CN205304241U - 一种智能断路器的电源装置及一种智能断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能断路器的电源装置，该电源装置包括自供电电路、外部电源输入端、电压转换电路，自供电电路的输出端与外部电源输入端分别经由一个防反二极管与电压转换电路的输入端连接；所述自供电电路包括依次连接的电流互感器、整流电路、采样及供能电路；所述采样及供能电路中设置有可控开关，所述可控开关的控制信号来自于电压转换电路的输入端，当电压转换电路的输入端的电压大于采样及供能电路的输入电压时，所述可控开关关断采样及供能电路的输出。本实用新型还公开了一种智能断路器。本实用新型可有效提高智能断路器在小负载情况下的电流采样准确性。

Description

一种智能断路器的电源装置及一种智能断路器

技术领域

本实用新型涉及断路器，尤其涉及一种智能断路器的电源装置。

背景技术

断路器（英文名称：circuit-breaker，circuitbreaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置，其已在日常生活和工业领域得到广泛应用。随着电子技术的进步，可以提供三段保护、剩余电流保护、过、低压保护、断零、断相保护等复杂保护功能的智能型断路器已日益成为主流。

在智能型断路器的应用中，电源系统直接关系到整个硬件系统的可靠性和安全性。传统智能断路器的供电方案是利用电流互感器从断路器所保护主电路中汲取电能，经整流后供断路器中的用电部件使用，同时利用电流互感器对主电路电流进行采样。当采用电流互感器自供电时，若负载较轻，特别是负载电流低于断路器额定电流40%时，智能断路器就不能正常工作，目前普遍采用的方法是在电流互感器自供电的基础上，外加辅助电源供电。上述设计虽然解决了智能断路器在小电流时的工作问题，但电流采样的精度却没有得到提高。因为当电流互感器中由小电流来产生自供电时，由于互感器中能量输出不足，会造成作为电子开关的MOS管存在动态响应，造成自供电输出端电源产生波动，从而影响到电流采样的准确性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种智能断路器的电源装置，可有效提高智能断路器在小负载情况下的电流采样准确性。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种智能断路器的电源装置，包括自供电电路、外部电源输入端、电压转换电路，自供电电路的输出端与外部电源输入端分别经由一个防反二极管与电压转换电路的输入端连接；所述自供电电路包括依次连接的电流互感器、整流电路、采样及供能电路；所述采样及供能电路中设置有可控开关，所述可控开关的控制信号来自于电压转换电路的输入端，当电压转换电路的输入端的电压大于采样及供能电路的输入电压时，所述可控开关关断采样及供能电路的输出。

为了进一步提高供电可靠性，优选地，所述电源装置还包括至少两路外部电源供电电路，各外部电源供电电路的输出端分别经由一个防反二极管与外部电源输入端连接。

进一步地，所述外部电源供电电路包括辅助电源供电电路和三相电压供电电路。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种智能断路器，包括上述任一技术方案所述电源装置。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在存在外部电源供电时，可自动关闭自供电电路的输出，使电流采样一直保持在线性状态，从而使得在小负载电流时的检测精度更高。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为电压转换电路的一种具体电路图；

图3为自供电电路的一种具体电路图；

图4为三相电压供电电路的一种具体电路图；

图5为辅助电源供电电路的一种具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

图1显示了本实用新型的基本原理。如图1所示，本实用新型电源装置包括自供电电路和外部电源供电电路，自供电电路和外部电源供电电路输出的电能经电压转换电路转换为适合智能断路器的5V工作电压。其中，自供电电路包括依次连接的电流互感器、整流电路、采样及供能电路，电流互感器从主电路汲取电能经整流电路整流后，通过采样及供能电路输出电压VEE供给后端的负载，同时对电流进行采样并将采样结果传输给智能控制器进行相应的保护。在自供电电路和外部电源供电电路同时供电的情况下，如主电路电流较小，由于采样电流的非线性，会导致电流采样结果失真，从而影响断路器的保护功能实现。为此，本实用新型在采样及供能电路设置可控开关，以是否存在外部电源作为其控制条件，当存在外部电源供电电路有输入时，可控开关自动关断自供电电路，自供电电路停止输出，这样，电流采样将保持在线性状态，从而使得小负载电流时的检测精度更高。为了进一步提高供电可靠性，应至少设置两路外部电源供电电路，图1中即采用了三相电源供电电路和辅助电源供电电路这两路外部电源供电电路，分别输出电压VDD和VTT。

本实用新型所涉及的各功能电路可采用各种现有电路结构，下面分别举例说明。

图2显示了电压转换电路的一种具体电路。如图2所示，该电压转换电路由电容C7，C8，C9，C10，电阻R7，R8，R9，R10，R11，二极管D2、D3、D4，电感L1，稳压管Z1，电源芯片N3组成。电压转换电路连接自供电电路送来的电压VEE、三相电压供电电路送来的电压VDD、辅助电源供电电路送来的外接24V通信电源电压VTT三路供电电源，通过选通的方式自动选择最合适的一路输出，对电源进行分配，保证电源供电不间断。

