CN207588726U - 一种塑壳断路器的控制器和控制器供电电路 - Google Patents
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Abstract
一种塑壳断路器的控制器和控制器供电电路，其中，该控制器供电电路中电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端正极与电流源控制电路的输入端连接，采用基于电压检测器自动生成PWM开关信号和单片机引脚辅助控制的电流源控制电路，电流源控制电路的输出端与储能滤波电路的输入端连接，储能滤波电路的输出端为控制器供电，单片机的控制引脚与电流源控制电路的输入端连接控制电流源控制电路的通断；所述整流电路与电流信号采样电路的输入端连接，电流信号采样电路的输出端与控制器的单片机的ADC采样接口连接用于电流信号采样。
Description
技术领域
本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种塑壳断路器的控制器和控制器供电电路。
背景技术
随着低压领域产品智能化的不断发展，采用双金作为过电流保护主要器件的热磁式塑壳断路器，往往不能满足市场新的需求。电子式塑壳断路器因其采用单片机作为主控元件的控制器，可提供更加丰富的功能与配置，例如电参量的测量与显示、参数设置、故障记录与查询以及通信功能等。目前，行业内电子式塑壳的控制器大多采用电流互感器(尤其是采用带铁芯的速饱和电流互感器)经整流桥后，取整流桥的正极输出作为供电电源，同时整流桥的负极外接采样电阻作为电流信号采样的方案。当线路通过额定电流时，电流互感器二次侧一般设计输出50-60mA的电流，且输出电流随主线路的电流变化而变化。现有控制器供电电路电路结构较复杂，采样精度不高，控制器的发热量高。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种性能安全稳定，结构简单，电流采样精度高的塑壳断路器的控制器和控制器供电电路。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种控制器供电电路，包括电流互感器，整流电路，电流信号采样电路，电流源控制电路和储能滤波电路2；电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端正极与电流源控制电路的输入端连接，电流源控制电路的输出端与储能滤波电路2的输入端连接，储能滤波电路2与控制器连接，单片机的控制引脚与电流源控制电路的输入端连接控制电流源控制电路的通断；所述整流电路与电流信号采样电路的输入端连接，电流信号采样电路的输出端与控制器的单片机连接用于电流信号采样；当单片机开启电流信号ADC采样时，单片机的控制引脚控制电流源控制电路关断，电流互感器停止向控制器供电，电流互感器只提供电流信号采样电路的信号输入，储能滤波电路2为控制器供电；采样结束后，单片机的控制引脚控制电流源控制电路导通，电流互感器恢复对控制器的供电。
进一步，还包括稳压电路3，稳压电路3的输入端与储能滤波电路2的输出端连接，稳压电路3的输出端与控制器的单片机连接，作为控制器的工作电源。
进一步，所述电流源控制电路包括三极管Q2、功率MOS管Q1、电压检测器U1、调节电阻电路和储能电路；三极管Q2的基极与单片机的控制引脚连接，三极管Q2的集电极和功率MOS管Q1的漏极连接后的中间节点与整流电路的输出端正极连接，三极管Q2的发射极与功率MOS管Q1的栅极连接后的中间节点接地，功率MOS管Q1的源极与电压检测器U1的输出端连接，电压检测器U1的输入端与调节电阻电路连接，电压检测器U1的接地端接地，调节电阻电路的一端与电源VDD连接，另一端接地，储能电路并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。
进一步，所述调节电阻电路包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联连接的中间节点连接至电压检测器U1的输入端，电阻R1的一端与电源VDD连接，电阻R2的一端接地。
进一步，所述储能电路包括电容C1，电容C1的两端并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。
进一步，所述电流源控制电路还包括电阻R5，电阻R4，二极管D1和电阻R3；三极管Q2的基极经过电阻R5与单片机的控制引脚连接，电阻R4的两端并联连接至三极管Q2的基极和三极管Q2的发射极之间，二极管D1正极与功率MOS管Q1的漏极连接，二极管D1的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电压检测器U1的输出端连接，二极管D1的负极与电源VDD连接。
