专利名称：断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低压断路器的电子脱扣器的电源装置，特别是具体涉及应用于断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路。
背景技术：
低压断路器具有的多种功能，是以脱扣器或附件的形式实现的，脱扣器是断路器本身的一个组成部分，根据用途、使用场合和本身体积的不同，断路器可选择配备不同的脱扣器。随着智能型断路器的问世，电子脱扣器(ETU)是目前断路器采用的一种智能脱扣器， 它通过穿芯式电流互感器采集信息并进行数据分析和处理，从而控制断路器的运行参数。 电流互感器是现代断路器中普遍使用的部件，来自断路器所控制的电网主电路的导线均穿过该电流互感器的环形铁芯，以主电路构成电流互感器的一次线圈，形成在电流互感器铁芯上的二次线圈所产生的感应电流作为测量仪表或继电器等装置所用的标准化电流。电子脱扣器的智能芯片通过从电流互感器的二次线圈采集到的小电流信号，实时监测断路器所控制的主电路中的大电流的情况，电子脱扣器的常用供电方式是由电流互感器供电，其优点是可以随电网主电路的接通自动开始工作。电子脱扣器的这种自供电的电源装置结构例如已在CN200910162291. 3号中国发明专利申请公布说明书中公开。在其中，特别是图2和第7-9页描述了一种智能脱扣器的电源电路的电路图和作用原理，它采用比较器Ul控制MOS管的导通/关闭，通过在电流互感器的输入电流过大时导通MOS管来实现泄放能量。它的缺陷是没有启动控制电路，其MOS 管在启动到正常供电的过程中始终是关闭的，从而带来了两大问题。第一个问题是泄能过大，原因是为了满足在电流互感器的输入电流较小时能保证供电，所以在供电电路中不能设置限流电路，从而导致由比较器Ul和MOS管组成的泄能电路在电流互感器的输入电流尚处于正常范围就开始泄能，才能保证正常供电。第二个问题是工作电压不稳，原因是由于没有启动电路，而断路器的主电路中的电流随用户端负载的变化而有很大的变化，即电流互感器的输入电流随用户端负载的变化而波动，从而导致电源电路输出的工作电压不稳， 虽然采用稳压电路可以解决，但效果不能令人满意。由此可见，低压断路器电子脱扣器的供电方式是以电流互感器二次线圈感应主电路母排电流产生的二次侧电流作为电子脱扣器的电源。因断路器后端用电设备在正常工作与非正常状况下时母排电流大小变化巨大，从而互感器感应出的能量变化也很巨大。对于电子脱扣器来说，要求好的电源系统第一在母排电流大时，能完全泄放掉多余的能量，确保电子脱扣器始终处于正常工作的情况下，第二必须在母排电流小的时能够充分利用能量。上述已有技术虽然能够实现母排电流大时，把多余的能量完全泄放掉。但是，母排电流小时，却不能充分利用有限的能量。现有电源装置也有采用两个NMOS管(Ql和Q2)组成的启动电路，通过NMOS管Ql 控制NMOS管Q2导通/关闭来实现电源电路的通/断，但它存在电源电路自身的损耗偏大的问题。具体地说，为了维持NMOS管Ql的持续导通，匪OS管Ql上的栅源电压Ves必须大于开启电压Ves(th)，即必须> 4V，以NDD05N50Z这款匪OS管为例，其开启电压VGS (th)范围为3V彡Ves(th) ( 4. 5V，取Ves(th) = 4V，即栅源电压Ves必须大于4V。因为VGS VDS,也就意味着VDS > 4V才能使NMOS管Ql持续导通。这样的导通损耗看起来虽然不大，但是经过试验证明，拿Ex9A框架断路器为例，在现有速饱和线圈的情况下，若在不使用辅助电源的前提下，母排电流要上升到380A时，控制器才能启动工作，与启动要求的最低MOA相距甚远，因此根本无法保证规格为400A的断路器正常工作。这样对于追求低电流启动的控制器来说(这里的低电流指的是电流互感器一次侧母排上的电流)，这样的损耗已经影响到了控制器在低电流情况下工作的动作性能。另外，在NMOS管Q2工作切换到NMOS管Ql工作的过程中，因Ql有自己固有的开通延迟时间，(如NDD05N50Z这款NMOS管约为11ns)，所以在这个时间里，Q2与Ql都工作在关断的模式下，这样就造成了速饱和的电流互感器的二次线圈会出现短暂开路的现象，开路达11ns，而速饱和线圈作为电流源，其线圈端子上电压只有几伏，因而铁芯中的磁通量是很小的。一次线圈磁动势虽然可达到几百安或上千安匝或更大，但是大部分被二次线圈所建立的去磁磁动势所抵消，只剩下很小一部分作为铁芯的励磁磁动势以建立铁芯中的磁通。