斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路的製作方法
2023-04-24 15:20:41 2
專利名稱：斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓斷路器的電子脫扣器的電源裝置，特別是具體涉及應用於斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路。
背景技術：
低壓斷路器具有的多種功能，是以脫扣器或附件的形式實現的，脫扣器是斷路器本身的一個組成部分，根據用途、使用場合和本身體積的不同，斷路器可選擇配備不同的脫扣器。隨著智能型斷路器的問世，電子脫扣器(ETU)是目前斷路器採用的一種智能脫扣器， 它通過穿芯式電流互感器採集信息並進行數據分析和處理，從而控制斷路器的運行參數。 電流互感器是現代斷路器中普遍使用的部件，來自斷路器所控制的電網主電路的導線均穿過該電流互感器的環形鐵芯，以主電路構成電流互感器的一次線圈，形成在電流互感器鐵芯上的二次線圈所產生的感應電流作為測量儀表或繼電器等裝置所用的標準化電流。電子脫扣器的智能晶片通過從電流互感器的二次線圈採集到的小電流信號，實時監測斷路器所控制的主電路中的大電流的情況，電子脫扣器的常用供電方式是由電流互感器供電，其優點是可以隨電網主電路的接通自動開始工作。電子脫扣器的這種自供電的電源裝置結構例如已在CN200910162291. 3號中國發明專利申請公布說明書中公開。在其中，特別是圖2和第7-9頁描述了一種智能脫扣器的電源電路的電路圖和作用原理，它採用比較器Ul控制MOS管的導通/關閉，通過在電流互感器的輸入電流過大時導通MOS管來實現洩放能量。它的缺陷是沒有啟動控制電路，其MOS 管在啟動到正常供電的過程中始終是關閉的，從而帶來了兩大問題。第一個問題是洩能過大，原因是為了滿足在電流互感器的輸入電流較小時能保證供電，所以在供電電路中不能設置限流電路，從而導致由比較器Ul和MOS管組成的洩能電路在電流互感器的輸入電流尚處於正常範圍就開始洩能，才能保證正常供電。第二個問題是工作電壓不穩，原因是由於沒有啟動電路，而斷路器的主電路中的電流隨用戶端負載的變化而有很大的變化，即電流互感器的輸入電流隨用戶端負載的變化而波動，從而導致電源電路輸出的工作電壓不穩， 雖然採用穩壓電路可以解決，但效果不能令人滿意。由此可見，低壓斷路器電子脫扣器的供電方式是以電流互感器二次線圈感應主電路母排電流產生的二次側電流作為電子脫扣器的電源。因斷路器後端用電設備在正常工作與非正常狀況下時母排電流大小變化巨大，從而互感器感應出的能量變化也很巨大。對於電子脫扣器來說，要求好的電源系統第一在母排電流大時，能完全洩放掉多餘的能量，確保電子脫扣器始終處於正常工作的情況下，第二必須在母排電流小的時能夠充分利用能量。上述已有技術雖然能夠實現母排電流大時，把多餘的能量完全洩放掉。但是，母排電流小時，卻不能充分利用有限的能量。現有電源裝置也有採用兩個NMOS管(Ql和Q2)組成的啟動電路，通過NMOS管Ql 控制NMOS管Q2導通/關閉來實現電源電路的通/斷，但它存在電源電路自身的損耗偏大的問題。具體地說，為了維持NMOS管Ql的持續導通，匪OS管Ql上的柵源電壓Ves必須大於開啟電壓Ves(th)，即必須> 4V，以NDD05N50Z這款匪OS管為例，其開啟電壓VGS (th)範圍為3V彡Ves(th) ( 4. 5V，取Ves(th) = 4V，即柵源電壓Ves必須大於4V。因為VGS VDS,也就意味著VDS > 4V才能使NMOS管Ql持續導通。這樣的導通損耗看起來雖然不大，但是經過試驗證明，拿Ex9A框架斷路器為例，在現有速飽和線圈的情況下，若在不使用輔助電源的前提下，母排電流要上升到380A時，控制器才能啟動工作，與啟動要求的最低MOA相距甚遠，因此根本無法保證規格為400A的斷路器正常工作。這樣對於追求低電流啟動的控制器來說(這裡的低電流指的是電流互感器一次側母排上的電流)，這樣的損耗已經影響到了控制器在低電流情況下工作的動作性能。另外，在NMOS管Q2工作切換到NMOS管Ql工作的過程中，因Ql有自己固有的開通延遲時間，(如NDD05N50Z這款NMOS管約為11ns)，所以在這個時間裡，Q2與Ql都工作在關斷的模式下，這樣就造成了速飽和的電流互感器的二次線圈會出現短暫開路的現象，開路達11ns，而速飽和線圈作為電流源，其線圈端子上電壓只有幾伏，因而鐵芯中的磁通量是很小的。一次線圈磁動勢雖然可達到幾百安或上千安匝或更大，但是大部分被二次線圈所建立的去磁磁動勢所抵消，只剩下很小一部分作為鐵芯的勵磁磁動勢以建立鐵芯中的磁通。