CN203180781U - 一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块，包括一个单端反激变换器，单端反激变换器包括滤波电路、脉冲控制单元和脉冲升压单元，滤波电路用于从高压CT线圈上取电并供给脉冲控制单元和脉冲升压单元，脉冲升压单元包括脉冲变压器及其次级绕组边连接的二极管和储能电容，脉冲变压器的初级绕组边连接有包括开关管和脉冲发生器的脉冲控制单元；脉冲升压单元的输出端用于给断路器的脱扣线圈供电。本实用新型的无源型微机综合保护装置的储能升压模块采用了变压器反激的方式进行升压，不仅完全隔离了低压与高压部分，提高了装置的稳定性和实用性；同时模块使用元件数量少，价格也较为便宜；模块自身功耗较小，对输入功率要求较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块。
背景技术
目前国内绝大多数微机综保装置保护在使用时需要输入辅助电源，这就要求有外部电源，需要配备PT柜，直流屏，UPS等，成本会高很多。对于某些应用场所，如环网柜、配电线路末端，要求用户配备PT柜，直流屏或UPS不但成本高，并且也不现实；另外，如果配备UPS或蓄电池不但增加成本，同时也增加了检修难度；如果仅仅配备PT柜，当线路发生相间或三相短路时PT会失电，保护装置及断路器会失去工作电源，失去保护功能，丧失继电保护的基本作用。所以如果直接采用无源综保，直接从高压CT取电来工作于保护装置或断路器，不但可以解决如上问题，而且可以降低用户成本，现场应用前景广阔。
由于装置直接从高压CT上取电来用于保护工作跳闸，所以必须考虑到脱扣能量的储存，以便在保护动作后使脱扣线圈进行动作，所以我们使用了升压模块来给储能电容充电，达到额定电压后即可满足脱扣线圈的动作需求。
根据装置对升压电路的要求，我们没有采用简单的升压斩波电路(Boost Chopper)，而是采用了变压器反激的原理进行电压的抬升，主要是普通的Boost Chopper在这个场合有一定的限制。目前采用的基本的Boost Chopper如图1所示，该电路的输出电压为:
由该公式可得，输出电压U0的大小直接与占空比α和输入电压E有关，由于前端的输入电压可能随CT电流而在15V～30V拨动，那么就需要对占空比进行控制，这样不仅浪费了系统的资源，而且在控制全控管时产生的电平隔离也会带来多余的成本。
另外，由图1可知，基本的Boost Chopper电路是没有过流保护装置的，如果出现意外，在干扰的情况下全控管没有正常关断，可能会导致管和电感的损坏，导致系统功能的丧失。同时，由于没有电流限制功能，可能会导致输入功率过大，影响系统其它模块的正常工作。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块，以解决现有无源型微机综合保护装置的升压模块不能实现过流保护及电流限制的功能。
为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块，包括一个单端反激变换器，所述单端反激变换器包括滤波电路、脉冲控制单元和脉冲升压单元，所述滤波电路用于从高压CT线圈上取电并供给脉冲控制单元和脉冲升压单元，所述脉冲升压单元包括脉冲变压器及其次级绕组边连接的二极管和储能电容，脉冲变压器的初级绕组边连接有包括开关管和脉冲发生器的脉冲控制单元；所述脉冲升压单元的输出端用于给断路器的脱扣线圈供电。
所述脉冲控制单元设有一个用于连接反馈电路的反馈信号采集输入端，所述反馈电路用于反馈脉冲升压单元的输出电压。
所述反馈电路还设有用于与中央处理器控制连接的第二反馈端子。
所述反馈电路为稳压管和两个光电耦合器组成的串联电路，其中一个光电耦合器形成第一反馈端子，其输出端与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端连接，另一个光电耦合器形成第二反馈端子，其输出端用于与中央处理器控制连接。
所述反馈电路为稳压管和光电耦合器组成的串联电路，所述光电耦合器的输出端分别用于与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端和中央处理器控制输入端连接。
所述滤波电路和脉冲升压单元之间的供电电路上串联有一个限流电阻。
所述脉冲控制单元为双级型线性集成电路芯片MC34063。
