一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路及控制方法，用以在低功耗狀態(tài)下控制斷路器開關(guān)根據(jù)欠費(fèi)情況實(shí)現(xiàn)分合閘動作，該控制器電路包括：電源子電路、電源信號檢測子電路、降壓穩(wěn)壓子電路：與電源信號檢測子電路連接，作為控制器電路內(nèi)部的低壓穩(wěn)壓電源、斷路器開關(guān)位置信號檢測子電路、單片機(jī)、電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有全自動化、判斷準(zhǔn)確、超低功耗、檢測準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器控制器，尤其是涉及一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電能表外置斷路器的研發(fā)是為取代半自動電能表外置斷路器進(jìn)行的全新開發(fā)，目前大多數(shù)表箱都是安裝半自動電能表外置斷路器。
[0003]半自動電能表外置斷路器，只能實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)分閘，欠費(fèi)分閘后，繳費(fèi)完成需要手動進(jìn)行合閘，用戶才能正常使用，半自動電能表外置斷路器進(jìn)入，電費(fèi)監(jiān)控模式，并且由于其監(jiān)控模式一直處于高功率耗電狀態(tài)，因此功耗大不利于節(jié)能。
[0004]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加速，城市規(guī)模越來越大，同時因?yàn)楹芏嗉彝ナ侵挥心赀~的父母在家，一旦欠費(fèi)開關(guān)跳閘，由于有些配電箱安裝位置比較高，用戶無法進(jìn)行合閘，繳費(fèi)后合閘一般是需要電網(wǎng)公司的專業(yè)人員進(jìn)行操作，這樣會增加電網(wǎng)公司的人員需求，目前市面上該產(chǎn)品為了滿足國家電網(wǎng)對功耗的要求，主要采用微動開關(guān)對開關(guān)位置進(jìn)行檢測，主要目的是為了減少傳感器的功耗，從而進(jìn)一步減少開關(guān)電源的功耗，但是微動開關(guān)容易生銹等原因會影響產(chǎn)品的壽命和可靠性，而且一般產(chǎn)品不會進(jìn)行電源信號檢測，存在重復(fù)掉電、上電廣品誤動的風(fēng)險。
[0005]因此，為了減少用戶投訴，給用戶更好的服務(wù)，我們急需一款能夠集欠費(fèi)分閘，繳費(fèi)自動合閘，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗的全自動電能表外置斷路器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種全自動化、判斷準(zhǔn)確、超低功耗、檢測準(zhǔn)確的低功耗自動重合的斷路器控制器電路及控制方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，用以在低功耗狀態(tài)下控制斷路器開關(guān)根據(jù)欠費(fèi)情況實(shí)現(xiàn)分合閘動作，該控制器電路包括:
[0009]電源子電路:包括一全波整流橋，通過進(jìn)線端連接到控制斷路器開關(guān)的母線側(cè)，并且為整個控制器電路供電；
[0010]電源信號檢測子電路:與電源子電路連接，包括分壓檢測單元和LC濾波單元，用以檢測進(jìn)線端所在的母線是否存在電壓，并且對電源子電路進(jìn)行LC濾波；
[0011]降壓穩(wěn)壓子電路:與電源信號檢測子電路連接，作為控制器電路內(nèi)部的低壓穩(wěn)壓電源；
[0012]斷路器開關(guān)位置信號檢測子電路:采用霍爾傳感器分別檢測控制斷路器開關(guān)位置；
[0013]欠費(fèi)信號檢測子電路:獲取母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號并傳送給單片機(jī)；
[0014]單片機(jī):分別通過電源信號引腳獲取電源信號，欠費(fèi)信號引腳獲取斷路器開關(guān)的母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號以及通過開關(guān)位置信號引腳獲取控制斷路器開關(guān)的位置信號，并進(jìn)行邏輯判斷，產(chǎn)生電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片的控制信號和霍爾傳感器的使能信號；
[0015]電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片:與單片機(jī)連接，通過接收單片機(jī)的控制信號后產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動信號和霍爾傳感器驅(qū)動信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動控制斷路器開關(guān)實(shí)現(xiàn)分合閘動作以及控制霍爾傳感器檢測開關(guān)位置。
[0016]所述的分壓檢測單元包括第十電容、第十一電容以及依次串聯(lián)的第二電阻、第五電阻、第七電阻、第十電阻和第十二電阻，所述的第二電阻與全波整流橋一輸出端連接，所述的第十二電阻一端接地，所述的第十電容一端連接到第七電阻和第十電阻之間，另一端接地，所述的第十一電容一端連接到第十電阻和第十二電阻之間，另一端接地，所述的單片機(jī)的電源信號引腳連接到第十電阻和第十二電阻之間。
[0017]所述的降壓穩(wěn)壓子電路為一由開關(guān)電源芯片、變壓器和線形穩(wěn)壓器依次連接構(gòu)成的電路，所述的線形穩(wěn)壓器的輸出端分別與單片機(jī)的電源引腳和霍爾傳感器位置信號引腳連接。
