基于pwm控制的欠壓脫扣器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于PWM控制的欠壓脫扣器，包括用于雙向抑制來自電網(wǎng)和內(nèi)部電路產(chǎn)生的干擾信號的濾波電路、整流電路、微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路、電源電路和電磁鐵，濾波電路的輸出端與整流電路相接，整流電路的輸出電壓經(jīng)微處理器電路運算后傳輸給驅(qū)動電路；或者整流電路的輸出信號依次經(jīng)比較電路和PWM電路處理后傳輸給驅(qū)動電路，整流電路的輸出電壓還供給電源電路和電磁鐵，驅(qū)動電路信號輸出端與電磁鐵連接。本實用新型的基于PWM控制的欠壓脫扣器具有電磁鐵吸力大，平均工作電壓低，避免了電磁鐵的線圈發(fā)熱燒毀，電路簡單，成本低廉等優(yōu)點。
【專利說明】基于PWM控制的欠壓脫扣器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及低壓電器【技術(shù)領(lǐng)域】，技術(shù)規(guī)范符合GB14048.1-2006、GB14048.2-2008。尤其涉及一種基于PWM控制的欠壓脫扣器。
【背景技術(shù)】
[0002]欠壓脫扣器是斷路器，尤其是框架式斷路器的重要元件之一。欠壓脫扣器是在它的端電壓降至某一規(guī)定范圍時，使斷路器有延時或無延時斷開的一種脫扣器，當(dāng)電源電壓下降，甚至緩慢下降到額定工作電壓的70%至35%范圍內(nèi)，欠壓脫扣器應(yīng)運作，欠壓脫扣器在電源電壓等于脫扣器額定工作電壓的35%時，欠壓脫扣器應(yīng)能防止斷路器閉全，脫扣器線圈失電，線圈內(nèi)活動銜鐵有復(fù)位彈簧頂出一脫扣；電源電壓等于或大于85%欠電壓脫扣器的額定工作電壓時，在熱態(tài)條件下，應(yīng)能保證斷路器可靠閉合，脫扣器線圈得電，線圈內(nèi)活動銜鐵有線圈電磁力克服彈簧力吸入并保持一定力矩一吸合。欠壓脫扣的本質(zhì)，是防止斷路器下級電器設(shè)備工作在欠壓狀態(tài)下電流過大后，電器設(shè)備自身發(fā)熱加重的有效措施。
[0003]現(xiàn)有的欠壓脫扣器，脫扣器的啟動力小，容易出現(xiàn)不吸合的現(xiàn)象，正常工作時電磁鐵平均工作電壓不穩(wěn)，容易發(fā)熱，電路過于復(fù)雜等問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:為了解決現(xiàn)有欠壓脫扣器啟動力小，容易出現(xiàn)不吸合的現(xiàn)象，正常工作時電磁鐵平均工作電壓不穩(wěn)定，容易發(fā)熱，電路過于復(fù)雜，本實用新型提供了一種基于PWM控制的欠壓脫扣器。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于PWM控制的欠壓脫扣器，包括用于雙向抑制來自電網(wǎng)和內(nèi)部電路產(chǎn)生的干擾信號的濾波電路、整流電路、微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路、電源電路和電磁鐵，所述的濾波電路的輸出端與整流電路相接，整流電路的輸出電壓經(jīng)微處理器電路運算后傳輸給驅(qū)動電路；或者整流電路的輸出信號依次經(jīng)比較電路和PWM電路處理后傳輸給驅(qū)動電路，所述的整流電路的輸出電壓還供給電源電路和電磁鐵，所述的驅(qū)動電路信號輸出端與電磁鐵連接。
[0006]所述的電源電路還分別向微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路以及電磁鐵供電。
