CN204012680U - 信号调理电路及其组成的断路器的智能控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种信号调理电路及其组成的断路器的智能控制电路，智能控制电路包括微处理器电路、脱扣控制驱动电路以及依次连接的互感器和信号调理电路，信号调理电路包括依次连接的差分式减法电路和反相放大电路，差分式减法电路的两输入端分别与互感器的两个输出端电连接，差分式减法电路输出端与第一接地电阻、第一接地电容依次连接后接地，反相放大电路输出端与第二接地电阻、第二接地电容依次连接后接地，第一接地电阻与第一接地电容的连接处、第二接地电阻与第二接地电容的连接处分别与微处理器电路连接。信号调理电路能放大互感器采集的电流信号并且可消除噪声干扰，提高智能控制电路的控制精度，从而提高断路器的可靠性。

Description

信号调理电路及其组成的断路器的智能控制电路

技术领域

本实用新型涉及低压配电保护技术领域。具体地说，涉及一种信号调理电路及其组成的断路器的智能控制电路。

背景技术

断路器作为配电保护的基础设备，对电网的安全、稳定运行起到十分重要的作用。可靠性是配电保护系统的四大基本要求之一，所以断路器的可靠性尤为重要。而智能控制器是断路器正确完成功能的核心部件，用以监控和保护线路和设备，控制高压线路开关做分合闸操作，从而实现多种保护的配电自动化终端产品。

互感器是按比例变换电压或电流的设备，其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成小电压或小电流，以便作为测量仪表、保护设备及自动控制设备的输入信号。同时互感器还可以用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

互感器的输出电流或电压信号不能直接转换为数字信号，因为其输出的电流或电压信号比较小，因此在变换为数字信号之前必须进行调理，调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换为采集设备能够识别的标准信号，因为互感器收集的配电系统信号会存在电磁干扰，不能被系统正常识别，必须对其进行调理。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于互感器采集所得的电流值或电压值较小、并且存在电磁干扰，不能作为后续微处理器电路的输入信号，从而提出一种信号调理电路及具有该信号调理电路的断路器的智能控制电路，信号调理电路具有信号放大和滤波功能，能提高智能控制电路的控制精度、提高断路器的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种断路器的智能控制电路，包括微处理器电路以及分别与微处理器电路连接的脱扣控制驱动电路和信号采集电路，信号采集电路包括至少一路互感器和与互感器电连接的信号调理电路，信号调理电路包括依次串联连接的差分式减法电路和反相放大电路，差分式减法电路的两输入端分别与互感器的第一输出端、第二输出端电连接，差分式减法电路的输出端与第一接地电阻、第一接地电容依次连接后接地，反相放大电路的输出端与第二接地电阻、第二接地电容依次连接后接地，第一接地电阻与第一接地电容的连接处、第二接地电阻与第二接地电容的连接处分别与微处理器电路电连接。

作为优化，差分式减法电路包括第一运算放大器、第一放大电阻、第二放大电阻、第三放大电阻和第三接地电阻，第一放大电阻、第二放大电阻的一端分别与第一运算放大器的反相输入端、同相输入端连接，另一端分别作为差分式减法电路的两输入端，第三放大电阻的一端与第一运算放大器的反相输入端连接、另一端与第一运算放大器的输出端连接后作为差分式减法电路的输出端，第三接地电阻一端与第一运算放大器的同相输入端连接、另一端接地。

作为优化，反相放大电路包括第二运算放大器、第四放大电阻、第五放大电阻和第四接地电阻，第四放大电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接、另一端作为反相放大电路输入端，第五放大电阻的一端与第二运算放大器的反相输入端连接、另一端与第二运算放大器的输出端连接后作为反相放大电路的输出端，第四接地电阻一端与第二运算放大器的同相输入端连接、另一端接地。