如果在运行中时二次线圈断开，副边电流等于零，那么起去磁作用的磁动势消失，而互感器原边的磁动势不变，一次电流将全部成为励磁电流，这将使铁芯中磁通量急剧增大，交变的磁通在二次线圈上将感应出很高的电压，其峰值可达几千甚至上万伏，这么高的电压作用于二次线圈及二次回路上，将严重威胁仪表和操作人员人身安全和设备的安全，另外，二次线圈开路还会使铁芯严重发热以致烧坏线圈绝缘或使一次高压侧对地短路，保护可能因无电流而不能反映故障，对于差动保护和零序电流保护则可能因开路时产生不平衡电流而误动作。所以《规程》规定，电流互感器二次侧在运行中严禁开路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，能够以尽可能低成本的电路结构，降低电子脱扣器电源电路的自身损耗，同时还可避免电流互感器二次侧出现短暂开路的现象。本发明的上述技术问题是这样来解决的该断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路包括电流互感器10，电流互感器10包括电流互感器铁芯100、绕在电流互感器铁芯100上的速饱和线圈102，断路器的一次侧导体101 (即一次侧母排)从电流互感器铁芯100穿过，与速饱和线圈102的输出端连接的整流滤波电路20，一检测调理电路 1000与整流滤波电路20的输出端连接，所述的检测调理电路1000包括电流连续型供电电路30、启动控制电路40和泄放控制电路50、以及电路中的第一节点①、第二节点②、第三节点③、第四节点④、第五节点⑤、第六节点⑥、第七节点⑦。一个第二电阻R2串联连接在第一节点①与第三节点③之间，一个第一 MOS管Ql串联连接在第一节点①与第五节点⑤之间，一个第二 MOS管Q2串联连接在第三节点③与地极之间，一个第三MOS管Q3串联连接在第二节点②与地极之间，一个集成运放Ul的同向输入端接第六节点⑥，集成运放Ul的输出端和第二 MOS管Q2的G极并接第七节点⑦，一个第五电阻R5串联连接在第四节点④与地极之间，第三MOS管Q3的G极接第四节点④，整流滤波电路20的输出端的正极接电流连续型供电电路30的输入端的第一节点①，电流连续型供电电路30的输出端的第五节点⑤接负载的正极，第四节点④的输入端并接第三节点③。当从电流连续型供电电路30的第三节点③经启动控制电路40的第四节点④输入到第三MOS管Q3的电压到达启动控制电路40 的开启值时，启动控制电路40的第三MOS管Q3的S极与D极之间导通、并经第二节点②向第一 MOS管Ql输入开启电压，使电流连续型供电电路30的第一 MOS管Ql的串联连接在电流连续型供电电路30中的S极与D极之间导通；当从第三节点③输入到第三MOS管Q3的电压小于启动控制电路40的开启值时，第三MOS管Q3的S极与D极之间关断，启动控制电路40从第二节点②向第一 MOS管Ql输入的电压转换为0，使第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断。当从电流连续型供电电路30的第五节点⑤经泄放控制电路50的第六节点⑥输入到集成运放Ul的同向输入端的电压大于参考电压Vre时，泄放控制电路50的集成运放 Ul的输出端的第七节点⑦的电压大于泄放控制电路50的第二 MOS管Q2的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间导通、并泄放多余能量，同时使所述第二节点②和第三节点 ③的电压均转换为0，控制第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断；当从第五节点⑤输入到集成运放Ul的同向输入端的电压小于参考电压Vre时，第七节点⑦的电压小于第二 MOS管 Q2的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间关断、并停止泄放能量，同时使第一 MOS 管Ql的S极与D极之间的通/断切换不受所述泄放控制电路50的控制。根据本发明第一实施例的电流连续型供电电路30，包括第一 MOS管Q1、第二电阻 R2和二极管D1，第一 MOS管Ql的S极、第二电阻R2的一端和整流滤波电路的输出端的正极均连接在第一节点①上，第二电阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D极、二极管Dl的正极均连接到第三节点③，由二极管Dl的负极形成的第五节点⑤为电流源供电系统的负载端的正极。根据本发明第二实施例的电流连续型供电电路30，包括第一 MOS管Q1、第二电阻 R2和二极管D1，第一 MOS管Ql的S极、第二电阻R2的一端和整流滤波电路的输出端的正极均连接在第一节点①上，第二电阻R2的另一端接第三节点③，第一 MOS管Ql的D极接二极管Dl的正极，由二极管Dl的负极形成的第五节点⑤为电流源供电系统的负载端的正极。