进一步，所述储能滤波电路2包括电容C3和极性电容C2，电容C3和极性电容C2并联后的输入端与电流源控制电路的输出端连接，电容C3和极性电容C2并联后的输出端与稳压电路3的输入端连接。
进一步，所述稳压电路3为线性稳压电路，稳压电路3包括稳压芯片U2和电容C4，稳压芯片U2的输入端和稳压芯片U2的接地端与储能滤波电路2的输出端连接，电容C4并联连接至稳压芯片U2的输出端和稳压芯片U2的接地端之间，稳压芯片U2的输出端连接至控制器的单片机连接就，线性稳压芯片U2的输入端直接与电源VDD连接。
进一步，所述整流电路为全波整流桥。
一种塑壳断路器的控制器，包括上述的控制器供电电路。
本实用新型塑壳断路器的控制器供电电路通过设置电流源控制电路，电流互感器在电流信号采样电路和微控制器的供电线路之间切换，即保证电流互感器的可靠供电，又使电流采样信号更加纯净，本电路的电路结构简单，元器件体积小，适配性强，可适用于各型电子式塑壳控制器。在控制器上电启动过程中，更快的建立工作电源电压VCC，控制器更快的启动工作有利于保护特性的实现。采样期间，三极管Q2提供了能量泄放通道，分担了功率MOS管Q1的部分角色，有利于降低发热量。本实用新型还提供一种塑壳断路器的控制器。
附图说明
图1是本实用新型塑壳断路器的控制器供电电路的结构框图；
图2是本实用新型塑壳断路器的控制器供电电路的具体电路图。
具体实施方式
以下结合附图1至2给出的实施例，进一步说明本实用新型的塑壳断路器的控制器和控制器供电电路的具体实施方式。本实用新型的塑壳断路器的控制器和控制器供电电路不限于以下实施例的描述。
本实用新型以塑壳断路器的控制器为例，给出一种控制器供电电路。
如图1所示，本实用新型控制器供电电路，包括电流互感器，整流电路，电流信号采样电路，电流源控制电路和储能滤波电路2；电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端正极与电流源控制电路的输入端连接，电流源控制电路的输出端与储能滤波电路2的输入端连接，储能滤波电路2的输出端为控制器供电，单片机的控制引脚与电流源控制电路的输入端连接控制电流源控制电路的通断；所述整流电路的输出端负极与电流信号采样电路的输入端连接，电流信号采样电路的输出端与控制器的单片机的ADC采样接口连接用于电流信号采样；当单片机开启电流信号ADC采样时，单片机的控制引脚控制电流源控制电路关断，电流互感器停止向控制器供电，电流互感器只提供电流信号采样电路的信号输入；采样结束后，单片机的控制引脚控制电流源控制电路导通，电流互感器恢复对控制器的供电。本实用新型塑壳断路器的控制器供电电路通过设置电流源控制电路，电流互感器在电流信号采样电路和微控制器的供电线路之间切换，即保证电流互感器的可靠供电，又使电流采样信号更加纯净，本电路的电路结构简单，元器件体积小，适配性强，可适用于各型电子式塑壳控制器。
如图2所示，还包括稳压电路3，稳压电路3的输入端与储能滤波电路2的输出端连接，稳压电路3的输出端与控制器的单片机连接。本实用新型采用基于电压检测器自动生成PWM开关信号和单片机引脚辅助控制的电流源控制电路。
如图2所示，所述整流电路为全波整流桥。所述电流源控制电路包括三极管Q2、功率MOS管Q1、电压检测器U1、调节电阻电路和储能电路；三极管Q2的基极与单片机的控制引脚连接，三极管Q2的集电极和功率MOS管Q1的漏极连接后的中间节点与整流电路的输出端正极连接，三极管Q2的发射极与功率MOS管Q1的栅极连接后的中间节点接地，功率MOS管Q1的源极与电压检测器U1的输出端连接，电压检测器U1的输入端与调节电阻电路连接，电压检测器U1的接地端接地，调节电阻电路的一端与电源VDD连接，另一端接地，储能电路并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。本实用新型采用功率MOS管Q1(或IGBT)作为主控元件，由电压检测器自动根据线路电压水平生成实时PWM信号控制功率MOS管的选通，自动控制能量的存储与泄放。同时，功率管并联一个三极管Q2，该三极管的选通信号由单片机控制，在单片机开启ADC采样时三极管Q2导通，此时电流互感器只作为电流信号采样使用，即保证采样信号的纯净；当采样结束，则关断三极管，恢复电流互感器的供电功能。所述功率MOS管Q1也可以为IGBT。在功率MOS管Q1前端增加高速开关二极管D1，并将储能电容前移至稳压电路之前，充分利用电压检测器的输出特性，在控制器上电启动过程中，更快的建立工作电源电压VCC，控制器更快的启动工作有利于保护特性的实现。采样期间，Q2提供了能量泄放通道，分担了功率MOS管Q1的部分角色，有利于降低发热量。