作为优化，信号采集电路包括四路，分别是A相信号采集电路、B相信号采集电路、C相信号采集电路和N相信号采集电路。

作为优化，信号采集电路还包括接地通道信号调理电路，接地信号调理电路包括依次串联连接的接地差分式减法电路和接地反相放大电路，接地差分式减法电路的两个输入端放大电阻分别由四个电阻并联构成，其中一输入端的四个电阻分别与A相信号采集电路的互感器第一输出端、B相信号采集电路的互感器第一输出端、C相信号采集电路的互感器第一输出端、N相信号采集电路的互感器第一输出端连接；另一输入端的四个电阻分别与A相信号采集电路的互感器第二输出端、B相信号采集电路的互感器第二输出端、C相信号采集电路的互感器第二输出端、N相信号采集电路的互感器第二输出端连接。

作为优化，还包括电源电路，电源电路包括速饱和电源电路和辅助电源电路。

作为优化，还包括与微处理器电路连接的蓝牙功能电路。

作为优化，还包括与微处理器电路连接的键盘电路，和/或与微处理器电路连接的显示电路。

作为优化，还包括与微处理器电路连接的系统时钟电路，和/或与微处理器电路连接的存储电路。

一种信号调理电路，包括依次串联连接的差分式减法电路和反相放大电路，差分式减法电路的两输入端分别作为信号调理电路的两个输入端，差分式减法电路的输出端与第一接地电阻、第一接地电容依次连接后接地，反相放大电路的输出端与第二接地电阻、第二接地电容依次连接后接地，第一接地电阻与第一接地电容的连接处、第二接地电阻与第二接地电容的连接处分别作为信号调理电路的两个输出端。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型提供的断路器的智能控制电路，其中的信号调理电路包括依次串联连接的差分式减法电路和反向放大电路，差分式减法电路的输出端电压值与互感器的两输出端电压差值成比例，其比值即为差分式减法放大电路的放大倍数。差分式减法电路具有高输入阻抗和高共模抑制比等特点，有利于消除噪声干扰。后将差分式减法电路的输出端与反相放大电路中的运算放大器的反相输入端连接，反相放大电路将差分式减法电路的输出电压再次反相放大，采用两级放大可提高采样精度。差分式减法电路的输出端与第一接地电阻、第一接地电容依次连接后接地，反相放大电路的输出端与第二接地电阻、第二接地电容依次连接后接地，此处的第一接地电阻和第一接地电容、第二接地电阻和第二接地电容分别构成滤波电路，滤除采样通道中的噪声干扰，进一步提高采样信号可靠性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1 是本实用新型一个实施例的智能控制电路的整体结构示意图；

