CN202405190U - 微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路，包括：供电单元；控制单元，用于完成采样信号的分析运算并发出控制指令；继电器开关单元，用于控制继电器的线圈开关的开通、关断；控制采样单元，用于采样用户设定的自动重合次数、自动重合次数有效作用时间以及自动重合延时的参数，将参数转化成电压信号输出至控制单元；故障状态读取单元，用于读取微型断路器的状态信号并将状态信号输出至控制单元；通信单元，接收来自控制单元传输过来的微型断路器的状态信号并将状态信号传输至远端的通信设备。相较于现有技术，本实用新型带通信功能，电路电源部分效率高，发热量低，可靠性高，控制参数可以人性化设定，抗电磁干扰性能强。

Description

微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种应用于微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路。 

背景技术

随着断路器的标准化和稳定性的提高，其用途日益广泛，可应用于住宅、工业及商业中所有的配电场合，它是一种应用最广泛的保险装置；同时，也是一种重要的自动控制设备。它主要有两个用途：一是控制作用，即根据电网运行的需要投入或切出一部分设备或线路；二是保护作用，即在电力元件或线路发生故障时，能自动迅速有选择地将故障元件和线路从运行的系统中切除分离出来，避免故障元件继续遭受损害，并保证无故障部分能迅速恢复正常。 

以普遍应用的低压断路器为例，低压断路器是低压配电系统中起通断控制及保护作用的重要元件。目前，社会上正在使用的低压配电系统中广泛采用断路器用以保护供电系统中的线路不受损害，即当发生相间短路、短时停电等故障时，断路器将会自动跳闸，以实现保护的任务。这种技术方案，虽具有对供电线路及其设备的保护功能，但当故障消除后需要人工合闸送电，所以存在不能及时送电和浪费人力的缺陷。 

由此，业界又提出了一种具有自动重合闸功能的继电器保护装置，其可以实现故障跳闸后重新合闸，但由于继电器保护装置因装配在低压配电系统中，无法监测断路器实时状态。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路，用于解决现有技术中故障动作后不能及时自动重合以及无法监测断路器实时状态的问题。 

本实用新型提供一种微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路，包括：供电单元，用于通过整流以及电平转换，提供适用的供电电源；控制单元，与所述供电单元连接，用于完成采样信号的分析运算，并发出相应控制指令；继电器开关单元，与所述供电单元连接并受所述控制单元控制，用于控制继电器的线圈开关的开通、关断；控制采样单元，用于采样用户设定的包括自动重合次数、自动重合次数有效作用时间以及自动重合延时在内的参数， 将所述参数转化成电压信号输出至所述控制单元；故障状态读取单元，用于读取微型断路器的状态信号，并将所述状态信号输出至所述控制单元；通信单元，接收来自所述控制单元传输过来的微型断路器的状态信号，并将所述状态信号传输至远端的通信设备，实现远端监测。 

可选地，所述供电单元的电平转换包括：将市电交流电压转换为直流低电压。 

可选地，所述直流低电压包括5V 和24V。 

可选地，所述供电单元包括：位于前端且相互并联的第一、第二压敏电阻以及安规电容；半波整流电路，包括：整流二极管与所述整流二极管连接的电阻；稳压电路，包括：第一稳压管、第二电阻和第一三极管；分别位于所述稳压电路两端的第一、第二储能电容；分别位于所述稳压电路两端、与所述第一、第二储能电容并联的第一、第二保护元件；功率MOS管；栅极驱动电路，包括：第二稳压管、与所述稳压管连接的分压电阻；与所述栅极驱动电路连接的功率MOS管栅极电压钳制电路，包括：第二三极管、与所述第二三极管连接的第三稳压管、以及分压电阻。 

可选地，所述控制单元包括微控制器MCU芯片。 

可选地，所述继电器开关单元包括两路开关电路；每一路开关电路包括电容、三极管、继电器以及电阻；每一路开关电路均受所述控制单元控制，根据所述控制单元的控制指令而控制开关电路内的所述继电器的触点的开通、关断。 

