一種直流欠壓脫扣器和斷路器的製作方法
2023-05-16 13:06:21 1
專利名稱：一種直流欠壓脫扣器和斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及配電領域，更具體的說，涉及一種直流欠壓脫扣器和斷路器。
背景技術：
低壓斷路器主要承擔配電線路和設備的過載、欠電壓、短路保護之用。欠電壓脫扣器就是上述斷路器對低壓線路和用電設備進行欠電壓保護的機構。欠電壓脫扣器需長期連續通電，其動作特性應達到當電壓檢測輸入端電壓低於額定工作電壓的35%時，欠電壓脫扣器不能閉合，防止了斷路器閉合；當電壓檢測輸入端電壓等於或大於額定工作電壓的85%時應能閉合，保證斷路器可靠閉合；當電壓檢測輸入端電壓下降到額定工作電壓的70%和35%範圍內，欠壓脫扣器應斷開；另外，欠電壓脫扣器還必須有耐高電壓能力，在耐受額定電壓檢測輸入端電壓的110%4小時後仍有正常的脫扣特性。也就是要求欠電壓脫扣器在低電壓時能可靠閉合，在高電壓時工作正常，線圈不燒壞。·目前的眾多的欠壓脫扣器通常採用拍合式或電磁鐵結構形式(即電磁鐵在低電壓的情況下自動釋放)來實現欠壓保護，都是以電磁機構為主體以線圈通電以後對鐵磁物質產生吸力、把電磁能轉換為機械能的一種機構。這種結構存在脫扣器動作的準確性和一致性差的問題，而且電磁鐵在維持吸合(即線圈在工作情況下長時間通電流)階段發熱嚴重，容易導致脫扣器線圈燒毀。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種節能的、可準確控制脫扣器動作的直流欠壓脫扣器和斷路器。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種直流欠壓脫扣器，包括脫扣機構和控制電路，所述控制電路包括與電壓檢測輸入端連接的欠壓檢測模塊、與欠壓檢測模塊耦合的可進行脈寬控制的脫扣操控模塊、與脫扣操控模塊連接的為脫扣操控模塊提供工作電壓的電源模塊；所述脫扣操控模塊包括與所述脫扣機構連接的的脫扣可控開關，與所述脫扣可控開關耦合，用於控制脫扣可控開關分/合的PWM控制晶片。進一步的，所述脫扣機構包括磁通線圈和與磁通線圈耦合的觸發脫扣動作的動作機構。進一步的，所述PWM控制晶片的輸出端與所述脫扣可控開關之間串聯有限流電阻。限流電阻可以限制控制迴路的電流，避免脫扣可控開關損毀。進一步的，所述脫扣操控模塊還包括在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的依次連接的第一電阻、第二電阻、第三電阻；所述電壓檢測輸入端的負極和第一電阻、第二電阻連接端之間設有第一穩壓二極體；所述第二電阻、第三電阻連接端耦合到所述PWM控制晶片的MOD端；所述PWM控制晶片的SET端和電壓檢測輸入端的負極之間設有第四電阻，電源端和所述電源模塊輸出的工作電壓連接；所述PWM控制晶片的電源端跟電壓檢測輸入端的負極之間設有濾波電容，以及串聯設置的第五電阻和第六電阻，所述第五電阻和第六電阻跟濾波電容並聯設置，其連接端耦合到所述PWM控制晶片的DI V端；所述PWM控制晶片的OUT端跟所述脫扣可控開關之間設有限流電阻。此為一種具體的基於PWM控制晶片的脫扣操控模塊電路。進一步的，所述電源模塊在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置有第七電阻和第二穩壓二極體，所述第二穩壓二極體的穩定電壓為所述PWM控制晶片輸出工作電壓。進一步的，所述欠壓檢測模塊包括在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的第八電阻和第九電阻，以及跟第九電阻並聯設置的第三穩壓二極體和延遲電容；在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的第十電阻和第一可控開關，所述第一可控開關的控制端耦合到所述第八電阻和第九電阻之間；與所述第一可控開關並聯設置的第四穩壓二極體；還包括設置在電壓檢測輸入端的負極和PWM控制晶片之間的第二可控開關，所述第二可控開關的控制端耦合到所述第十電阻和第一可控開關之間。此為一種具體的欠壓檢測模塊結