本发明检测调理电路1000中所述的启动控制电路40包括第一电阻R1、第三电阻 R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第三MOS管Q3，第一电阻Rl的一端接第一节点①，第一电阻Rl的另一端、第一 MOS管Ql的G极和第三电阻R3的一端均连接第二节点②，第三电阻 R3的另一端接第三MOS管Q3的D极，第四电阻R4的一端接第三节点③，第四电阻R4的另一端、第三MOS管Q3的G极和第五电阻R5的一端均连接第四节点④，第五电阻R5的另一端以及第三MOS管Q3的S极和整流滤波电路的输出端的负极并联连接。本发明检测调理电路1000中所述的泄放控制电路50包括第八电阻R8、第九电阻 R9、第二 MOS管Q2和电压比较器，第二 MOS管Q2的D极接第三节点③，第二 MOS管Q2的G 极与电压比较器的集成运放Ul的输出端均连接第七节点⑦，第八电阻R8的一端接第五节点⑤，第八电阻R8的另一端以及第九电阻R9的一端和电压比较器的集成运放Ul的同向输入端均连接第六节点⑥，第九电阻R9的另一端、第二 MOS管Q2的S极与整流滤波电路的输出端的负极并联连接，参考电压Vre从集成运放Ul的反向输入端输入。所述的电压比较器包括集成运放U1、第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和集成运放Ul的输出端并联连接，第六电阻R6的另一端接电压比较器的工作电源V，第七电阻R7的另一端接集成运放Ul的同向输入端。根据本发明一实施例，检测调理电路1000还包括续流电容C2，续流电容C2的正极接第五节点⑤，续流电容C2的负极接整流滤波电路的输出端的负极。根据本发明另一实施例，检测调理电路1000还包括稳压二极管VD1，稳压二极管 VDl的正极接第二节点②，稳压二极管VDl的负极接第一节点①。根据本发明另一实施例，检测调理电路1000包括一个并联连接在整流滤波电路 20的输出端的正极与负极之间的旁路，该旁路包括相互串联连接的第二电阻R2、第四电阻 R4和第五电阻R5。所述的旁路中的第二电阻R2为电流连续型供电电路中的一个元件。所述的旁路中的第四电阻R4、第五电阻R5分别为启动控制电路的元件。
下面结合附图举例详细说明本发明的两个实施方式。图1是本发明的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路的第一实施例工作原理示意图。图2是图1第一实施例的电流连续型开关调整限压电路的电路结构示意图。图3是本发明的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路的第二实施例工作原理示意图。图4是图3第二实施例的电流连续型开关调整限压电路的电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例，进一步说明本发明的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路的具体实施方式
，其中图1、2是本发明的限压电路的第一实施例，图3、4是第二实施例，它们的区别主要在于第二电阻R2的接入方式不同。本发明的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路不限于以下实施例的描述。参见图1至4，本发明的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路， 包括穿芯式铁芯电流互感器10、绕在电流互器铁芯100上的速饱和线圈102(也叫二次线圈)、与速饱和线圈的输出端连接的整流滤波电路20、与整流滤波电路的输出端连接的检测调理电路1000，所述的穿芯式铁芯电流互感器10包括电流互器铁芯100、绕在电流互器铁芯100上的速饱和线圈102，断路器的一次导体101从电流互器铁芯100穿过，速饱和线圈102的输出端连接的整流滤波电路20。电流互感器10和整流滤波电路20可采用公知的结构，而与整流滤波电路20的输出端连接的检测调理电路1000，是本发明断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路中的核心电路。本发明的检测调理电路1000的具体构成可参见图2和4，该电路包括电流连续型供电电路30、启动控制电路40和泄放控制电路50、以及电路中的第一节点①、第二节点②、第三节点③、第四节点④、第五节点⑤、 第六节点⑥、第七节点⑦。图1-4中所示的7个节点①-⑦也是电路的检测点，其中第一节点①是整流滤波电路20的输出端的正极，也是供电电路30的第一 MOS管Ql的S极(源极)；第二节点②是启动控制电路40的输出点，也是供电电路30的第一 MOS管Ql的G极 (栅极)；第三节点③是启动控制电路40的输入点，也是启动控制电路40在供电电路30中的取样点和泄放控制电路50的第二 MOS管Q2的D极(漏极)；第四节点④是启动控制电路40的第三MOS管Q3的G极(栅极)；第五节点⑤是负载端的正极，也是泄放控制电路50 在供电电路中的电压取样点；第六节点⑥是泄放控制电路50的控制信号输入端，也是集成
