一種節能型欠壓/過壓保護裝置的製作方法

2023-12-02 03:44:41 4

專利名稱：一種節能型欠壓/過壓保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新式節能型欠壓/過壓保護裝置，該裝置適合應用於當供電電壓超出正常允許範圍時對電器和設備的供電迴路進行開斷控制的保護裝置中。當供電電壓低於或超出設定閾值範圍時，該保護裝置產生控制信號，驅動開關電器例如斷路器脫扣跳閘切斷電源，使用電裝置或電器斷電，預防或避免經濟損失和災害的發生。
背景技術：
隨著現代工農業自動化設備和消費電器的發展，低壓用電裝置或電器數量和種類也越來越多，當供電系統出現電壓異常，如欠壓或過壓故障時，可能造成用電裝置或電器的功能喪失或永久損壞，造成經濟損失，甚至引發災害。現有技術中提出多種方案解決欠壓/過壓保護的問題，一種方案如公開號為 CN^^4779Y的中國實用新型專利，這種方案將欠壓保護電路與漏電保護電路集成在一起， 當主迴路供電系統電壓超過正常範圍內時，邏輯電路產生高電平控制信號，使繼電器動作， 從而斷開用電設備的電源。另一種方案如美國專利US2009237187A1 (CN101512704A)，該方案將過壓信號控制的致動器串聯在欠壓保護迴路中，以實現過壓/欠壓保護功能，結構相對複雜。再一種方案如公開號為CN101237137A的中國發明專利申請，當供電電壓超出正常範圍時，使相應的繼電器閉合，從而啟動過流保護器來實現斷開迴路的目的。該方案必須配合過流保護器才能實現欠壓/過壓保護功能。這些已有的欠壓/過壓保護通常只在發生欠壓/過壓故障時，產生觸發信號驅動致動器，使開關能夠閉合，通常需要提供持續比較大的電流信號來保持觸發信號，容易造成噪音高、功耗大、發熱大的問題，而且結構相對複雜。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種具有改進功能的節能型欠壓/過壓保護裝置，在供電電壓處於正常允許範圍時，該保護裝置採用獨特的低電流保持技術以少的能量維持允許電源正常接通的閉合狀態，並且能在供電系統電壓欠壓或過壓(即低於額定電壓的最小設置比例值或高於額定電壓的最大設置比例值)時切斷電源，不僅噪音低，綠色節能環保，克服了現有技術的設備噪音大、功耗大、發熱大的缺點，而且可靠避免了用電設備損壞以及可能帶來的災害。為了實現上述目的，本實用新型採用了如下技術方案。本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置包括整流穩壓電路2，用於將來自供電網的交流電源1變成直流，向控制電路部分3和致動器驅動電路4提供穩定可靠的DC工作電源和所需能量。控制電路部分3檢測從整流穩壓電路2輸出的電壓，當電壓等於或低於預先設定的欠壓動作閾值時，或者當電壓等於或者高於過壓動作閾值時，所述控制電路部分3向致動器驅動電路4輸出禁止閉合的控制信號，當電壓等於或者高於預先設定的允許閉合動作閾值且低於過壓動作閾值
4時，所述控制電路部分3向致動器驅動電路4輸出允許閉合的控制信號。致動器驅動電路4與斷路器本體執行機構相連接，根據所述控制電路部分3輸出的控制信號，致動器驅動電路4驅動斷路器本體機械部分執行禁止閉合、允許閉合、維持節能閉合或者跳間操作。根據本實用新型的一種實施方式，所述的控制迴路部分3由電壓檢測電路5、高電壓快速閉合電路6、負反饋閉環脈寬調製電路7、過電壓檢測電路8和邏輯控制電路9構成， 與電源相連接的電壓檢測電路5分別向高電壓快速閉合電路6、負反饋閉環脈寬調製電路 7、過電壓檢測電路8的輸入端提供電壓信號，所述的高電壓快速閉合電路6、負反饋閉環脈寬調製電路7、過電壓檢測電路8的輸出端分別向邏輯控制電路9輸出信號，其中負反饋閉環脈寬調製電路7和邏輯控制電路9的輸出端分別向致動器驅動電路4提供控制信號。