CN214412261U - 超快速固态断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超快速固态断路器，包括第一电路板、第二电路板、散热器及电流互感器，电流互感器、第一电路板、第二电路板、散热器依次连接；第一电路板上设有电源模块向第一电路板、第二电路板及散热器提供电源；延时发生器驱动模块，用于对电路的不稳定状态进行延时处理；过载短路漏电保护模块，用于在过载或漏电时进行保护；第二电路板上设有温度保护控制模块，用于在温度过高时断开主回路以保护器件；故障侦测模块，用于检测故障；状态指示模块，用于根据故障信号进行指示；快速切换模块，用于切换输出状态；隔离驱动模块隔离电源；本申请可以弥补传统短路器的不足，在千万次的短路状态下对它无任何损伤，切断速度达15uS。

Description

超快速固态断路器

技术领域

本实用新型属于断路器技术领域，具体涉及一种超快速固态断路器。

背景技术

低压断路器是非常开关器件。在工业控制和居家线路控制方面得到广泛应用。用于低压配电电路中不频繁通断控制。在电路发生短路、过载动故障时能自动分断故障短路。过流或短路脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现短路或过载跳闸保护功能。在短路状态下跳闸动作时间大约10mS拉弧时间大约3mS，也就是在发生短路时短路电流切断时间大约13mS。13mS的短路电流会使线路的短路点造成很高的温度极容易引燃附近的易燃物质极易可能造成火灾，断路器在快速断开时动触点和静触点之间产生高温拉弧，电弧中心温度达万度高温会烧蚀触点缩短断路器的寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超快速固态断路器以解决现有的断路器在快速断开时产生高温拉弧，电弧中心温度达万度高温会烧蚀触点缩短断路器的寿命，快速切断主回路的电流，使短路点没有达到引起火灾的条件就断开了。减少了出现火灾的问题。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：一种超快速固态断路器，包括：第一电路板、第二电路板、散热器及电流互感器，所述电流互感器、第一电路板、第二电路板、散热器依次连接；

所述第一电路板上设有

电源模块，用于向第一电路板、第二电路板、电流互感器及散热器提供电源；

延时发生器驱动模块，用于对电路的不稳定状态进行延时处理；

过载短路漏电保护模块，用于在过载或漏电时进行保护；

所述第二电路板上设有

温度保护控制模块，用于在温度过高时断开主回路以保护器件；

故障侦测模块，用于检测故障；

状态指示模块，用于根据故障信号进行指示；

快速切换模块，用于切换输出状态；

驱动模块，用于驱动MOS管构成主回路。

进一步的，所述延时发生器驱动模块包括：

第一启动延时电路，用于对电路进行延时启动，保持主回路电压稳定；

继电器，用于吸收浪涌电压以及控制电源通断。

进一步的，所述过载短路漏电保护模块，包括：

整流桥，用于将交流电转变为直流电；

稳压二极管，用于稳定电压以及对。

进一步的，所述温度保护控制模块，包括：

温度传感器，用于检测MOS管温度；

所述温度传感器采用热敏电阻。

进一步的，所述故障侦测模块包括：

电压比较器，用于检测电路电压并将所述电路电压与预设电压阈值进行比较；

所述电压比较器包括：电阻R8、电阻R15、电阻R14以及差分放大器U1C，所述电阻R8的一端与差分放大器U1C的输出端连接，所述电阻R8的另一端与差分放大器U1C的正向输入端连接，所述U1C的反向输入端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接地。

进一步的，所述状态指示模块包括：

电阻R30、电阻R7、NPN三极管Q、二极管LED以及电阻R26，所述电阻R30的一端分别与电阻R7的一端、NPN三极管Q的基极连接，所述NPN 三极管Q的发射极、电阻R7的另一端均接地，所述NPN三极管Q的集电极与二极管LED的负极连接，所述二极管LED的正极与电阻R26连接。