7运放Ul的同向输入端；第七节点⑦是泄放控制电路50的第二 MOS管Q2的G极(栅极)。 一个第二电阻R2串联连接在第一节点①与第三节点③之间，一个第一 MOS管Ql串联连接在第一节点①与第五节点⑤之间，一个第二 MOS管Q2串联连接在第三节点③与地极之间， 一个第三MOS管Q3串联连接在第二节点②与地极之间，一个集成运放Ul的同向输入端接第六节点⑥，集成运放Ul的输出端和第二 MOS管Q2的G极并接第七节点⑦，一个第五电阻 R5串联连接在第四节点④与地极之间，第三MOS管Q3的G极接第四节点④，整流滤波电路 20的输出端的正极接电流连续型供电电路的输入端的第一节点①，电流连续型供电电路的输出端的第五节点⑤接负载60的正极，第四节点④的输入端并接第三节点③。这里所谓第一 MOS管Ql的串联连接是指它的S极、D极串联连接在电流连续型供电电路中，第二 MOS管 Q2的串联连接是指它的S极、D极串联连接在第三节点③与整流滤波电路的负极之间，第三 MOS管Q3的串联连接是指它的S极、D极串联连接在第二节点②与整流滤波电路的负极之间；所谓地极，是指限压电路的公共接地端，也是整流滤波电路20的输出端的负极。
当从电流连续型供电电路30的第三节点③经启动控制电路40的第四节点④输入到第三MOS管Q3的电压到达启动控制电路40的开启值时，启动控制电路40的第三MOS管 Q3的S极与D极之间导通、并经第二节点②向第一 MOS管Ql输入开启电压，使第一 MOS管 Ql的串联连接在电流连续型供电电路30中的S极与D极之间导通，从而，从第一节点①流出的电流直接经第一 MOS管Ql的S极与D极流到负载60。当从第三节点③输入到启动控制电路40的第三MOS管Q3的电压小于启动控制电路40的开启值时，第三MOS管Q3的S 极与D极之间关断，启动控制电路40从第二节点②向第一 MOS管Ql输入的电压转换为0， 使电流连续型供电电路30的第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断，从而，从第一节点①流出的电流不能经第一 MOS管Ql的S极与D极流到负载60。由此可见，第一 MOS管Ql的S 极与D极之间的通/断受启动控制电路40的控制，而启动控制电路40的控制就是根据第三节点③的控制电流连续型供电电路30中的第一 MOS管Ql的S极与D极之间的导通或关断实现。在泄放控制电路50不工作的正常情况下，第三节点③的电压与流经第一节点①的电流大小有关；而在泄放控制电路50工作时，第三节点③的电压受泄放控制电路50的控制而转换为0，因而，泄放控制电路50通过控制第三节点③的电压转换，来切换对启动控制电路40的控制(使第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断)或放弃控制(使第一 MOS管Ql 的S极与D极之间的通/断是由启动控制电路40根据流经第一节点①的电流大小来进行控制)。泄放控制电路50对第一 MOS管Ql的控制具体为当从电流连续型供电电路30的第五节点⑤经泄放控制电路50的第六节点⑥输入到集成运放Ul的同向输入端的电压大于参考电压Vre时，泄放控制电路50的集成运放Ul的输出端的第七节点⑦的电压大于泄放控制电路50的第二 MOS管Q2的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间导通并泄放多余能量，同时使第二节点②和第三节点③的电压均转换为0，控制第一 MOS管Ql的S极与 D极之间关断。当从第五节点⑤输入到集成运放Ul的同向输入端的电压小于参考电压Vre 时，第七节点⑦的电压小于第二 MOS管Q2的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间关断并停止泄放能量，同时使第一 MOS管Ql的S极与D极之间的通/断切换为不受泄放控制电路50的控制，即上述的放弃控制。可见，不管是图1所示的第一实施例还是图3所示的第二实施例，都包括一条从第一节点①通到地极的旁路，它就从第一节点①出发，经第二电阻R2、第三节点③、第四节点④、第五电阻R5后到达地极，该旁路的功能是确保电流互感器10的二次线圈不会出现开路故障。