CN208337147U - 塑壳断路器欠压脱扣装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种塑壳断路器欠压脱扣装置，塑壳断路器欠压脱扣装置包括：低通滤波电路、整流电路、高压信号吸收电路、电压信号采样电路、脱扣电路、分压电路、稳压电路、MCU和驱动电路。优点：(1)驱动电路输出电压的占空比根据电源电压的变化而变化，电压越高占空比越小，电压越低占空比越大，这样就能在电压变化时使脱扣线圈两端的有效电压维持在一个平衡的工作状态，降低了电压过高引起的脱扣线圈温升，减少了电压过低引起的脱扣线圈失效。(2)低通滤波电路利用两个共模电感和安规电容组成EMI滤波电路，能够有效的抑制脱扣线圈对外部电源的传导骚扰，同时增加了对浪涌的吸收效果。

Description

塑壳断路器欠压脱扣装置

技术领域

本实用新型属于塑壳断路器设计技术领域，具体涉及一种塑壳断路器欠压脱扣装置。

背景技术

随着低压电器的发展，塑壳断路器欠压脱扣装置在低压配电电路中已经被普遍应用，然而，在塑壳断路器欠压脱扣装置设计的原理上不尽相同，有助吸式也有自吸式，但不管哪种方式均需维持脱扣线圈的吸合状态。由于脱扣线圈工作时处于长通电状态，功耗较大，使脱扣线圈随电压升高温度也升高，且未做传导骚扰处理，脱扣线圈在持续工作时会周期性的对电源产生噪声，会将噪声传导至主回路电源中，从而影响其它设备的工作。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种塑壳断路器欠压脱扣装置，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种塑壳断路器欠压脱扣装置，包括：低通滤波电路、整流电路、高压信号吸收电路、电压信号采样电路、脱扣电路、分压电路、稳压电路、MCU和驱动电路；

所述低通滤波电路的输入端与外部电源连接，所述低通滤波电路的输出端连接到所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接到所述高压信号吸收电路的输入端；所述高压信号吸收电路的输出端分为三个支路，第一个支路连接到所述电压信号采样电路的输入端，所述电压信号采样电路的输出端连接到所述MCU的采样端；第二个支路连接到所述脱扣电路的输入端，脱扣电路的输出端连接到驱动电路；第三个支路连接到所述分压电路的输入端，所述分压电路的第1输出端连接到所述稳压电路的输入端；所述稳压电路的输出端连接到所述MCU的供电端；所述分压电路的第2输出端连接到驱动电路的供电端；所述MCU的控制端连接到所述驱动电路的控制端，通过所述驱动电路控制所述脱扣电路中脱扣线圈的状态。

优选的，所述低通滤波电路包括压敏电阻(RV1)、第1电容(C1)、第1电感(L1)和第2电感(L2)；在电源正极出线端和电源负极出线端之间依次并联安装压敏电阻(RV1)和第1电容(C1)后，在电源正极出线端串联第1电感(L1)，在电源负极出线端串联第2电感(L2)，形成低通滤波电路。

优选的，所述高压信号吸收电路包括第13电容(C13)，所述第13电容(C13)并联在电源正极出线端和电源负极出线端之间，且与所述整流电路的输出端串联。

优选的，所述驱动电路包括第13电阻(R13)、第14电阻(R14)、第15电阻(R15)、驱动芯片(U1)、第8电容(C8)、第9电容(C9)和MOS管(Q1)；