可选地，所述控制采样单元包括：自动重合次数电路、自动重合次数有效作用时间电路以及自动重合延时电路；所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路均包括：作为分压的电位器和电阻、以及与所述电阻并联的去耦电容；每一个所述电阻上分得的电压信号传输至所述控制单元。 

可选地，所述自动重合控制电路还包括与所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路连接的电路状态指示单元，所述电路状态指示单元并受所述控制单元控制，用于指示所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路的状态。 

可选地，所述电路状态指示单元包括发光二极管LED。 

可选地，所述故障状态读取单元包括两路故障状态读取电路；每一路故障状态读取电路包括电容以及电阻；每一路故障状态读取电路通过输入电压与地电位之间电位差来读取微型 断路器的状态信号，并将所述状态信号输出至所述控制单元。 

可选地，每一路所述故障状态读取电路通过输入电压与地电位之间电位差来读取微型断路器的状态信号包括：若输入电压与地电位之间电位差为高电位，则表示正常信号；若输入电压与地电位之间电位差为低电位，则表示故障信号。 

可选地，所述通信单元包括通信芯片，所述通信芯片将接收自所述控制单元的微型断路器的状态信号转换为差分信号，并将所述差分信号传输至远端。 

本实用新型提供一种应用于微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路具有如下优点：电路电源提供标准输出，效率高，发热低，带负载能力强特点；控制参数可以人性化设定，控制精确，方便可靠；抗电磁干扰性能强；以及带通信传输功能，使得远端监测断路器实时状态成为可能，提高了产品的智能化水平，大大扩展了微型断路器的应用场景。 

附图说明

图1为本实用新型带通信功能的自动重合控制电路在一个实施方式中的结构框图。 

图2至图6为本实用新型带通信功能的自动重合控制电路在具体实施例中的电路示意图。 

具体实施方式

本实用新型的发明人发现：在现有的应用于微型断路器的自动重合控制电路，存在控制不便，可靠性较差，且不具有通信传输功能而无法实时监测断路器的状态等问题。 

因此，本实用新型的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种应用于微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路。 

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。 

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 

请参阅图1，其显示了本实用新型带通信功能的自动重合控制电路在一个实施方式中的结构框图。如图1所示，所述自动重合控制电路包括：供电单元11、控制单元12、继电器开关单元13、控制采样单元14、故障状态读取单元15、通信单元16、以及电路状态指示单元17。 

以下对上述各个单元进行详细描述。 

供电单元11，用于通过整流以及电平转换，以提供给各个单元适用的供电电源。在本实施例中，供电单元11的电平转换包括：将例如为110V、220V或230V的市电交流电压转换为直流的例如为3.3V、5V、12V或24V的低电压，通过PWM的方式对例如功率器件MOS管等器件进行控制，可以在较宽电压范围内提供标准输出，具有转换效率高、发热低、输入电压范围宽、带负载能力强、驱动电流大等特点。 

控制单元12, 与供电单元连接，用于完成采样信号的分析运算，并发出相应控制指令。在本实施例中，控制单元12主要包括高性能低功耗的微控制器MCU芯片。 

继电器开关单元13，与供电单元连接并受所述控制单元控制，用于控制继电器的线圈开关的开通、关断。在本实施例中，继电器开关单元13采用高性能超薄大电流继电器，具有开通、关断可靠，驱动能力强，瞬时电流可以达到5A，使用寿命长等特点。 

控制采样单元14，用于采样用户设定的包括自动重合次数、自动重合次数有效作用时间以及自动重合延时在内的参数，将所述参数转化成电压信号传送至控制单元12。 

电路状态指示单元17，与控制采样单元14中的所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路连接，并受控制单元12控制，用于指示所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路的状态。在本实施例中，电路状态指示单元17包括利用发光二极管LED灯指示电路状态。在具体应用中，发光二极管LED灯可以有用于表示各个状态的多种指示形式，例如灯常亮、灯长灭，按照不同的灯闪频率进行闪烁等，在此不一而足，本领域的技术人员仍可在此基础上扩展。 