本发明将该旁路巧妙地组合在电流连续型供电电路 30和启动控制电路40中，以减少元件数量和优化电路结构。如图1和2所示，本发明的第一实施例的电流连续型供电电路30接在整流滤波电路与负载60之间，整流滤波电路输出的电流通过该供电电路30输给负载60。这里负载60 是指电子脱扣器的耗电负载，而不是断路器主电路上的负载。现有此类电路在NMOS Q2工作切换到Ql工作的过程中，因Ql有自己固有的开通延迟时间，所以流过供电电路的电流存在间断，而该间断相当于使速饱和线圈102开路，从而会影响速饱和线圈102的寿命。而本发明的供电电路是电流连续型的，它包括第一 MOS管Q1、第二电阻R2、二极管D1，第一 MOS 管Ql的S极并联连接第二电阻R2的一端所形成的第一节点①接整流滤波电路20的输出端的正极，第二电阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D极、二极管Dl的正极并联连接后接第三节点③，由二极管Dl的负极形成的第五节点⑤为电流源供电系统的负载端的正极。图3、4所示的是本发明的电子脱扣器的电源装置第二实施例的电路图。这个可替代第一实施例的方案工作原理与图1、2的第一实施方案类似，不同点在于启动控制电路的接入方式不同，如图3和4所示，本发明的第二实施例的电流连续型供电电路30包括第一 MOS管Ql、第二电阻R2和二极管D1，第一 MOS管Ql的S极并联连接第二电阻R2的一端所形成的第一节点①接整流滤波电路20的输出端的正极，第二电阻R2的另一端接第三节点 ③，第一 MOS管Ql的D极接二极管Dl的正极，由二极管Dl的负极形成的第五节点⑤为电流源供电系统的负载60端的正极。图4的第二实施例的启动控制的取样点③(也是泄放控制电路50的第二 MOS管Q2导通回路的接入点)设置在第一 MOS管Ql之前，即MOS管Q2 的位置由位于第一实施例的第一 MOS管Ql之后调整到Ql之前，并且，第二电阻R2由第一实施例的与MOS管Ql并联调整为与MOS管Q2串联。本发明的检测调理电路1000的启动控制电路40是控制电流连续型供电电路30 中的第一MOS管Ql的导通或关断的电路，在启动阶段和正常工作阶段，启动控制电路40是控制第一 MOS管Ql导通，在泄放阶段，启动控制电路是控制第一 MOS管Ql关断。参见图1 至4，所述的启动控制电路40包括第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、和第三MOS管Q3，第一电阻Rl的一端接第一节点①，第一电阻Rl的另一端、并联连接第一MOS 管Ql的G极和第三电阻R3的一端均连接所形成的在第二节点②接上第三电阻R3的一端， 第三电阻R3的另一端接第三MOS管Q3的D极，第四电阻R4的一端接第三节点③，第四电阻R4的另一端并联连接、第三MOS管Q3的G极以及第五电阻R5的一端所形成的均连接在第四节点④接上第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端与第三MOS管Q3的S极和整流滤波电路20的输出端的负极并联连接；。本发明的检测调理电路1000的泄放控制电路50是在电流互感器10输出给整流滤波电路20的电流过大时控制泄放多余能量的电路，它具有三个基本功能检测电流源供电系统的输出端的电压是否超过预定的阈值(即参考电压Vre)；，如果超过阈值，则通知启动控制电路关断电流连续型供电电路中的第一MOS管Ql，同时导通泄放控制电路50中的第二 MOS管Q2。参见图1至4，所述的泄放控制电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二 MOS 管Q2、和电压比较器，第二 MOS管Q2的D极接第三节点③，第二 MOS管Q2的G极接电压比较器的集成运放Ul的输出端的第七节点⑦，第八电阻R8的一端接第五节点⑤，第八电阻R8 的另一端接、第九电阻R9的一端以及电压比较器的集成运放Ul的同向输入端所形成的均连接在第六节点⑥接上电压比较器的集成运放Ul的同向输入端，第九电阻R9的另一端和第二 MOS管Q2的S极与整流滤波电路20的输出端的负极并联连接，参考电压Vre从集成运放Ul的反向输入端输入。参考电压Vre的输入方法是公知的，例如由中央处理单元输出的电压。第一 MOS管Ql的导通、关断是这样与泄放控制电路50的切换配合工作的，电流互感器10的二次线圈经全波整流滤波后，电流通过供电电路30R2、Dl流到负载端。其间，当供电电路30中的第三节点③处的电压上升到控制电压时，正常供电控制回路控制第一 MOS 管Ql导通，于是电流通过Q1、D1流到负载端。