进一步的，所述快速切换模块包括：

启动电路，用于通过启动开关进行启动；

状态保持电路，用于保持高电平状态；

第二启动延时电路，用于对电路进行延时启动，电压稳定后在进入工作状态；

缓冲输出电路，用于输出高电平。

进一步的，所述驱动模块包括：

双MOS管开关，用于控制主回路的通断。

进一步的，所述继电器采用磁保持继电器。

本实用新型采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

本实用新型可以弥补传统短路器的不足，在千万次的短路状态下对它无任何损伤，切断速度达15uS。除此之外，本申请采用两个电路板相结合的方式，能够使得本申请在加入电路板后不会增大使用面积，与现有方案中的面积大小相似。

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为本实用新型提供的电源模块的电子电路图；

图2为本实用新型提供的延时发生器驱动模块的电子电路图；

图3为本实用新型提供的过载短路漏电保护模块的电子电路图；

图4为本实用新型提供的温度保护控制模块的电子电路图；

图5为本实用新型提供的故障侦测模块的电子电路图；

图6为本实用新型提供的状态指示模块的电子电路图；

图7为本实用新型提供的快速切换模块的电子电路图；

图8为本实用新型提供的驱动模块的电子电路图。

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，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的超快速固态断路器。

如图1所示，本申请实施例中提供的超快速固态断路器，包括：第一电路板、第二电路板、散热器及电流互感器，所述电流互感器、第一电路板、第二电路板、散热器依次连接；

所述第一电路板上设有

电源模块，用于向第一电路板、第二电路板、电流互感器及散热器提供电源；

延时发生器驱动模块，用于对电路的不稳定状态进行延时处理；

过载短路漏电保护模块，用于在过载或漏电时进行保护；

所述第二电路板上设有

温度保护控制模块，用于在温度过高时断开主回路以保护器件；

故障侦测模块，用于检测故障；

状态指示模块，用于根据故障信号进行指示；

快速切换模块，用于切换输出状态；

驱动模块，用于驱动MOS管构成主回路。

需要说明的是，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器，电流互感器是由闭合的铁芯和绕组组成，它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此，它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

本申请提供的超快速固态断路器的工作原理为，电源模块向第一电路板、第二电路板、电流互感器以及散热器提供电能，电流互感器检测电流状态，在接通电源后，延时发生器驱动模块是所有电路存在不稳定状态时进行延时处理，或利用继电器吸收电容电压，保护电路不被击穿；当电流互感器检测到电流过大或漏电情况时，过载短路漏电保护模块对电路进行保护；温度保护控制模块能够随时检测MOS管的温度情况，当温度高于温度阈值时，利用散热器进行降温；故障侦测模块检测电路电压判断是否出现故障，如果出现故障则利用状态指示模块进行指示；快速切换模块对电路的输出状态进行保持、延迟及缓冲输出，驱动模块在连接电源后驱动MOS管构成主回路。

如图1所述，J4、J4A是220V电源输入端JA是断路器的开启和关闭开关端口，打开启动开关VCC电压为12VDC向A和B板整体电路供电。可以理解的是，本申请中的电源模块采用现有技术实现，本申请在此不再赘述。

一些实施例中，所述延时发生器驱动模块包括：

第一启动延时电路，用于对电路进行延时启动，保持主回路电压稳定；

继电器，用于吸收浪涌电压以及控制电源通断。

优选的，所述继电器采用磁保持继电器。

具体的，如图2所示，第一启动延时电路是有R28、C21、UA2D构成、接通启动开关后，VCC电源电压处于由低向高逐渐升至稳压电源输出12V稳定值。在这一过程中所有电路在不稳定状态，所以增加第一启动延时电路。R28、 C21、UA2D在这里做反向器使用。上电后UA2D的11脚输出高电平1随R28 向C21充电UA2D输入脚电压逐渐升高至大于VCC一半时UA2D的11脚翻转输出低电平0。为了减少继电器正常工作时的功耗，本申请中采用了磁保持继电器。磁保持继电器接通或断开时只需要加一个一定宽度正和负脉冲就可以进行控制。正负脉冲发生器由UA2A、UA2B、UA2C构成，第一启动延时电路 UA2D的11脚输出低电平0后，UA2B的4脚输出大约100mS脉宽的正脉冲通过R36至QA9基极QA9和QA8同时导通。这时电源电压VCC通过R38限流至QA4基极QA4导通保持继电器控制线圈得到100mS的电能导通。当电路出现过载、短路时，电路板B输出高电平通过2*5双排座第6脚至UA2C的8脚， UA2A的3脚输出大约100mS脉宽的正脉冲，QA5、QA6导通，磁保持继电器线圈得到反向脉冲使触头断开。因此磁保持继电器能够保护电路不被击穿。

