CN207303977U - 智能断路器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及智能断路器，属于电力电子技术领域。其解决了现有断路器存在的智能化程度低等问题。本实用新型的控制电路板包括均与CPU单元连接的电流采样及调理单元和漏电采样及调理单元；还包括依次连接的电压采样单元和计量单元，计量单元还与CPU单元连接；还包括与CPU单元输入端连接的按键单元和内部空间过温保护单元及与CPU单元输出端连接的LED指示灯单元、控制电路单元，控制电路单元与继电器连接，CPU单元还连接有RS‑485通信单元和存储单元；还包括为电流采样及调理单元、电压采样单元、计量单元、漏电采样及调理单元、内部空间过温保护单元和控制电路单元供电的电源模块。本实用新型电路实现形式更简单、更可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能断路器，属于电力电子技术领域。
背景技术
断路器是安装在电源和负载单元之间的电气保护装置，以保护电动机、变压器以及输电线路的负载设备。在传统断路器行业中，分路用于电流的通断控制、漏电保护功能，通断需要通过手动控制，而且，通常，各个分路无电能计量功能，也不能实现远程数据采集、远程通断控制。功能过于单一，不够智能化，使用效率低下。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有断路器存在的上述缺陷，提出了一种智能断路器通过流采样及调理单元、漏电采样及调理单元、电压采样单元、计量单元、CPU单元灯实现电量信息的自动采集，并提供过压、过流、过载、过温和漏电等保护功能及智能控制。
本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种智能断路器，包括壳体和设置在壳体内的控制电路板，控制电路板包括均与CPU单元连接的电流采样及调理单元和漏电采样及调理单元；还包括依次连接的电压采样单元和计量单元，计量单元还与CPU单元连接；还包括与 CPU单元的输入端连接的按键单元和内部空间过温保护单元及与CPU单元的输出端连接的LED 指示灯单元、控制电路单元，控制电路单元与继电器连接，CPU单元还连接有RS-485通信单元和存储单元；还包括为电流采样及调理单元、电压采样单元、计量单元、漏电采样及调理单元、内部空间过温保护单元及控制电路单元供电的电源模块，CPU单元采用STM32F系列单片机。
进一步地，电源模块包括提供12V电压的第一电源J2、第二电源J4、第三电源J3及将 12V电压转换为5V电压的第四电源U2，还包括将5V电压转换为-5V电压的第六电源U1,还包括将5V电压转换为3.3V电压的第五电源P1。
进一步地，第三电源J3输出电流I+和电流I-给电流采集及调理单元，第三电源J3输出电压V+和电压V-给电压采集单元，第三电源J3还输出电流I2+。
进一步地，电流采样及调理单元包括相互连接的瞬间电压抑制器PSD03C、差分运放电路和第一调理电路，电流I+和电流I-经电压抑制器PSD03C稳定后经差分运放电路输出电流I collect+或电流I collect-，电流I collect+或电流I collect-经第二调理电路调理后与 CPU单元输入端连接。
进一步地，计量单元采用电能计量芯片CS5464。
进一步地，电压采集单元接入第三电源J3输出的电压V+和电压V-，电压V+和电压V- 之间连接有电阻R13，电压V+通过电阻R12与电能计量芯片CS5464的VIN+管脚连接，电阻R12 一端通过电阻R11接地，另一端通过电容C21接地，电压V-通过电阻R15与电能计量芯片CS5464的VIN-管脚连接，电阻R15一端通过电阻R16接地，另一端通过电容C21接地；电能计量芯片CS5464的IIN+管脚与电流采样及调理单元输出的电流I collect+连接，电能计量芯片CS5464的IIN-管脚与电流采样及调理单元输出的电流I collect-连接。
进一步地，漏电采样及调理单元与第三电源J3输出的电流I2+连接经第三调理电路输出电流I Leck+或电流I Leck-,电流I Leck+经第四调理电路与CPU单元连接以检测漏电，电流I_Leck+和电流I_Leck-分别与电能计量芯片CS5464的IIN2+管脚和IIN2-管脚连接。
进一步地，内部空间过温保护单元采用温度传感器DS18B20并将测得的温度信号给CPU 单元，温度传感器DS18B20使电路的抗干扰能力强，测量的温度信号精度高，内部温度升高时可以切断该线路以保证安全。
进一步地，控制电路单元包括与第一NPN型三极管基极连接的电阻R6，电阻R6另一端通过电阻R46及发光二极管D7与地连接，NPN型三极管S8050D的发射极接地，NPN型三极管S8050D的集电极通过二极管D1与熔断器F1连接，熔断器F1与12V电压连接,还包括通过与第二NPN型三极管基极连接的电阻R7，电阻R7另一端通过电阻R50及发光二极管D8接地，第二NPN型三极管的集电极通过二极管D2与熔断器F1连接。
进一步地，RS-485通信单元采用SP485EE芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型所述的智能断路器，通过流采样及调理单元、漏电采样及调理单元、电压采样单元和计量单元实现电量信息的自动采集，包括漏电信号、电压信号，电流信号，温度信息，功率信息，嵌入式处理器CPU单元综合电量信息以实现过压、过流、过载、过温、和漏电等保护及远程控制功能，并与云服务器通信，实现数据上传，用户也可以通过手机、 IPAD随时随地查看实时用电情况，并可远程控制智能断路器的通断，避免手动控制；
