的总线电平。其中LED4指示通信状态，通信时闪烁，接插座1X2为通信物理接口，采用DB9等类型的插座。远程/本地控制切换电路的RMKZ端接微控制器U8的19脚，电阻R45一端与隔离电源电路的电压VI+连接，电阻R38的一端与电源电路的电压VCC连接，接点J4与隔离电源电路的电压VI-连接，远程/本地控制切换电路通过接点J4、J5的断开或短接，实现远程/本地控制的状态切换。电操控制电路的DCKZ端接微控制器U8的18脚，电阻R37的一端与电源电路的电压VCC连接，续流二极管D10的阴极和继电器K1线圈的一端与隔离电源电路的电压VI+连接，光耦O7的一输出端与隔离电源电路的电压V1-连接，电操控制电路通过接点J1、J2、J3控制电操的合和分。其中电源模块P1采用WRB2412，电源模块P2采用B1205，RS485通信芯片U10优先采用SN65LBC184(或者MAX13410等)。

Claims (8)

1.一种带通信功能的塑壳断路器，包括塑壳断路器本体和过电流保护装置，所述的过电流保护装置与塑壳断路器本体连接，其特征在于所述的过电流保护装置包括整流取样电路、电源电路、信号放大电路、控制电路、脱扣电路、指示电路和通信电路，整流取样电路与电源电路和信号放大电路连接，电源电路与信号放大电路、脱扣电路、控制电路、通信电路和指示电路连接，控制电路与信号放大电路、脱扣电路、指示电路和通信电路连接。

2.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的信号放大电路由电阻R5-R12和芯片U1组成，整流取样电路输出的取样信号IA、IB、IC、IN分别与电阻R5、R7、R9、R11的一端连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和芯片U1的2脚连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端和芯片U1的6脚连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端和芯片U1的9脚连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端和芯片U1的13脚连接，芯片U1的4脚接电压VCC，芯片U1的3、5、12、10、11脚共同接地，电阻R6的另一端接芯片U1的1脚后输出信号SA1，电阻R8的另一端接芯片U1的7脚后输出信号SB1，电阻R10的另一端接芯片U1的8脚后输出信号SC1，电阻R12的另一端接芯片U1的14脚后输出信号SN1，信号SA1、SB1、SC1、SN1分别与控制电路中的微控制器U8的12、11、10、9脚连接。

3.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的电源电路包括滤波保护电路、恒压控制电路、启动控制电路、基准电压电路和5V电源电路，滤波保护电路与整流取样电路、5V电源电路、启动控制电路、恒压控制电路和基准电压电路连接，恒压控制电路与启动控制电路、基准电压电路和整流取样电路连接，输出的电源电压与信号放大电路、脱扣电路、控制电路、通信电路和指示电路连接。

4.根据权利要求3所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的电源电路还包括微充电电路，微充电电路与电源电路的滤波保护电路连接。

5.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的控制电路包括微控制器U8、复位芯片U9、存储器U7、晶振电路、基准电路、设定电路、断路器位置检测电路、测试插座X2和电源识别电路，微控制器U8与电源电路、信号放大电路、脱扣电路、指示电路、通信电路、存储器U7、复位芯片U9、测试插座X2、基准电路、电源识别电路、断路器位置检测电路、设定电路和晶振电路连接，基准电路、断路器位置控制电路、电源识别电路、复位芯片U9、存储器U7和测试插座X2接电源电路。

6.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的脱扣电路由晶体管V2、二极管D8、电阻R24-R26、电容C12和光耦O1组成，电阻R24的一端、二极管D8的阴极和脱扣线圈L1的一端接电源电路输出的电压VCC1，二极管D8的阳极和脱扣线圈L1的另一端接晶体管V2的集电极，电阻R24的另一端接光耦O1的一输出端，晶体管V2的基极和电容C12的一端接光耦O1的另一输出端，电阻R25、R26的一端接电源电路输出的电压VCC，电阻R25的另一端和光耦O1的一输入端接控制电路中的微控制器U8的59脚，电阻R26的另一端和光耦O1的另一输入端接微控制器U8的58脚。

7.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的指示电路由电阻R31-R33和发光二极管LED1-LED3组成，电阻R31-R33的一端分别与控制电路中的微控制器U8的22、21、20脚连接，电阻R31-R33的另一端分别与发光二极管LED1-LED3的阴极连接，发光二极管LED1-LED3的阳极接电压VCC。

8.根据权利要求1所述的带通信功能的塑壳断路器，其特征在于所述的通信电路包括隔离电源电路、通信隔离电路、远程/本地控制切换电路和电操控制电路，隔离电源电路与外部的辅助电源、通信隔离电路、远程/本地控制切换电路和电操控制电路连接，通信隔离电路与控制电路和电源电路连接，远程/本地控制切换电路与控制电路和电源电路连接，电操控制电路与控制电路和电源电路连接。

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