专利名称：可通信欠压脱扣器的制作方法
技术领域：
本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及一种具备通信功能的欠压脱扣器。
背景技术：
现有欠电压脱扣器控制部分一般由模拟或数字电路构成，利用脉宽调制进行线圈电流控制，功能単一，不具备通信功能，无法通过通信总线调整各类參数，现场应用灵活性差。
发明内容本发明g在提出一种具备通信功能的欠压脱扣器。根据本发明的ー实施例，提出ー种可通信欠压脱扣器，包括 输入滤波模块，连接到交流电源，对交流电源提供的交流电进行滤波；第一整流电路，连接到输入滤波模块的输出；第二整流电路，连接到输入滤波模块的输出；电源供给模块，连接到第一整流电路的输出，将第一整流电路的输出转换为直流电；信号采样模块，连接到第二整流电路的输出，信号采样模块对第二整流电路的输出进行电压采样，输出采样信号；处理器，连接到信号采样模块，处理器对信号采样模块采集的采样信号进行模数转换，生成PWM驱动信号； 驱动模块，连接到第二整流电路的输出，还连接到处理器接收PWM驱动信号，驱动模块驱动电磁铁动作机构。通信接ロ模块，连接到处理器，通信接ロ模块以RS-485方式进行通信。在一个实施例中，输入滤波模块包括共轭滤波线圈和浪涌抑制电路。共轭滤波线圈连接到交流电源。浪涌抑制电路连接到共轭滤波线圈，浪涌抑制电路消除瞬时高压。在一个实施例中，电源供给模块包括开关电源模块和三端稳压芯片。开关电源模块包括电源芯片，输出12V直流电。三端稳压芯片连接到开关电源模块，输出3. 3V直流电。在一个实施例中，信号采样模块包括分压网络、滤波稳压电路、电压跟随器和后滤波电路。分压网络连接到第二整流电路的输出，分压网络对采样信号进行分压。滤波稳压电路连接到分压网络，对分压后的采样信号进行滤波和限幅。电压跟随器连接到滤波稳压电路，对分压信号进行隔离并提高采样的精度。后滤波电路连接到电压跟随器，对电压跟随器的输出进行再次滤波并提供给处理器。在一个实施例中，处理器包括单片机和晶体振荡器，晶体振荡器连接到单片机。在一个实施例中，驱动模块包括限流电阻、两级反向器、加速电路和开关管。两级反向器连接到限流电阻，每ー级的反向器包括三极管，两级反向器级联。加速电路连接到两级反向器。开关管连接到加速电路，加速电路加速开关管的通断速度。在一个实施例中，驱动模块还包括续流ニ极管。在一个实施例中，通信接ロ模块包括通信芯片和特性电阻。通信芯片以RS-485方式通信并隔离通信信号与电源信号。特性电阻串联在通信芯片中。本发明的可通信欠压脱扣器具备通信功能，例如可以利用RS-485方式进行通信。具备通信功能之后，该可通信欠压脱扣器的欠电压保护功能的參数能够灵活设置，并能监控当前回路的电压值以及电磁线圈的状态。
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面 结合附图和实施例的描述更加清晰和明显，在附图中，相同的附图标记始終表示相同的特征，其中图I掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器的结构框图。图2掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中输入滤波模块的电路图。图3掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中第一整流电路和第二整流电路的电路图。图4掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中电源供给模块的电路图。图5掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中信号采样模块的电路图。图6掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中处理器的电路图。图7掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中驱动模块的电路图。图8掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中通信接ロ模块的电路图。
具体实施方式