当负载端电压取样点⑤处的电压上升到能量泄放控制电路50切换输出的切换电压时，即第六节点⑥处的电压大于集成运放Ul的反向输入端的参考电压Vre时，泄放控制电路50控制端⑥控制其输出变化，使泄放控制电路50 中的第二MOS管Q2导通，使供电电路30中的第三节点③处的电压下降，于是供电电路30输出变化，第一 MOS管Ql关断。接着，当能量泄放到一定程度时，第二 MOS管Q2关断，负载端电压取样点⑤处的电压下降到能量泄放控制电路50切换输出的切换电压时，供电电路30 第三节点③处的电压上升，供电电路30的第一 MOS管Ql又导通工作，电流又继续通过正常供电电路30的Ql、Dl流到负载端。这个过程是周而复始的。下面结合图1至4进一步说明本发明的用于电子脱扣器的电源装置的限压电路的工作流程，电路工作过程依序包括四个阶段启动阶段、正常工作阶段、泄放阶段和回归正常工作阶段。具体说明如下启动阶段速饱和线圈102输出电流从第一节点①经供电电路30的第二电阻R2 流到负载侧，使启动控制电路40的第四电阻R4两端的第一节检测点③、第一节④处的电压上升，当第一节检测点④处的电压迅速上升到第三MOS管Q3的开启电压，启动阶段结束，进入正常工作阶段。正常工作阶段当第四节点④处的电压迅速上升到启动控制电路40的第三MOS管 Q3的开启电压，Q3导通开始工作，于是部分电流从第一节点①流经启动控制电路40中串联连接的第一节电阻R1、第三电阻R3和第三MOS管Q3，因第一电阻R1、第三电阻R3阻值选取的很大，使得此部分电流很小。第一电阻Rl两端的压降应设计大于供电电路中的第一 MOS 管Ql的开启电压，于是Ql导通并工作，因第一 MOS管Ql的导通等效阻抗很小，所以此时第二电阻R2相当于被第一 MOS管Ql短接，于是电流绝大部分由导通损耗小的第一 MOS管Ql 输送到负载侧。判断当负载60端的第五节点⑤处的电压大于设定值时，正常工作阶段结束，转入泄放阶段。泄放阶段当负载60端第五节点⑤的电压大于设定值时，电压第六节点⑥处的电压大于检测设定值Vre，第七节点⑦的电压由OV跳变到大于第二 MOS管Q2的开启电压，第二 NMOS管Q2导通工作，随即把第三节点③处的电压拉低，第四节点④的电压也跟着被拉低，第四节点④的电压小于第三MOS管Q3的开启电压，第三MOS管Q3关断，使得第一电阻 R1、第三电阻R3上几乎无电流通过，第一电阻Rl上的压降就约等于0V，小于第一 MOS管Ql 的开启电压，Ql关断。因为第二 MOS管Q2的导通阻抗远小于负载阻抗，所以速饱和线圈的输出电流绝大部分流经第二电阻R2和第二 MOS管Q2到负极，电流几乎没有流到负载侧，所以负载60端的第五节点⑤处的电压随之下降。当负载60端的第五节⑤点电压小于设定值时，泄放阶段结束。回归正常工作阶段当负载60端的第五节点⑤处的电压小于设定值时，第六节点⑥点电压小于检测设定值Vre，第七节点⑦电压由大于第二 MOS管Q2的开启电压跳变到 0V,第二 MOS管Q2关断。需要特别提出的是，此时第一 MOS管Ql、第二 MOS管Q2都处于关断状态，绝大部分电流经第二电阻R2输送到负载侧，保证了速饱和线圈102不会开路。随即第三节点③处的电压上升，使第四节点④处的电压也跟着上升，当第四节点④处的电压上升到大于第三MOS管Q3开启电压，第三MOS管Q3导通并工作，部分电流流经串联连接的第一电阻R1、第三电阻R3、第三MOS管Q3，因第一电阻R1、第三电阻R3阻值选取得很大，使得此部分电流很小。第一电阻Rl两端的压降设计大于第一 MOS管Ql的开启电压，第一 MOS 管Ql导通工作，因第一 MOS管Ql的导通等效阻抗很小，所以第二电阻R2相当于被第一 MOS 管Ql短接，电流绝大部分由导通损耗小的第一 MOS管Ql输送到负载侧。当负载60端的第五节点⑤处的电压又大于设定值时，回归正常工作阶段结束。继续进入泄放阶段。
本发明实施例的第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2、第三MOS管Q3均采用了 MOS-FET 增强型N-沟道场效应晶体管(缩写NM0S)，这是优选的方案，也可采用其它可替代型号的场效应晶体管，如MOS-FET增强型P-沟道场效应晶体管(缩写PM0S)。从以上电路结构可见，所述本发明的检测调理电路中包括一条至少由一个电阻组成的并联连接在整流滤波电路20的输出端的正极与负极之间的旁路，所述的旁路包括第二电阻R2、第四电阻R4和第五电阻R5，这些电阻之间存在串联连接关系。由于旁路始终接通，所以不管是因Ql的开通延时，还是因负载60的回路出现的开路故障，都不会使速饱和线圈102出现开路现象。由于所述的旁路中的第二电阻R2为电流连续型供电电路中的一个元件，所述的旁路中的第四电阻R4、第五电阻R5分别为启动控电路40的元件，所以增加旁路并未增加独立元件，从而可节省生产成本。