[0007]本實用新型技術(shù)方案中的濾波電路雙向抑制來自電網(wǎng)與內(nèi)部電路產(chǎn)生的干擾信號。由整流電路整流后輸出脈動直流電壓，此電壓一方面供微處理器電路，一方面供電源電路，另一方面供給電磁鐵。微處理器電路將電網(wǎng)電壓取樣信號經(jīng)內(nèi)部程序運算后輸出產(chǎn)生電網(wǎng)電壓高低成反比例占空比的PWM信號輸出給驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路接收P麗信號后控制電磁鐵導(dǎo)通獲得平均工作電壓，所述電磁體的工作電壓為電磁體既保持一定吸合力又不至于發(fā)熱的工作電壓?；?，由所述的比較電路取樣電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行比較后，作PWM電路的開關(guān)信號，所述的PWM電路輸出與電網(wǎng)電壓高低成反比例占空比的PWM信號輸出給驅(qū)動電路。在電網(wǎng)電壓高于額定值的85%時，這種欠壓脫扣器保證電磁鐵吸合。吸合之后通過PWM的工作方式，使得電磁鐵工作電壓保持在一個適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷褐担浑娋W(wǎng)電壓低于額定值的50%時，欠壓脫扣器進(jìn)行瞬時脫扣或延時脫扣。
[0008]作為優(yōu)選，所述的濾波電路為EMC濾波電路，其輸入端連接于電網(wǎng)電壓，輸出端連接于整流電路，EMC濾波電路為L型或π型EMC濾波電路，或者其他形式的濾波電路。
[0009]作為優(yōu)選，所述的整流電路為全橋整流電路，其輸入端連接于濾波電路的輸出端。
[0010]具體地，所述的微處理器電路包括微處理器和輔助電路，所述的微處理器采用MCU、SOC、CPLD、FPGA或DSP，為了確定是瞬時脫扣還是延時脫扣，所述微處理器電路還包括BCD撥碼開關(guān):在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述微處理器讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間；
[0011]微處理器:當(dāng)電網(wǎng)電壓值信號滿足脫扣預(yù)定值時，如果BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間為零，微處理器電路控制驅(qū)動電路立即斷開，電磁鐵脫扣。如果BCD撥碼開關(guān)表示的延時時間不為零，當(dāng)延時到達(dá)時，微處理器電路控制驅(qū)動電路，電磁鐵脫扣。
[0012]進(jìn)一步，具體地，所述的驅(qū)動電路為分立元件組合而成的MOS管驅(qū)動電路，或SCR驅(qū)動電路，或由專用驅(qū)動芯片構(gòu)建的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路將微處理器電路輸出的PWM信號放大后，控制電磁鐵通斷。
[0013]為了降低成本，所述的驅(qū)動電路包括電阻RTl、電阻RT2、電阻RT3、電阻RT4、三極管Tl、三極管T2、三極管T3以及MOS管T4，所述的電阻RTl與三極管Tl的發(fā)射極串接，三極管Tl的集電極與電阻RT3串接，電阻RT3的另一端接有12V電壓，三極管Tl的基極接電源電壓，所述的電阻RT2與三極管T3的基極串接，三極管T3的發(fā)射極接地，三極管T3的集電極與電阻RT4串接，電阻RT4的另一端與三極管T2的集電極串接，三極管T2的基極連接在三極管Tl的集電極與電阻RT3之間，三極管T2的發(fā)射極接有12V電壓，所述MOS管T4的柵極與三極管T3的集電極相連接，MOS管T4的源極接地，漏極串接電磁鐵，所述電阻RT1、電阻RT2的輸入端接收微處理器電路或PWM電路的信號。
[0014]作為優(yōu)選，所述的驅(qū)動電路為模塊化驅(qū)動電路，包括模塊芯片U2、電阻RP1、電阻RP2和MOS管TQl，模塊U2串接電阻RPl，電阻RPl的另一端接MOS管TQl的柵極，TQl的柵極源極接地，漏極接電磁鐵，電阻RP2接在電阻RPl與MOS管TQl的柵極之間。
[0015]作為優(yōu)選，所述的模塊芯片U2為TC4420V、EXB841或IR2100。
[0016]作為優(yōu)選，所述的電源電路包括電阻RW1、電阻RW2、三極管WT、二極管Zl和三端穩(wěn)壓器W1，所述的電阻RWl的輸出端與三極管WT的集電極串聯(lián)，三極管WT的發(fā)射極與三端穩(wěn)壓器Wl的輸入端串接，三極管WT的基極與二極管Zl的輸出端串接，二極管Zl的輸入端接地，所述電阻RW2的一端接在電阻RWl的輸入端，另一端接在二極管Zl的輸出端。
[0017]作為備選，由所述的比較電路取樣電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行比較，高于額定值的85%時，使得PWM電路開始工作，低于額定值的50%時使得PWM電路停止工作，所述的PWM電路除了受比較電路“開——關(guān)”控制之外，所輸出的P麗的占空比與電網(wǎng)電壓高低成反比。