[0018]所述的欠費(fèi)信號檢測子電路包括相互并聯(lián)的信號傳輸單元和信號指示單元，所述的信號傳輸單元包括依次連接的第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻和第二十一電阻，所述的第二十一電阻與單片機(jī)的欠費(fèi)信號引腳連接，所述的信號指示單元為一發(fā)光二極管。
[0019]所述的霍爾傳感器檢測控制斷路器的開關(guān)位置包括分閘位置、合閘位置和自由位置。
[0020]—種斷路器控制器電路的控制方法，包括以下步驟:
[0021]I)斷路器控制器電路在未動作時，單片機(jī)處于周期間歇工作狀態(tài)，其余子電路均處于睡眠狀態(tài)；
[0022]2)單片機(jī)獲取電源信號和欠費(fèi)信號進(jìn)行邏輯判定，當(dāng)判定為用戶欠費(fèi)狀態(tài)時，進(jìn)行步驟3)；
[0023]3)單片機(jī)分別產(chǎn)生電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片的控制信號，包括控制電機(jī)驅(qū)動信號和控制霍爾傳感器驅(qū)動信號，電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片接收控制電機(jī)驅(qū)動信號后產(chǎn)生電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號，并發(fā)送給電機(jī)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)分閘，同時電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片接收控制霍爾傳感器驅(qū)動信號并且產(chǎn)生霍爾傳感器驅(qū)動信號，并發(fā)送給霍爾傳感器，驅(qū)動霍爾傳感器工作，檢測控制斷路器開關(guān)位置并返回給單片機(jī)；
[0024]4)在分閘動作結(jié)束后，霍爾傳感器和電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片回到睡眠狀態(tài)。
[0025]所述的步驟2)中，邏輯判定的方法為:
[0026]若電源信號為高電平，欠費(fèi)信號為低電平時，則判定用戶為欠費(fèi)狀態(tài)，若電源信號為高電平，欠費(fèi)信號為高電平時，則判定用戶處于未欠費(fèi)狀態(tài)，若電源信號為低電平時，則判定為母線失電。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]—、全自動化:本發(fā)明能夠自動獲取電表的欠費(fèi)信號，根據(jù)欠費(fèi)信號來進(jìn)行分閘與合閘，代替了原有的手動合閘的方式，操作方便。
[0029]二、判斷準(zhǔn)確:由于現(xiàn)有的斷路器可能通過欠費(fèi)和母線失電兩種情況進(jìn)行分閘動作，為避免錯誤判斷，增設(shè)了電源信號與欠費(fèi)信號，經(jīng)過邏輯判斷后能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行分閘動作。
[0030]三、超低功耗:本發(fā)明在監(jiān)控時，只有單片機(jī)處于間歇工作狀態(tài)，只需定時檢測信號，一旦動作，則喚醒其他元件進(jìn)行動作，其他元件動作后，回到睡眠狀態(tài)，因此能夠使整機(jī)電源線待機(jī)輸入功耗AC0.2mA以下，控制信號線功耗AClmA以下。
[0031]四、檢測準(zhǔn)確:本發(fā)明采用霍爾傳感器代替原有的微動開關(guān)對開關(guān)位置進(jìn)行檢測，防止了微動開關(guān)容易生銹和磨損帶來的檢測不準(zhǔn)確，能夠適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境。
【附圖說明】
[0032]圖1為電源子電路和電源信號檢測子電路的電路圖。
[0033]圖2為降壓穩(wěn)壓子電路的電路圖。
[0034]圖3為單片機(jī)的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0035 ]圖4為電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖5為欠費(fèi)信號檢測子電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖6為斷路器開關(guān)位置信號檢測子電路的電路結(jié)構(gòu)圖，其中，圖(6a)為控制斷路器開關(guān)處于合閘位置的電路結(jié)構(gòu)圖，圖(6b)為控制斷路器開關(guān)處于分閘位置的電路結(jié)構(gòu)圖，圖(6c)為控制斷路器開關(guān)處于自由位置的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]實(shí)施例:
[0040]—種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，用以在低功耗狀態(tài)下控制斷路器開關(guān)根據(jù)欠費(fèi)情況實(shí)現(xiàn)分合閘動作，該控制器電路包括:
[0041]電源子電路:包括一全波整流橋，通過進(jìn)線端連接到控制斷路器開關(guān)的母線側(cè)，并且為整個控制器電路供電；
[0042]電源信號檢測子電路:包括分壓檢測單元和LC濾波單元，用以檢測進(jìn)線端所在的母線是否存在電壓，并且對電源子電路進(jìn)行LC濾波；