(2)本实用新型所述的智能断路器，电路实现形式更简单、更可靠、成本低，动作速度处理更快。
附图说明
图1是本实用新型的原理图。
图2是电流采样及调理单元的电路图。
图3是电压采样单元的电路图。
图4是计量单元的电路图。
图5是漏电采样及调理单元的电路图。
图6是内部空间过温保护单元的电路图
图7是CPU单元的电路图。
图8是LED指示灯单元的电路图。
图9是存储单元的电路图。
图10是RS-485通信单元的电路图。
图11是控制电路单元的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和具体实例，对本实用新型提出的智能断路器进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型所述的智能断路器，如图1至图11所示，包括壳体和设置在壳体内的控制电路板，控制电路板包括均与CPU单元连接的电流采样及调理单元和漏电采样及调理单元；还包括依次连接的电压采样单元和计量单元，计量单元还与CPU单元连接；还包括与CPU单元的输入端连接的按键单元和内部空间过温保护单元及与CPU单元的输出端连接的LED指示灯单元和控制电路单元，按键单元用于控制断路器的开合，LED指示灯单元用于指示该智能断路器的工作状态并用于警示，以便用户及时发现并清除故障，控制电路单元与继电器连接， CPU单元还连接有RS-485通信单元和存储单元；还包括为电流采样及调理单元、电压采样单元、计量单元、漏电采样及调理单元、内部空间过温保护单元及控制电路单元供电的电源模块，电源模块包括提供12V电压的第一电源J2、第二电源J4、第三电源J3及将12V电压转换为5V电压的第四电源U2，还包括将5V电压转换为-5V电压的第六电源U1，第六电源U1采用电压转换器ADM8660，电压转换器ADM8660采用双电源供电方式，使采集运放更精确，还包括将5V电压转换为3.3V电压的第五电源P1，其中，第三电源J3输出电流I+和电流I- 给电流采集及调理单元，第三电源J3输出电压V+和电压V-给电压采集单元，第三电源J3还输出电流I2+给漏电采样及调理单元，CPU单元采用STM32F103C6T6单片机，计量单元采用电能计量芯片CS5464，存储单元采用存储芯片24C02。
电流采样及调理单元包括相互连接的瞬间电压抑制器PSD03C、差分运放电路和第一调理电路，第三电源J3输出的电流I+和电流I-经电压抑制器PSD03C稳定后经差分运放电路输出电流I collect+或电流I collect-，电流I collect+或电流I collect-经第二调理电路调理后与CPU单元输入端连接，当电流超过阈值，CPU单元控制断路器断电，以便短路保护，电流I collect+和电流I collect-还分别与电能计量芯片CS5464的IIN+管脚和IIN-管脚连接，以便电能计量芯片CS5464实时计量电流数据发送给CPU单元。
电压采集单元接入第三电源J3输出的电压V+和电压V-，电压V+和电压V-之间连接有电阻R13，电压V+通过电阻R12与电能计量芯片CS5464的VIN+管脚连接，电阻R12一端通过电阻R11接地，另一端通过电容C21接地，电压V-通过电阻R15与电能计量芯片CS5464的VIN-管脚连接，电阻R15一端通过电阻R16接地，另一端通过电容C21接地，电能计量芯片CS5464计量的电压数据发送给CPU单元。
漏电采样及调理单元与第三电源J3输出的电流I2+连接经第三调理电路输出电流I Leck+或电流I Leck-,电流I Leck+经第四调理电路与CPU单元连接，以便用于漏电检测，当 CPU单元检测到漏电时，控制继电器断开，以保证安全性，电流I_Leck+和电流I_Leck-分别与电能计量芯片CS5464的IIN2+管脚和IIN2-管脚连接。
内部空间过温保护单元采用温度传感器DS18B20并将测得的温度信号给CPU单元，温度传感器DS18B20使电路的抗干扰能力强，测量的温度信号精度高，内部温度升高时可以切断该线路以保证安全。
控制电路单元包括与第一NPN型三极管基极连接的电阻R6，电阻R6另一端通过电阻R46 及发光二极管D7与地连接，NPN型三极管S8050D的发射极接地，NPN型三极管S8050D的集电极通过二极管D1与熔断器F1连接，熔断器F1与12V电压连接,还包括通过与第二NPN型三极管基极连接的电阻R7，电阻R7另一端通过电阻R50及发光二极管D8接地，第二NPN型三极管的集电极通过二极管D2与熔断器F1连接，控制电路单元与继电器连接。
RS-485通信单元采用SP485EE芯片，其第一管脚和第四管脚分别与STM32F103C6T6单片机的PA10/USART1_Rx/TIM1_CH3管脚和PA9/USART1_Tx/TIM1_CH3管脚连接，其第二管脚和第三管脚连接，第五管脚接地，第六管脚通过电阻R24与5V电压连接，第六管脚还通过电感 L2与瞬变抑制二极管TV1连接，瞬变抑制二极管TV1与地连接，瞬变抑制二极管TV1还通过熔断器F3与贴片陶瓷气体放电管连接，SP485EE芯片的第七管脚通过电阻R25接地，第七管脚还通过电感L3与瞬变抑制二极管TV2连接，瞬变抑制二极管TV2接地，瞬变抑制二极管 TV2还通过熔断器F2与贴片陶瓷气体放电管的另一端连接，CPU单元可通过RS-485通信单元与路由器连接进而连接网络，RS-485通信单元还可以连接云服务器，进而将用电数据经网络上传到云服务器保存，以方便查看历史用电信息记录。
