CN207096321U - 新型供电采样电路及其低压断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型供电采样电路，包括一路电流互感器、整流电路、AD转换电路、控制电路、信号采样电路、稳压电路和辅助电源电路；电流互感器通过整流电路和稳压电路输出供电电源；辅助电源电路输出供电电源；信号采样电路采样整流电路信号并通过AD转换电路上传控制电路；控制电路根据上传的采样信号获得采样值，检测辅助电源电路的工作状态并输出控制信号控制稳压电路工作。本实用新型还提供了包括所述新型供电采样电路的低压断路器。本实用新型体积小、成本低、测量精度高且供电和测量可靠。

Description

新型供电采样电路及其低压断路器

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型供电采样电路及其低压断路器。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器，其在电力系统中发挥着巨大的作用。在低压断路器中，其供电采用电路一般采用两种方式：第一种方式是使用双电流互感器，其中一个电流互感器作为电流自生电源为控制器供电，另一个电流互感器则专门作为电流采样的电流互感器；但是由于需要使用两个电流互感器，因此使得低压断路器的体积较大，成本增加，难以应用在小尺寸的低压断路器中。第二种方式则是使用单电流互感器，该电流互感器不仅作为电流自生电源供，同时还承担着电流采样的作用；但是由于电流采样电路放置在供电电路后端，因此电流采样精度差，只能采集幅值，无法采集相位。

因此，若低压断路器需要进行电参量测量，传统的单电流互感器方式只能进行电流测量，无法测量功率和电量等采参数，且电流测量精度较差；而若采用双电流互感器的方式，虽然能满足高精度电参量测量的要求，但是也有双电流互感器体积大，成本高的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种体积小、成本低、测量精度高且供电和测量可靠的新型供电采样电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括所述新型供电采样电路的低压断路器。

本实用新型提供的这种新型供电采样电路，包括一路电流互感器、整流电路、AD转换电路和控制电路，还包括信号采样电路、稳压电路和辅助电源电路；电流互感器的输出端通过整流电路输出直流电能，通过稳压电路稳压后输出供电电源；辅助电源电路的输出端连接稳压电路的输出端并输出供电电源；信号采样电路采样整流电路的输出电能信号并通过AD转换电路上传控制电路；控制电路用于根据上传的采样信号获得采样值，也用于检测辅助电源电路的工作状态并输出控制信号控制稳压电路工作。

所述的辅助电源电路为直流稳压模块或AC/DC供电电路。

所述的整流电路为整流桥。

所述的信号采样电路包括两路采样电阻；第一路采样电阻连接在整流桥的一个桥臂上，第二路采样电阻连接在整流桥的另一个桥臂上；所述信号采样电路用于采样整流电路的输出端的电源信号。

所述的稳压电路包括电压比较器、保护二极管、输出二极管和稳压开关管；稳压开关管的一端连接整流电路的输出端，另一端接地；整流电路的输出端通过保护二极管输出供电电源信号，供电电源信号和参考电源信号连接电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接稳压开关管的控制端，控制电路输出的控制信号通过输出二极管连接供电电源信号。

所述的稳压开关管为三极管或场效应管。

本实用新型还提供了包括所述新型供电采样电路的低压断路器。

本实用新型提供的这种新型供电采样电路，控制电路通过信号采样电路采样电流互感器的输出电源信号的信息，同时根据检测辅助电源电路的工作状态而控制稳压电路的运行状态从而判定获取的采样信息的作用，最后还通过稳压电路保证了系统供电电源的可靠性，因此本实用新型提供的这种新型供电采样电路，只采用一路电流互感器，体积小而且成本低；同时测量精度高，而且供电和测量可靠。同时，采用本实用新型提供的新型供电采样电路的低压断路器，也同样具有体积小、成本低和安全可靠的优点。

附图说明

图1为本实用新型电路的功能模块图。

图2为本实用新型电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型电路的功能模块图：本实用新型提供的这种新型供电采样电路，包括一路电流互感器、整流电路、AD转换电路、控制电路、信号采样电路、稳压电路和辅助电源电路；电流互感器的输出端通过整流电路输出直流电能，通过稳压电路稳压后输出供电电源；辅助电源电路的输出端连接稳压电路的输出端并输出供电电源；信号采样电路采样整流电路的输出电能信号并通过AD转换电路上传控制电路；控制电路用于根据上传的采样信号获得采样值，也用于检测辅助电源电路的工作状态并输出控制信号控制稳压电路工作。

如图2所示为本实用新型电路的电路原理图：图中整流电路为由D1～D4构成的整流桥；信号采样电路包括第一采样电阻R1和第二采样电阻R2，且第一采样电路R1连接整流桥的一个桥臂，第二采样电阻R2连接整流桥的另一个桥臂；整流桥上桥臂上的信号(亦即整流桥的输出信号)通过信号采样电路和AD转换电路上传控制电路；稳压电路包括电压比较器U1、保护二极管D5、输出二极管D6和稳压开关管V1；稳压开关管的一端连接整流电路的输出端，另一端接地；整流电路的输出端通过保护二极管输出供电电源信号，供电电源信号和参考电源信号连接电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接稳压开关管的控制端，控制电路输出的控制信号通过输出二极管连接供电电源信号。