如果在運行中時二次線圈斷開，副邊電流等於零，那麼起去磁作用的磁動勢消失，而互感器原邊的磁動勢不變，一次電流將全部成為勵磁電流，這將使鐵芯中磁通量急劇增大，交變的磁通在二次線圈上將感應出很高的電壓，其峰值可達幾千甚至上萬伏，這麼高的電壓作用於二次線圈及二次迴路上，將嚴重威脅儀表和操作人員人身安全和設備的安全，另外，二次線圈開路還會使鐵芯嚴重發熱以致燒壞線圈絕緣或使一次高壓側對地短路，保護可能因無電流而不能反映故障，對於差動保護和零序電流保護則可能因開路時產生不平衡電流而誤動作。所以《規程》規定，電流互感器二次側在運行中嚴禁開路。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，能夠以儘可能低成本的電路結構，降低電子脫扣器電源電路的自身損耗，同時還可避免電流互感器二次側出現短暫開路的現象。本發明的上述技術問題是這樣來解決的該斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路包括電流互感器10，電流互感器10包括電流互感器鐵芯100、繞在電流互感器鐵芯100上的速飽和線圈102，斷路器的一次側導體101 (即一次側母排)從電流互感器鐵芯100穿過，與速飽和線圈102的輸出端連接的整流濾波電路20，一檢測調理電路 1000與整流濾波電路20的輸出端連接，所述的檢測調理電路1000包括電流連續型供電電路30、啟動控制電路40和洩放控制電路50、以及電路中的第一節點①、第二節點②、第三節點③、第四節點④、第五節點⑤、第六節點⑥、第七節點⑦。一個第二電阻R2串聯連接在第一節點①與第三節點③之間，一個第一 MOS管Ql串聯連接在第一節點①與第五節點⑤之間，一個第二 MOS管Q2串聯連接在第三節點③與地極之間，一個第三MOS管Q3串聯連接在第二節點②與地極之間，一個集成運放Ul的同向輸入端接第六節點⑥，集成運放Ul的輸出端和第二 MOS管Q2的G極並接第七節點⑦，一個第五電阻R5串聯連接在第四節點④與地極之間，第三MOS管Q3的G極接第四節點④，整流濾波電路20的輸出端的正極接電流連續型供電電路30的輸入端的第一節點①，電流連續型供電電路30的輸出端的第五節點⑤接負載的正極，第四節點④的輸入端並接第三節點③。當從電流連續型供電電路30的第三節點③經啟動控制電路40的第四節點④輸入到第三MOS管Q3的電壓到達啟動控制電路40 的開啟值時，啟動控制電路40的第三MOS管Q3的S極與D極之間導通、並經第二節點②向第一 MOS管Ql輸入開啟電壓，使電流連續型供電電路30的第一 MOS管Ql的串聯連接在電流連續型供電電路30中的S極與D極之間導通；當從第三節點③輸入到第三MOS管Q3的電壓小於啟動控制電路40的開啟值時，第三MOS管Q3的S極與D極之間關斷，啟動控制電路40從第二節點②向第一 MOS管Ql輸入的電壓轉換為0，使第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷。當從電流連續型供電電路30的第五節點⑤經洩放控制電路50的第六節點⑥輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓大於參考電壓Vre時，洩放控制電路50的集成運放 Ul的輸出端的第七節點⑦的電壓大於洩放控制電路50的第二 MOS管Q2的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間導通、並洩放多餘能量，同時使所述第二節點②和第三節點 ③的電壓均轉換為0，控制第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷；當從第五節點⑤輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓小於參考電壓Vre時，第七節點⑦的電壓小於第二 MOS管 Q2的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間關斷、並停止洩放能量，同時使第一 MOS 管Ql的S極與D極之間的通/斷切換不受所述洩放控制電路50的控制。根據本發明第一實施例的電流連續型供電電路30，包括第一 MOS管Q1、第二電阻 R2和二極體D1，第一 MOS管Ql的S極、第二電阻R2的一端和整流濾波電路的輸出端的正極均連接在第一節點①上，第二電阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D極、二極體Dl的正極均連接到第三節點③，由二極體Dl的負極形成的第五節點⑤為電流源供電系統的負載端的正極。根據本發明第二實施例的電流連續型供電電路30，包括第一 MOS管Q1、第二電阻 R2和二極體D1，第一 MOS管Ql的S極、第二電阻R2的一端和整流濾波電路的輸出端的正極均連接在第一節點①上，第二電阻R2的另一端接第三節點③，第一 MOS管Ql的D極接二極體Dl的正極，由二極體Dl的負極形成的第五節點⑤為電流源供電系統的負載端的正極。