[0043]降壓穩(wěn)壓子電路:與電源信號檢測子電路連接，作為控制器電路內(nèi)部的低壓穩(wěn)壓電源，降壓穩(wěn)壓子電路為一由開關(guān)電源芯片U2、變壓器Tl和線形穩(wěn)壓器Ul依次連接構(gòu)成的電路，開關(guān)電源芯片U2采用UCC28910芯片；
[0044]斷路器開關(guān)位置信號檢測子電路:采用霍爾傳感器分別檢測控制斷路器開關(guān)位置；
[0045]欠費(fèi)信號檢測子電路:獲取母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號并傳送給單片機(jī)U3;
[0046]如圖3所示，單片機(jī)U3:分別通過電源信號引腳獲取電源信號，欠費(fèi)信號引腳獲取斷路器開關(guān)的母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號以及通過開關(guān)位置信號引腳獲取控制斷路器開關(guān)的位置信號，并進(jìn)行邏輯判斷，產(chǎn)生電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片U4的控制信號和霍爾傳感器的使能信號，單片機(jī)采用MSP430FR572X型單片機(jī)；
[0047]如圖4所示，電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片U4:與單片機(jī)U3連接，通過接收電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片的控制信號后產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動控制斷路器開關(guān)實(shí)現(xiàn)分合閘動作，電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片U4采用DRV8848型驅(qū)動芯片。
[0048]如圖1和2所示，電源子電路使用超低功耗開關(guān)電源，開關(guān)電源本身使用原邊反饋，使用元器件數(shù)量少，成本低。
[0049]壓敏電阻RVl對電路的雷擊浪涌進(jìn)行保護(hù)，熱敏電阻RTl對電路開機(jī)浪涌進(jìn)行保護(hù)，LC濾波單元中的電感LI和L3對差模干擾進(jìn)行抑制，L2對共模干擾進(jìn)行抑制，同時兩者與電容C9組成LC濾波電路，能夠在抗干擾的同時提高電路的功率因素，降低功耗。
[0050]通過R2、R5、R7、R10、R12、C10、C11對電源電壓進(jìn)行檢測，能夠有效防止電源連續(xù)斷電又重新上電造成控制回路的誤動作，因?yàn)殡娫磾嚯姾?，開關(guān)電源輸出有比較大的電容，如果突然斷電后重新上電，因?yàn)閱纹瑱C(jī)MCU靠電容儲能一直在運(yùn)行，控制信號和電源信號都來自于電表輸出，如果不進(jìn)行檢測，沒有辦法區(qū)分是控制信號線斷電還是電源線斷電，所以這種電路能夠有效解決誤動的缺陷。
[0051 ] 如圖5所示，電源信號檢測子電路通過1?18、1?19、1?20、1?21、1?22、021、022、023對控制型號進(jìn)行監(jiān)測，同時R23、R24、VD12對控制信號進(jìn)行指示，整個控制回路的功耗能夠達(dá)到AC0.2mA，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的AClmA。
[0052]如圖6所示，開關(guān)位置監(jiān)測電路，通過霍爾傳感器U5、U6、U7進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行精確監(jiān)測，合閘位置，分閘位置，自由分閘位置。
[0053]通過U4控制電機(jī)驅(qū)動開關(guān)進(jìn)行合閘和分閘，同時使用U4控制霍爾傳感器U5、U6、U7的供電電源回路，這種控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)待機(jī)狀態(tài)，整個系統(tǒng)只有U3處于工作模式，而且U3可以間歇進(jìn)入低功耗模式，進(jìn)一步降低功耗，整機(jī)的功耗能夠低于AC0.15mA。
[0054]能夠通過R4、C7、Jl實(shí)現(xiàn)開關(guān)的兩者操作模型，全自動模型和半自動模型。
[0055]通過VD13、R25能夠給電表反饋開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)(合閘狀態(tài)還是分閘狀態(tài))。
[0056]整個電路實(shí)現(xiàn)了根據(jù)控制信號的有無實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)自動分閘，繳費(fèi)自動合閘的基本功能，同時待機(jī)功耗能夠小于AC0.2mA。
【主權(quán)項】
1.一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，用以在低功耗狀態(tài)下控制斷路器開關(guān)根據(jù)欠費(fèi)情況實(shí)現(xiàn)分合閘動作，其特征在于，該控制器電路包括: 電源子電路:包括一全波整流橋，通過進(jìn)線端連接到控制斷路器開關(guān)的母線側(cè)，并且為整個控制器電路供電； 電源信號檢測子電路:與電源子電路連接，包括分壓檢測單元和LC濾波單元，用以檢測進(jìn)線端所在的母線是否存在電壓，并且對電源子電路進(jìn)行LC濾波； 降壓穩(wěn)壓子電路:與電源信號檢測子電路連接，作為控制器電路內(nèi)部的低壓穩(wěn)壓電源； 斷路器開關(guān)位置信號檢測子電路:采用霍爾傳感器分別檢測控制斷路器開關(guān)位置； 欠費(fèi)信號檢測子電路:獲取母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號并傳送給單片機(jī)(U3); 