根據本實用新型的另一種實施方式，所述的控制迴路部分3是由電壓檢測電路5、 反饋信號放大濾波電路20、ADC模塊21和微處理器22構成，與電源相連接的電壓檢測電路 5與反饋信號放大濾波電路20的輸出端以及與ADC模塊21的輸入端相連接，並且，反饋信號放大濾波電路20的另一個輸出端向致動器驅動電路4提供輸出信號，ADC模塊21的輸出端連接微處理器22，微處理器22的輸出端向致動器驅動電路4提供控制信號。ADC模塊 21也可以與微處理器22合在一起，即內置ADC模塊的微處理器。所述的致動器驅動電路4包括功率器件T2、續流二極體Dl和與續流二極體Dl並聯連接的脫扣器線圈Li，功率開關管T2的柵極接收來自邏輯控制電路9輸出端20的信號， 其漏極與續流二極體Dl的正極相連接，源極與負反饋閉環脈寬調製電路7的運算放大器A2 的反相輸入端相連接，續流二極體Dl的負極與供電電源VCC2相連接。所述的高電壓快速閉合電路6包括運算放大器Al，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和電容Cl以及三極體Tl，其中，運算放大器Al的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15，反相輸入端的電壓信號Vl為預先設置的閾值信號，運算放大器Al的輸出端經第一電阻R1、電容Cl、第二電阻R2與三極體Tl 的基極相連接，三極體Tl的集電極經第三電阻R3連接供電電源VCC1，三極體Tl的發射極與邏輯控制電路9的一個輸入端16相連接，為其提供快速閉合開關控制信號，並且三極體 Tl的發射極經第四電阻R4接地。所述的負反饋閉環脈寬調製電路7包括第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和比較器A2，其中，比較器A2的正相輸入端經第五電阻R5接收電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15，第五電阻R5的輸出端經第六電阻R6接地，比較器A2的反相輸入端與致動器驅動電路4的功率開關管T2的源極相連接，並且經第七電阻R7接地，比較器A2的輸出端向邏輯控制電路9的輸入端17提供控制信號。所述的過電壓檢測電路8包括比較器A3和與其輸出端串聯連接的反相器W，其中 A3為運算放大器，m也可以由運算放大器實現，運算放大器A3的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15，其反相輸入端的輸入電壓的符號V2代表了預先設置的過電壓保護動作閾值C%，其輸出端向邏輯控制電路9的輸入端18提供控制信號。所述的邏輯控制電路9包括過電壓比較器、欠電壓比較器和邏輯電路，邏輯控制電路9具有3個信號輸入端16、17、18，信號輸入端16接收高電壓快速閉合電路6的輸出信號，信號輸入端17接收負反饋閉環脈寬調製電路7的輸出信號，信號輸入端18接收過電壓檢測電路8的輸出信號，邏輯控制電路9具有信號輸出端19，所述邏輯電路根據3個輸入信
5號16、17、18的邏輯運算結果，通過過電壓比較器或欠電壓比較器向致動器驅動電路4輸出禁止閉合或跳間控制信號。所述的邏輯控制電路9滿足如下邏輯控制關係當從過電壓檢測電路8提供的輸入信號18為低電平時，邏輯控制電路9的輸出信號19也為低電平，當來自過電壓檢測電路8的輸入信號18、來自高電壓快速閉合電路6的輸入信號16或者來自負反饋閉環脈寬調製電路7的信號17為高電平時，邏輯控制電路9的輸出信號19均為高電平。