本發明檢測調理電路1000中所述的啟動控制電路40包括第一電阻R1、第三電阻 R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第三MOS管Q3，第一電阻Rl的一端接第一節點①，第一電阻Rl的另一端、第一 MOS管Ql的G極和第三電阻R3的一端均連接第二節點②，第三電阻 R3的另一端接第三MOS管Q3的D極，第四電阻R4的一端接第三節點③，第四電阻R4的另一端、第三MOS管Q3的G極和第五電阻R5的一端均連接第四節點④，第五電阻R5的另一端以及第三MOS管Q3的S極和整流濾波電路的輸出端的負極並聯連接。本發明檢測調理電路1000中所述的洩放控制電路50包括第八電阻R8、第九電阻 R9、第二 MOS管Q2和電壓比較器，第二 MOS管Q2的D極接第三節點③，第二 MOS管Q2的G 極與電壓比較器的集成運放Ul的輸出端均連接第七節點⑦，第八電阻R8的一端接第五節點⑤，第八電阻R8的另一端以及第九電阻R9的一端和電壓比較器的集成運放Ul的同向輸入端均連接第六節點⑥，第九電阻R9的另一端、第二 MOS管Q2的S極與整流濾波電路的輸出端的負極並聯連接，參考電壓Vre從集成運放Ul的反向輸入端輸入。所述的電壓比較器包括集成運放U1、第六電阻R6和第七電阻R7，第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端和集成運放Ul的輸出端並聯連接，第六電阻R6的另一端接電壓比較器的工作電源V，第七電阻R7的另一端接集成運放Ul的同向輸入端。根據本發明一實施例，檢測調理電路1000還包括續流電容C2，續流電容C2的正極接第五節點⑤，續流電容C2的負極接整流濾波電路的輸出端的負極。根據本發明另一實施例，檢測調理電路1000還包括穩壓二極體VD1，穩壓二極體 VDl的正極接第二節點②，穩壓二極體VDl的負極接第一節點①。根據本發明另一實施例，檢測調理電路1000包括一個並聯連接在整流濾波電路 20的輸出端的正極與負極之間的旁路，該旁路包括相互串聯連接的第二電阻R2、第四電阻 R4和第五電阻R5。所述的旁路中的第二電阻R2為電流連續型供電電路中的一個元件。所述的旁路中的第四電阻R4、第五電阻R5分別為啟動控制電路的元件。
下面結合附圖舉例詳細說明本發明的兩個實施方式。圖1是本發明的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路的第一實施例工作原理示意圖。圖2是圖1第一實施例的電流連續型開關調整限壓電路的電路結構示意圖。圖3是本發明的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路的第二實施例工作原理示意圖。圖4是圖3第二實施例的電流連續型開關調整限壓電路的電路結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖所示的實施例，進一步說明本發明的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路的具體實施方式
，其中圖1、2是本發明的限壓電路的第一實施例，圖3、4是第二實施例，它們的區別主要在於第二電阻R2的接入方式不同。本發明的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路不限於以下實施例的描述。參見圖1至4，本發明的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路， 包括穿芯式鐵芯電流互感器10、繞在電流互器鐵芯100上的速飽和線圈102(也叫二次線圈)、與速飽和線圈的輸出端連接的整流濾波電路20、與整流濾波電路的輸出端連接的檢測調理電路1000，所述的穿芯式鐵芯電流互感器10包括電流互器鐵芯100、繞在電流互器鐵芯100上的速飽和線圈102，斷路器的一次導體101從電流互器鐵芯100穿過，速飽和線圈102的輸出端連接的整流濾波電路20。電流互感器10和整流濾波電路20可採用公知的結構，而與整流濾波電路20的輸出端連接的檢測調理電路1000，是本發明斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路中的核心電路。本發明的檢測調理電路1000的具體構成可參見圖2和4，該電路包括電流連續型供電電路30、啟動控制電路40和洩放控制電路50、以及電路中的第一節點①、第二節點②、第三節點③、第四節點④、第五節點⑤、 第六節點⑥、第七節點⑦。圖1-4中所示的7個節點①-⑦也是電路的檢測點，其中第一節點①是整流濾波電路20的輸出端的正極，也是供電電路30的第一 MOS管Ql的S極(源極)；第二節點②是啟動控制電路40的輸出點，也是供電電路30的第一 MOS管Ql的G極 (柵極)；第三節點③是啟動控制電路40的輸入點，也是啟動控制電路40在供電電路30中的取樣點和洩放控制電路50的第二 MOS管Q2的D極(漏極)；第四節點④是啟動控制電路40的第三MOS管Q3的G極(柵極)；第五節點⑤是負載端的正極，也是洩放控制電路50 在供電電路中的電壓取樣點；第六節點⑥是洩放控制電路50的控制信號輸入端，也是集成