所述脱扣电路包括第9整流二极管(D9)、第10整流二极管(D10)和脱扣线圈(L3)；

其中，所述驱动芯片(U1)的输入引脚与所述MCU的输出端连接，在所述驱动芯片(U1)的输入引脚和接地引脚之间安装所述第13电阻(13)；所述驱动芯片(U1)的供电引脚到分压电路输出的供电线路上，安装并联连接的所述第8电容(C8)和所述第9电容(C9)，所述第8电容(C8)和所述第9电容(C9)形成稳压电容；所述驱动芯片(U1)的第1输出引脚串联所述第14电阻(14)，所述驱动芯片(U1)的第2输出引脚串联所述第15电阻(15)；所述第14电阻(14)的输出端和所述第15电阻(15)的输出端合为一路后，连接到所述MOS管(Q1)的栅极；所述MOS管(Q1)的源极与分压电路输出的电源负极出线端连接，所述MOS管(Q1)的漏极与第10整流二极管(D10)的正极连接，第10整流二极管(D10)的负极与第9整流二极管(D9)的正极连接，第9整流二极管(D9)的负极与电源正极出线端连接；并且，所述脱扣线圈(L3)与串联的所述第9整流二极管(D9)和第10整流二极管(D10)并联，通过所述第9整流二极管(D9)和第10整流二极管(D10)，吸收脱扣线圈(L3)保持状态产生的干扰信号。

本实用新型提供的塑壳断路器欠压脱扣装置具有以下优点：

(1)驱动电路输出电压的占空比根据电源电压的变化而变化，电压越高占空比越小，电压越低占空比越大，这样就能在电压变化时使脱扣线圈两端的有效电压维持在一个平衡的工作状态，降低了电压过高引起的脱扣线圈温升，减少了电压过低引起的脱扣线圈失效。

(2)低通滤波电路利用两个共模电感和安规电容组成EMI滤波电路，能够有效的抑制脱扣线圈对外部电源的传导骚扰，同时增加了对浪涌的吸收效果；

(3)由于通过MCU控制驱动电路状态，因此，本欠压脱扣装置不仅在欠压时可以实现脱扣功能，还可以在一定过压范围内实现过压脱扣功能。

附图说明

图1为本实用新型提供的塑壳断路器欠压脱扣装置的原理图；

图2为本实用新型提供的塑壳断路器欠压脱扣装置的电路图；

图3为本实用新型提供的电源电压和占空比的变化关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种塑壳断路器欠压脱扣装置，用于对AC230V或AC380的电压电路中产生欠电压或过电压时主动断开塑壳断路器的主回路，从而保护用电设备和人身安全。

参考图1和图2，塑壳断路器欠压脱扣装置包括：低通滤波电路、整流电路、高压信号吸收电路、电压信号采样电路、脱扣电路、分压电路、稳压电路、MCU和驱动电路。

低通滤波电路的输入端与外部电源连接，低通滤波电路的输出端连接到整流电路的输入端，整流电路的输出端连接到高压信号吸收电路的输入端；高压信号吸收电路的输出端分为三个支路，第一个支路连接到电压信号采样电路的输入端，电压信号采样电路的输出端连接到MCU的采样端；第二个支路连接到脱扣电路的输入端，脱扣电路的输出端连接到驱动电路；第三个支路连接到分压电路的输入端，分压电路的第1输出端连接到稳压电路的输入端；稳压电路的输出端连接到MCU的供电端；分压电路的第2输出端连接到驱动电路的供电端；MCU的控制端连接到驱动电路的控制端，通过驱动电路控制脱扣电路中脱扣线圈的状态。

下面对各主要电路详细介绍：

(1)低通滤波电路

低通滤波电路包括压敏电阻RV1、第1电容C1、第1电感L1和第2电感L2；在电源正极出线端和电源负极出线端之间依次并联安装压敏电阻RV1和第1电容C1后，在电源正极出线端串联第1电感L1，在电源负极出线端串联第2电感L2，形成低通滤波电路。压敏电阻RV1用于吸收浪涌信号。

本实用新型中，低通滤波电路利用两个共模电感和安规电容组成EMI滤波电路，即：第1电容C1、第1电感L1和第2电感L2组成EMI滤波电路，能够有效的抑制脱扣线圈对外部电源的传导骚扰，同时增加了对浪涌的吸收效果。

(2)整流电路

整流电路由第1整流二极管D1、第2整流二极管D2、第3整流二极管D3和第4整流二极管D4组成，用于对电流进行整流操作。其结构参考图2，低通滤波电路的电源正极出线端分别与第1整流二极管D1的正极和第2整流二极管D2的负极连接；低通滤波电路的电源负极出线端分别与第3整流二极管D3的正极和第4整流二极管D4的负极连接；第1整流二极管D1的负极和第3整流二极管D3的负极连接到一起，形成整流电路的电源正极出线端；第2整流二极管D2的正极和第4整流二极管D4的正极连接到一起，形成整流电路的电源负极出线端。