故障状态读取单元15，用于读取微型断路器的状态信号，并将所述状态信号输出至控制单元12。在本实施例中，故障信号和正常信号分别由读取的高电位和低电位来表示。 

通信单元16，接收来自控制单元12传输过来的微型断路器的状态信号，并将所述状态信号传输至建立通信连接（通过网络或传输接口，例如RS485）的远端的通信设备（例如如图1中的上位机），实现远端监测。在本实施例中，所述微型断路器的状态信号可以包括微型断路器的运行参数、故障类型、设定参数等状态信息。 

这样，利用通信单元16，即可将所述微型短路器的状态信号即时传输至远端，使得远端监测断路器实时状态成为可能，提高了产品的智能化水平。另外，由于具备远程监测功能，并在监测到微型断路器出现故障时即时知晓并举行相应维修，大大扩展了微型断路器的应用场景，使得微型断路器可以应用于如下场景：1、需要实现智能化组网的场所；2、无人值守的场所；3、人员难以接近的场所；4、线路及设备的绝缘水平受天气条件（温度、湿度）影响较大的场合；5、长时间断电会造成重大损失或导致高昂的维修费用的场合。上述场景具体例如：智能电网，公共照明，隧道技术系统，冷藏系统 ，泵站 ，无线电接收站 ，TV广播站 ，移动基站等。 

请继续参阅第2图至图6，其显示了本实用新型带通信功能的自动重合控制电路在具体实施例中的电路示意图。 

在供电单元11中，包括：位于前端且相互并联的压敏电阻RV1、RV2、安规电容C5；整流二极管与所述整流二极管连接的电阻构成半波整流电路；稳压管D1、电阻R8和三极管Q4构成稳压电路，其中，稳压管D1的一端接电源VCC，三极管Q4的基极与稳压管D1的另一端、电阻R8的第一端连接，三极管Q4的发射极极接地GND，三极管Q4的集电极与电阻R8的第二端连接；电容C3、C4作为储能元件分别位于所述稳压电路两端，其中，电容C3的一端接电源VCC，另一端接地GND；电容C4的一端接电源VCC，另一端与三极管Q4的集电极连接。瞬态抑制二极管TVS管D6、D7为保护单元分别位于所述稳压电路两端且与第一、第二储能电容C3、C4并联；快速功率MOS管Q1；电阻R1、R3、R6、稳压管D4构成快速功率MOS管Q1的栅极驱动电路；电阻R2、R4、R9、R10、稳压管D2和三极管Q5构成快速功率MOS管Q1的PWM驱动电路。 

控制单元12包括微控制器MCU芯片U1和与微控制器MCU芯片U1连接的去耦电容C6。 

继电器开关单元13包括两路开关电路，其中，电阻R5、电容C1、三极管Q3、继电器K1构成第一路开关电路，电阻R7，电容C2，三极管Q2，继电器K2构成第二路开关电路。其中的每一路开关电路均受控制单元12控制，根据控制单元12的控制指令而控制开关电路内的所述继电器的触点的开通、关断。 

控制采样单元14包括：自动重合次数电路、自动重合次数有效作用时间电路、自动重合延时电路以及用于与上述各个电路连接的电路状态指示电路。具体地，电位器RP1、电阻R21、电容C9构成自动重合次数电路，电阻R21与电容C9并联于信号输出端Number和接地GND之间，电位器RP1的固定端分别接电源VCC和接地GND，滑动端与信号输出端Number连接；电位器RP2、电阻R22、电容C10构成自动重合次数有效作用时间电路，电阻R22与电容C10并联于信号输出端Duration和接地GND之间，电位器RP2的固定端分别接电源VCC和接地GND，滑动端与信号输出端Duration连接；电位器RP3、电阻R23、电容C11构成自动重合延时电路，电阻R23与电容C11并联于信号输出端Delay Time和接地GND之间，电位器RP3的固定端分别接电源VCC和接地GND，滑动端与信号输出端Delay Time连接。 