当多路供电电源同时供电时，外部供电电源经电阻R7后可通过稳压管Z1来产生一个高电平控制信号，输出至智能控制器上的I/O口，智能控制器可根据获得的控制信号来自动判别不需要对电流采样信号进行修正；若外部供电电源发生失效，智能控制器上的I/O口输入为低电平，则小负载电流时为保证测量精度，应对电流采样进行修正。

图3显示了自供电电路的一种具体电路。如图3所示，该自供电电路包括依次连接的电流互感器、整流电路、采样及供能电路，采样及供能电路由电容C1，C2，C3，C4，C5，C6，电阻RL1，R1，R2，R3，R4，R5，R6，瞬态电压抑制器FV1，场效应管Q1，运放N1，二极管D1，基准电路N2组成。其中，通过电阻RL1用来获得电流互感器输出的电流采样信号。运放N1构成比较器，利用场效应管Q1进行控制。互感器输出经桥式整流后，采用场效应管Q1进行动态控制，对输出电流进行动态分流。采用运放构成比较器形成恒压控制电路，通过电阻分压将电压信号和基准电压比较，形成电子开关的控制信号。

其工作原理是，当多路供电电源同时供电时，由于外部供电电压远大于电流互感器的自供电电压，所以运放N1的工作电源及电阻R1，R2的分压电平VCC不受电流互感器供电电路输出的VEE控制，只受来自于外部的供电电源VDD或VTT控制。因为在外部供电时，设置的电阻R1，R2的分压电平要远大于2.5V基准电压，故运放N1输出高电平控制信号为恒态，从而推动开关MOS管导通，将自供电电源VEE拉低，使电阻RL1从电流互感器上获得的电流采样信号为线性，保证了电流输出的精度。若外部供电电源发生失效，自供电电路是唯一的供电电源时，自供电电源经桥整及二极管D1生成电压VEE，反馈电压VCC通过电阻R1，R2分压后与2.5V基准电压进行比较，在小负载电流时，由于电流互感器中能量输出不足，会造成作为电子开关的MOS管存在动态响应及自供电输出端电源产生波动，则会影响到电阻RL1上获得的电流采样信号的正确度，此时则应采用其他现有技术对电流采样进行修正，例如采用现有的查表法，把需要校正的数据制成表格存入MCU的内部存储器中，根据获得的被测电流信号值，查出最接近实际电流的值，利用这种方法完成数据的补偿和计算。

图4显示了三相电压供电电路的一种具体电路，其包括限流限压电路、整流电路、浪涌吸收电路、降压电路、反馈电路、恒压电路，所述限流限压电路由电阻2R1-2R9组成，所述的整流电路由整流单元2D1、2D2、2D3组成，所述浪涌吸收电路由电容2C1、电阻2R10、2D8组成，所述降压电路由稳压管2D4、2D5、2D6、2D10、电阻2R11-2R13、电容2C2-2C3、MOS管2V1组成，所述反馈电路由电容2C4-2C13、电阻2R14-2R21、MOS管2V2-2V3、稳压管2D7、二极管2D12-2D13、电源芯片2N1组成，所述恒压电路由变压器2T1、瞬态电压抑制器2D9、二极管2D11、电容2C14-2C15组成。电路采用开关电源的方案，开关电源芯片2N1优选UCC28C41。三相电压供电电路对输入的交流电源进行限流、限压、整流、浪涌吸收，并进行降压处理后保持工作电压VDD的基本稳定。

图5显示了辅助电源供电电路的一种具体电路，其由电阻4R1、电容4C1-4C6、二级管4D1、压敏电阻4RV1、隔离电源模块4P1、稳压芯片4N1组成。辅助电源供电电路通过外接24V电源产生电压VTT对内部控制电路进行供电。

Claims (4)

1.一种智能断路器的电源装置，包括自供电电路、外部电源输入端、电压转换电路，自供电电路的输出端与外部电源输入端分别经由一个防反二极管与电压转换电路的输入端连接；所述自供电电路包括依次连接的电流互感器、整流电路、采样及供能电路；其特征在于，所述采样及供能电路中设置有可控开关，所述可控开关的控制信号来自于电压转换电路的输入端，当电压转换电路的输入端的电压大于采样及供能电路的输入电压时，所述可控开关关断采样及供能电路的输出。

2.如权利要求1所述电源装置，其特征在于，还包括至少两路外部电源供电电路，各外部电源供电电路的输出端分别经由一个防反二极管与外部电源输入端连接。

3.如权利要求2所述电源装置，其特征在于，所述外部电源供电电路包括辅助电源供电电路和三相电压供电电路。

4.一种智能断路器，包括如权利要求1～3任一项所述电源装置。