本實用新型提供的欠壓/過壓保護裝置具有下述特點將低於額定電壓的最小設置比例值設為欠壓動作閾值，將高於額定電壓的最大設置比例值設為過壓動作閾值，在大於欠壓動作閾值直至小於過壓動作閾值的電壓範圍中，將高於欠壓動作閾值且低於額定電壓的區間內的某個額定電壓的比例值設為允許閉合動作閾值，本實用新型將高於允許閉合動作閾值直至低於過壓動作閾值的電壓範圍視為供電系統電壓的正常允許範圍，將低於、等於欠壓動作閾值或高於、等於過壓動作閾值的電壓範圍視為供電系統電壓的非正常允許範圍。當檢測的供電系統電壓處於所述正常允許範圍內(>B%-- ) 時，保護裝置發出控制信號，使致動器處於禁止開關電器閉合的狀態或者驅動機械部分使開關電器立即斷開，從而保護用電裝置或電器。

從下述結合附圖對僅作為非限制性例子所作的詳細說明中，可更清楚的看出本實用新型的其他優點與特徵，其中圖1是本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置一個實施例的電路示意圖。圖2是本實用新型的電壓檢測電路5的電路圖。圖3是圖2所示的電壓檢測電路5的輸出波形圖。 圖4是控制電路部分3和致動器驅動電路4的電路圖。圖5、圖6是本實用新型的邏輯控制電路9的電路圖，其中圖5是邏輯控制電路9 的邏輯控制關係示意圖；圖6表示邏輯控制電路9的輸入輸出連接關係。圖7、圖8是本實用新型的致動器驅動電路4電壓信號的示意圖，其中圖7表示致動器處於允許和維持開關閉合的節能狀態；圖8表示致動器處於禁止開關閉合過壓保護的狀態。圖9是本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置另一個實施例的電路示意圖。圖10是本實用新型的致動器驅動電路4中脫扣器線圈Ll兩端的電壓和電流波形圖。
具體實施方式
以下結合附圖1至8所示的多個實施例，進一步描述本實用新型的節能型欠壓/
6過壓保護裝置。本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置不限於以下實施方式。圖1所示的本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置的電路主要包括整流穩壓電路2、致動器驅動電路4、電壓檢測電路5、高電壓快速閉合電路6、負反饋閉環脈寬調製電路 7、過電壓檢測電路8和邏輯控制電路9。其中，整流穩壓電路2由整流橋、穩壓管等組成，負責將來自供電網的交流電源1變成直流，向控制電路部分3和致動器驅動電路4提供穩定可靠的DC工作電源，並且為各控制電路及執行機構提供所需能量。如圖1所示，本實用新型所述的控制電路部分3是由電壓檢測電路5、高電壓快速閉合電路6、負反饋閉環脈寬調製電路7、過電壓檢測電路8和邏輯控制電路9構成的，這些電路的構成和連接關係將在下面結合圖4詳細說明，它們的工作原理將在下面結合圖5、圖6和圖7、圖8具體說明。圖1 中10為開關電器例如斷路器本體，斷路器受其控制器或者附件的動作信號控制，用於執行交流電源和負載電路的接通和分斷。當供電電壓處於非正常允許範圍時，本實用新型裝置產生控制信號控制致動器，通過致動器驅動執行機構機械部分使閉合狀態的斷路器立即斷開或者禁止斷路器閉合，從而保護用電裝置或電器。本實用新型的一個電壓檢測電路5的實施例如圖2所示，它由分立電阻12、13和與電阻13並聯的電容14組成，電壓檢測電路5對供電系統電壓進行採樣，用於檢測從供電網輸入的交流電源1的電壓和對信號進行放大濾波處理。圖中11為從整流穩壓電路2輸入電壓檢測電路5的經過全波整流的電壓信號，15為電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號。圖3是圖2所示的電壓檢測電路5穩態的輸出波形示意圖，其中橫坐標為時間，縱坐標為電壓幅值與額定電壓的比例值，圖中實線的曲線為電壓波形的檢測信號，其均值代表了輸入的電壓信號的幅值，圖中虛線的部分表示如前所述的設定的閾值。