上述的供电采样电路的工作原理如下：

1)辅助电源电路正常工作：控制电路检测到辅助电源正常工作，此时控制电路输出到稳压电路的控制信号为高电平(确保该高电平的电平值大于VREF)，此时稳压电路中的MOS管V1处于导通状态，电流互感器的输出端通过MOS管V1直接接地，此时二极管D5上几乎无电流流过，此时由辅助电源电路独立为后续电路提供供电电源；同时，此时由于电流互感器的输出电能仅通过整流电路和MOS管V1接地(即回到整流桥的负极)，此时电流互感器的负载阻抗非常稳定；所以信号采样电路采集到的电流信号相当稳定，其转换出的交流电压信号是高精度的交流电压信号，此信号可作为高精度的电流测量、功率计算、电量计算的基础数据信号来源。

以电流互感器同名端起，当交流信号处在正半周时，电流经整流桥的二极管D1、稳压电路的MOS管V1，信号采集电路的采样电阻R2，整流桥二极管D4形成回路。此时，在信号采集电路的采样电阻R2上形成交流电流信号的正半周电压信号波形。

当交流信号处在负半周时，电流经整流桥的二极管D2、稳压电路的MOS管V1，信号采集电路的采样电阻R1，整流桥二极管D3形成回路。此时，在信号采集电路的采样电阻R1上形成交流电流信号的负半周电压信号波形。

AD转换电路的AD转换芯片为差分输入形式，因此，当R1上产生的负半周采样信号和R2上产生的正半周采样信号进入差分输入的AD转换芯片时，其AD转换器所接收到的是一个完整的交流电压信号波形，其电压幅值U为U＝I*N1/N2*R，其中I为一次电流值，N1为电流互感器原边匝数，N2为电流互感器副边匝数，R为采样电阻R1、R2阻值；为保证差分信号一致性，要求信号采集电路的采样电阻R1和R2阻值相等。

2)辅助电源电路工作异常：此时控制电路检测到辅助电源不正常后，控制电路不对稳压电路进行控制(即相应的控制信号电平置为低电平)，此时稳压电路通过比较器U1对后级电压和参考电压REF进行比较，再通过控制MOS管V1的导通和关断，使输出电压稳定在一定范围内，并将此稳压信号供给系统电源使用。

此时，可以分为如下两种情况：

若保护二极管D5的输出端电压大于VREF，则电压比较器的输出端为高电平，此时V1开通，此时电流互感器的电流信号经整流桥和稳压电路的V1形成信号回路；信号采样电路采集的电流信号经采样电阻转换为电压信号送入AD转换电路，由控制电路控制AD转换电路对此信号进行模数转换；同时，由于V1导通，使得保护二极管D5的输入端被拉低为低电平，因此此时D5的输出端将会被迅速拉低到近乎低电平，使得保护二极管D5的输出端电压小于VREF；

而当保护二极管D5的输出端电压小于VREF，则电压比较器的输出端为低电平，此时V1截止；而由于V1截止，此时电流互感器依然正常工作，因此整流电路的输出端电压将会快速抬升至正常水平；

因此，只要选取参考电压VREF为供电电源所要求的正常供电电平，则所述的稳压电路可以基本上通过上述的过程，在辅助供电电路异常时，将供电电源的电平信号保持在VREF电平的左右小范围内震荡；

此时信号采样电路的采样电阻R1和R2依然能正常采集到电流信号并传输给AD转换电路；但是由于稳压电路的动态调整作用，使电流互感器的输出负载阻抗处于一定范围的动态变化状态下；因此，该信号会产生轻微畸变，无法满足高精度测量和计量的要求，但可以作为断路器的电流保护功能所需要使用的电流基础数据信号来源。

本实用新型提供的这种供电采样电路，不仅适用于低压断路器，也可用于其他任何需要进行供电采样的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

Claims (7)

1.一种新型供电采样电路，包括一路电流互感器、整流电路、AD转换电路和控制电路，其特征在于还包括信号采样电路、稳压电路和辅助电源电路；电流互感器的输出端通过整流电路输出直流电能，通过稳压电路稳压后输出供电电源；辅助电源电路的输出端连接稳压电路的输出端并输出供电电源；信号采样电路采样整流电路的输出电能信号并通过AD转换电路上传控制电路；控制电路用于根据上传的采样信号获得采样值，也用于检测辅助电源电路的工作状态并输出控制信号控制稳压电路工作。

2.根据权利要求1所述的新型供电采样电路，其特征在于所述的辅助电源电路为直流稳压模块或AC/DC供电电路。

3.根据权利要求1所述的新型供电采样电路，其特征在于所述的整流电路为整流桥。

4.根据权利要求3所述的新型供电采样电路，其特征在于所述的信号采样电路包括两路采样电阻；第一路采样电阻连接在整流桥的一个桥臂上，第二路采样电阻连接在整流桥的另一个桥臂上；所述信号采样电路用于采样整流电路的输出端的电源信号。

5.根据权利要求1～4之一所述的新型供电采样电路，其特征在于所述的稳压电路包括电压比较器、保护二极管、输出二极管和稳压开关管；稳压开关管的一端连接整流电路的输出端，另一端接地；整流电路的输出端通过保护二极管输出供电电源信号，供电电源信号和参考电源信号连接电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接稳压开关管的控制端，控制电路输出的控制信号通过输出二极管连接供电电源信号。

6.根据权利要求5所述的新型供电采样电路，其特征在于所述的稳压开关管为三极管或场效应管。

7.一种低压断路器，其特征在于包括权利要求1～6之一所述的新型供电采样电路。