CN209217703U - 一种智能配电箱用总路开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及断路器技术领域，具体涉及一种智能配电箱用总路开关，包括主控MCU，主控MCU外接有触点温度检测电路、磁保持继电器驱动电路和电流检测电路，电流检测电路通过分闸信号脉冲生成电路产生稳定的分闸信号，输出到磁保持继电器驱动电路，主控MCU通过SPI通讯总线与计量芯片进行通信；本实用新型具备多重保护功能：过载、短路保护功能使用三级档位硬件电路来区别对待不同过电流的动作时间，确保极速分断的同时也大幅降低大功率电器启动瞬间导致的误断电。

Description

一种智能配电箱用总路开关

技术领域

本实用新型涉及断路器技术领域，具体涉及一种智能配电箱用总路开关。

背景技术

漏电保护器，简称漏电开关，又叫漏电断路器，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或电动机的过载和短路，亦可在正常情况下作为线路的不频繁转换启动之。

传统空气开关：机械式，精度差，无法远程控制，无法获取用电信息，无智能，不能识别故障电弧（线路打火）。无过零投切，无温度监测。

传统与电子结合（通过电机）：通过电机驱动，合闸速度慢，无过零投切，体积大，成本高。

磁保持继电器类：温度检测只存在内部而不非线路触点温度，无手动开关，断电之后无法手动分合闸，存在安全隐患；抗短路能力差只能达到1KA；过电流保护机制单一，对于启动电流大的设备容易误跳；算法差，通讯慢，无过零投切，无法获取电流波形。

实用新型内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种智能配电箱用总路开关，旨在提供一种用于解决上述磁保持继电器类断路器的所存在技术缺陷。

技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种智能配电箱用总路开关，包括主控MCU，所述主控MCU外接有触点温度检测电路、磁保持继电器驱动电路和电流检测电路，所述电流检测电路通过分闸信号脉冲生成电路产生稳定的分闸信号，输出到所述磁保持继电器驱动电路，所述主控MCU通过SPI通讯总线与计量芯片进行通信；

所述温度检测电路可检测每个进线触点和出线触点的温度；

所述电流检测电路包括电流信号采集单元、整流放大电路和检测单元，所述电流信号采集单元获取电流信号并上传至所述计量芯片中，所述主控MCU通过软件算法匹配最佳的跳闸方式；所述电流信号或输出到所述整流放大电路，经处理输入至所述检测单元。

更进一步地，所述温度检测电路包括NTC热敏电阻和固定电阻，所述NTC热敏电阻与固定值电阻串联，并接入输入到主控MCU的ADC采集通道引脚。

更进一步地，所述磁保持继电器驱动电路包括磁保持继电器，所述磁保持继电器的型号为型号为HFE10-L，其设有一个手动开关。

更进一步地，所述检测单元包括第一均值检波电路、第二均值检波电路和波峰检测电路。

更进一步地，所述第一均值检波电路检测额定电流在1.13~1.45倍额定电流值，并将触发信号发送给秒级延时电路，所述秒级延时电路在输入触发维持超过设定时间时，将发送信号至下一级。

更进一步地，所述第二均值检波电路检测输入电流信号大于等于5倍额定电流时，其输出将逐步上升达到稳定并触发触发分闸信号。

更进一步地，所述波峰检测电路通过比较器实时监测其电流信号波峰值达到5~10倍额定电流是，即触发分闸信号。

更进一步地，所述计量芯片外界有电压信号采集单元，当检测电压过零、电流过零电平信号输出时，所述主控MCU控制延时执行分闸与合闸操作。

更进一步地，所述主控MCU的型号为STM32F0，所述计量芯片的型号为ADE7953。

有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型通过触点温度检测电路的设计，对应的NTC热敏电阻的阻值也会发生改变，因此输入到主控MCU的ADC电压值也会成一定函数关系变化，可以支持每个端子的温度实时监测。

2、本实用新型通过增加电流检测电路的设计，通过主控MCU通讯，获得计量芯片中电流信号的实时值，通过比对该值与设定额定电流值的差异，通过软件算法来匹配最佳的跳闸策略，实现软件级过电流检测功能；另外配合检测单元的硬件检测；实现电流信号的软硬件双重过电流检测，从而降低了误跳发生概率，也保障了用电安全。

3、本实用新型通过主控MCU控制延时执行分闸与合闸操作，使得总路开关具备有效准确实现过零投切功能。

4、通过利用计量芯片ADE7953具备波形采集功能，并通过与主控MCU通过SPI通讯总线进行通信，能够还原电压电流原始波形并保存，方便用户可以通过APP或者后台，观察到故障发生时的电流波形，从而更加精确定位其故障原因和解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例

本实施例的一种智能配电箱用总路开关，参照图1：包括主控MCU（其型号选用STM32F0），主控MCU外接有触点温度检测电路、磁保持继电器驱动电路和电流检测电路，电流检测电路通过分闸信号脉冲生成电路产生稳定的分闸信号，输出到磁保持继电器驱动电路，主控MCU通过SPI通讯总线与计量芯片进行通信。