構，該欠壓檢測模塊具有延時保護功能，當電壓檢測輸入端出現偶然波動，電壓瞬時下降後又恢復正常電壓的時候，可以確保PWM控制晶片無動作，提高直流欠壓脫扣器動作的可靠性。進一步的，所述直流欠壓脫扣器的電壓檢測輸入端的正負極之間設有壓敏電阻。壓敏電阻可以在電壓檢測輸入端電壓陡增的時候，阻值迅速下降，在電壓檢測輸入端正負極之間產生瞬時大電流，消耗掉大部分能量，避免後面的電路燒毀。進一步的，所述磁通線圈兩端並聯設有續流二極體，所述續流二極體的陰極耦合到電壓檢測輸入端的正極，其陽極耦合到所述脫扣可控開關。這樣在脫扣可控開關斷開時候，磁通線圈可以通過續流二極體放電，將線圈內的能量及時消耗掉，這樣可以確保線圈產生的感應電流對脫扣可控開關及電路的衝擊。進一步的，所述PWM控制晶片的型號為LTC6992。此為一種具體的PWM控制晶片。一種斷路器，包括本發明的一種直流欠壓脫扣器。本發明的斷路器包括一種直流欠壓脫扣器，通過可進行脈寬控制的PWM控制晶片控制輸出脈衝信號的佔空比，在額定工作電壓下輸出小電流實現低功耗；並通過PWM控制晶片來控制脫扣機構觸發脫扣，而PWM控制晶片的電源埠耦合欠壓檢測模塊，通過欠壓檢測模塊進行欠壓判斷，控制輸出給PWM控制晶片Ul的工作電壓來操控PWM控制晶片是否投入使用，相比模擬電壓方式的欠壓控制方式，可靠性高，避免模糊的中間狀態造成誤動作的可能，電路結構簡單，提高脫扣器動作的準確性和可靠性。
圖I是本發明斷路器的示意圖；圖2是本發明直流欠壓脫扣器的原理示意圖；圖3是本發明基於LTC6992晶片的實施例原理不意圖；圖4是LTC6992晶片弓丨腳及其在本實施例中的外圍電路構成示意圖；其中1、斷路器；11、操作機構；12、觸頭裝置；13、瞬時脫扣裝置；14、延時脫扣裝置；2、直流欠壓脫扣器；21、控制電路；211、電源模塊；212、欠壓檢測模塊；213、脫扣操控模塊；22、脫扣機構；221、磁通線圈；222、動作機構；23、電壓檢測輸入端的正極；24、電壓檢測輸入端的負極。
具體實施例方式如圖1-2所示，本發明提供一種斷路器，包括與電源的正負極連接的觸頭裝置12，與觸頭裝置12輸出端耦合的瞬時脫扣裝置13、延時脫扣裝置14 ;與所述觸頭裝置12、瞬時脫扣裝置13和延時脫扣裝置14耦合的操作機構11 ;所述操作機構11還耦合有一種直流欠壓脫扣器2 ;所述操作機構11可同時接收瞬時脫扣裝置13、延時脫扣裝置14和直流欠壓脫扣器2的控制信號，控制觸頭裝置12進行分/合操作。本發明的直流欠壓脫扣器2包括控制電路21和脫扣機構22。脫扣機構22包括磁通線圈221和與磁通線圈221耦合的觸發脫扣動作的動作機構222 ;所述控制電路21包括與電壓檢測輸入端的正負極連接的欠壓檢測模塊212、與欠壓檢測模塊212耦合的可進行脈寬控制的脫扣操控模塊213、與脫扣操控模塊213連接的為脫扣操控模塊213提供工作電
壓的電源模塊211。脫扣操控模塊213包括與所述脫扣機構22的磁通線圈221串聯的脫扣可控開關(MOSFET V3)，與所述MOSFET V3耦合，用於控制MOSFET V3分/合的可進行脈寬控制的PWM控制晶片Ul (脈寬調製控制晶片)。當直流欠壓脫扣器2檢測到電壓低於閥值時，磁通線圈221不通電，直流欠壓脫扣器2動作，動作機構222觸發操作機構11脫扣，使得斷路器I分閘，如果電壓持續低於閥值，直流欠壓脫扣器2的磁通線圈221不通電，動作機構222便不能吸合復位，因此斷路器I便合不上閘，當檢測到電壓恢復時，即電壓正常，此時直流欠壓脫扣器2磁通線圈221通電，通過斷路器本體I合閘的過程中帶動直流欠壓脫扣器2的動作機構222吸合復位。