电路状态指示单元17，由发光二极管LED和电阻R12构成，用于接收微控制器MCU芯片U1的控制指令。 

故障状态读取单元15包括两路故障状态读取电路，其中，电阻R13、R14、R17、R19、电容C12构成第一路故障状态读取电路，并包括输入信号端Y1和与微控制器MCU芯片U1连接的输出信号端Y1 input；电阻R15、R16、R18、R20，电容C13为另外一路，并包括输入信号端Y2和与微控制器MCU芯片U1连接的输出信号端Y2 input。 

通信单元16包括通信芯片U2以及由电阻R25、R24、电容C7构成的通信芯片U2的外围电路。通信芯片U2将接收自微控制器MCU芯片U1传过来的微型断路器的状态信号转换为差分信号，并将所述差分信号传输至远端。 

应用具有如图2所示的电路结构的自动重合控制电路，其工作原理如下： 

供电单元11中，快速功率MOS管Q1在电阻R1、R3、R6、稳压管D4的栅极驱动电路的驱动下导通，储能电容C4充电，电阻R2、R4、R9、R10、稳压管D2和三极管Q5组成快速功率MOS管Q1的PWM驱动电路，在设定的频率内导通三极管Q5，使储能电容C4维持在一定数值的充电电压；稳压管D1、电阻R8和三极管Q4构成的稳压电路进一步把储能电容C4上面的直流电压降低到微控制器MCU芯片U1可以接受的范围， C3为稳压电路的储能电容；瞬态抑制二极管TVS管D6、D7作为保护元件。压敏电阻RV1、RV2和安规电容C5为电路EMC设计需要，提高抗电磁干扰性能。 

继电器开关单元13中，电阻R5，电容C1，三极管Q3为三极管开关电路，控制信号由微 控制器MCU芯片U1发出，控制继电器K1触点的开通、关断。电阻R7，电容C2，三极管Q2为三极管开关电路，控制信号由微控制器MCU芯片U1发出，控制继电器K2触点的开通、关断。 

控制采样单元14中，电阻R21和电位器RP1分压，电容C9去耦，R21上面的电压信号被微控制器MCU芯片U1 AD通道采样得到；电阻R22和电位器RP2分压，电容C10去耦，R22上面的电压信号被微控制器MCU芯片U1 AD通道采样得到；电阻R23和电位器RP3分压，电容C11去耦，R23上面的电压信号被微控制器MCU芯片U1 AD通道采样得到。 

故障状态读取单元15，对于第一路故障状态读取电路，当读取到输入信号端Y1的输入电压与地电位之间电位差为高电位（例如VCC电平）时，表示正常信号；当读取到输入信号端Y1的输入电压与地电位之间电位差为低电位（例如零电平）时，表示故障信号。对于另一路状态读取电路，当读取到输入信号端Y2的输入电压与地电位之间电位差为高电位（例如VCC电平）或者低电位（例如零电平）时，分别表示不同的信号。另外，读取到的信号（高电位信号或低电位信号）通过电阻R13、R14、R17、R19后输出至微控制器MCU芯片U1，电阻R13、R14、R17、R19起限流、分压作用。 

通信单元16中，通过微控制器MCU芯片U1的I/O接口，将微型断路器的实时状态数据传输到通信芯片U2中，通信芯片U2把状态信号转化成差分信号传输出到通信接口（例如RS485接口），通过所述通信接口完成和上位机的通信，从而实现在远端实时监测的目的。 

电路状态指示单元17由发光二极管LED和电阻R12构成。控制单元通过MCU的某个IO发出不同频率的方波来驱动LED灯做快闪、慢闪、常亮、长灭等不同亮灭方式，分别表示电路的不同状态，方便用户读在现场读出电网的状态 