如圖所示，當電壓檢測電路5輸出的電壓信號15等於或低於預先設定的欠壓動作閾值(以35%為例) 時，本實用新型的保護裝置禁止斷路器本體閉合。當電壓信號15等於或者高於預先設定的允許閉合動作閾值(以70%為例)且低於過壓動作閾值(以110%為例)時，保護裝置允許開關本體閉合。當電壓信號15等於或者高於過壓動作閾值(以110%為例) 時，保護裝置禁止斷路器本體機械部分閉合。圖4是本實用新型的控制迴路部分3和致動器驅動電路4的一個實施例的電路圖。參見圖4的實施例，其中，致動器驅動電路4包括功率器件T2、續流二極體Dl和與續流二極體Dl並聯連接的脫扣器線圈Li，功率器件T2在本實施例中是IGBT開關管，它的柵極接收來自邏輯控制電路9輸出的信號20，其漏極與續流二極體Dl的正極相連接，源極與負反饋閉環脈寬調製電路7的運算放大器A2的反相輸入端相連接。續流二極體Dl的負極與供電電源VCC2相連接，致動器驅動電路4的供電電源VCC2與高電壓快速閉合電路6的供電電源VCCl可以是相同的。如前所述，圖1中的控制迴路部分3包括電壓檢測電路5、高電壓快速閉合電路6、 負反饋閉環脈寬調製電路7、過電壓檢測電路8和邏輯控制電路9。下面分別說明這些構成本實用新型裝置控制迴路部分3的各主要電路的組成結構。如圖4所示，高電壓快速閉合電路6由運算放大器Al，4個電阻Rl、R2、R3、R4和電容Cl以及三極體Tl組成，它是由電阻和電容串聯的RC電路構成的快速閉合開關控制電路，其中運算放大器Al的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號 15，反相輸入端的電壓信號Vl即代表了預先設置的閾值信號B%，運算放大器Al的輸出端
7經第一電阻R1、電容Cl、第二電阻R2與三極體Tl的基極相連接，三極體Tl的集電極經第三電阻R3連接供電電源VCCl，三極體Tl的發射極與邏輯控制電路9的一個輸入端16相連接，為其提供快速閉合開關信號，並且三極體Tl的發射極經第四電阻R4接地。圖4所示的負反饋閉環脈寬調製電路7通過檢測致動器驅動電路4的脫扣器線圈 Ll中流過電流的大小的信號，以較小的平均電流維持開關的閉合狀態。這種低電壓保持的負反饋閉環脈寬調製電路7由3個電阻R5、R6、R7和比較器A2組成，電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15經第五電阻R5連接到比較器A2的正相輸入端，第五電阻R5的輸出端經第六電阻R6接地。比較器A2的反相輸入端與致動器驅動電路4的功率開關管T2的源極相連接，並且經第七電阻R7接地，比較器A2的輸出端向邏輯控制電路9的輸入端17提供控制信號。負反饋閉環脈寬調製電路7的工作原理是由電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15經第五電阻R5和第六電阻R6分壓，當圖7、圖8所示的節點VR6的分壓電壓大於節點VR7的電壓時，比較器A2輸出高電平，通過邏輯控制電路9後使致動器驅動電路4的功率開關管T2導通，使脫扣電源DC全部加到脫扣器線圈Ll上，於是流過脫扣器線圈Ll的電流成指數規律增加，使續流二極體Dl截止。當節點的分壓電壓小於節點VR7的電壓時，負反饋閉環脈寬調製電路7的比較器A2輸出低電平，使致動器驅動電路4的功率開關管T2截止，脫扣器線圈Ll經續流二極體Dl續流，流過脫扣器線圈Ll的電流成指數規律減少。這樣，由於流過脫扣器線圈Ll的電流比較平穩，既保證了致動器具有穩定的吸力，又能夠維持節能閉合，因此，本實用新型的負反饋閉環脈寬調製電路7是一種低電壓保持負反饋閉環脈寬調製電路。圖4中，過電壓檢測電路8由比較器A3和與其輸出端串聯連接的附組成，其中A3 為運算放大器，m為反相器，其中m也可以由運算放大器實現。