(3)高压信号吸收电路

高压信号吸收电路包括第13电容C13，第13电容C13并联在电源正极出线端和电源负极出线端之间，且与整流电路的输出端串联。高压信号吸收电路用于吸收整流后高压信号。

(4)电压信号采样电路

电压信号采样电路由第9电阻R9、第10电阻R10、第11电阻R11、第12电阻R12、第16电阻R16、第6电容C6、第2双向稳压管VZ2组成；

第16电阻R16、第12电阻R12、第11电阻R11和第6电容C6串联后，并联在电源正极出线端和电源负极出线端之间；第9电阻R9和第2双向稳压管VZ2均与第6电容C6并联；第10电阻R10的一端接到第11电阻R11和第6电容C6之间的线路，另一端接到MCU的采样端。

(5)分压电路

分压电路由第7电阻R7、第8电阻R8、第3电容C3、瞬态二极管TVS1、第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3、第4电阻R4、第5电阻R5、第6电阻R6、第1双向稳压管VZ1和三极管T1组成。

第7电阻R7、第8电阻R8和第3电容C3串联后，并联在电源正极出线端和电源负极出线端之间；瞬态二极管TVS1与第3电容C3并联；第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3、第4电阻R4、第5电阻R5和第6电阻R6两两并联后，一端与电源正极出线端连接，另一端分为两个支路，一个支路连接到第1双向稳压管VZ1的负极，第1双向稳压管VZ1的正极与电源负极出线端连接；另一个支路连接到三极管T1的基极；三极管T1的集电极连接到第7电阻R7和第8电阻R8之间的线路；三极管T1的发射极分为两个支路，一个支路连接到第3电容C3的正输入端；另一个支路连接到分压电路供电输出接口。

对于分压电路，第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3、第4电阻R4、第5电阻R5、第6电阻R6、第1双向稳压管VZ1和三极管T1用于控制分压后稳压电路的输入电源的电压，瞬态二极管TVS1用于吸收稳压电路输入电源高压信号。

(6)稳压电路

稳压电路由第4电容C4、第3芯片U3、第11电容C11、第12电容C12组成，其中第4电容C4用于稳定稳压电路输入电源的电压，C11、C12用于稳定稳压电路输出电源的电压。

(7)MCU

MCU为芯片U2，用于分析AD采样和输出驱动信号。

(8)驱动电路和脱扣电路

驱动电路包括第13电阻R13、第14电阻R14、第15电阻R15、驱动芯片U1、第8电容C8、第9电容C9和MOS管Q1；第8电容C8、第9电容C9为驱动电路电源的稳压电容；

脱扣电路包括第9整流二极管D9、第10整流二极管D10和脱扣线圈L3；

其中，驱动芯片U1的输入引脚与MCU的输出端连接，在驱动芯片U1的输入引脚和接地引脚之间安装第13电阻13；驱动芯片U1的供电引脚到分压电路输出的供电线路上，安装并联连接的第8电容C8和第9电容C9，第8电容C8和第9电容C9形成稳压电容；驱动芯片U1的第1输出引脚串联第14电阻14，驱动芯片U1的第2输出引脚串联第15电阻15；第14电阻14的输出端和第15电阻15的输出端合为一路后，连接到MOS管Q1的栅极；MOS管Q1的源极与分压电路输出的电源负极出线端连接，MOS管Q1的漏极与第10整流二极管D10的正极连接，第10整流二极管D10的负极与第9整流二极管D9的正极连接，第9整流二极管D9的负极与电源正极出线端连接；并且，脱扣线圈L3与串联的第9整流二极管D9和第10整流二极管D10并联，通过第9整流二极管D9和第10整流二极管D10，吸收脱扣线圈L3保持状态产生的干扰信号。