综上所述，本实用新型提供的应用于微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路具有如下优点：电路电源提供标准输出，效率高，发热低，带负载能力强特点；控制参数可以人性化设定，控制精确，方便可靠；抗电磁干扰性能强；以及带通信传输功能，使得远端监测断路器实时状态成为可能，提高了产品的智能化水平，大大扩展了微型断路器的应用场景。 

上述实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。  

Claims (12)

1.一种微型断路器中带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，包括：

供电单元，用于通过整流以及电平转换，提供适用的供电电源；

控制单元，与所述供电单元连接，用于完成采样信号的分析运算，并发出相应控制指令；

继电器开关单元，与所述供电单元连接并受所述控制单元控制，用于控制继电器的线圈开关的开通、关断；

控制采样单元，用于采样用户设定的包括自动重合次数、自动重合次数有效作用时间以及自动重合延时在内的参数，将所述参数转化成电压信号输出至所述控制单元；

故障状态读取单元，用于读取微型断路器的状态信号，并将所述状态信号输出至所述控制单元；

通信单元，接收来自所述控制单元传输过来的微型断路器的状态信号，并将所述状态信号传输至远端的通信设备，实现远端监测。

2.根据权利要求1所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述供电单元的电平转换包括：将市电交流电压转换为直流低电压。

3.根据权利要求2所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述直流低电压包括5V 和24V。

4.根据权利要求1、2或3所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述供电单元包括：

位于前端且相互并联的第一、第二压敏电阻以及安规电容；

半波整流电路，包括：整流二极管与所述整流二极管连接的电阻；

稳压电路，包括：第一稳压管、第二电阻和第一三极管；

分别位于所述稳压电路两端的第一、第二储能电容；

分别位于所述稳压电路两端、与所述第一、第二储能电容并联的第一、第二保护元件；功率MOS管；

栅极驱动电路，包括：第二稳压管、与所述稳压管连接的分压电阻；

与所述栅极驱动电路连接的功率MOS管栅极电压钳制电路，包括：第二三极管、与所述 第二三极管连接的第三稳压管、以及分压电阻。

5.根据权利要求1所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述控制单元包括微控制器MCU芯片。

6.根据权利要求1或5所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于：

所述继电器开关单元包括两路开关电路；

每一路开关电路包括电容、三极管、继电器以及电阻；每一路开关电路均受所述控制单元控制，根据所述控制单元的控制指令而控制开关电路内的所述继电器的触点的开通、关断。

7.根据权利要求1或5所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于：

所述控制采样单元包括：自动重合次数电路、自动重合次数有效作用时间电路以及自动重合延时电路；

所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路均包括：作为分压的电位器和电阻、以及与所述电阻并联的去耦电容；每一个所述电阻上分得的电压信号传输至所述控制单元。

8.根据权利要求7所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，还包括与所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路连接的电路状态指示单元，所述电路状态指示单元并受所述控制单元控制，用于指示所述自动重合次数电路、所述自动重合次数有效作用时间电路以及所述自动重合延时电路的状态。

9.根据权利要求8所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述电路状态指示单元包括发光二极管LED。

10.根据权利要求1或5所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于：

所述故障状态读取单元包括两路故障状态读取电路；

每一路故障状态读取电路包括电容以及电阻；每一路故障状态读取电路通过输入电压与地电位之间电位差来读取微型断路器的状态信号，并将所述状态信号输出至所述控制单元。 

11.根据权利要求10所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，每一路所述故障状态读取电路通过输入电压与地电位之间电位差来读取微型断路器的状态信号包括：若输入电压与地电位之间电位差为高电位，则表示正常信号；若输入电压与地电位之间电位差为低电位，则表示故障信号。

12.根据权利要求1或5所述的带通信功能的自动重合控制电路，其特征在于，所述通信单元包括通信芯片，所述通信芯片将接收自所述控制单元的微型断路器的状态信号转换为差分信号，并将所述差分信号传输至远端。 

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