所述光电耦合器采用TLP127芯片，稳压管采用齐纳二极管ZD250V。
所述滤波电路由共轭线圈和电解电容组成。
本实用新型的无源型微机综合保护装置的储能升压模块主要由隔离电路、脉冲控制单元和脉冲升压单元构成，采用了变压器反激的方式进行升压，可以将12～30V的输入电压抬升至250V，不仅完全隔离了低压与高压部分，提高了装置的稳定性和实用性；同时模块使用元件数量少，价格也较为便宜；模块自身功耗较小，对输入功率要求较低，可以快速的完成充电过程，安全、快速的使脱扣电容充电至所需电压。
另外，反馈电路的设置不仅能够实现对储能电容电压抬升的控制，并可为中央处理器反馈电压充电完成提供信号量，通知中央处理器电压脱扣已准备好，可以进行断路器跳闸。
附图说明
图1为本实用新型现有升压模块Boost Chopper电路原理图；
图2为本实用新型无源型微机综合保护装置的储能升压模块原理框图；
图3为本实用新型无源型微机综合保护装置的储能升压模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
如图2所示为本实用新型无源型微机综合保护装置的储能升压模块实施例的原理框图，由图可知，该模块包括一个由滤波电路、脉冲控制单元和脉冲升压单元组成的单端反激变换器，滤波电路用于从高压CT线圈上取电并供给脉冲控制单元和脉冲升压单元，脉冲升压单元包括脉冲变压器及其次级绕组边连接的二极管和储能电容，脉冲变压器的初级绕组边连接有包括开关管和脉冲发生器的脉冲控制单元；脉冲升压单元的电源输出端用于给断路器的脱扣线圈供电。
如图3所示，本实施例的滤波电路由共轭线圈和电解电容C1组成，由于该储能升压模块属于开关电源，所以会产生大量谐波，此处采用这两个元件可以减小模块对整个装置系统其它部分的影响。
本实施例的脉冲控制单元采用双级型线性集成电路芯片MC34063；这个芯片内部带有晶体管和脉冲发生器，脉冲发生器通过恒流源对外接电容C2不断地充电和放电，以产生振荡脉冲波形，脉冲发生器的开关频率可以根据外接电容C2的容量大小的选择来调整，由于充电和放电电流都是恒定的，所以即使外部电压有所浮动，也可以保证开关频率的稳定。在这里，开关频率的选择会影响到变压器的体积和整个模块的功耗，因此本实施例的储能升压模块选择开关频率为60kHz。
滤波电路和脉冲升压单元之间的供电电路上串联有一个限流电阻R1，设置于芯片前端，用来控制流入脉冲变压器的电流，这个流入电流如果过大的话，会影响整个综合保护装置供电系统的功率分配，本实施例中我们选择了1欧姆的电阻，当这个电阻上的压降超过300mV时，即流入脉冲变压器的电流超过0.3A时，芯片将自动关断内部的晶体管，起到了功率限制的作用。
如图3所示，本实用新型储能升压模块的脉冲控制单元设有一个用于连接反馈电路的反馈信号采集输入端，反馈电路用于反馈脉冲升压单元的输出电压，该反馈电路还设有用于与中央处理器控制连接的第二反馈端子。本实施例的反馈电路采用电阻R7、稳压管D3和两个光电耦合器T1和T2组成的串联电路，电阻R6并联在两个光电耦合器串联支路的两端；光电耦合器T1形成第一反馈端子，其输出端通过电阻R5与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端连接，并且T1的输出分别通过电阻R2和R3连接在电解电容C1的两端；光电耦合器T2形成第二反馈端子，其输出端用于与中央处理器控制连接，此处光电耦合器采用TLP127芯片，稳压管采用齐纳二极管ZD250V，经实测，该回路消耗0.25W功率，减少了整个储能升压模块的损耗。
脉冲升压单元采用脉冲变压器B1及脉冲变压器的次级绕组回路中连接的二极管D1和升压电容C3,升压电容C3两端并联有一个负载电阻R8；负载电阻R8两端并联有正向导通反向截止的二极管D2和储存驱动脱扣线圈能量的储能电容C4组成的串联支路。
本实用新型使用脉冲变压器反激升压的方法，具体原理如下：当芯片MC34063中的晶体管导通时，直流输入电压首先对脉冲变压器B1的初级绕组供电，电流在脉冲变压器初级绕组两端会产生自感电动势ε1；同时，通过互感的作用，在脉冲变压器次级绕组两端也会产生感应电动势ε2；当晶体管由接通状态忽然转为关断时，电流在脉冲变压器初级绕组中存储的能量也会产生反电动势ε1；同时，通过互感的作用，在次级绕组中也会产生反电动势ε2。因此，在晶体管开通和关断的时候，在脉冲变压器初级和次级线圈中产生的感应电动势方向是不一样的。