检测调理电路还包括续流电客容C2，它的功能是在泄放阶段供电电路可能出现电流不足的情况时向负载释放电能、继续提供电流。续流电客电容C2的正极接第五节点⑤，续流电客电容C2的负极接整流滤波电路的输出端的负极。检测调理电路1000还包括稳压二极管VD1，稳压二极管VDl的正极接第二节点②，稳压二极管VDl的负极接第一节点①。所述的电压比较器包括集成运放U1、第六电阻R6、和第七电阻R7，第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和集成运放Ul的输出端并联相连接，第六电阻R6的另一端接电压比较器的工作电压V，第七电阻R7的另一端接集成运放Ul的同向输入端。工作电压V、 第六电阻R6、第七电阻R7的参数匹配是公知的，它可根据不同的集成运放Ul器件的要求确定。
权利要求
1.一种断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，包括电流互感器 (10)和与其速饱和线圈(10 的输出端连接的整流滤波电路(20)，其特征在于一检测调理电路(1000)与整流滤波电路00)的输出端连接，所述的检测调理电路 (1000)包括电流连续型供电电路(30)、启动控制电路00)和泄放控制电路(50)、以及电路中的第一节点(①)、第二节点(②)、第三节点(③)、第四节点(④)、第五节点(⑤)、第六节点(⑥)、第七节点(⑦)；一个第二电阻R2串联连接在第一节点(①)与第三节点(③)之间，一个第一MOS管 Ql串联连接在第一节点(①)与第五节点(⑤)之间，一个第二MOS管Q2串联连接在第三节点(③)与地极之间，一个第三MOS管Q3串联连接在第二节点(②)与地极之间，一个集成运放Ul的同向输入端接第六节点(⑥)，集成运放Ul的输出端和第二 MOS管Q2的G 极并接第七节点(⑦)，一个第五电阻R5串联连接在第四节点(④)与地极之间，第三MOS 管Q3的G极接第四节点(④)，整流滤波电路00)的输出端的正极接电流连续型供电电路 (30)的输入端的第一节点(①)，电流连续型供电电路(30)的输出端的第五节点(⑤)接负载(60)的正极，第四节点(④)的输入端并接第三节点(③)；当从电流连续型供电电路(30)的第三节点(③)经启动控制电路GO)的第四节点 (④)输入到第三MOS管Q3的电压到达启动控制电路00)的开启值时，启动控制电路GO) 的第三MOS管Q3的S极与D极之间导通、并经第二节点(②)向第一MOS管Ql输入开启电压，使电流连续型供电电路(30)的第一 MOS管Ql的串联连接在电流连续型供电电路(30) 中的S极与D极之间导通；当从第三节点(③)输入到第三MOS管Q3的电压小于启动控制电路GO)的开启值时，第三MOS管Q3的S极与D极之间关断，启动控制电路00)从第二节点(②)向第一 MOS管Ql输入的电压转换为0，使第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断；当从电流连续型供电电路(30)的第五节点(⑤)经泄放控制电路(50)的第六节点 (⑥)输入到集成运放Ul的同向输入端的电压大于参考电压Vre时，泄放控制电路(50)的集成运放Ul的输出端的第七节点(⑦)的电压大于泄放控制电路(50)的第二 MOS管Q2 的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间导通、并泄放多余能量，同时使所述第二节点(②)和第三节点(③)的电压均转换为0，控制第一 MOS管Ql的S极与D极之间关断； 当从第五节点(⑤)输入到集成运放Ul的同向输入端的电压小于参考电压Vre时，第七节点(⑦)的电压小于第二 MOS管Q2的开启值，致使第二 MOS管Q2的S极与D极之间关断、 并停止泄放能量，同时使第一 MOS管Ql的S极与D极之间的通/断切换不受所述泄放控制电路(50)的控制。
2.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的电流连续型供电电路(30)包括第一 MOS管Q1、第二电阻R2和二极管D1，第一 MOS管Ql的S极、第二电阻R2的一端和整流滤波电路的输出端的正极均连接在第一节点 (①)上，第二电阻R2的另一端、第一 MOS管Ql的D极、二极管Dl的正极均连接到第三节点(③)，由二极管Dl的负极形成的第五节点(⑤)为电流源供电系统的负载(60)端的正极；或者所述的电流连续型供电电路(30)包括第一 MOS管Q1、第二电阻R2和二极管D1，第一MOS管Ql的S极、第二电阻R2的一端和整流滤波电路的输出端的正极均连接在第一节点 (①)上，第二电阻R2的另一端接第三节点(③)，第一 MOS管Ql的D极接二极管Dl的正极，由二极管Dl的负极形成的第五节点(⑤)为电流源供电系统的负载(60)端的正极。