單片機(jī)(U3):分別通過電源信號引腳獲取電源信號，欠費(fèi)信號引腳獲取斷路器開關(guān)的母線側(cè)電表的欠費(fèi)信號以及通過開關(guān)位置信號引腳獲取控制斷路器開關(guān)的位置信號，并進(jìn)行邏輯判斷，產(chǎn)生電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片(U4)的控制信號和霍爾傳感器的使能信號； 電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片(U4):與單片機(jī)(U3)連接，通過接收單片機(jī)(U3)的控制信號后產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動信號和霍爾傳感器驅(qū)動信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動控制斷路器開關(guān)實(shí)現(xiàn)分合閘動作以及控制霍爾傳感器檢測開關(guān)位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，其特征在于，所述的分壓檢測單元包括第十電容(RlO)、第^^一電容(Rll)以及依次串聯(lián)的第二電阻(R2)、第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第十電阻(RlO)和第十二電阻(R12)，所述的第二電阻(R2)與全波整流橋一輸出端連接，所述的第十二電阻(R12) —端接地，所述的第十電容(RlO)—端連接到第七電阻(R7)和第十電阻(RlO)之間，另一端接地，所述的第十一電容(Rll) —端連接到第十電阻(RlO)和第十二電阻(R12)之間，另一端接地，所述的單片機(jī)(U3)的電源信號引腳連接到第十電阻(RlO)和第十二電阻(R12)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，其特征在于，所述的降壓穩(wěn)壓子電路為一由開關(guān)電源芯片(U2)、變壓器(Tl)和線形穩(wěn)壓器(Ul)依次連接構(gòu)成的電路，所述的線形穩(wěn)壓器(Ul)的輸出端分別與單片機(jī)(U3)的電源引腳和霍爾傳感器位置信號引腳連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，其特征在于，所述的欠費(fèi)信號檢測子電路包括相互并聯(lián)的信號傳輸單元和信號指示單元，所述的信號傳輸單元包括依次連接的第十八電阻(R18)、第十九電阻(R19)、第二十電阻(R20)和第二十一電阻(R21)，所述的第二十一電阻(R21)與單片機(jī)(U3)的欠費(fèi)信號引腳連接，所述的信號指示單元為一發(fā)光二極管(VD12)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗自動重合的斷路器控制器電路，其特征在于，所述的霍爾傳感器檢測控制斷路器的開關(guān)位置包括分閘位置、合閘位置和自由位置。6.—種應(yīng)用如權(quán)利要求1-5所述的斷路器控制器電路的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)斷路器控制器電路在未動作時，單片機(jī)處于周期間歇工作狀態(tài)，其余子電路均處于睡眠狀態(tài)； 2)單片機(jī)獲取電源信號和欠費(fèi)信號進(jìn)行邏輯判定，當(dāng)判定為用戶欠費(fèi)狀態(tài)時，進(jìn)行步驟3); 3)單片機(jī)分別產(chǎn)生電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片的控制信號，包括控制電機(jī)驅(qū)動信號和控制霍爾傳感器驅(qū)動信號，電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片接收控制電機(jī)驅(qū)動信號后產(chǎn)生電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號，并發(fā)送給電機(jī)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)分閘，同時電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片接收控制霍爾傳感器驅(qū)動信號并且產(chǎn)生霍爾傳感器驅(qū)動信號，并發(fā)送給霍爾傳感器，驅(qū)動霍爾傳感器工作，檢測控制斷路器開關(guān)位置并返回給單片機(jī)； 4)在分閘動作結(jié)束后，霍爾傳感器和電機(jī)/霍爾傳感器驅(qū)動芯片回到睡眠狀態(tài)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種斷路器控制器電路的控制方法，其特征在于，所述的步驟2)中，邏輯判定的方法為: 若電源信號為高電平，欠費(fèi)信號為低電平時，則判定用戶為欠費(fèi)狀態(tài)，若電源信號為高電平，欠費(fèi)信號為高電平時，則判定用戶處于未欠費(fèi)狀態(tài)，若電源信號為低電平時，則判定為母線失電。
【文檔編號】G05B19/042GK106094657SQ201610694799
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月19日 公開號201610694799.8, CN 106094657 A, CN 106094657A, CN 201610694799, CN-A-106094657, CN106094657 A, CN106094657A, CN201610694799, CN201610694799.8
【發(fā)明人】高龍龍, 白建社, 伍學(xué)奎
【申請人】德力西電氣有限公司