其中，運算放大器A3的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15，圖4中比較器A3反相輸入端的輸入電壓的符號V2代表了預先設置的過電壓保護動作閾值C%，當供電電壓超過該動作閾值時，運算放大器A3的輸出端輸出高電平控制信號，經反相器m轉換為低電平信號提供給邏輯控制電路9的輸入端18。圖5、圖6是本實用新型的邏輯控制電路9的電路圖，其中圖5是邏輯控制電路9 的邏輯控制關係示意圖；圖6表示邏輯控制電路9的輸入輸出連接關係。邏輯控制電路9 由比較器和邏輯電路組成，比較器包括過電壓比較器和欠電壓比較器。結合如圖5所示的邏輯控制電路9的邏輯電路的邏輯控制關係和如圖6所示的邏輯控制電路9的輸入輸出連接關係可知，邏輯控制電路9具有3個信號輸入端16、17、18和一個信號輸出端19。其中， 信號輸入端16接收高電壓快速閉合電路6的輸出信號，信號輸入端17接收負反饋閉環脈寬調製電路7的輸出信號，信號18為過電壓檢測電路8的輸出信號，輸出端19輸出的是該邏輯控制電路的3個輸入信號16、17、18的邏輯運算結果信號，以1代表允許信號，0代表禁止信號。當電壓檢測電路5檢測出的供電網的電壓15彡或彡處於非正常電壓範圍時，過電壓比較器或欠電壓比較器向致動器驅動電路4輸出禁止閉合或跳閘控制信號。例如，當供電電壓高於過壓保護動作閾值時，從過電壓檢測電路8提供的輸入信號18為 0，此時邏輯控制電路9的輸出信號19 一定為0 ；反之，當供電電壓低於欠壓保護動作閾值 A%時，從高電壓快速閉合電路6提供的輸入信號16或從負反饋閉環脈寬調製電路7提供的輸入信號17為0，此時邏輯控制電路9的輸出信號19 一定為0。當供電電壓處於正常允
8許範圍(>B%--<C%)時，從高電壓快速閉合電路6提供的輸入信號16或從負反饋閉環脈寬調製電路7提供的輸入信號17為1，這樣均可使邏輯控制電路9的輸出信號19為1。 邏輯控制電路9的一個實施例如圖6所示，當從過電壓檢測電路8提供的輸入信號18為低電平時，邏輯控制電路9的輸出信號19也為低電平，當來自過電壓檢測電路8的輸入信號 18、來自高電壓快速閉合電路6的輸入信號16或者來自負反饋閉環脈寬調製電路7的信號 17為高電平時，邏輯控制電路9的輸出信號19均為高電平。通過以下結合圖4-6關於上述構成本實用新型裝置控制迴路部分3的各主要電路的工作原理的說明，本實用新型的邏輯控制電路9的邏輯電路的邏輯控制關係將變得更加
易於理解。圖7、圖8是本實用新型的致動器驅動電路4電壓信號的示意圖，其中圖7表示致動器處於允許和維持開關閉合的節能狀態；圖8表示致動器處於禁止開關閉合過壓保護的狀態。如圖7所示，若假設電壓檢測信號15的電壓是逐漸上升的，到tl時刻，當檢測的電源電壓信號大於額定電壓的70% (即預先設定的允許閉合動作閾值時，即當供電系統電壓高於高電壓快速閉合電路6的運算放大器Al的反相輸入端的電壓Vl時，運算放大器Al輸出高電平，電容器Cl產生衝激響應，使其兩端電壓迅速升高，通過電阻R2使三極體Tl導通，因電阻R4中有電流流過，三極體Tl的發射極此時輸出高電平，則高電壓快速閉合迴路6輸出有效的控制信號給邏輯控制電路9，從而通過與其連接的邏輯控制電路9輸出給致動器驅動電路4 一個邏輯運算控制信號19，使致動器驅動電路4的功率開關管T2導通，使脫扣電源電壓全加在脫扣器線圈Ll上，於是脫扣器動作，從而使致動器處於允許開關閉合的狀態。這樣，當輸入高電壓快速閉合電路6的電壓處於正常允許範圍時，本實用新型裝置可快速對用電設備或電器上電。如圖7所示，高電壓快速閉合迴路6僅僅工作在圖7中的tl至t2時間段。在圖 7中的tl至t2時間段，高電壓快速閉合電路6的電容Cl通過電阻R2、三極體Tl放電，當電容Cl放電電壓到達一定值時，例如圖7中的t2時刻，三極體Tl截止，高電壓快速閉合電路6停止輸出高電平。