7運放Ul的同向輸入端；第七節點⑦是洩放控制電路50的第二 MOS管Q2的G極(柵極)。 一個第二電阻R2串聯連接在第一節點①與第三節點③之間，一個第一 MOS管Ql串聯連接在第一節點①與第五節點⑤之間，一個第二 MOS管Q2串聯連接在第三節點③與地極之間， 一個第三MOS管Q3串聯連接在第二節點②與地極之間，一個集成運放Ul的同向輸入端接第六節點⑥，集成運放Ul的輸出端和第二 MOS管Q2的G極並接第七節點⑦，一個第五電阻 R5串聯連接在第四節點④與地極之間，第三MOS管Q3的G極接第四節點④，整流濾波電路 20的輸出端的正極接電流連續型供電電路的輸入端的第一節點①，電流連續型供電電路的輸出端的第五節點⑤接負載60的正極，第四節點④的輸入端並接第三節點③。這裡所謂第一 MOS管Ql的串聯連接是指它的S極、D極串聯連接在電流連續型供電電路中，第二 MOS管 Q2的串聯連接是指它的S極、D極串聯連接在第三節點③與整流濾波電路的負極之間，第三 MOS管Q3的串聯連接是指它的S極、D極串聯連接在第二節點②與整流濾波電路的負極之間；所謂地極，是指限壓電路的公共接地端，也是整流濾波電路20的輸出端的負極。
當從電流連續型供電電路30的第三節點③經啟動控制電路40的第四節點④輸入到第三MOS管Q3的電壓到達啟動控制電路40的開啟值時，啟動控制電路40的第三MOS管 Q3的S極與D極之間導通、並經第二節點②向第一 MOS管Ql輸入開啟電壓，使第一 MOS管 Ql的串聯連接在電流連續型供電電路30中的S極與D極之間導通，從而，從第一節點①流出的電流直接經第一 MOS管Ql的S極與D極流到負載60。當從第三節點③輸入到啟動控制電路40的第三MOS管Q3的電壓小於啟動控制電路40的開啟值時，第三MOS管Q3的S 極與D極之間關斷，啟動控制電路40從第二節點②向第一 MOS管Ql輸入的電壓轉換為0， 使電流連續型供電電路30的第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷，從而，從第一節點①流出的電流不能經第一 MOS管Ql的S極與D極流到負載60。由此可見，第一 MOS管Ql的S 極與D極之間的通/斷受啟動控制電路40的控制，而啟動控制電路40的控制就是根據第三節點③的控制電流連續型供電電路30中的第一 MOS管Ql的S極與D極之間的導通或關斷實現。在洩放控制電路50不工作的正常情況下，第三節點③的電壓與流經第一節點①的電流大小有關；而在洩放控制電路50工作時，第三節點③的電壓受洩放控制電路50的控制而轉換為0，因而，洩放控制電路50通過控制第三節點③的電壓轉換，來切換對啟動控制電路40的控制(使第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷)或放棄控制(使第一 MOS管Ql 的S極與D極之間的通/斷是由啟動控制電路40根據流經第一節點①的電流大小來進行控制)。洩放控制電路50對第一 MOS管Ql的控制具體為當從電流連續型供電電路30的第五節點⑤經洩放控制電路50的第六節點⑥輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓大於參考電壓Vre時，洩放控制電路50的集成運放Ul的輸出端的第七節點⑦的電壓大於洩放控制電路50的第二 MOS管Q2的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間導通並洩放多餘能量，同時使第二節點②和第三節點③的電壓均轉換為0，控制第一 MOS管Ql的S極與 D極之間關斷。當從第五節點⑤輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓小於參考電壓Vre 時，第七節點⑦的電壓小於第二 MOS管Q2的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間關斷並停止洩放能量，同時使第一 MOS管Ql的S極與D極之間的通/斷切換為不受洩放控制電路50的控制，即上述的放棄控制。