3.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的启动控制电路GO)包括第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第三MOS管Q3，第一电阻Rl的一端接第一节点(①)，第一电阻Rl的另一端、第一 MOS管Ql的G极和第三电阻R3的一端均连接第二节点(②)，第三电阻R3的另一端接第三MOS管Q3的D极，第四电阻R4的一端接第三节点(③)，第四电阻R4的另一端、第三MOS 管Q3的G极和第五电阻R5的一端均连接第四节点(④)，第五电阻R5的另一端以及第三 MOS管Q3的S极和整流滤波电路00)的输出端的负极并联连接。
4.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的泄放控制电路(50)包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二 MOS管Q2和电压比较器，第二 MOS管Q2的D极接第三节点(③)，第二 MOS管Q2的G极与电压比较器的集成运放Ul的输出端均连接第七节点(⑦)，第八电阻R8的一端接第五节点(⑤)，第八电阻R8的另一端以及第九电阻R9的一端和电压比较器的集成运放Ul的同向输入端均连接第六节点(⑥)，第九电阻R9的另一端、第二 MOS管Q2的S极与整流滤波电路的输出端的负极并联连接，参考电压Vre从集成运放Ul的反向输入端输入。
5.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的检测调理电路(1000)还包括续流电容C2，续流电容C2的正极接第五节点(⑤)，续流电容C2的负极接整流滤波电路00)的输出端的负极。
6.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的检测调理电路(1000)还包括稳压二极管VD1，稳压二极管VDl的正极接第二节点(②)，稳压二极管VDl的负极接第一节点(①)。
7.根据权利要求4所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的电压比较器包括集成运放U1、第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和集成运放Ul的输出端并联连接，第六电阻R6的另一端接电压比较器的工作电源V，第七电阻R7的另一端接集成运放Ul的同向输入端。
8.根据权利要求1所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的检测调理电路(1000)包括一个并联连接在整流滤波电路00)的输出端的正极与负极之间的旁路，该旁路包括相互串联连接的第二电阻R2、第四电阻R4和第五电阻R5。
9.根据权利要求8所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其特征在于所述的旁路中的第二电阻R2为电流连续型供电电路中的一个元件。
10.根据权利要求8所述的断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路， 其特征在于所述的旁路中的第四电阻R4、第五电阻R5分别为启动控制电路的元件。
全文摘要
断路器电流源供电系统的电流连续型开关调整限压电路，其检测调理电路包括供电电路、启动控制电路、泄放控制电路及7个节点①-⑦；当从供电电路的节点③经启动控制电路的节点④输入到Q3的电压到达启动控制电路的开启值时，Q3导通、并经节点②向Q1输入开启电压，使供电电路的Q1导通。当从节点③输入到Q3的电压小于启动控制电路的开启值时，Q3关断，启动控制电路从节点②向Q1输入的电压转换为0，使Q1关断。当从供电电路的节点⑤经泄放控制电路的节点⑥输入到U1的电压大于Vre时，泄放控制电路的节点⑦的电压大于其Q2的开启值，使Q2导通并泄放多余能量，同时使节点②和节点③的电压均转换为0，控制Q1关断。当从节点⑤输入的电压小于Vre时，节点⑦的电压小于Q2的开启值，使Q2关断并停止泄放能量，同时使Q1的通/断切换不受所述泄放控制电路的控制。
文档编号H02M7/217GK102420537SQ20111045795
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者张佳, 徐泽亮, 徐首旗, 柴爱军 申请人:上海诺雅克电气有限公司