本發明的斷路器包括一種直流欠壓脫扣器，所述直流欠壓脫扣器由於在磁通線圈迴路串聯了 MOSFET V3，並通過PWM控制晶片Ul來控制MOSFET V3的分/合，這樣磁通線圈所在的通電迴路無需判斷輸入電壓的高度，迴路的電路結構簡單，可靠性高；而PWM控制晶片Ul的電源埠耦合欠壓檢測模塊，通過欠壓檢測模塊進行欠壓判斷，控制輸出給PWM控制晶片Ul的工作電壓來操控PWM控制晶片Ul是否投入使用，相比模擬電壓方式的欠壓控制方式，可靠性高，避免模糊的中間狀態造成誤動作的可能，進一步提高脫扣器動作的準確性和可靠性。同時，電磁鐵在維持吸合(即磁通線圈在工作情況下長時間通電流)階段發熱嚴重，功率高且容易導致磁通線圈燒毀，特別是在電壓過高的時候，磁通線圈的電流增大，更容易燒毀；因此，通過可進行脈寬控制的PWM控制晶片Ul控制輸出脈衝信號的佔空比，當電壓升高時，輸出脈衝信號佔空比減小，通過磁通線圈的電流相應降低以保持低功耗，在磁通線圈吸合的時候小電流維持磁通線圈的吸合狀態，在額定工作電壓下實現需要的低功耗。下面LTC6992晶片為例，結合附圖和較佳的實施例對本發明作進一步說明，本發明所述的PWM控制晶片不僅限於LTC6992晶片，但LTC6992晶片為優選方案。參加圖3-4，直流欠壓脫扣器從電壓檢測輸入端的正極23 (V+)和電壓檢測輸入端的負極24(V—)取電，依次包括電源模塊211、欠壓檢測模塊212和脫扣操控模塊213。電源模塊211在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置有電阻R7和第二穩壓二極體D2，所述第二穩壓二極體D2的穩定電壓與PWM控制晶片Ul的電源端(V+)連接，為所述PWM控制晶片Ul輸出5V的工作電壓，確保PWM控制晶片Ul的工作電壓穩定，提升PWM控制晶片的可靠性。在第二穩壓二極體D2與電壓檢測輸入端的負極之間還設有整流二極體D6。進一步的，電壓檢測輸入端的正負極之間設有壓敏電阻RV1，壓敏電阻RVl可以在電壓檢測輸入端電壓陡增的時候，阻值迅速下降，在電壓檢測輸入端正負極之間產生瞬時大電流，消耗掉大部分能量，避免後面的電路燒毀。欠壓檢測模塊212包括在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的電阻R8和電阻R9，以及跟電阻R9並聯設置的第三穩壓二極體D3、延遲電容C2 ;在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的電阻RlO和第一可控開關(MOSFET VI) ；M0SFET Vl的控制端耦合到所述電阻R8和電阻R9之間；M0SFET Vl並聯設置有第四穩壓二極體D4。欠壓檢測模塊212還包括設置在電壓檢測輸入端的負極和PWM控制晶片Ul之間的第二可控開關(MOSFETV2)，MOSFET V2的控制端耦合到電阻RlO和MOSFET Vl之間。MOSFET V2的源極與電壓檢測輸入端的負極連接，漏極與PWM控制晶片Ul的電源端(V+)連接，欠壓檢測模塊212通過MOSFET V2的分/合控制輸出給PWM控制晶片Ul的工作電壓，實現PWM控制晶片Ul的啟動/關斷。本欠壓檢測模塊212具有延時保護功能，當電壓檢測輸入端出現偶然波動，電壓瞬時下降後又恢復正常電壓的時候，可以確保PWM控制晶片Ul無動作，繼續維持磁通線圈221的吸合，提高直流欠壓脫扣器動作的可靠性。