在图3所示电路中，芯片MC34063中的晶体管打开期间，B1初级线圈电压为上正下负，根据同名端指示，B1次级线圈感应电压为下正上负，二极管D1反偏截止，次级线圈中无电流流过；当晶体管关断期间，B1初级线圈感应电动势为下正上负，次级线圈感应电动势为上正下负，二极管导通，铁芯中所存储的能量就充入升压电容C3中，如此循环，在每一个周期内就为升压电容C3进行一次充电，从而抬升了C3的电压。在这里，脉冲变压器的变比只能起到简单的电压抬升作用，升压电容电压的升高主要是由脉冲变压器的铁芯储能和方向控制二极管D1来完成的。所以输入电压在一个较宽的范围内浮动时，输出电压都可以稳定上升至所需电压值。
当储能电容C4的电压升至所需电压后，齐纳二极管D3雪崩导通，光电耦合器T1工作，将反馈信号输入到主控芯片MC34063中，使芯片停止工作，实现了对电压抬升的控制。同时，光电耦合器T2导通，向中央处理器发出信号，告诉中央处理器电压脱扣已准备好，可以进行跳闸。
本实用新型的无源型微机综合保护装置的储能升压模块采用PWM模块控制脉冲变压器，通过反激将DC24V抬升到DC250V，并将电能储存在蓄能电容中以供断路器的电压脱扣线圈使用，使装置在不需辅助电源的情况下，能够直接操作断路器进行跳闸，其最大优点是电压抬升速度快、模块体积小、发热小，特别适用于无源装置的蓄能部分。
当然反馈电路也可以采用稳压管和光电耦合器组成的串联电路，光电耦合器的输出端分别用于与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端和中央处理器控制输入端连接，凡是能够实现该反馈功能的等效变换电路均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：包括一个单端反激变换器，所述单端反激变换器包括滤波电路、脉冲控制单元和脉冲升压单元，所述滤波电路用于从高压CT线圈上取电并供给脉冲控制单元和脉冲升压单元，所述脉冲升压单元包括脉冲变压器及其次级绕组边连接的二极管和储能电容，脉冲变压器的初级绕组边连接有包括开关管和脉冲发生器的脉冲控制单元；所述脉冲升压单元的输出端用于给断路器的脱扣线圈供电。
2.根据权利要求1所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述脉冲控制单元设有一个用于连接反馈电路的反馈信号采集输入端，所述反馈电路用于反馈脉冲升压单元的输出电压。
3.根据权利要求2所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述反馈电路还设有用于与中央处理器控制连接的第二反馈端子。
4.根据权利要求3所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述反馈电路为稳压管和两个光电耦合器组成的串联电路，其中一个光电耦合器形成第一反馈端子，其输出端与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端连接，另一个光电耦合器形成第二反馈端子，其输出端用于与中央处理器控制连接。
5.根据权利要求2所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述反馈电路为稳压管和光电耦合器组成的串联电路，所述光电耦合器的输出端分别用于与脉冲控制单元的反馈信号采集输入端和中央处理器控制输入端连接。
6.根据权利要求4或5所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述滤波电路和脉冲升压单元之间的供电电路上串联有一个限流电阻。
7.根据权利要求6所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述脉冲控制单元为双级型线性集成电路芯片MC34063。
8.根据权利要求7所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述光电耦合器采用TLP127芯片，稳压管采用齐纳二极管ZD250V。
9.根据权利要求8所述的无源型微机综合保护装置的储能升压模块，其特征在于：所述滤波电路由共轭线圈和电解电容组成。
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