可見，不管是圖1所示的第一實施例還是圖3所示的第二實施例，都包括一條從第一節點①通到地極的旁路，它就從第一節點①出發，經第二電阻R2、第三節點③、第四節點④、第五電阻R5後到達地極，該旁路的功能是確保電流互感器10的二次線圈不會出現開路故障。本發明將該旁路巧妙地組合在電流連續型供電電路 30和啟動控制電路40中，以減少元件數量和優化電路結構。如圖1和2所示，本發明的第一實施例的電流連續型供電電路30接在整流濾波電路與負載60之間，整流濾波電路輸出的電流通過該供電電路30輸給負載60。這裡負載60 是指電子脫扣器的耗電負載，而不是斷路器主電路上的負載。現有此類電路在NMOS Q2工作切換到Ql工作的過程中，因Ql有自己固有的開通延遲時間，所以流過供電電路的電流存在間斷，而該間斷相當於使速飽和線圈102開路，從而會影響速飽和線圈102的壽命。而本發明的供電電路是電流連續型的，它包括第一 MOS管Q1、第二電阻R2、二極體D1，第一 MOS 管Ql的S極並聯連接第二電阻R2的一端所形成的第一節點①接整流濾波電路20的輸出端的正極，第二電阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D極、二極體Dl的正極並聯連接後接第三節點③，由二極體Dl的負極形成的第五節點⑤為電流源供電系統的負載端的正極。圖3、4所示的是本發明的電子脫扣器的電源裝置第二實施例的電路圖。這個可替代第一實施例的方案工作原理與圖1、2的第一實施方案類似，不同點在於啟動控制電路的接入方式不同，如圖3和4所示，本發明的第二實施例的電流連續型供電電路30包括第一 MOS管Ql、第二電阻R2和二極體D1，第一 MOS管Ql的S極並聯連接第二電阻R2的一端所形成的第一節點①接整流濾波電路20的輸出端的正極，第二電阻R2的另一端接第三節點 ③，第一 MOS管Ql的D極接二極體Dl的正極，由二極體Dl的負極形成的第五節點⑤為電流源供電系統的負載60端的正極。圖4的第二實施例的啟動控制的取樣點③(也是洩放控制電路50的第二 MOS管Q2導通迴路的接入點)設置在第一 MOS管Ql之前，即MOS管Q2 的位置由位於第一實施例的第一 MOS管Ql之後調整到Ql之前，並且，第二電阻R2由第一實施例的與MOS管Ql並聯調整為與MOS管Q2串聯。本發明的檢測調理電路1000的啟動控制電路40是控制電流連續型供電電路30 中的第一MOS管Ql的導通或關斷的電路，在啟動階段和正常工作階段，啟動控制電路40是控制第一 MOS管Ql導通，在洩放階段，啟動控制電路是控制第一 MOS管Ql關斷。參見圖1 至4，所述的啟動控制電路40包括第一電阻R1、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、和第三MOS管Q3，第一電阻Rl的一端接第一節點①，第一電阻Rl的另一端、並聯連接第一MOS 管Ql的G極和第三電阻R3的一端均連接所形成的在第二節點②接上第三電阻R3的一端， 第三電阻R3的另一端接第三MOS管Q3的D極，第四電阻R4的一端接第三節點③，第四電阻R4的另一端並聯連接、第三MOS管Q3的G極以及第五電阻R5的一端所形成的均連接在第四節點④接上第五電阻R5的一端，第五電阻R5的另一端與第三MOS管Q3的S極和整流濾波電路20的輸出端的負極並聯連接；。本發明的檢測調理電路1000的洩放控制電路50是在電流互感器10輸出給整流濾波電路20的電流過大時控制洩放多餘能量的電路，它具有三個基本功能檢測電流源供電系統的輸出端的電壓是否超過預定的閾值(即參考電壓Vre)；，如果超過閾值，則通知啟動控制電路關斷電流連續型供電電路中的第一MOS管Ql，同時導通洩放控制電路50中的第二 MOS管Q2。參見圖1至4，所述的洩放控制電路包括第八電阻R8、第九電阻R9、第二 MOS 管Q2、和電壓比較器，第二 MOS管Q2的D極接第三節點③，第二 MOS管Q2的G極接電壓比較器的集成運放Ul的輸出端的第七節點⑦，第八電阻R8的一端接第五節點⑤，第八電阻R8 的另一端接、第九電阻R9的一端以及電壓比較器的集成運放Ul的同向輸入端所形成的均連接在第六節點⑥接上電壓比較器的集成運放Ul的同向輸入端，第九電阻R9的另一端和第二 MOS管Q2的S極與整流濾波電路20的輸出端的負極並聯連接，參考電壓Vre從集成運放Ul的反向輸入端輸入。參考電壓Vre的輸入方法是公知的，例如由中央處理單元輸出的電壓。第一 MOS管Ql的導通、關斷是這樣與洩放控制電路50的切換配合工作的，電流互感器10的二次線圈經全波整流濾波後，電流通過供電電路30R2、Dl流到負載端。其間，當供電電路30中的第三節點③處的電壓上升到控制電壓時，正常供電控制迴路控制第一 MOS 管Ql導通，於是電流通過Q1、D1流到負載端。