[0018]本實用新型的有益效果是，本實用新型的基于PWM控制的欠壓脫扣器:
[0019]1、采用微處理器控制技術(shù)，當(dāng)電網(wǎng)電壓達(dá)到額定電壓的85%，發(fā)出40ms — 50ms“全波導(dǎo)通”的脈沖寬度，通過驅(qū)動電路，使得電磁鐵全電壓得電，電磁鐵得以短時間大功率啟動，因而啟動力矩大，消除不吸合現(xiàn)象。[0020]2、進(jìn)入正常工作以后，微處理器電路發(fā)出與電網(wǎng)電壓成反比的PWM占空比的脈沖，電磁鐵獲得較低的工作電壓，從而既保持電磁鐵應(yīng)有的吸力，又不至于發(fā)熱。
[0021]3、如為瞬時脫扣，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降到額定電壓的50%時，微處理器電路通過驅(qū)動電路斷開電磁鐵實現(xiàn)脫扣；如為延時脫扣，則待延時時間完成后，實行脫扣。瞬時脫扣或延時脫扣，及延時脫扣值，可隨時改變設(shè)定。
[0022]4、采用微處理器后，整體電路大幅度簡化。
[0023]5、作為備選，還可以采用模擬電路的組合，實現(xiàn)上述功能。
[0024]綜上，本實用新型的基于PWM控制的欠壓脫扣器電路簡單、啟動力矩大、吸合可靠，線圈發(fā)熱量小、成本低廉的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0026]圖1是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器電路原理圖。
[0027]圖2是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器中濾波電路與整理電路原理圖。
[0028]圖3是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器中微處理器電路原理圖。
[0029]圖4是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器中極低成本的驅(qū)動電路原理圖。
[0030]圖5是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器中模塊化驅(qū)動電路原理圖。
[0031]圖6是本實用新型基于PWM控制的欠壓脫扣器中電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0033]如圖1所示，是本實用新型的最優(yōu)實施例，包括用于雙向抑制來自電網(wǎng)和內(nèi)部電路產(chǎn)生的干擾信號的濾波電路、整流電路、微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路、電源電路和電磁鐵，濾波電路的輸出端與整流電路相接，整流電路的輸出電壓可以經(jīng)微處理器電路運算后傳輸給驅(qū)動電路；或者也可以整流電路的輸出信號依次經(jīng)比較電路和PWM電路處理后傳輸給驅(qū)動電路，所述的整流電路的輸出電壓還供給電源電路和電磁鐵，所述的驅(qū)動電路信號輸出端與電磁鐵連接。
[0034]圖2中，由電容器CLl、CL2與電感器LI組成π型EMC濾波電路，用于雙向抑制來自電網(wǎng)的干擾與內(nèi)部電路的干擾。采用前橋整流器BGl構(gòu)成整流電路。整流電路的+輸出端定義為VH，整流電路的-輸出端定義為“地(GND)”。
[0035]圖3中，電阻器Rl與R2組成分壓電路，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣，分壓值(SA)輸入微處理器Ul的一 A/D轉(zhuǎn)換端。為抑制高頻干擾，電阻器R2的兩端，設(shè)有高頻濾波電容Cl。
[0036]微處理器的GP0，工作在A/D模式，對電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行采樣，判斷電網(wǎng)電壓的高低。
[0037]微處理器的GPl端，定義為PWM信號的輸出端，連接于驅(qū)動電路(4)。
[0038]微處理器的GP3端，定義為微處理器自身的復(fù)位端，用于上電復(fù)位。