如图2所示，所述调节电阻电路包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联连接的中间节点连接至电压检测器U1的输入端，电阻R1的一端与电源VDD连接，电阻R2的一端接地。电压检测器的检测电压可通过外部调节电阻电路进行调节，灵活性高。
如图2所示，所述储能电路包括电容C1，电容C1的两端并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。储能电路在功率MOS管Q1和三极管Q2保持关断时进行充电。初始状态下，功率MOS管Q1和三极管Q2保持关断状态，此时DC_POWER通过二极管D1对储能电容C1充电，当电容C2两端电压升至电压检测器U1的检测阈值时，电压检测器U1的输出端OUT引脚输出高电平使Q1导通，将DC_POWER通过功率MOS管Q1直接接地，泄放多余的能量，此时控制器完全由后端的各个储能电容供电。随着电容电量的降低，当电容C1两端的电压低于电压检测器的检测阈值时，电压检测器U1的OUT引脚输出低电平使功率MOS管Q1关断，亦即恢复对储能电容的充电。如此反复，平稳的为控制器输出电量。
如图1所示，所述电流源控制电路还包括电阻R5，电阻R4，二极管D1和电阻R3；三极管Q2的基极经过电阻R5与单片机的控制引脚连接，电阻R4的两端并联连接至三极管Q2的基极和三极管Q2的发射极之间，二极管D1正极与功率MOS管Q1的漏极连接，二极管D1的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电压检测器U1的输出端连接，二极管D1的负极与电源VDD连接。二极管D1可以防止储能电容C2中的电量被泄放。
如图2所示，所述储能滤波电路2包括电容C3和极性电容C2，电容C3和极性电容C2并联后的输入端与电流源控制电路的输出端连接，电容C3和极性电容C2并联后的输出端与稳压电路3的输入端连接。
如图2所示，所述稳压电路3为线性稳压电路，线性稳压电路具有在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的特性。线性稳压电路使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。其产品均采用小型封装，具有出色的性能，并且提供热过载保护、安全限流等增值特性，关断模式还能大幅降低功耗。所述稳压电路3包括稳压芯片U2和去纹波电容C4，稳压芯片U2的输入端和稳压芯片U2的接地端与储能滤波电路2的输出端连接，电容C4并联连接至稳压芯片U2的输出端和稳压芯片U2的接地端之间，稳压芯片U2的输出端连接至控制器的单片机连接就，线性稳压芯片U2的输入端直接与电源VDD连接。
如图2所示，C3和C4为滤波电容，U2为线性稳压器，C3为储能电容，R1和R2为检测电压调节电阻，C1为滤波电容，U1为电压检测器，R3为PWM控制信号上拉电阻，D1为快速开关二极管，Q1为功率管，Q2为高速开关三极管，DC_POWER连接整流桥正极输出端，pCTRL连接单片机控制引脚。
下面说明本实用新型塑壳断路器的控制器供电电路的工作过程：
初始状态下，功率MOS管Q1和三极管Q2保持关断状态，此时DC_POWER通过二极管D1对储能电容C1充电，当储能电容C2两端电压升至电压检测器U1的检测阈值时，电压检测器U1的输出端OUT引脚输出高电平使Q1导通，将DC_POWER通过功率MOS管Q1直接接地，泄放多余的能量，二极管D1的存在则可以防止储能电容C2中的电量被泄放，此时控制器完全由后端的各个储能电容供电。随着电容电量的降低，当电容C1两端的电压低于电压检测器的检测阈值时，电压检测器U1的OUT引脚输出低电平使功率MOS管Q1关断，亦即恢复对储能电容的充电。如此反复，平稳的为控制器输出电量。
在VCC平稳建立后，单片机开始工作，当单片机开启电流信号ADC采样时，控制引脚pCTRL输出高电平，三极管Q2导通，DC_POWER接地，此时电流互感器只作为信号采样用，不对外输出能量；采样结束后，控制引脚pCTRL恢复输出低电平，三极管Q2关断，电流互感器也将恢复供电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种控制器供电电路，其特征在于：包括电流互感器，整流电路，电流信号采样电路，电流源控制电路和储能滤波电路(2)；电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端正极与电流源控制电路的输入端连接，电流源控制电路的输出端与储能滤波电路(2)的输入端连接，储能滤波电路(2)与控制器连接，单片机的控制引脚与电流源控制电路的输入端连接控制电流源控制电路的通断；