當負載端電壓取樣點⑤處的電壓上升到能量洩放控制電路50切換輸出的切換電壓時，即第六節點⑥處的電壓大於集成運放Ul的反向輸入端的參考電壓Vre時，洩放控制電路50控制端⑥控制其輸出變化，使洩放控制電路50 中的第二MOS管Q2導通，使供電電路30中的第三節點③處的電壓下降，於是供電電路30輸出變化，第一 MOS管Ql關斷。接著，當能量洩放到一定程度時，第二 MOS管Q2關斷，負載端電壓取樣點⑤處的電壓下降到能量洩放控制電路50切換輸出的切換電壓時，供電電路30 第三節點③處的電壓上升，供電電路30的第一 MOS管Ql又導通工作，電流又繼續通過正常供電電路30的Ql、Dl流到負載端。這個過程是周而復始的。下面結合圖1至4進一步說明本發明的用於電子脫扣器的電源裝置的限壓電路的工作流程，電路工作過程依序包括四個階段啟動階段、正常工作階段、洩放階段和回歸正常工作階段。具體說明如下啟動階段速飽和線圈102輸出電流從第一節點①經供電電路30的第二電阻R2 流到負載側，使啟動控制電路40的第四電阻R4兩端的第一節檢測點③、第一節④處的電壓上升，當第一節檢測點④處的電壓迅速上升到第三MOS管Q3的開啟電壓，啟動階段結束，進入正常工作階段。正常工作階段當第四節點④處的電壓迅速上升到啟動控制電路40的第三MOS管 Q3的開啟電壓，Q3導通開始工作，於是部分電流從第一節點①流經啟動控制電路40中串聯連接的第一節電阻R1、第三電阻R3和第三MOS管Q3，因第一電阻R1、第三電阻R3阻值選取的很大，使得此部分電流很小。第一電阻Rl兩端的壓降應設計大於供電電路中的第一 MOS 管Ql的開啟電壓，於是Ql導通並工作，因第一 MOS管Ql的導通等效阻抗很小，所以此時第二電阻R2相當於被第一 MOS管Ql短接，於是電流絕大部分由導通損耗小的第一 MOS管Ql 輸送到負載側。判斷當負載60端的第五節點⑤處的電壓大於設定值時，正常工作階段結束，轉入洩放階段。洩放階段當負載60端第五節點⑤的電壓大於設定值時，電壓第六節點⑥處的電壓大於檢測設定值Vre，第七節點⑦的電壓由OV跳變到大於第二 MOS管Q2的開啟電壓，第二 NMOS管Q2導通工作，隨即把第三節點③處的電壓拉低，第四節點④的電壓也跟著被拉低，第四節點④的電壓小於第三MOS管Q3的開啟電壓，第三MOS管Q3關斷，使得第一電阻 R1、第三電阻R3上幾乎無電流通過，第一電阻Rl上的壓降就約等於0V，小於第一 MOS管Ql 的開啟電壓，Ql關斷。因為第二 MOS管Q2的導通阻抗遠小於負載阻抗，所以速飽和線圈的輸出電流絕大部分流經第二電阻R2和第二 MOS管Q2到負極，電流幾乎沒有流到負載側，所以負載60端的第五節點⑤處的電壓隨之下降。當負載60端的第五節⑤點電壓小於設定值時，洩放階段結束。回歸正常工作階段當負載60端的第五節點⑤處的電壓小於設定值時，第六節點⑥點電壓小於檢測設定值Vre，第七節點⑦電壓由大於第二 MOS管Q2的開啟電壓跳變到 0V,第二 MOS管Q2關斷。需要特別提出的是，此時第一 MOS管Ql、第二 MOS管Q2都處於關斷狀態，絕大部分電流經第二電阻R2輸送到負載側，保證了速飽和線圈102不會開路。隨即第三節點③處的電壓上升，使第四節點④處的電壓也跟著上升，當第四節點④處的電壓上升到大於第三MOS管Q3開啟電壓，第三MOS管Q3導通並工作，部分電流流經串聯連接的第一電阻R1、第三電阻R3、第三MOS管Q3，因第一電阻R1、第三電阻R3阻值選取得很大，使得此部分電流很小。第一電阻Rl兩端的壓降設計大於第一 MOS管Ql的開啟電壓，第一 MOS 管Ql導通工作，因第一 MOS管Ql的導通等效阻抗很小，所以第二電阻R2相當於被第一 MOS 管Ql短接，電流絕大部分由導通損耗小的第一 MOS管Ql輸送到負載側。當負載60端的第五節點⑤處的電壓又大於設定值時，回歸正常工作階段結束。繼續進入洩放階段。
本發明實施例的第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3均採用了 MOS-FET 增強型N-溝道場效應電晶體(縮寫NM0S)，這是優選的方案，也可採用其它可替代型號的場效應電晶體，如MOS-FET增強型P-溝道場效應電晶體(縮寫PM0S)。從以上電路結構可見，所述本發明的檢測調理電路中包括一條至少由一個電阻組成的並聯連接在整流濾波電路20的輸出端的正極與負極之間的旁路，所述的旁路包括第二電阻R2、第四電阻R4和第五電阻R5，這些電阻之間存在串聯連接關係。由於旁路始終接通，所以不管是因Ql的開通延時，還是因負載60的迴路出現的開路故障，都不會使速飽和線圈102出現開路現象。由於所述的旁路中的第二電阻R2為電流連續型供電電路中的一個元件，所述的旁路中的第四電阻R4、第五電阻R5分別為啟動控電路40的元件，所以增加旁路並未增加獨立元件，從而可節省生產成本。