本发明的基本设计思想如下提出ー种可通信的欠电压脱扣器，具备常规欠电压保护功能，即当受保护电路中电源电压发生一定的电压下降时，控制电路能通过脱扣器自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏；另外，也可通过通信总线接收相关指令动态调整欠压保护的动作整定值，欠电压延时保护的延时动作时间，监控当前回路的电压值，监控电磁线圈的状态。本发明的可通信的欠电压脱扣器可以实现如下电源输入以后，分别经过两路整流，一路再经过电阻分压后作为采样信号，同时这一路也作为励磁线圈的驱动电源，另一路则经过开关电源变换后为主电路供电。电压采样信号由核心单片机(如MC9S08QE8)进行AD转换并进行分析处理，当判断电源电压处于额定电压的35% 70%范围内时，单片机通过连续驱动转换PWM输出的方式控制功率开关管的通断，实现脱扣器自动吸合保持稳定状态，同时单片机也可屏蔽输出促使线圈失电脱扣器脱扣。通信功能由单片机(如MC9S08QE8)通过RS-485接ロ电路(如ADM2587E芯片电路)连接到通信总线来实现，单片机(如MC9S08QE8)通过分析接收到的总线指令动态调整欠电压保护的动作整定值，欠电压保护的延迟脱扣时间，向其它通信主机反映当前监控回路的电压值以及电磁线圈的状态。[0031]本发明的具体实现方式如下，首先參考图I所示，本发明掲示了ー种可通信欠压脱扣器，该可通信欠压脱扣器100包括输入滤波模块102、第一整流电路104、第二整流电路106、电源供给模块108、信号采样模块110、处理器112、驱动模块114和通信接ロ模块116。输入滤波模块102连接到交流电源，对交流电源提供的交流电进行滤波。參考图2所示，图2掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中输入滤波模块102的电路图。输入滤波模块102包括共轭滤波线圈和浪涌抑制电路。共轭滤波线圈连接到交流电源。浪涌抑制电路连接到共轭滤波线圈，浪涌抑制电路消除瞬时高压。如图2所示，共轭滤波线圈L3并联在交流电源的输入端，共轭滤波线圈L3用来消除交流电源中的尖峰干扰并減少电路本身对外的发射。共轭滤波线圈L3后面的可恢复保险丝Fl和压敏电阻R3构成一个浪涌抑制电路，浪涌抑制电路并能有效减少瞬时高压对电路的影响。第一整流电路104连接到输入滤波模块102的输出。第二整流电路106也连接到输入滤波模块102的输出。第一整流电路104和第二整流电路106的电路是ー样的，并联到输入滤波模块102的输出。第一整流电路104和第二整流电路106的两个整流桥同时对输入滤波模块102的输出进行整流。第一整流电路104的输出连接到电源供给模块108，而第二整流电路106的输出连接到信号采样模块110。图3掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中第一整流电路和第二整流电路的电路图，即整流桥的电路图。电源供给模块108连接到第一整流电路104的输出，将第一整流电路104的输出转换为直流电。电源供给模块108包括开关电源模块和三端稳压芯片。开关电源模块包括电源芯片，输出12V直流电。三端稳压芯片连接到开关电源模块，输出3. 3V直流电。图4掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中电源供给模块的电路图。參考图4所示，开关电源模块由电源芯片LNK304构成，输出为12V。三端稳压芯片使用AS1117芯片实现，输出3. 3V直流电压。信号采样模块110连接到第二整流电路106的输出，信号采样模块110对第二整流电路106的输出进行电压采样，输出采样信号。信号采样模块110包括分压网络、滤波稳压电路、电压跟随器和后滤波电路。分压网络连接到第二整流电路的输出，分压网络对采样信号进行分压。滤波稳压电路连接到分压网络，对分压后的采样信号进行滤波和限幅。电压跟随器连接到滤波稳压电路，对分压信号进行隔离并提高采样的精度。后滤波电路连接到电压跟随器，对电压跟随器的输出进行再次滤波并提供给处理器。图5掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中信号采样模块的电路图。其中电阻R19、R20和RlO构成分压网络。电容C14和稳压管D8构成滤波稳压电路，电容C14进行滤波而稳压管D8进行限幅稳压。电压跟随器由由运放LM358构成，电压跟随器进行隔离并提高采样信号的精度。电阻R21和电容Cll构成后滤波电路，经后滤波电路再次滤波后的采样信号提供给处理器。处理器112连接到信号采样模块110，处理器112对信号采样模块110采集的采样信号进行模数转换，生成PWM驱动信号。处理器112包括单片机和晶体振荡器，晶体振荡器连接到单片机。图6掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中处理器的电路图。处理器112中的单片使用8位超低功耗单片机MC9S08QE8。MC9S08QE8的复位脚通过