[0039]微處理器的GP2、GP4、GP5端，分別定義為P1、P2、P3端，與BCD撥碼開關(guān)連接在一起。微處理器讀取BCD撥碼開關(guān)設(shè)置狀態(tài)，當(dāng)BCD撥碼開關(guān)全部斷開時，表示延時值為零，即當(dāng)微處理器檢測電網(wǎng)電壓小于額定值的50%時，微處理器發(fā)出瞬時脫扣指令。其余BCD撥碼開關(guān)的不同組號，分別表示不同的延時值，電網(wǎng)電壓小于額定值的50%后，微處理器開始延時，直到延時時間到后，微處理器發(fā)出脫扣指令。
[0040]圖4為一極低成本的驅(qū)動電路原理圖。該驅(qū)動電路包括電阻RT1、電阻RT2、電阻RT3、電阻RT4、三極管Tl、三極管T2、三極管T3以及MOS管T4，所述的電阻RTl與三極管Tl的發(fā)射極串接，三極管Tl的集電極與電阻RT3串接，電阻RT3的另一端接有12V電壓，三極管Tl的基極接電源電壓，所述的電阻RT2與三極管T3的基極串接，三極管T3的發(fā)射極接地，三極管T3的集電極與電阻RT4串接，電阻RT4的另一端與三極管T2的集電極串接，三極管T2的基極連接在三極管Tl的集電極與電阻RT3之間，三極管T2的發(fā)射極接有12V電壓，所述MOS管T4的柵極與三極管T3的集電極相連接，MOS管T4的源極接地，漏極串接電磁鐵，所述電阻RTl、電阻RT2的輸入端接收微處理器電路或PWM電路的信號，電阻器RTl和電阻器RT2的兩端分別設(shè)有電容Cl電容C2，電磁鐵的兩端還設(shè)有二極管D1。來自微處理器的PWM信號為低電平時，三極管Tl由電阻器RTl射極偏置導(dǎo)通，電阻器RT3生產(chǎn)三極管T2的基極偏置電壓，T2導(dǎo)通，12V電壓經(jīng)電阻器RT4限流加載到功率MOS管T4，T4獲得柵極電壓導(dǎo)通，電磁鐵(DCT)線圈得電。此時，三極管T3因無基極偏置電壓而截止。
[0041]當(dāng)PWM信號為高電平時，Tl由RTl射極反向偏置而截止，T2截止，T4無柵極電壓。三極管T3由電阻器RT2正向基極偏置導(dǎo)通，T4柵極電荷經(jīng)T3集電極一發(fā)射極迅速釋放關(guān)閉，電磁鐵(DCT)線圈失電。
[0042]為加快MOS管T4的導(dǎo)通與關(guān)閉速度，分別設(shè)有加速電容器Cl與C2。圖中二極管DI用于T4關(guān)斷時對電磁鐵(DCT )線圈的續(xù)流。
[0043]明顯地，采用分立元件構(gòu)建的驅(qū)動電路，成本極低。
[0044]圖5為另一方案的模塊化驅(qū)動電路，模塊化驅(qū)動電路包括模塊芯片U2、電阻RP1、電阻RP2和MOS管TQl，模塊U2串接電阻RPl，電阻RPl的另一端接MOS管TQl的柵極，TQl的柵極源極接地，漏極接電磁鐵，電阻RP2接在電阻RPl與MOS管TQl的柵極之間，電磁鐵的兩端還設(shè)有二極管Dl。圖中模塊U2，可以是TC4420V、EXB841、IR2100等模塊芯片。來自微處理器的PWM信號，經(jīng)模塊“放大”輸出，通過電阻器RPl加載到MOS管TQl，TQl按照PWM信號的脈沖寬度，使得電磁鐵線圈獲得平均工作電壓。為進(jìn)一步提高TQl在柵極電壓為低電平時的抗干擾能力，還設(shè)有下偏置電阻器RP2。圖中二極管Dl用于TQl關(guān)斷時對電磁鐵(DCT)線圈的續(xù)流。
[0045]如圖6所示電源電路，包括電阻RWl、電阻RW2、三極管WT、二極管Zl和三端穩(wěn)壓器W1，電阻RWl的輸出端與三極管WT的集電極串聯(lián)，三極管WT的發(fā)射極與三端穩(wěn)壓器Wl的輸入端串接，三極管WT的基極與二極管Zl的輸出端串接，二極管Zl的輸入端接地，電阻RW2的一端接在電阻RWl的輸入端，另一端接在二極管Zl的輸出端，三極管WT的發(fā)射極與三端穩(wěn)壓器Wl之間還接有電容器⑶I。連接于全橋整流橋輸出端的VH電壓，電阻器RW2為三極管WT提供基極電壓的穩(wěn)壓管Zl提供偏置電流；電阻器RWl部分降壓，三極管WT調(diào)壓，電容器CDl濾波，輸出12V (15V)電壓，為驅(qū)動電路提供工作電壓。12V電壓經(jīng)微功耗穩(wěn)壓器Wl穩(wěn)壓為3.3V (5V)為微處理器電路提供工作電壓，圖中電容器CD2作進(jìn)一步濾波，電容器⑶3消除高頻噪聲。