檢測調理電路還包括續流電客容C2，它的功能是在洩放階段供電電路可能出現電流不足的情況時向負載釋放電能、繼續提供電流。續流電客電容C2的正極接第五節點⑤，續流電客電容C2的負極接整流濾波電路的輸出端的負極。檢測調理電路1000還包括穩壓二極體VD1，穩壓二極體VDl的正極接第二節點②，穩壓二極體VDl的負極接第一節點①。所述的電壓比較器包括集成運放U1、第六電阻R6、和第七電阻R7，第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端和集成運放Ul的輸出端並聯相連接，第六電阻R6的另一端接電壓比較器的工作電壓V，第七電阻R7的另一端接集成運放Ul的同向輸入端。工作電壓V、 第六電阻R6、第七電阻R7的參數匹配是公知的，它可根據不同的集成運放Ul器件的要求確定。
權利要求
1.一種斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，包括電流互感器 (10)和與其速飽和線圈(10 的輸出端連接的整流濾波電路(20)，其特徵在於一檢測調理電路(1000)與整流濾波電路00)的輸出端連接，所述的檢測調理電路 (1000)包括電流連續型供電電路(30)、啟動控制電路00)和洩放控制電路(50)、以及電路中的第一節點(①)、第二節點(②)、第三節點(③)、第四節點(④)、第五節點(⑤)、第六節點(⑥)、第七節點(⑦)；一個第二電阻R2串聯連接在第一節點(①)與第三節點(③)之間，一個第一MOS管 Ql串聯連接在第一節點(①)與第五節點(⑤)之間，一個第二MOS管Q2串聯連接在第三節點(③)與地極之間，一個第三MOS管Q3串聯連接在第二節點(②)與地極之間，一個集成運放Ul的同向輸入端接第六節點(⑥)，集成運放Ul的輸出端和第二 MOS管Q2的G 極並接第七節點(⑦)，一個第五電阻R5串聯連接在第四節點(④)與地極之間，第三MOS 管Q3的G極接第四節點(④)，整流濾波電路00)的輸出端的正極接電流連續型供電電路 (30)的輸入端的第一節點(①)，電流連續型供電電路(30)的輸出端的第五節點(⑤)接負載(60)的正極，第四節點(④)的輸入端並接第三節點(③)；當從電流連續型供電電路(30)的第三節點(③)經啟動控制電路GO)的第四節點 (④)輸入到第三MOS管Q3的電壓到達啟動控制電路00)的開啟值時，啟動控制電路GO) 的第三MOS管Q3的S極與D極之間導通、並經第二節點(②)向第一MOS管Ql輸入開啟電壓，使電流連續型供電電路(30)的第一 MOS管Ql的串聯連接在電流連續型供電電路(30) 中的S極與D極之間導通；當從第三節點(③)輸入到第三MOS管Q3的電壓小於啟動控制電路GO)的開啟值時，第三MOS管Q3的S極與D極之間關斷，啟動控制電路00)從第二節點(②)向第一 MOS管Ql輸入的電壓轉換為0，使第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷；當從電流連續型供電電路(30)的第五節點(⑤)經洩放控制電路(50)的第六節點 (⑥)輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓大於參考電壓Vre時，洩放控制電路(50)的集成運放Ul的輸出端的第七節點(⑦)的電壓大於洩放控制電路(50)的第二 MOS管Q2 的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間導通、並洩放多餘能量，同時使所述第二節點(②)和第三節點(③)的電壓均轉換為0，控制第一 MOS管Ql的S極與D極之間關斷； 當從第五節點(⑤)輸入到集成運放Ul的同向輸入端的電壓小於參考電壓Vre時，第七節點(⑦)的電壓小於第二 MOS管Q2的開啟值，致使第二 MOS管Q2的S極與D極之間關斷、 並停止洩放能量，同時使第一 MOS管Ql的S極與D極之間的通/斷切換不受所述洩放控制電路(50)的控制。
2.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的電流連續型供電電路(30)包括第一 MOS管Q1、第二電阻R2和二極體D1，第一 MOS管Ql的S極、第二電阻R2的一端和整流濾波電路的輸出端的正極均連接在第一節點 (①)上，第二電阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D極、二極體Dl的正極均連接到第三節點(③)，由二極體Dl的負極形成的第五節點(⑤)為電流源供電系統的負載(60)端的正極；或者所述的電流連續型供電電路(30)包括第一 MOS管Q1、第二電阻R2和二極體D1，第一MOS管Ql的S極、第二電阻R2的一端和整流濾波電路的輸出端的正極均連接在第一節點 (①)上，第二電阻R2的另一端接第三節點(③)，第一 MOS管Ql的D極接二極體Dl的正極，由二極體Dl的負極形成的第五節點(⑤)為電流源供電系統的負載(60)端的正極。