智能断路器工作时，当检测到线路上有过压、欠压、过流、漏电、短路时，CPU单元将信号传递给控制电路单元以使继电器动作，保护线路上的设备安全和保护人身安全，继电器实现动作保护时间小于30ms。并且将故障原因通过网络发送到用户的手机或IPAD上，以提醒用户。
本实用新型实现电量信息的自动采集，包括漏电信号、电压信号，电流信号，温度信息，功率信息，嵌入式处理器CPU单元综合电量信息以提供过压、过流、过载、过温、漏电、远程控制等功能，并与云服务器通信，实现数据上传，用户也可以通过手机、IPAD随时随地查看实时用电情况，并可远程控制智能断路器的通断，避免手动控制。
当然，上述内容仅为本实用新型的具体实施方式，不能被认为用于限定对本实用新型的保护范围。本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本实用新型的涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种智能断路器，包括壳体和设置在壳体内的控制电路板，其特征在于：控制电路板包括均与CPU单元连接的电流采样及调理单元和漏电采样及调理单元；还包括依次连接的电压采样单元和计量单元，计量单元还与CPU单元连接；还包括与CPU单元的输入端连接的按键单元和内部空间过温保护单元及与CPU单元的输出端连接的LED指示灯单元、控制电路单元，控制电路单元与继电器连接，CPU单元还连接有RS-485通信单元和存储单元；还包括为电流采样及调理单元、电压采样单元、计量单元、漏电采样及调理单元、内部空间过温保护单元和控制电路单元供电的电源模块。
2.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述电源模块包括提供12V电压的第一电源J2、第二电源J4、第三电源J3及将12V电压转换为5V电压的第四电源U2，还包括将5V电压转换为-5V电压的第六电源U1,还包括将5V电压转换为3.3V电压的第五电源P1。
3.根据权利要求2所述的智能断路器，其特征在于：所述第三电源J3输出电流I+和电流I-给电流采集及调理单元，第三电源J3输出电压V+和电压V-给电压采集单元，第三电源J3还输出电流I2+。
4.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述电流采样及调理单元包括相互连接的瞬间电压抑制器PSD03C、差分运放电路和第一调理电路，电流I+和电流I-经电压抑制器PSD03C稳定后经差分运放电路输出电流I collect+或电流I collect-，电流Icollect+或电流I collect-经第二调理电路调理后与CPU单元输入端连接。
5.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述计量单元采用电能计量芯片CS5464。
6.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述电压采集单元接入第三电源J3输出的电压V+和电压V-，电压V+和电压V-之间连接有电阻R13，电压V+通过电阻R12与电能计量芯片CS5464的VIN+管脚连接，电阻R12一端通过电阻R11接地，另一端通过电容C21接地，电压V-通过电阻R15与电能计量芯片CS5464的VIN-管脚连接，电阻R15一端通过电阻R16接地，另一端通过电容C21接地；电能计量芯片CS5464的IIN+管脚与电流采样及调理单元输出的电流I collect+连接，电能计量芯片CS5464的IIN-管脚与电流采样及调理单元输出的电流I collect-连接。
7.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述漏电采样及调理单元与第三电源J3输出的电流I2+连接经第三调理电路输出电流I Leck+或电流I Leck-,电流I Leck+经第四调理电路与CPU单元连接以检测漏电，电流I_Leck+和电流I_Leck-分别与电能计量芯片CS5464的IIN2+管脚和IIN2-管脚连接。
8.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述内部空间过温保护单元采用温度传感器DS18B20。
9.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述控制电路单元包括与第一NPN型三极管基极连接的电阻R6，电阻R6另一端通过电阻R46及发光二极管D7与地连接，NPN型三极管S8050D的发射极接地，NPN型三极管S8050D的集电极通过二极管D1与熔断器F1连接，熔断器F1与12V电压连接,还包括通过与第二NPN型三极管基极连接的电阻R7，电阻R7另一端通过电阻R50及发光二极管D8接地，第二NPN型三极管的集电极通过二极管D2与熔断器F1连接。
10.根据权利要求1所述的智能断路器，其特征在于：所述RS-485通信单元采用SP485EE芯片。
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