其中温度检测电路可检测每个进线触点和出线触点的温度：并将NTC热敏电阻与固定值电阻（优选10K欧）串联至电源3.3V电压，取其中间点输入到主控MCU的ADC采集通道引脚。当进线、出线端子金属导热部分温度发生改变时，对应的NTC热敏电阻的阻值也会发生改变，因此输入到主控MCU的ADC电压值也会成一定函数关系变化，再通过主控MCU内部ADC外设进行模数转换，获取其电压数值，经过算法计算得到该端子温度值。主控MCU的ADC外设支持多通道高速率的采样，因此可以支持每个端子的温度实时监测。

针对电流检测电路：包括电流信号采集单元、整流放大电路和检测单元，电流信号采集单元获取电流信号并上传至计量芯片中，主控MCU通过软件算法匹配最佳的跳闸方式；电流信号或输出到整流放大电路，经处理输入至检测单元，其中检测单元采用三种不同的处理电路：（使用三级档位硬件电路来区别对待不同过电流的动作时间，确保极速分断的同时也大幅降低大功率电器启动瞬间导致的误断电）

在第一均值检波电路中，检测额定电流在1.13~1.45倍额定电流值，并将触发信号发送给秒级延时电路。秒级延时电路在输入触发维持超过设定时间时，才会发送信号给下一级，从而实现了低电流的延时脱扣。

在第二均值检波电路中，当输入电流达到5倍额定电流时，该均值检波电路的输出将逐步上升达到稳定，达到稳定需要0.1S级别时间常数，当其达到稳定时，触发分闸信号。从而实现了大电流的0.1S级延时。

在波峰检测电路中，通过比较器实时监测其电流信号波峰值是否达到5~10倍额定电流来触发分闸。

其中过零投切功能的实现：计量芯片ADE7953具备电压过零、电流过零电平信号输出，主控MCU通过检测这两种电平信号切换时刻，来获取电信号的过零时刻；当主控MCU收到来自远程或者按键的分闸指令时，不会立即执行分闸，而会等待收到电流过零信号，再通过固定的毫秒级延时之后，执行分闸，从而实现了准确的电流过零分闸功能；同理，合闸指令，在检测到电压过零时，延时一定毫秒时间再执行合闸，实现了电压过零时的合闸（切入）。由于电压过零、电流过零信号到主控MCU的延时时固定的，执行分合闸时间也分别固定，不会改变，且市电频率周期固定波动小，因此该方案能够有效准确实现过零投切功能。且计量芯片ADE7953具备波形采集功能。主控MCU通过SPI通讯总线，以5Mbps的通讯速度进行数据读取，能够获得6.99Khz数据采样频率，即每周期139.8个数据点（50Hz电网），足够还原电压电流原始波形。该数据将会持续刷新在主控MCU当中。当发生故障时。该波形数据将会保存下来，上传至服务器。用户可以通过APP或者后台，观察到故障发生时的电流波形，从而更加精确定位其故障原因和解决方案。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种智能配电箱用总路开关，包括主控MCU，其特征在于：所述主控MCU外接有触点温度检测电路、磁保持继电器驱动电路和电流检测电路，所述电流检测电路通过分闸信号脉冲生成电路产生稳定的分闸信号，输出到所述磁保持继电器驱动电路，所述主控MCU通过SPI通讯总线与计量芯片进行通信；

所述温度检测电路可检测每个进线触点和出线触点的温度；

所述电流检测电路包括电流信号采集单元、整流放大电路和检测单元，所述电流信号采集单元获取电流信号并上传至所述计量芯片中，所述主控MCU通过软件算法匹配最佳的跳闸方式；所述电流信号或输出到所述整流放大电路，经处理输入至所述检测单元。

2.根据权利要求1所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述温度检测电路包括NTC热敏电阻和固定电阻，所述NTC热敏电阻与固定值电阻串联，并接入输入到主控MCU的ADC采集通道引脚。

3.根据权利要求1所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述磁保持继电器驱动电路包括磁保持继电器，所述磁保持继电器的型号为型号为HFE10-L，其设有一个手动开关。

4.根据权利要求1所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述检测单元包括第一均值检波电路、第二均值检波电路和波峰检测电路。

5.根据权利要求4所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述第一均值检波电路检测额定电流在1.13~1.45倍额定电流值，并将触发信号发送给秒级延时电路，所述秒级延时电路在输入触发维持超过设定时间时，将发送信号至下一级。

6.根据权利要求4所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述第二均值检波电路检测输入电流信号大于等于5倍额定电流时，其输出将逐步上升达到稳定并触发触发分闸信号。

7.根据权利要求4所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述波峰检测电路通过比较器实时监测其电流信号波峰值达到5~10倍额定电流是，即触发分闸信号。

8.根据权利要求1所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述计量芯片外界有电压信号采集单元，当检测电压过零、电流过零电平信号输出时，所述主控MCU控制延时执行分闸与合闸操作。

9.根据权利要求1所述的一种智能配电箱用总路开关，其特征在于，所述主控MCU的型号为STM32F0，所述计量芯片的型号为ADE7953。