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對應脫扣操控模塊213，在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的電阻R1、電阻R2、電阻R3 ；電壓檢測輸入端的負極和電阻R1、電阻R2連接端之間設有第一穩壓二極體Dl ；電阻R2、電阻R3連接端耦合到所述PWM控制晶片Ul的MOD端；PWM控制晶片Ul的SET端和電壓檢測輸入端的負極之間設有電阻R4 ;PWM控制晶片Ul的電源端(V+)和所述電源模塊211輸出的工作電壓連接；所述PWM控制晶片Ul的電源端(V+)跟電壓檢測輸入端的負極之間設有濾波電容Cl，以及串聯設置的電阻R5和電阻R6，電阻R5和電阻R6跟濾波電容Cl並聯設置，其連接端耦合到所述PWM控制晶片Ul的DIV端；PWM控制晶片Ul的OUT端跟所述MOSFET V3之間設有限流電阻R11。進一步的，磁通線圈221兩端並聯設有續流二極體D5，續流二極體D5的陰極耦合到電壓檢測輸入端的正極，其陽極耦合到所述M0SFETV3。這樣在MOSFET V3斷開時候，磁通線圈221可以通過續流二極體D5放電，將線圈內的能量及時消耗掉，這樣可以確保線圈產生的感應電流對MOSFET及電路的衝擊。脫扣操控模塊213中的電阻R1、電阻R2、電阻R 3為模式設置電阻，第一穩壓二極體Dl實質上跟電阻R2、電阻R3組成的電阻串並聯，以確保電阻R2、電阻R 3的壓差恆定。而PWM控制晶片Ul的MOD端耦合到電阻R2、電阻R3之間，在電阻R2、電阻R3阻值固定的前提下，當檢測電壓大於一定值時使MOD端的電壓也保持恆定，以確保模式選擇的穩定性。電阻R5和電阻R6是分壓電阻，同樣的，由於工作電壓穩定，在電阻R5和電阻R6阻值一定的情況下，耦合到它們之間的PWM控制晶片Ul的DI V端的電壓也是恆定的。本實施方式通過欠壓檢測模塊212來控制PWM控制晶片Ul的工作與關閉以實現脫扣器的準確保護動作。當電壓檢測輸入端的電壓為正常額定工作電壓時，欠壓檢測模塊212的分壓電阻R9端(即Vl的門極)的電壓為MOSFET Vl的導通電壓，Vl導通，Vl的源級電壓為低，即MOSFET V2的門極導通電壓為低，則MOSFET V2截止，此時PWM控制晶片Ul的電源端的電壓為所述電源模塊輸出的工作電壓5V，MOSFET V2的漏極電壓也為5V，PWM控制晶片Ul正常工作，PWM控制晶片Ul的OUT端輸出MOSFET V3的導通信號，MOSFET V3導通，脫扣機構22吸合狀態；當電壓檢測輸入端的電壓低於設定動作電壓時，分壓電阻R9端的電壓低於Vl的導通電壓，Vl截止，第四穩壓二極體D4的電壓穩定在5V，即M0SFETV2的門極導通電壓為5V，V2導通，V2的源極電壓為低，此時因PWM控制晶片Ul的電源端與MOSFETV2的漏極連接電壓也為低，則PWM控制晶片Ul停止工作，磁通線圈221釋放，動作機構222動作，帶動操作機構11控制觸頭裝置12執行分斷作業。脫扣操控模塊213中當選定模式設置電阻(R4/R5/R6)和分壓電阻(R1/R2/R3)後，電壓檢測輸入端的電壓變化時，PWM控制晶片LTC6992輸出脈衝信號的脈寬也會對應變化，當電壓升高時，輸出脈衝信號佔空比減小，通過磁通線圈的電流相應降低，以保持低功耗，在額定工作電壓下實現需要的低功耗，同時也能保護磁通線圈不被大電流燒毀。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的
保護範圍。
權利要求
1.一種直流欠壓脫扣器，包括脫扣機構和控制電路，其特徵在於， 所述控制電路包括與電壓檢測輸入端連接的欠壓檢測模塊、與欠壓檢測模塊耦合的可進行脈寬控制的脫扣操控模塊、與脫扣操控模塊連接的為脫扣操控模塊提供工作電壓的電源模塊； 所述脫扣操控模塊包括與所述脫扣機構連接的的脫扣可控開關，與所述脫扣可控開關耦合，用於控制脫扣可控開關分/合的PWM控制晶片。
2.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述脫扣機構包括磁通線圈和與磁通線圈耦合的觸發脫扣動作的動作機構。