图2 是本实用新型一个实施例的整体结构框图；

图3 是本实用新型一个实施例的信号采集电路图；

图4 是本实用新型一个实施例的B相信号采集电路图；

图5 是本实用新型一个实施例的C相信号采集电路图；

图6 是本实用新型一个实施例的N相信号采集电路图；

图7 是本实用新型一个实施例的接地通道信号调理电路图；

图8 是本实用新型另一个实施例信号调理电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的技术方案作进一步的详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种断路器的智能控制电路，包括微处理器电路M1以及分别与微处理器电路M1连接的脱扣控制驱动电路M3和信号采集电路M0，微处理器电路M1将信号采集电路M0采集的电流信号进行AD采样处理、计算和相关保护特性处理，当配电电路短路或过载时，微处理器电路M1会根据采集所得的电流信号变化延时或直接控制脱扣控制驱动电路M3发出脱扣指令，最终使得断路器分闸。信号采集电路M0包括至少一路互感器M01和与互感器M01电连接的信号调理电路M00，信号调理电路M00包括依次串联连接的差分式减法电路M02和反相放大电路M03，差分式减法电路M02的两输入端分别与互感器M01的第一输出端、第二输出端电连接，差分式减法电路M02的输出端与第一接地电阻R5、第一接地电容C1依次连接后接地，反相放大电路M03的输出端与第二接地电阻R9、第二接地电容C2依次连接后接地，此处的第一接地电阻R5和第一接地电容C1、第二接地电阻R9和第二接地电容C2分别构成RC滤波电路，滤除采样过程中的电磁干扰，以提高采样精度来提高智能控制器的可靠性，防止误操作。第一接地电阻R5与第一接地电容C1的连接处、第二接地电阻R9与第二接地电容C2的连接处分别与微处理器电路M1电连接，此处其实是与微处理器电路M1内部的AD采集电路连接，将电流模拟信号转换为数字信号。实际使用时，微处理电路首先检测差分式减法电路M02的输出电信号，若其信号值依然很小，不适用于后续的处理电路，则导通反相放大电路M03的信号输出端与微处理器电路M1的连接端口，可充分保护电路结构，防止因经过两级放大的电流值过大，损坏电路器件。差分式减法电路M02的输出端电压值与互感器M01的两输出端电压差值成比例，其比值即为差分式减法电路M02的放大倍数。差分式减法电路M02具有高输入阻抗和高共模抑制比等特点，有利于消除共模噪声。后将差分式减法电路M02的输出电压与反相放大电路M03中的运算放大器的反相输入端连接，反相放大电路M03输出的电压为再次放大了的反相电压，采用两级放大是为了提高采样精度。

优化地，本实施例还包括：电源电路M8，电源电路M8包括速饱和电源电路和辅助电源电路，用来给智能控制电路的各电路模块供电；与微处理器电路 M1连接的蓝牙功能电路M2，使智能控制电路具有蓝牙从机功能，蓝牙功能电路M2接收到蓝牙遥控器的遥控指令后输入微处理器电路M1，微处理器电路M1发出相应的指令，微处理器电路M1也会经蓝牙功能电路M2向蓝牙遥控器发送相关运行数据，通过蓝牙功能电路M2和与其相对应的蓝牙遥控器实现对智能控制电路的遥控和参数的整定设置；与微处理器电路M1连接的键盘电路M6，用于设置或查询智能控制电路的各种参数或状态；与微处理器电路M1连接的显示电路M7，用于实现实时的运行数据显示或运行状态显示；与微处理器电路M1连接的系统时钟电路M5，使得智能控制电路具备时钟功能，可以记录故障时刻；与微处理器电路M1连接的存储电路M4，用于记录智能控制电路的运行参数或运行状态，包括故障状态。

如图3所示，具体地，差分式减法电路M02包括第一运算放大器IC5A、第一放大电阻R1、第二放大电阻R2、第三放大电阻R3和第三接地电阻R4，第一放大电阻R1、第二放大电阻R2的一端分别与第一运算放大器IC5A的反相输入端、同相输入端连接，另一端分别作为差分式减法电路M02的两输入端，第三放大电阻R3的一端与第一运算放大器IC5A的反相输入端连接、另一端与第一运算放大器IC5A的输出端连接后作为差分式减法电路M02的输出端，第三接地电阻R4一端与第一运算放大器IC5A的同相输入端连接、另一端接地。本实施例中的反相放大电路M03包括第二运算放大器IC5B、第四放大电阻R6、第五放大电阻R8和第四接地电阻R7，第四放大电阻R6的一端与第二运算放大器IC5B的反相输入端连接、另一端作为反相放大电路M03的输入端，第五放大电阻R8的一端与第二运算放大器IC5B的反相输入端连接、另一端与第二运算放大器IC5B的输出端连接后作为反相放大电路M03的输出端，第四接地电阻R7一端与第二运算放大器IC5B的同相输入端连接、另一端接地。

具体地，本实施例中的信号采集电路M0包括四路，分别是：A相信号采集电路、B相信号采集电路、C相信号采集电路和N相信号采集电路，其分别对配电电路的四相电路进行电流信号采集，任何一相电流增大到一定阈值时，智能控制电路均会发送指令给脱扣控制驱动电路M3以使断路器分闸。如图3所示A相信号采集电路包括A相互感器和A相通道信号调理电路，如图4所示B相信号采集电路包括B相互感器和B相通道信号调理电路，如图5所示C相信号采集电路包括C相互感器和C相通道信号调理电路，如图6所示N相信号采集电路包括N相互感器和N相通道信号调理电路。