所述整流电路与电流信号采样电路的输入端连接，电流信号采样电路的输出端与控制器的单片机连接用于电流信号采样；
当单片机开启电流信号ADC采样时，单片机的控制引脚控制电流源控制电路关断，电流互感器停止向控制器供电，电流互感器只提供电流信号采样电路的信号输入，储能滤波电路(2)为控制器供电；采样结束后，单片机的控制引脚控制电流源控制电路导通，电流互感器恢复对控制器的供电。
2.根据权利要求1所述的控制器供电电路，其特征在于：还包括稳压电路(3)，稳压电路(3)的输入端与储能滤波电路(2)的输出端连接，稳压电路(3)的输出端与控制器的单片机连接，作为控制器的工作电源。
3.根据权利要求1或2所述的控制器供电电路，其特征在于：所述电流源控制电路包括三极管Q2、功率MOS管Q1、电压检测器U1、调节电阻电路和储能电路；三极管Q2的基极与单片机的控制引脚连接，三极管Q2的集电极和功率MOS管Q1的漏极连接后的中间节点与整流电路的输出端正极连接，三极管Q2的发射极与功率MOS管Q1的栅极连接后的中间节点接地，功率MOS管Q1的源极与电压检测器U1的输出端连接，电压检测器U1的输入端与调节电阻电路连接，电压检测器U1的接地端接地，调节电阻电路的一端与电源VDD连接，另一端接地，储能电路并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。
4.根据权利要求3所述控制器供电电路，其特征在于：所述调节电阻电路包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联连接的中间节点连接至电压检测器U1的输入端，电阻R1的一端与电源VDD连接，电阻R2的一端接地。
5.根据权利要求3所述的控制器供电电路，其特征在于：所述储能电路包括电容C1，电容C1的两端并联连接在电压检测器U1的输入端和电压检测器U1的接地端之间。
6.根据权利要求3所述的控制器供电电路，其特征在于：所述电流源控制电路还包括电阻R5，电阻R4，二极管D1和电阻R3；三极管Q2的基极经过电阻R5与单片机的控制引脚连接，电阻R4的两端并联连接至三极管Q2的基极和三极管Q2的发射极之间，二极管D1正极与功率MOS管Q1的漏极连接，二极管D1的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电压检测器U1的输出端连接，二极管D1的负极与电源VDD连接。
7.根据权利要求1所述的控制器供电电路，其特征在于：所述储能滤波电路(2)包括电容C3和极性电容C2，电容C3和极性电容C2并联后的输入端与电流源控制电路的输出端连接，电容C3和极性电容C2并联后的输出端与稳压电路(3)的输入端连接。
8.根据权利要求2所述的控制器供电电路，其特征在于：所述稳压电路(3)为线性稳压电路，稳压电路(3)包括稳压芯片U2和电容C4，稳压芯片U2的输入端和稳压芯片U2的接地端与储能滤波电路(2)的输出端连接，电容C4并联连接至稳压芯片U2的输出端和稳压芯片U2的接地端之间，稳压芯片U2的输出端连接至控制器的单片机连接就，线性稳压芯片U2的输入端直接与电源VDD连接。
9.根据权利要求1所述的控制器供电电路，其特征在于：所述整流电路为全波整流桥。
10.一种塑壳断路器的控制器，其特征在于：包括权利要求1-8任一所述的控制器供电电路。
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| CN201721127622.6U CN207588726U (zh) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | 一种塑壳断路器的控制器和控制器供电电路 |
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Assignee: Wenzhou Zhengtai Electrical Technology Co., Ltd Assignor: Zhejiang Chint Electrics Co.,Ltd. Contract record no.: X2020330000078 Denomination of utility model: Controller and power supply circuit of moulded case circuit breaker Granted publication date: 20180706 License type: Common License Record date: 20201021 |