3.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的啟動控制電路GO)包括第一電阻R1、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第三MOS管Q3，第一電阻Rl的一端接第一節點(①)，第一電阻Rl的另一端、第一 MOS管Ql的G極和第三電阻R3的一端均連接第二節點(②)，第三電阻R3的另一端接第三MOS管Q3的D極，第四電阻R4的一端接第三節點(③)，第四電阻R4的另一端、第三MOS 管Q3的G極和第五電阻R5的一端均連接第四節點(④)，第五電阻R5的另一端以及第三 MOS管Q3的S極和整流濾波電路00)的輸出端的負極並聯連接。
4.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的洩放控制電路(50)包括第八電阻R8、第九電阻R9、第二 MOS管Q2和電壓比較器，第二 MOS管Q2的D極接第三節點(③)，第二 MOS管Q2的G極與電壓比較器的集成運放Ul的輸出端均連接第七節點(⑦)，第八電阻R8的一端接第五節點(⑤)，第八電阻R8的另一端以及第九電阻R9的一端和電壓比較器的集成運放Ul的同向輸入端均連接第六節點(⑥)，第九電阻R9的另一端、第二 MOS管Q2的S極與整流濾波電路的輸出端的負極並聯連接，參考電壓Vre從集成運放Ul的反向輸入端輸入。
5.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的檢測調理電路(1000)還包括續流電容C2，續流電容C2的正極接第五節點(⑤)，續流電容C2的負極接整流濾波電路00)的輸出端的負極。
6.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的檢測調理電路(1000)還包括穩壓二極體VD1，穩壓二極體VDl的正極接第二節點(②)，穩壓二極體VDl的負極接第一節點(①)。
7.根據權利要求4所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的電壓比較器包括集成運放U1、第六電阻R6和第七電阻R7，第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端和集成運放Ul的輸出端並聯連接，第六電阻R6的另一端接電壓比較器的工作電源V，第七電阻R7的另一端接集成運放Ul的同向輸入端。
8.根據權利要求1所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的檢測調理電路(1000)包括一個並聯連接在整流濾波電路00)的輸出端的正極與負極之間的旁路，該旁路包括相互串聯連接的第二電阻R2、第四電阻R4和第五電阻R5。
9.根據權利要求8所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其特徵在於所述的旁路中的第二電阻R2為電流連續型供電電路中的一個元件。
10.根據權利要求8所述的斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路， 其特徵在於所述的旁路中的第四電阻R4、第五電阻R5分別為啟動控制電路的元件。
全文摘要
斷路器電流源供電系統的電流連續型開關調整限壓電路，其檢測調理電路包括供電電路、啟動控制電路、洩放控制電路及7個節點①-⑦；當從供電電路的節點③經啟動控制電路的節點④輸入到Q3的電壓到達啟動控制電路的開啟值時，Q3導通、並經節點②向Q1輸入開啟電壓，使供電電路的Q1導通。當從節點③輸入到Q3的電壓小於啟動控制電路的開啟值時，Q3關斷，啟動控制電路從節點②向Q1輸入的電壓轉換為0，使Q1關斷。當從供電電路的節點⑤經洩放控制電路的節點⑥輸入到U1的電壓大於Vre時，洩放控制電路的節點⑦的電壓大於其Q2的開啟值，使Q2導通並洩放多餘能量，同時使節點②和節點③的電壓均轉換為0，控制Q1關斷。當從節點⑤輸入的電壓小於Vre時，節點⑦的電壓小於Q2的開啟值，使Q2關斷並停止洩放能量，同時使Q1的通/斷切換不受所述洩放控制電路的控制。
文檔編號H02M7/217GK102420537SQ20111045795
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者張佳, 徐澤亮, 徐首旗, 柴愛軍 申請人:上海諾雅克電氣有限公司