优化地，本实施例提供的断路器的智能控制电路中的信号采集电路M0还包括接地通道信号调理电路M9，如图7所示，接地通道信号调理电路M9包括依次串联连接的接地差分式减法电路和接地反相放大电路，与上述差分式减法电路M02的不同点在于接地差分式减法电路的两个输入端放大电阻分别由四个电阻并联构成，即电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43和电阻R44，其中一输入端的四个电阻（电阻R37、电阻R38、电阻R39和电阻R40）分别与A相互感器第一输出端、B相互感器第一输出端、C相互感器第一输出端、N相互感器第一输出端连接；另一输入端的四个电阻（电阻R41、电阻R42、电阻R43和电阻R44）分别与A相互感器第二输出端、B相互感器第二输出端、C相互感器第二输出端、N相互感器第二输出端连接。

实施例2

本实施例提供了一种信号调理电路，如图8所示，信号调理电路包括依次串联连接的差分式减法电路M02和反相放大电路M03，差分式减法电路M02的两输入端分别作为信号调理电路的两输入端，差分式减法电路M02的输出端与第一接地电阻R5、第一接地电容C1依次连接后接地，反相放大电路M03的输出端与第二接地电阻R9、第二接地电容C2依次连接后接地，第一接地电阻R5与第一接地电容C1的连接处、第二接地电阻R9与第二接地电容C2的连接处分别作为信号调理电路的两个输出端。根据后续处理电路的需要，实时选择获取差分式减法电路M02的输出信号或者反相放大电路M03的输出信号。

具体地，如图3所示，差分式减法电路M02包括第一运算放大器IC5A、第一放大电阻R1、第二放大电阻R2、第三放大电阻R3和第三接地电阻R4，第一放大电阻R1、第二放大电阻R2的一端分别与第一运算放大器IC5A的反相输入端、同相输入端连接，另一端分别作为差分式减法电路M02的两输入端，第三放大电阻R3的一端与第一运算放大器IC5A的反相输入端连接、另一端与第一运算放大器IC5A的输出端连接后作为差分式减法电路M02的输出端，第三接地电阻R4一端与第一运算放大器IC5A的同相输入端连接、另一端接地。反相放大电路M03包括第二运算放大器IC5B、第四放大电阻R6、第五放大电阻R8和第四接地电阻R7，第四放大电阻R6的一端与第二运算放大器IC5B的反相输入端连接、另一端作为反相放大电路M03的输入端，第五放大电阻R8的一端与第二运算放大器IC5B的反相输入端连接、另一端与第二运算放大器IC5B的输出端连接后作为反相放大电路M03的输出端，第四接地电阻R7一端与第二运算放大器IC5B的同相输入端连接、另一端接地。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种断路器的智能控制电路，包括微处理器电路（M1）以及分别与所述微处理器电路（M1）连接的脱扣控制驱动电路（M3）和信号采集电路（M0），所述信号采集电路（M0）包括至少一路互感器（M01）和与互感器（M01）电连接的信号调理电路（M00），其特征在于，所述信号调理电路（M00）包括依次串联连接的差分式减法电路（M02）和反相放大电路（M03），所述差分式减法电路（M02）的两输入端分别与所述互感器（M01）的第一输出端、第二输出端电连接，所述差分式减法电路（M02）的输出端与第一接地电阻（R5）、第一接地电容（C1）依次连接后接地，所述反相放大电路（M03）的输出端与第二接地电阻（R9）、第二接地电容（C2）依次连接后接地，所述第一接地电阻（R5）与所述第一接地电容（C1）的连接处、所述第二接地电阻（R9）与第二接地电容（C2）的连接处分别与微处理器电路（M1）电连接。