0.IuF电容C9接地，同时通过IOK电阻R15接3. 3V电源。晶体振荡器Xl的频率为8M。[0037]驱动模块114连接到第二整流电路106的输出，驱动模块114还连接到处理器112接收PWM驱动信号，驱动模块114驱动电磁铁动作机构200。驱动模块114包括限流电阻、两级反向器、加速电路和开关管。两级反向器连接到限流电阻，每ー级的反向器包括三极管，两级反向器级联。加速电路连接到两级反向器。开关管连接到加速电路，加速电路加速开关管的通断速度。在一个实施例中，驱动模块114还包括续流ニ极管。图7掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中驱动模块的电路图。处理器112输出PWM驱动信号。PWM驱动信号经限流电阻R22后控制两级级联的反向器。两级反向器分别由三极管Q3和三极管Q4构成。经过两级级联的反向器后，该信号驱动开关管SK1151。加速电路由ニ极管D9、三极管Q6、ニ极管DlO和电阻R14构成，加速电路用于加快开关管SKl 151的通断速度。续流ニ极管D7在开关管SK1151截止时起续流作用。[0038]通信接ロ模块116连接到处理器112，通信接ロ模块116以RS-485方式进行通信。通信接ロ模块116包括通信芯片和特性电阻。通信芯片以RS-485方式通信并隔离通信信号与电源信号。特性电阻串联在通信芯片中。图8掲示了根据本发明的一实施例的可通信欠压脱扣器中通信接ロ模块的电路图。通信芯片使用隔离型RS-485通信芯片ADM2587E，它内部实现了信号和电源的隔离，特性电阻R25是总线的特性阻杭。本发明的可通信欠压脱扣器的工作过程如下处理器中的单片机实时监控电源电压，当电源电压从小到大超过额定电压的60%后，单片机先输出一段300ms的驱动信号,在这段时间内开关管保持导通，电磁铁励磁线圈(电磁铁动作机构)直接通过大电流，其产生的吸力足以克服弹簧カ使欠电压脱扣器吸合，随后单片机输出PWM信号，通过适当的输出占空比调制降低线圈电流，使衔铁吸力足以维持脱扣器稳定吸合即可，脱扣器长期工作温升小，线圈不会烧毁。当电源电压从大到小低于额定电压的45%后，单片机关闭PWM输出信号，线圈失电，衔铁断开。从而实现欠压保护。当可通信欠电压脱扣器处于正常吸合状态时，如果单片机收到通信总线上传来的断开指令，则给出分断信号，促使脱扣器动作。通过通信总线也可以向单片机传输其他通信指令，来改变欠电压保护的动作整定值，比如将吸合电压由额定电压的60%増加到65%，将脱扣电压由额定电压的45%降低到40% ;同时也可以改变欠电压保护的延迟脱扣时间，比如将延迟动作时间由Os増加到5s ;通过通信总线单片机也可以将目前回路电压值以及电磁线圈的状态告知其它通信主机。一般来说，当电源电压高于可通信欠电压脱扣器额定电压的85%时，控制电路保证接通励磁线圈，衔铁保持吸合状态，断路器处于正常运行状态；当电源电压下降到可通信欠电压脱扣器额定电压的35% 70%时，控制电路可选择关断励磁线圈；当电源电压低于可通信欠电压脱扣器额定电压的35 %时，控制电路保证衔铁不吸合，断路器处于断开状态并不能合闸。在正常供电情况下，线圈长时间吸合吋，不会过度发热以致烧毁。对电网波动引起的极短时间的欠压或过压(不会对负载电器或电气设备造成损坏)情况也有一定的抗干扰能力，避免脱扣器不必要的分断动作。欠电压脱扣器具有总线通信能力，从而可以获知欠电压脱扣器的状态、当前电源电压、电磁线圈的通断情况等信息，并且可以动态调整欠电压保护的动作整定值，欠电压保护的延迟脱扣时间，甚至能够通过通信总线分断欠电压脱扣器，实现远程分断断路器的功倉^:。本发明的可通信欠电压脱扣器电路原理严密，结构紧凑，占用空间小，工作稳定，有较高的实用价值。单片机MC9S08QE8是核心处理部件。电源输入以后，分别经过两路整流一路经过电阻分压后作为采样信号输入到单片机AD管脚，同时这一路也作为励磁线圈的驱动电源；另一路则经过开关电源变换后为主电路供电。电压采样信号由核心单片机MC9S08QE8进行AD转换并进行分析处理，当判断电源电压处于额定电压的35% 70%范围内吋，单片机通过连续驱动搭配PWM输出的方式控制功率开关管的通断，实现脱扣器自吸并保持稳定吸合状态，同时单片机也可屏蔽输出促使线圈失电脱扣器脱扣。