3.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述PWM控制晶片的輸出端與所述脫扣可控開關之間串聯有限流電阻。
4.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述脫扣操控模塊還包括 在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的依次連接的第一電阻、第二電阻、第三電阻；所述電壓檢測輸入端的負極和第一電阻、第二電阻連接端之間設有第一穩壓二極體； 所述第二電阻、第三電阻連接端耦合到所述PWM控制晶片的MOD端； 所述PWM控制晶片的SET端和電壓檢測輸入端的負極之間設有第四電阻，電源端和所述電源模塊輸出的工作電壓連接； 所述PWM控制晶片的電源端跟電壓檢測輸入端的負極之間設有濾波電容，以及串聯設置的第五電阻和第六電阻，所述第五電阻和第六電阻跟濾波電容並聯設置，其連接端耦合到所述PWM控制晶片的DIV端； 所述PWM控制晶片的OUT端跟所述脫扣可控開關之間設有限流電阻。
5.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述電源模塊在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置有第七電阻和第二穩壓二極體，所述第二穩壓二極體的穩定電壓為所述PWM控制晶片輸出工作電壓。
6.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述欠壓檢測模塊包括 在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的第八電阻和第九電阻，以及跟第九電阻並聯設置的第三穩壓二極體和延遲電容； 在電壓檢測輸入端的正負極之間串聯設置的第十電阻和第一可控開關，所述第一可控開關的控制端耦合到所述第八電阻和第九電阻之間； 與所述第一可控開關並聯設置的第四穩壓二極體； 還包括設置在電壓檢測輸入端的負極和PWM控制晶片之間的第二可控開關，所述第二可控開關的控制端耦合到所述第十電阻和第一可控開關之間。
7.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述直流欠壓脫扣器的電壓檢測輸入端的正負極之間設有壓敏電阻。
8.如權利要求3所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述磁通線圈兩端並聯設有續流二極體，所述續流二極體的陰極耦合到電壓檢測輸入端的正極，其陽極耦合到所述脫扣可控開關。
9.如權利要求I所述的一種直流欠壓脫扣器，其特徵在於，所述PWM控制晶片的型號為LTC6992。
10.一種斷路器，其特徵在於，包括如權利要求I 9任一所述的一種直流欠壓脫扣器。
全文摘要
一種直流欠壓脫扣器和斷路器，所述直流欠壓脫扣器包括脫扣機構和控制電路，所述控制電路包括與電壓檢測輸入端連接的欠壓檢測模塊、與欠壓檢測模塊耦合的可進行脈寬控制的脫扣操控模塊、與脫扣操控模塊連接的為脫扣操控模塊提供工作電壓的電源模塊；所述脫扣操控模塊包括與所述脫扣機構連接的脫扣可控開關，與所述脫扣可控開關耦合，用於控制脫扣可控開關分/合的PWM控制晶片。通過可進行脈寬控制的PWM控制晶片控制輸出脈衝信號的佔空比實現低功耗；並通過PWM控制晶片來控制脫扣機構觸發脫扣，避免模糊的中間狀態造成誤動作的可能，提高準確性可靠性。
文檔編號H02H3/24GK102790375SQ20121027742
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者劉彬, 林海生, 胡應龍 申請人:上海諾雅克電氣有限公司