一些实施例中，所述过载短路漏电保护模块，包括：

整流桥，用于将交流电转变为直流电；

稳压二极管，用于稳定电压以及对。

具体的，如图3所示，J5是连接过电流互感器输出S1 S2。电流在正常范围内V点电压低于0.5V与强启动负载时R31限流C8平滑作用可以在100mS 内V点电压不超过0.5V，与短路时穿过互感器的主回路电流达几千安，J5的2 脚输出电压超过2.5V以上D28是(2V)稳压二极管过压击穿V点电压超过0.5V 通过2*5排母5脚到B板处理并保护。J6连接漏电检测互感器输出S1 S2当漏电电流超过30mA以上是V点电压超过0.5V并利用B板保护。其中，DE1、DE2为整流桥，用于将交流电转变为直流电。通过调节电阻R87、R82、R80 的阻值保护电路。

一些实施例中，所述温度保护控制模块，包括：

温度传感器，用于检测MOS管温度；

所述温度传感器采用热敏电阻。

具体的，如图4所示，RT1为负温度系数热敏电阻，用于检测温度，U2A、 U2B构成温度保护控制LED1过温保护指示。可以理解的是，产生温度的原件主要是主回路的MOS管。当电路正常工作时Q5A-Q5D以及MOS开关导通后有几十安培的电流通过开关管D/S极，(MOS管导通时是有一定电阻值的)会产生热量。RT1检测MOS管温度。当温度升至55℃，RT1阻值降低U2A的2 脚电位下降低于3脚电压时，1脚输出高电平使得Q1导通(JB接仪表散热风扇)风扇启动强制风冷散热。假设MOS管的温度还在增加RT1阻值继续降低 U2B的5脚电位低于6脚电压时(MOS管温度75℃)U2B的7脚输出低电平经过D24到E点强行关断主回路达到保护MOS管不至于过温工作导致损坏。

一些实施例中，所述故障侦测模块包括：

电压比较器，用于检测电路电压并将所述电路电压与预设电压阈值进行比较；

所述电压比较器包括：电阻R8、电阻R15、电阻R14以及差分放大器U1C，所述电阻R8的一端与差分放大器U1C的输出端连接，所述电阻R8的另一端与差分放大器U1C的正向输入端连接，所述U1C的反向输入端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接地。

优选的，所述状态指示模块包括：

电阻R30、电阻R7、NPN三极管Q、二极管LED以及电阻R26，所述电阻R30的一端分别与电阻R7的一端、NPN三极管Q的基极连接，所述NPN 三极管Q的发射极、电阻R7的另一端均接地，所述NPN三极管Q的集电极与二极管LED的负极连接，所述二极管LED的正极与电阻R26连接。

具体的，如图5所示，U1C的8脚V点通过2*5双排针10脚连接到电路板A8脚的V点。当V点电压超过0.5V以上是U1C的8脚电压大于9脚电压 14脚输出C点低电平使B电路的输出低电平Q5A-Q5D停止导通。图6是工作状态指示电路，显示开关的工作状态。

一些实施例中，所述快速切换模块包括：

启动电路，用于通过启动开关进行启动；

状态保持电路，用于保持高电平状态；

第二启动延时电路，用于对电路进行延时启动，电压稳定后在进入工作状态；

缓冲输出电路，用于输出高电平。

具体的，如图7所示，C1、R1、U1D构成启动电路每次打开启动开关U1D 的13脚都输出一个2mS的正脉冲经过D1至U1A状态保持5脚2脚输出高电平R6正反馈至5脚这样输出状态就保持高电平输出，通过限流电阻R9至U1B 缓冲输出7脚1脚输出高电平。打开启动开关C1两端电压不能突变电流通过 R112限流至Q8基极Q8导通将U1B的7脚电压拉低当C1被充满后Q8截止 U1B的7脚电压恢复1脚输出恢复输出高电平。