當供電電壓增大時，電壓檢測信號15幅值上升，由於負反饋閉環脈寬調製電路7 的第七電阻R7的負反饋作用，負反饋閉環脈寬調製電路7的比較器A2的反相輸入端電壓抬高，從而使比較器A2的輸出脈寬變窄，於是使致動器驅動電路4的脫扣器線圈Ll中流過的平均電流基本保持不變。反之，當供電電壓降低時，由於負反饋閉環脈寬調製電路7的第七電阻R7兩端的電壓存在的負反饋作用，使比較器A2的反相輸入端電壓也隨之降低，從而使比較器A2的輸出脈寬變寬，同樣會使致動器驅動電路4的脫扣器線圈Ll中流過的平均電流基本保持不變。當該階段結束後，負反饋閉環脈寬調製電路7檢測致動器驅動電路4 的脫扣器線圈Ll中的電流大小，輸出有一定寬度的脈衝控制信號給邏輯控制電路9(參見圖4)的輸入端17，即在圖7中的t2至t3時間段，將致動器驅動電路4的脫扣器線圈Ll中的電流維持在合理的水平，從而達到節約能耗的目的。如圖7所示，假設在t3時刻，電壓檢測信號15的電壓下降到欠壓動作閾值時，邏輯控制電路9向致動器驅動電路4輸出無效控制信號19，驅動致動器動作，執行禁止開關閉合或者斷開用電裝置的操作。如圖8中所示的本實用新型的致動器驅動電路4的電壓信號，若假設在t4時刻，
9電壓檢測的供電電壓信號15從正常範圍上升到等於或者高於過壓動作閾值時，過電壓檢測電路8輸出禁止控制信號給邏輯控制電路9的輸入端18，經邏輯控制電路9輸出給驅動器致動電路4 一個邏輯運算控制信號19，使致動器處於禁止開關閉合的狀態，從而達到過壓保護的目的。圖9是本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置另一個實施例的電路方框圖。與圖1所示的本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置的實施例的電路類似，區別在於控制迴路部分3是由電壓檢測電路5、反饋信號放大濾波電路20、ADC模塊21和微處理器22構成。如圖9所示，電壓檢測電路5與電源相連接，電壓檢測電路5與反饋信號放大濾波電路 20的輸出端與ADC模塊21的輸入端相連接，並且，反饋信號放大濾波電路20的另一個輸出端向致動器驅動電路4提供輸出信號，ADC模塊21的輸出端連接微處理器22，微處理器22 的輸出端向致動器驅動電路4提供控制信號。其中ADC模塊21也可以包含在微處理器22 中。其工作原理是由電壓檢測電路5與反饋信號放大濾波電路20輸出的模擬信號，經ADC 模塊21轉換為數位訊號輸出給微處理器22，經微處理器22與預先設置的欠壓和過壓動作閾值進行比較。當檢測的供電系統電壓處於所述正常允許範圍內(>B%--<C%)時，微處理器22輸出允許閉合信號給致動器驅動電路4，致動器驅動電路4驅使機械部分運動，允許開關吸合，並且，其微處理器22可以在供電電壓處於正常允許範圍時輸出類似於圖7中的電壓波形的控制信號，控制保護裝置用較小的平均電流驅動致動器，維持開關節能閉合， 從而驅動致動器也可以達到降低保護裝置的功率消耗的目的。當檢測的供電系統電壓處於所述的非正常允許範圍內(彡或彡C% )時，則微處理器22輸出禁止信號給致動器驅動電路4，使致動器處於禁止開關電器閉合的狀態或者驅動機械部分使開關電器立即斷開， 從而保護用電裝置或電器。在本實用新型的上述實施例中，圖4所示的致動器驅動電路4中脫扣器線圈Ll兩端的電壓1和脫扣器線圈Ll的電流波形Iu的典型曲線如圖10。在圖10所示的致動器驅動電路4中脫扣器線圈Ll兩端的電壓和電流波形圖中，Tn為第η個周波，Tn+1為第η+1 個周波，Uu的脈衝的寬度w會隨著供電電壓的升高而變窄。本申請人對採用本實用新型的節能型欠壓/過壓保護裝置與現有產品在三種不同工作電壓條件下的保持狀態時控制迴路電路及致動器消耗的電流進行了測試和比較，結果見表1，可以看出，本實用新型的保護裝置消耗的電流小於現有產品消耗的電流的50%， 節能效果顯著。表 1