本实用新型还提供一种塑壳断路器欠压脱扣装置的欠压脱扣方法，包括以下步骤：

步骤1，外部电源AC230V/380V首先进入低通滤波电路，通过低通滤波电路吸收浪涌信号以及低通滤波后，进入整流电路；具体的，AC230V或AC380V电源通过低通滤波电路时，首先通过压敏电阻(RV1)吸收浪涌信号，再由(L1、L2、C1、C2)低通滤波后进入整流电路。

步骤2，整流电路(D1、D2、D3、D4)将电源的交流电整流为直流电后，进入到高压信号吸收电路；

步骤3，高压信号吸收电路(C13)吸收整流后的直流电中的高压信号，得到调理后的电源；调理后的电源分为三个支路，第一个支路进入到电压信号采样电路(R9-R12、R16、C6、VZ2)，由电压信号采样电路采集电源电压信号，并将采集到的电源电压信号传输给MCU；第二个支路进入到脱扣电路(D9、D10、L3)和驱动电路的MOS管Q1，为脱扣电路和MOS管Q1提供电源；其中，L3为脱扣线圈，电压正常时L3以一定的占空比电压保持吸合状态，出现过欠压时L3停止保持状态致使塑壳断路器断开，D9和D10用以吸收L3保持状态产生的干扰信号；

第三个支路进入到分压电路(R7、R8、C3、TVS1、R1、R2、R3、R4、R5、R6、VZ1、T1)，其中(R1、R2、R3、R4、R5、R6、VZ1和T1)用于控制分压后稳压电路的输入电源的电压，瞬态二极管TVS1用于吸收稳压电路输入电源高压信号；经分压和吸收输入电源高压信号后，一个支路进入到稳压电路，另一个支路进入到驱动电路(R13、R14、R15、U1、Q1、C8、C9)中，为驱动电路提供电源；

步骤4，稳压电路(C4、U3、C11、C12)对电源进行稳压后，进入到MCU，进而向MCU供电；其中C4为输入端稳压电容，C11、C12为输出端稳压电容；

步骤5，对于MCU(U2)，其对电压信号采样电路采集到的电源电压信号进行处理，判断电源电压信号是否正常，如果正常，则执行步骤6；如果不正常，则表明出现欠压或过压现象，执行步骤7；

步骤6，MCU根据电源电压信号的大小输出一定占空比的驱动信号，该驱动信号的占空比随电源电压信号的增高不断减小，该驱动信号输出给驱动电路，对MOS管Q1的导通和截至状态进行控制，进而以一定的占空比电压保持脱扣线圈L3吸合状态且维持脱扣线圈L3的工作电压为恒定值，具体方式为：

驱动信号以一定的占空比在高电平和低电平之间交替；当驱动信号为高电平时，MOS管Q1导通，脱扣线圈L3通电而保持吸合状态；当驱动信号为低电平时，MOS管Q1截止，脱扣线圈L3短时间断电，在脱扣线圈L3未脱扣时，驱动信号又转为高电平，使脱扣线圈L3保持吸合状态，由此使脱扣线圈L3保持吸合状态；并且，由于驱动信号的占空比随电源电压信号的增高不断减小，因此，当电源电压信号增高时，在一个时间周期中，高电平持续时间变少，低电平持续时间变大，因此，脱扣线圈L3通电时间变少，断电时间变大，在一个时间周期中，脱扣线圈L3端电压的平均值维持在恒定值；

其中，在脱扣线圈L3正常工作过程中，第9整流二极管D9和第10整流二极管D10吸收脱扣线圈L3保持状态产生的干扰信号。

步骤7，MCU控制MOS管Q1持续为截止状态，脱扣电路的脱扣线圈L3电而停止保持状态，因此，脱扣线圈L3动作，进而使塑壳断路器断开。

由此可见，本实用新型提供的一种塑壳断路器欠压脱扣装置，具有以下优点：

(1)驱动电路输出电压的占空比根据电源电压的变化而变化，电压越高占空比越小，电压越低占空比越大，这样就能在电压变化时使脱扣线圈两端的有效电压维持在一个平衡的工作状态，降低了电压过高引起的脱扣线圈温升，减少了电压过低引起的脱扣线圈失效。

