一種智能斷路器的電源裝置及一種智能斷路器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及斷路器，尤其涉及一種智能斷路器的電源裝置。
【背景技術】
[0002]斷路器(英文名稱:circuit-breaker，circuit breaker)是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流并能關合、在規定的時間內承載和開斷異常回路條件下的電流的開關裝置，其已在日常生活和工業領域得到廣泛應用。隨著電子技術的進步，可以提供三段保護、剩余電流保護、過、低壓保護、斷零、斷相保護等復雜保護功能的智能型斷路器已日益成為主流。
[0003]在智能型斷路器的應用中，電源系統直接關系到整個硬件系統的可靠性和安全性。傳統智能斷路器的供電方案是利用電流互感器從斷路器所保護主電路中汲取電能，經整流后供斷路器中的用電部件使用，同時利用電流互感器對主電路電流進行采樣。當采用電流互感器自供電時，若負載較輕，特別是負載電流低于斷路器額定電流40%時，智能斷路器就不能正常工作，目前普遍采用的方法是在電流互感器自供電的基礎上，外加輔助電源供電。上述設計雖然解決了智能斷路器在小電流時的工作問題，但電流采樣的精度卻沒有得到提高。因為當電流互感器中由小電流來產生自供電時，由于互感器中能量輸出不足，會造成作為電子開關的MOS管存在動態響應，造成自供電輸出端電源產生波動，從而影響到電流采樣的準確性。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種智能斷路器的電源裝置，可有效提高智能斷路器在小負載情況下的電流采樣準確性。
[0005]本實用新型具體采用以下技術方案解決上述技術問題:
[0006]—種智能斷路器的電源裝置，包括自供電電路、外部電源輸入端、電壓轉換電路，自供電電路的輸出端與外部電源輸入端分別經由一個防反二極管與電壓轉換電路的輸入端連接;所述自供電電路包括依次連接的電流互感器、整流電路、采樣及供能電路;所述采樣及供能電路中設置有可控開關，所述可控開關的控制信號來自于電壓轉換電路的輸入端，當電壓轉換電路的輸入端的電壓大于采樣及供能電路的輸入電壓時，所述可控開關關斷采樣及供能電路的輸出。
[0007]為了進一步提高供電可靠性，優選地，所述電源裝置還包括至少兩路外部電源供電電路，各外部電源供電電路的輸出端分別經由一個防反二極管與外部電源輸入端連接。
[0008]進一步地，所述外部電源供電電路包括輔助電源供電電路和三相電壓供電電路。
[0009]根據相同的發明思路還可以得到以下技術方案:
[0010]一種智能斷路器，包括上述任一技術方案所述電源裝置。
[0011]相比現有技術，本實用新型具有以下有益效果:
[0012]本實用新型在存在外部電源供電時，可自動關閉自供電電路的輸出，使電流采樣一直保持在線性狀態，從而使得在小負載電流時的檢測精度更高。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的原理框圖；
[0014]圖2為電壓轉換電路的一種具體電路圖；
[0015]圖3為自供電電路的一種具體電路圖；
[0016]圖4為三相電壓供電電路的一種具體電路圖；
[0017]圖5為輔助電源供電電路的一種具體電路圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明:
[0019]圖1顯示了本實用新型的基本原理。如圖1所示，本實用新型電源裝置包括自供電電路和外部電源供電電路，自供電電路和外部電源供電電路輸出的電能經電壓轉換電路轉換為適合智能斷路器的5V工作電壓。其中，自供電電路包括依次連接的電流互感器、整流電路、采樣及供能電路，電流互感器從主電路汲取電能經整流電路整流后，通過采樣及供能電路輸出電壓VEE供給后端的負載，同時對電流進行采樣并將采樣結果傳輸給智能控制器進行相應的保護。在自供電電路和外部電源供電電路同時供電的情況下，如主電路電流較小，由于采樣電流的非線性，會導致電流采樣結果失真，從而影響斷路器的保護功能實現。為此，本實用新型在采樣及供能電路設置可控開關，以是否存在外部電源作為其控制條件，當存在外部電源供電電路有輸入時，可控開關自動關斷自供電電路，自供電電路停止輸出，這樣，電流米樣將保持在線性狀態，從而使得小負載電流時的檢測精度更尚。為了進一步提尚供電可靠性，應至少設置兩路外部電源供電電路，圖1中即采用了三相電源供電電路和輔助電源供電電路這兩路外部電源供電電路，分別輸出電壓VDD和VTT。
[0020]本實用新型所涉及的各功能電路可采用各種現有電路結構，下面分別舉例說明。
[0021]圖2顯示了電壓轉換電路的一種具體電路。如圖2所示，該電壓轉換電路由電容C7，〇8，09，(:10，電阻1?7，1?8，1?9，1?10，1?11，二極管02、03、04，電感1^1，穩壓管21，電源芯片吧組成。電壓轉換電路連接自供電電路送來的電壓VEE、三相電壓供電電路送來的電壓VDD、輔助電源供電電路送來的外接24V通信電源電壓VTT三路供電電源，通過選通的方式自動選擇最合適的一路輸出，對電源進行分配，保證電源供電不間斷。