本實用新型保護裝置和現有產品消耗的電流(mA)比例(％)樣品1樣品2樣品3平均值現有產品工作電壓14. 254. 234. 354. 288. 7548. 8工作電壓24. 624. 824. 834. 7610. 9143. 6工作電壓3δ. 035. 245. 315. 2013. 1739. 4
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權利要求1.一種節能型欠壓/過壓保護裝置，包括整流穩壓電路O)，用於將來自供電網的交流電源⑴變成直流，向控制電路部分⑶ 和致動器驅動電路(4)提供穩定可靠的DC工作電源和所需能量；所述的控制電路部分C3)檢測從整流穩壓電路( 輸出的電壓，當電壓等於或低於預先設定的欠壓動作閾值時，或者當電壓等於或者高於過壓動作閾值時，所述控制電路部分(3)向致動器驅動電路(4)輸出禁止閉合的控制信號，當電壓等於或者高於預先設定的允許閉合動作閾值且低於過壓動作閾值時，所述控制電路部分(3)向致動器驅動電路⑷輸出允許閉合的控制信號；所述的致動器驅動電路(4)與斷路器本體執行機構相連接，根據所述控制電路部分 (3)輸出的控制信號，致動器驅動電路(4)驅動斷路器本體機械部分執行禁止閉合、允許閉合、維持節能閉合或者跳閘操作。
2.根據權利要求1所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的控制迴路部分(3)由電壓檢測電路(5)、高電壓快速閉合電路(6)、負反饋閉環脈寬調製電路(7)、過電壓檢測電路⑶和邏輯控制電路(9)構成，與電源相連接的電壓檢測電路(5)分別向高電壓快速閉合電路(6)、負反饋閉環脈寬調製電路(7)、過電壓檢測電路(8)的輸入端提供電壓信號，所述的高電壓快速閉合電路(6)、負反饋閉環脈寬調製電路(7)、過電壓檢測電路⑶的輸出端分別向邏輯控制電路(9)輸出信號，其中邏輯控制電路(9)的輸出端向致動器驅動電路4提供控制信號。
3.根據權利要求1所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的控制迴路部分(3)是由電壓檢測電路(5)、反饋信號放大濾波電路00)、ADC模塊和微處理器 (22)構成，與電源相連接的電壓檢測電路(5)與反饋信號檢測電路OO)的輸出端分別與 ADC模塊的輸入端相連接，ADC模塊的輸出端連接微處理器(22)，微處理器Q2) 的輸出端向致動器驅動電路(4)提供控制信號。
4.根據權利要求1所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的致動器驅動電路(4)包括功率器件T2、續流二極體Dl和與續流二極體Dl並聯連接的脫扣器線圈Li， 功率開關管T2的柵極接收來自邏輯控制電路(9)輸出端OO)的信號，其漏極與續流二極體Dl的正極相連接，源極與負反饋閉環脈寬調製電路(7)的運算放大器A2的反相輸入端相連接，續流二極體Dl的負極與供電電源VCC2相連接。
5.根據權利要求2所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的高電壓快速閉合電路(6)包括運算放大器Al，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和電容Cl以及三極體Tl，其中，運算放大器Al的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路(5) 輸出的電壓檢測信號(15)，反相輸入端的電壓信號Vl為預先設置的閾值信號B%，運算放大器Al的輸出端經第一電阻R1、電容Cl、第二電阻R2與三極體Tl的基極相連接，三極體 Tl的集電極經第三電阻R3連接供電電源VCC1，三極體Tl的發射極與邏輯控制電路(9)的一個輸入端(16)相連接，為其提供快速閉合開關控制信號，並且三極體Tl的發射極經第四電阻R4接地。