[0046]以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:包括用于雙向抑制來自電網(wǎng)和內(nèi)部電路產(chǎn)生的干擾信號的濾波電路、整流電路、微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路、電源電路和電磁鐵， 所述的濾波電路的輸出端與整流電路相接，整流電路的輸出電壓經(jīng)微處理器電路運算后傳輸給驅(qū)動電路；或者整流電路的輸出信號依次經(jīng)比較電路和PWM電路處理后傳輸給驅(qū)動電路，所述的整流電路的輸出電壓還供給電源電路和電磁鐵，所述的驅(qū)動電路信號輸出端與電磁鐵連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的電源電路還分別向微處理器電路、比較電路、PWM電路、驅(qū)動電路以及電磁鐵供電。
3.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的濾波電路為EMC濾波電路，其輸入端連接于電網(wǎng)電壓，輸出端連接于整流電路，EMC濾波電路為L型或Ji型EMC濾波電路。
4.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的整流電路為全橋整流電路，其輸入端連接于濾波電路的輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的微處理器電路包括微處理器和輔助電路，所述的微處理器采用MCU、SOC、CPLD、FPGA或DSP，所述的微處理器電路還包括BCD撥碼開關(guān):在需要延時脫扣的場合，設(shè)置不同的撥碼開關(guān)組合，所述微處理器讀取此信號后，確定延時脫扣的延時時間。
6.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的驅(qū)動電路為分立元件組合而成的MOS管驅(qū)動電路，或SCR驅(qū)動電路，或由驅(qū)動芯片構(gòu)建的驅(qū)動電路。
7.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的驅(qū)動電路包括電阻RTl、電阻R T2、電阻RT3、電阻RT4、三極管Tl、三極管T2、三極管T3以及MOS管T4，所述的電阻RTl與三極管Tl的發(fā)射極串接，三極管Tl的集電極與電阻RT3串接，電阻RT3的另一端接有12V電壓，三極管Tl的基極接電源電壓，所述的電阻RT2與三極管T3的基極串接，三極管T3的發(fā)射極接地，三極管T3的集電極與電阻RT4串接，電阻RT4的另一端與三極管T2的集電極串接，三極管T2的基極連接在三極管Tl的集電極與電阻RT3之間，三極管T2的發(fā)射極接有12V電壓，所述MOS管T4的柵極與三極管T3的集電極相連接，MOS管T4的源極接地，漏極串接電磁鐵，所述電阻RT1、電阻RT2的輸入端接收微處理器電路或PWM電路的信號。
8.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的驅(qū)動電路為模塊化驅(qū)動電路，包括模塊芯片U2、電阻RPl、電阻RP2和MOS管TQl，模塊U2串接電阻RPl，電阻RPl的另一端接MOS管TQl的柵極，TQl的柵極源極接地，漏極接電磁鐵，電阻RP2接在電阻RPi與MOS管TQl的柵極之間。
9.如權(quán)利要求8所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的模塊芯片U2為 TC4420V、EXB841 或 IR2100。
10.如權(quán)利要求1所述的基于PWM控制的欠壓脫扣器，其特征在于:所述的電源電路包括電阻RWl、電阻RW2、三極管WT、二極管ZI和三端穩(wěn)壓器Wl，所述的電阻RWl的輸出端與三極管WT的集電極串聯(lián)，三極管WT的發(fā)射極與三端穩(wěn)壓器Wl的輸入端串接，三極管WT的基極與二極管Zl的輸出端串接，二極管Zl的輸入端接地，所述電阻RW2的一端接在電阻RWl的輸入端，另一端接在二·極管Zl的輸出端。
【文檔編號】H02H3/24GK203645303SQ201320798970
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】吳惠娟, 黃波, 吳志祥, 蔣文賢 申請人:江蘇國星電器有限公司