优选的，所述驱动模块包括：

双MOS管开关，用于控制主回路的通断。

如图8所示，双MOS管开关U1B 1脚输出的高电平驱动U3A和U3输入端2、4脚经处理后的信号由5、7脚输出较大的电流控制Q5A-Q5D的栅极控制Q5A-Q5D通断主回路。

综上所述，本实用新型提供一种超快速固态断路器，包括第一电路板、第二电路板、散热器及电流互感器，电流互感器、第一电路板、第二电路板、散热器依次连接；第一电路板上设有电源模块向第一电路板、第二电路板及散热器提供电源；延时发生器驱动模块，用于对电路的不稳定状态进行延时处理；过载短路漏电保护模块，用于在过载或漏电时进行保护；第二电路板上设有温度保护控制模块，用于在温度过高时断开主回路以保护器件；故障侦测模块，用于检测故障；状态指示模块，用于根据故障信号进行指示；快速切换模块，用于切换输出状态；隔离驱动模块隔离电源；本实用新型可以弥补传统短路器的不足，在千万次的短路状态下对它无任何损伤，切断速度达15uS。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种超快速固态断路器，其特征在于，包括：第一电路板、第二电路板、散热器及电流互感器，所述电流互感器、第一电路板、第二电路板、散热器依次连接；

所述第一电路板上设有

电源模块，用于向第一电路板、第二电路板、电流互感器及散热器提供电源；

延时发生器驱动模块，用于对电路的不稳定状态进行延时处理；

过载短路漏电保护模块，用于在过载或漏电时进行保护；

所述第二电路板上设有

温度保护控制模块，用于在温度过高时断开主回路以保护器件；

故障侦测模块，用于检测电路电压从而判断是否出现故障；

状态指示模块，用于根据故障信号进行指示；

快速切换模块，用于切换输出状态；

驱动模块，用于驱动MOS管构成主回路。

2.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述延时发生器驱动模块包括：

第一启动延时电路，用于对电路进行延时启动，保持主回路电压稳定；

继电器，用于吸收浪涌电压以及控制电源通断。

3.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述过载短路漏电保护模块，包括：

整流桥，用于将交流电转变为直流电；

稳压二极管，用于稳定电压以及对。

4.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述温度保护控制模块，包括：

温度传感器，用于检测MOS管温度；

所述温度传感器采用热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述故障侦测模块包括：

电压比较器，用于检测电路电压并将所述电路电压与预设电压阈值进行比较；

所述电压比较器包括：电阻R8、电阻R15、电阻R14以及差分放大器U1C，所述电阻R8的一端与差分放大器U1C的输出端连接，所述电阻R8的另一端与差分放大器U1C的正向输入端连接，所述U1C的反向输入端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述状态指示模块包括：

电阻R30、电阻R7、NPN三极管Q、二极管LED以及电阻R26，所述电阻R30的一端分别与电阻R7的一端、NPN三极管Q的基极连接，所述NPN三极管Q的发射极、电阻R7的另一端均接地，所述NPN三极管Q的集电极与二极管LED的负极连接，所述二极管LED的正极与电阻R26连接。

7.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述快速切换模块包括：

启动电路，用于通过启动开关进行启动；

状态保持电路，用于保持高电平状态；

第二启动延时电路，用于对电路进行延时启动，电压稳定后在进入工作状态；

缓冲输出电路，用于输出高电平。

8.根据权利要求1所述的超快速固态断路器，其特征在于，所述驱动模块包括：

双MOS管开关，用于控制主回路的通断。

9.根据权利要求2所述的超快速固态断路器，其特征在于，

所述继电器采用磁保持继电器。

Images