通信功能由MC9S08QE8通过RS-485接ロ芯片ADM2587E连接到通信总线来实现，MC9S08QE8通过分析接收到的总线指令动态调整欠电压保护的动作整定值，欠电压保护的延迟脱扣时间，向其它通信主机反映当前监控回路的电压值以及电磁线圈的状态，甚至立刻断开断路器。本发明的可通信欠压脱扣器具备通信功能，例如可以利用RS-485方式进行通信。具备通信功能之后，该可通信欠压脱扣器的欠电压保护功能的參数能够灵活设置，并能监控当前回路的电压值以及电磁线圈的状态。上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的 人员可对上述实施例做出种种修改或变化而不脱离本发明的发明思想，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1.ー种可通信欠压脱扣器，其特征在于，包括 输入滤波模块，连接到交流电源，对交流电源提供的交流电进行滤波； 第一整流电路，连接到输入滤波模块的输出； 第二整流电路，连接到输入滤波模块的输出； 电源供给模块，连接到第一整流电路的输出，将第一整流电路的输出转换为直流电；信号采样模块，连接到第二整流电路的输出，信号采样模块对第二整流电路的输出进行电压米样，输出米样信号； 处理器，连接到信号采样模块，处理器对信号采样模块采集的采样信号进行模数转换，生成PWM驱动信号； 驱动模块，连接到第二整流电路的输出，还连接到处理器接收PWM驱动信号，驱动模块驱动电磁铁动作机构； 通信接ロ模块，连接到处理器，通信接ロ模块以RS-485方式进行通信。
2.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述输入滤波模块包括 共轭滤波线圈，连接到交流电源； 浪涌抑制电路，连接到共轭滤波线圈，浪涌抑制电路消除瞬时高压。
3.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述电源供给模块包括开关电源模块和三端稳压芯片； 所述开关电源模块包括电源芯片，输出12V直流电； 所述三端稳压芯片连接到开关电源模块，输出3. 3V直流电。
4.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述信号采样模块包括 分压网络，连接到第二整流电路的输出，分压网络对采样信号进行分压； 滤波稳压电路，连接到分压网络，对分压后的采样信号进行滤波和限幅； 电压跟随器，连接到滤波稳压电路，对分压信号进行隔离并提高采样的精度； 后滤波电路，连接到电压跟随器，对电压跟随器的输出进行再次滤波并提供给处理器。
5.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述处理器包括单片机和晶体振荡器，晶体振荡器连接到单片机。
6.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述驱动模块包括 限流电阻； 两级反向器，连接到限流电阻，每ー级的反向器包括三极管，两级反向器级联； 加速电路，连接到两级反向器； 开关管，连接到加速电路，加速电路加速开关管的通断速度。
7.如权利要求6所述的可通信欠压脱扣器，其特征在干，所述驱动模块还包括续流ニ极管。
8.如权利要求I所述的可通信欠压脱扣器，其特征在于，所述通信接ロ模块包括 通信芯片，通信芯片以RS-485方式通信并隔离通信信号与电源信号； 特性电阻，串联在通信芯片中。
专利摘要本实用新型揭示了一种可通信欠压脱扣器，包括输入滤波模块，连接到交流电源，对交流电源提供的交流电进行滤波；第一整流电路，连接到输入滤波模块的输出；第二整流电路，连接到输入滤波模块的输出；电源供给模块，连接到第一整流电路的输出，将第一整流电路的输出转换为直流电；信号采样模块，连接到第二整流电路的输出，信号采样模块对第二整流电路的输出进行电压采样，输出采样信号；处理器，连接到信号采样模块，处理器对信号采样模块采集的采样信号进行模数转换，生成PWM驱动信号；驱动模块，连接到第二整流电路的输出，还连接到处理器接收PWM驱动信号，驱动模块驱动电磁铁动作机构。通信接口模块，连接到处理器，通信接口模块以RS-485方式进行通信。
文档编号H02H3/24GK202395419SQ20112051876
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者张聪, 范文韬 申请人:上海电科电器科技有限公司, 浙江正泰电器股份有限公司