2.如权利要求1所述的断路器的智能控制电路，其特征在于，所述差分式减法电路（M02）包括第一运算放大器（IC5A）、第一放大电阻（R1）、第二放大电阻（R2）、第三放大电阻（R3）和第三接地电阻（R4），所述第一放大电阻（R1）、第二放大电阻（R2）的一端分别与所述第一运算放大器（IC5A）的反相输入端、同相输入端连接，另一端分别作为差分式减法电路（M02）的两输入端，所述第三放大电阻（R3）的一端与所述第一运算放大器（IC5A）的反相输入端连接、另一端与所述第一运算放大器（IC5A）的输出端连接后作为所述差分式减法电路（M02）的输出端，所述第三接地电阻（R4）一端与所述第一运算放大器（IC5A）的同相输入端连接、另一端接地。

3.如权利要求1所述的断路器的智能控制电路，其特征在于，所述反相放大电路（M03）包括第二运算放大器（IC5B）、第四放大电阻（R6）、第五放大电阻（R8）和第四接地电阻（R7），所述第四放大电阻（R6）的一端与所述第二运算放大器（IC5B）的反相输入端连接、另一端作为所述反相放大电路（M03）输入端，所述第五放大电阻（R8）的一端与所述第二运算放大器（IC5B）的反相输入端连接、另一端与所述第二运算放大器（IC5B）的输出端连接后作为所述反相放大电路（M03）的输出端，所述第四接地电阻（R7）一端与所述第二运算放大器（IC5B）的同相输入端连接、另一端接地。

4.如权利要求1-3中任一项所述的智能控制电路，其特征在于，所述信号采集电路（M0）包括四路，分别是A相信号采集电路、B相信号采集电路、C相信号采集电路和N相信号采集电路。

5.如权利要求2或3所述的断路器的智能控制电路，其特征在于，所述信号采集电路（M0）还包括接地通道信号调理电路（M9），所述接地信号调理电路（M9）包括依次串联连接的接地差分式减法电路和接地反相放大电路，所述接地差分式减法电路的两个输入端放大电阻分别由四个电阻并联构成，其中一输入端的四个电阻分别与A相信号采集电路的互感器第一输出端、B相信号采集电路的互感器第一输出端、C相信号采集电路的互感器第一输出端、N相信号采集电路的互感器第一输出端连接；另一输入端的四个电阻分别与A相信号采集电路的互感器第二输出端、B相信号采集电路的互感器第二输出端、C相信号采集电路的互感器第二输出端、N相信号采集电路的互感器第二输出端连接。

6.如权利要求1-3中任一项所述的智能控制电路，其特征在于，还包括电源电路（M8），所述电源电路（M8）包括速饱和电源电路和辅助电源电路。

7.如权利要求1-3中任一项所述的智能控制电路，其特征在于，还包括与微处理器电路（M1）连接的蓝牙功能电路（M2）。

8.如权利要求1-3中任一项所述的智能控制电路，其特征在于，还包括与微处理器电路（M1）连接的键盘电路（M6），和/或与微处理器电路（M1）连接的显示电路（M7）。

9.如权利要求1-3中任一项所述的智能控制电路，其特征在于，还包括与微处理器电路（M1）连接的系统时钟电路（M5），和/或与微处理器电路（M1）连接的存储电路（M4）。

10.一种信号调理电路，其特征在于，包括依次串联连接的差分式减法电路（M02）和反相放大电路（M03），所述差分式减法电路（M02）的两输入端分别作为信号调理电路的两个输入端，所述差分式减法电路（M02）的输出端与第一接地电阻（R5）、第一接地电容（C1）依次连接后接地，所述反相放大电路（M03）的输出端与第二接地电阻（R9）、第二接地电容（C2）依次连接后接地，所述第一接地电阻（R5）与所述第一接地电容（C1）的连接处、所述第二接地电阻（R9）与所述第二接地电容（C2）的连接处分别作为信号调理电路的两个输出端。