(2)低通滤波电路利用两个共模电感和安规电容组成EMI滤波电路，能够有效的抑制脱扣线圈对外部电源的传导骚扰，同时增加了对浪涌的吸收效果；

(3)由于通过MCU控制驱动电路状态，因此，本欠压脱扣装置不仅在欠压时可以实现脱扣功能，还可以在一定过压范围内实现过压脱扣功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种塑壳断路器欠压脱扣装置，其特征在于，包括：低通滤波电路、整流电路、高压信号吸收电路、电压信号采样电路、脱扣电路、分压电路、稳压电路、MCU和驱动电路；

所述低通滤波电路的输入端与外部电源连接，所述低通滤波电路的输出端连接到所述整流电路的输入端，所述整流电路的输出端连接到所述高压信号吸收电路的输入端；所述高压信号吸收电路的输出端分为三个支路，第一个支路连接到所述电压信号采样电路的输入端，所述电压信号采样电路的输出端连接到所述MCU的采样端；第二个支路连接到所述脱扣电路的输入端，脱扣电路的输出端连接到驱动电路；第三个支路连接到所述分压电路的输入端，所述分压电路的第1输出端连接到所述稳压电路的输入端；所述稳压电路的输出端连接到所述MCU的供电端；所述分压电路的第2输出端连接到驱动电路的供电端；所述MCU的控制端连接到所述驱动电路的控制端，通过所述驱动电路控制所述脱扣电路中脱扣线圈的状态。

2.根据权利要求1所述的塑壳断路器欠压脱扣装置，其特征在于，所述低通滤波电路包括压敏电阻(RV1)、第1电容(C1)、第1电感(L1)和第2电感(L2)；在电源正极出线端和电源负极出线端之间依次并联安装压敏电阻(RV1)和第1电容(C1)后，在电源正极出线端串联第1电感(L1)，在电源负极出线端串联第2电感(L2)，形成低通滤波电路。

3.根据权利要求2所述的塑壳断路器欠压脱扣装置，其特征在于，所述高压信号吸收电路包括第13电容(C13)，所述第13电容(C13)并联在电源正极出线端和电源负极出线端之间，且与所述整流电路的输出端串联。

4.根据权利要求1所述的塑壳断路器欠压脱扣装置，其特征在于，所述驱动电路包括第13电阻(R13)、第14电阻(R14)、第15电阻(R15)、驱动芯片(U1)、第8电容(C8)、第9电容(C9)和MOS管(Q1)；

所述脱扣电路包括第9整流二极管(D9)、第10整流二极管(D10)和脱扣线圈(L3)；

其中，所述驱动芯片(U1)的输入引脚与所述MCU的输出端连接，在所述驱动芯片(U1)的输入引脚和接地引脚之间安装所述第13电阻(13)；所述驱动芯片(U1)的供电引脚到分压电路输出的供电线路上，安装并联连接的所述第8电容(C8)和所述第9电容(C9)，所述第8电容(C8)和所述第9电容(C9)形成稳压电容；所述驱动芯片(U1)的第1输出引脚串联所述第14电阻(14)，所述驱动芯片(U1)的第2输出引脚串联所述第15电阻(15)；所述第14电阻(14)的输出端和所述第15电阻(15)的输出端合为一路后，连接到所述MOS管(Q1)的栅极；所述MOS管(Q1)的源极与分压电路输出的电源负极出线端连接，所述MOS管(Q1)的漏极与第10整流二极管(D10)的正极连接，第10整流二极管(D10)的负极与第9整流二极管(D9)的正极连接，第9整流二极管(D9)的负极与电源正极出线端连接；并且，所述脱扣线圈(L3)与串联的所述第9整流二极管(D9)和第10整流二极管(D10)并联，通过所述第9整流二极管(D9)和第10整流二极管(D10)，吸收脱扣线圈(L3)保持状态产生的干扰信号。