[0022]當多路供電電源同時供電時，外部供電電源經電阻R7后可通過穩壓管Zl來產生一個高電平控制信號，輸出至智能控制器上的I/O口，智能控制器可根據獲得的控制信號來自動判別不需要對電流采樣信號進行修正;若外部供電電源發生失效，智能控制器上的I/O 口輸入為低電平，則小負載電流時為保證測量精度，應對電流采樣進行修正。
[0023]圖3顯示了自供電電路的一種具體電路。如圖3所示，該自供電電路包括依次連接的電流互感器、整流電路、采樣及供能電路，采樣及供能電路由電容Cl，C2，C3，C4，C5，C6，電阻此1，1?1，1?2，1?3，1?4，1?5，1?6，瞬態電壓抑制器?￥1，場效應管01，運放附，二極管01，基準電路N2組成。其中，通過電阻RLl用來獲得電流互感器輸出的電流采樣信號。運放NI構成比較器，利用場效應管Ql進行控制。互感器輸出經橋式整流后，采用場效應管Ql進行動態控制，對輸出電流進行動態分流。采用運放構成比較器形成恒壓控制電路，通過電阻分壓將電壓信號和基準電壓比較，形成電子開關的控制信號。
[0024]其工作原理是，當多路供電電源同時供電時，由于外部供電電壓遠大于電流互感器的自供電電壓，所以運放NI的工作電源及電阻Rl，R2的分壓電平VCC不受電流互感器供電電路輸出的Vffi控制，只受來自于外部的供電電源VDD或VTT控制。因為在外部供電時，設置的電阻Rl，R2的分壓電平要遠大于2.5V基準電壓，故運放NI輸出高電平控制信號為恒態，從而推動開關MOS管導通，將自供電電源VEE拉低，使電阻RLl從電流互感器上獲得的電流采樣信號為線性，保證了電流輸出的精度。若外部供電電源發生失效，自供電電路是唯一的供電電源時，自供電電源經橋整及二極管Dl生成電壓VEE，反饋電壓VCC通過電阻Rl，R2分壓后與2.5V基準電壓進行比較，在小負載電流時，由于電流互感器中能量輸出不足，會造成作為電子開關的MOS管存在動態響應及自供電輸出端電源產生波動，則會影響到電阻RLl上獲得的電流采樣信號的正確度，此時則應采用其他現有技術對電流采樣進行修正，例如采用現有的查表法，把需要校正的數據制成表格存入MCU的內部存儲器中，根據獲得的被測電流信號值，查出最接近實際電流的值，利用這種方法完成數據的補償和計算。
[0025]圖4顯示了三相電壓供電電路的一種具體電路，其包括限流限壓電路、整流電路、浪涌吸收電路、降壓電路、反饋電路、恒壓電路，所述限流限壓電路由電阻2R1-2R9組成，所述的整流電路由整流單元2D1、2D2、2D3組成，所述浪涌吸收電路由電容2C1、電阻2R10、2D8組成，所述降壓電路由穩壓管2D4、2D5、2D6、2D10、電阻2R11-2R13、電容2C2-2C3、M0S管2V1組成，所述反饋電路由電容2C4-2C13、電阻2R14-2R21、M0S管2V2-2V3、穩壓管2D7、二極管2D12-2D13、電源芯片2N1組成，所述恒壓電路由變壓器2T1、瞬態電壓抑制器2D9、二極管2D11、電容2C14-2C15組成。電路采用開關電源的方案，開關電源芯片2N1優選UCC28C41。三相電壓供電電路對輸入的交流電源進行限流、限壓、整流、浪涌吸收，并進行降壓處理后保持工作電壓VDD的基本穩定。
[0026]圖5顯示了輔助電源供電電路的一種具體電路，其由電阻4R1、電容4C1-4C6、二級管4D1、壓敏電阻4RV1、隔離電源模塊4P1、穩壓芯片4N1組成。輔助電源供電電路通過外接24V電源產生電壓VTT對內部控制電路進行供電。
【主權項】
1.一種智能斷路器的電源裝置，包括自供電電路、外部電源輸入端、電壓轉換電路，自供電電路的輸出端與外部電源輸入端分別經由一個防反二極管與電壓轉換電路的輸入端連接;所述自供電電路包括依次連接的電流互感器、整流電路、采樣及供能電路;其特征在于，所述采樣及供能電路中設置有可控開關，所述可控開關的控制信號來自于電壓轉換電路的輸入端，當電壓轉換電路的輸入端的電壓大于采樣及供能電路的輸入電壓時，所述可控開關關斷采樣及供能電路的輸出。2.如權利要求1所述電源裝置，其特征在于，還包括至少兩路外部電源供電電路，各外部電源供電電路的輸出端分別經由一個防反二極管與外部電源輸入端連接。3.如權利要求2所述電源裝置，其特征在于，所述外部電源供電電路包括輔助電源供電電路和三相電壓供電電路。4.一種智能斷路器，包括如權利要求1?3任一項所述電源裝置。
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能斷路器的電源裝置，該電源裝置包括自供電電路、外部電源輸入端、電壓轉換電路，自供電電路的輸出端與外部電源輸入端分別經由一個防反二極管與電壓轉換電路的輸入端連接；所述自供電電路包括依次連接的電流互感器、整流電路、采樣及供能電路；所述采樣及供能電路中設置有可控開關，所述可控開關的控制信號來自于電壓轉換電路的輸入端，當電壓轉換電路的輸入端的電壓大于采樣及供能電路的輸入電壓時，所述可控開關關斷采樣及供能電路的輸出。本實用新型還公開了一種智能斷路器。本實用新型可有效提高智能斷路器在小負載情況下的電流采樣準確性。
【IPC分類】H02J1/10, H02M7/217
【公開號】CN205304241
【申請號】
【發明人】孫義成, 徐偉, 孫偉鋒
【申請人】常熟開關制造有限公司(原常熟開關廠）
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月7日