6.根據權利要求2所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的負反饋閉環脈寬調製電路(7)包括第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和比較器A2，其中，比較器 A2的正相輸入端經第五電阻R5接收電壓檢測電路5輸出的電壓檢測信號15，第五電阻R5的輸出端經第六電阻R6接地，比較器A2的反相輸入端與致動器驅動電路的功率開關管T2的源極相連接，並且經第七電阻R7接地，比較器A2的輸出端向邏輯控制電路(9)的輸入端(17)提供控制信號。
7.根據權利要求2所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的過電壓檢測電路⑶包括比較器A3和與其輸出端串聯連接的反相器Ni，其中A3為運算放大器，Nl 也可以由運算放大器實現，運算放大器A3的正相輸入端的電壓信號為電壓檢測電路(5)輸出的電壓檢測信號(15)，其反相輸入端的輸入電壓的符號V2代表了預先設置的過電壓保護動作閾值C%，其輸出端向邏輯控制電路(9)的輸入端(18)提供控制信號。
8.根據權利要求2所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的邏輯控制電路(9)包括過電壓比較器、欠電壓比較器和邏輯電路，邏輯控制電路(9)具有C3)個信號輸入端(16、17、18)，信號輸入端(16)接收高電壓快速閉合電路(6)的輸出信號，信號輸入端(17)接收負反饋閉環脈寬調製電路(7)的輸出信號，信號輸入端(18)接收過電壓檢測電路⑶的輸出信號，邏輯控制電路(9)具有信號輸出端(19)，所述邏輯電路根據(3)個輸入信號(16、17、18)的邏輯運算結果，通過過電壓比較器或欠電壓比較器向致動器驅動電路(4)輸出禁止閉合或跳閘控制信號。
9.根據權利要求8所述的節能型欠壓/過壓保護裝置，其特徵在於所述的邏輯控制電路(9)滿足如下邏輯控制關係當從過電壓檢測電路(8)提供的輸入信號(18)為低電平時，邏輯控制電路(9)的輸出信號(19)也為低電平；當來自過電壓檢測電路⑶的輸入信號(18)為高時，來自高電壓快速閉合電路(6)的輸入信號(16)或者來自負反饋閉環脈寬調製電路⑵的信號(17)為高電平時，邏輯控制電路(9)的輸出信號(19)均為高電平。
專利摘要一種節能型欠壓/過壓保護裝置，包括整流穩壓電路，向控制電路部分和致動器驅動電路提供穩定可靠的DC工作電源，並且為斷路器執行機構提供所需能量。控制電路部分檢測從整流穩壓電路輸出的電壓，當電壓等於或低於預先設定的欠壓動作閾值時或當電壓等於或者高於過壓動作閾值時，控制電路部分向致動器驅動電路輸出禁止閉合的控制信號，當電壓等於或高於預先設定的允許閉合動作閾值且低於過壓動作閾值時，控制電路部分向致動器驅動電路輸出允許閉合的控制信號。致動器驅動電路根據所述控制電路部分輸出的控制信號，驅動斷路器本體機械部分執行禁止閉合、允許閉合、維持節能閉合或者跳閘操作，所消耗的電流小於現有產品消耗電流的50％。
文檔編號H02H3/20GK202076774SQ20112003624
公開日2011年12月14日 申請日期2011年2月11日 優先權日2011年2月11日
發明者吳紀忠, 張成亮, 楊曉沸, 江紅 申請人:上海諾雅克電氣有限公司