一種控制裝置及其控制方法、一種斷路器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制裝置，屬于低壓電氣【技術領域】。該控制裝置包括直流電源、第一控制器、第二控制器、控制信號檢測單元；控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括與所述直流電源的正極依次連接的第一電阻、第二電阻、可控開關，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第一控制器的電源正輸入端與直流電源的正極連接。本發明還公開了該控制裝置的控制方法以及一種斷路器。本發明用簡單的電路結構實現了控制通道的擴展，可廣泛應用于類似斷路器觸點輸出裝置的情形。
【專利說明】一種控制裝置及其控制方法、一種斷路器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種控制裝置，尤其涉及一種控制裝置及其控制方法以及一種斷路器，屬于低壓電氣【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在低壓配電系統中，很多用戶需要通過斷路器提供的可編程輸出觸點來提供額外的故障報警功能，例如過載長延時故障報警、短路短延時故障報警、短路瞬時故障報警、接地故障報警等。近年來，斷路器正在朝著功能多樣化的方向發展，用戶對于可編程輸出觸點數量的需求越來越大。
[0003]在現有的各類斷路器產品中，對于可編程輸出觸點的實現一般都通過下面的方法。利用斷路器控制器中微處理器的一個引腳來控制一路輸出觸點，這種方法成本較低，但是當需要很多的觸點時，會大量占用微處理器資源，并且會有大量的連線向外引出至繼電器模塊，不利于走線。
[0004]現在的各類斷路器產品中，為兼顧成本和可擴展性，同時保留了微處理器的少數I/O 口與一組通信串口。產品上市初期，用戶所需的繼電器數量較少，采用第一種方法，直接采用微處理器的I/o 口來對繼電器進行控制。當用戶需要多個繼電器時，則用通信串口進行擴展，但是斷路器功能的增多，處理器通信串口資源越來越緊張，那么如何對其控制繼電器數量加以擴展，是技術上的一個難題。
【發明內容】
[0005]本發明為解決上述技術問題，提供一種控制裝置及其控制方法，以及一種斷路器，利用斷路器控制器的少量輸出引腳即可實現多路控制信號輸出，且不需要通信器件，實現成本較低。
[0006]本發明具體采用以下技術方案:
一種控制裝置，包括直流電源、第一控制器、第二控制器，以及控制信號檢測單元；所述控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括一個二極管以及與所述直流電源的正極依次連接的第一電阻、第二電阻、可控開關，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第二電阻和可控開關之間的節點與二極管的陰極連接，二極管的陽極與第二控制器的電源負輸入端連接；第一控制器的電源正輸入端與所述直流電源的正極連接；所述第二控制器的電源正輸入端與所述直流電源的正極連接。
[0007]實際應用中，第二控制器的工作電壓可能與第一控制器的工作電壓不同，因此不能直接使用主要為第一控制器供電的直流電源，而需要將其輸出的電壓轉換為與第二控制器適配的電壓，為此，本發明依據同樣的發明思路，又提出了以下控制裝置，可將直流電源轉換為與第二控制器適配的電壓: 一種控制裝置，包括直流電源、電源轉換單元、第一控制器、第二控制器，以及控制信號檢測單元；所述電源轉換單元可將所述直流電源輸出電壓轉換為與第二控制器匹配的電壓；所述直流電源的正極分別與第一控制器的電源正輸入端、電源轉換單元的輸入端連接；所述控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括一個二極管以及與所述電源轉換單元的正輸出端依次連接的第一電阻、第二電阻、可控開關，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第二電阻和可控開關之間的節點與二極管的陰極連接，二極管的陽極與第二控制器的電源負輸入端連接；第二控制器的電源正、負輸入端分別與電源轉換單元的正、負輸出端連接。
[0008]對于以上的各控制裝置，可分別采用以下控制方法:
第一控制器控制所述信號檢測單元中的一個可控開關保持開通狀態，同時控制其余的可控開關的開/關狀態，第二控制器從與其連接的各信號采集器中第一電阻與第二電阻之間的節點處檢測到不同的電壓組合，第二控制器根據所檢測到的電壓組合輸出相應的控制信號。
[0009]還可以采用以下控制方法:第一控制器控制所述信號檢測單元中的一個可控開關保持開通狀態，同時控制其余的可控開關各自按照一定的頻率進行開/關切換，在其余的可控開關處于不同的開/關切換頻率組合下，第二控制器從與其連接的各信號采集器中第一電阻與第二電阻之間的節點處檢測到不同的脈沖信號組合，第二控制器根據所檢測到的脈沖信號組合輸出相應的控制信號。
[0010]對以上所述的控制方法，
相比現有技術，本發明及其進一步改進方案具有以下有益效果:
1、不管外部需要多少路控制信號，本發明只需要占用第一控制器的較少的普通I/o口，與現有的占用大量I/o 口或占用異步通信接口的方式相比，可以最大化的節省處理器的資源；
2、本發明中控制信號檢測單元中的可控開關實際應用中可設置于第一控制器內部，因此只需要較少的線便可以實現其全部的功能，可以大幅降低走線難度；
3、本發明的控制裝置不需要安裝昂貴的通信部件，用簡單的電路結構完整實現了擴展控制通道的目的，有助于降低生產成本。
[0011]4、本發明的控制裝置，提供了實時電源控制功能。當第一控制器有命令時，第二控制器才上電運行，這樣可以減少電能開支，并大幅提聞廣品壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明控制裝置的第一個實施例的電路原理圖；
圖2為本發明控制裝置的第二個實施例的電路原理圖；
圖3為本發明控制裝置的第三個實施例的電路原理圖；
圖4為本發明斷路器的控制器的部分實際電路圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
本發明利用第二控制器對第一控制器的控制通道進行擴展，但本發明在兩個控制器之間并未采用通信收發模塊傳遞控制命令，而是利用一結構簡單的控制信號檢測單元來實現。該控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括與直流電源的正極依次串接的兩個電阻及一個可控開關，還包括二極管，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第二電阻和可控開關之間的節點與二極管的陰極連接，二極管的陽極與第二控制器的電源負輸入端連接；第一控制器的電源正輸入端與所述直流電源的正極連接。第一控制器控制信號檢測單元中一個可控開關開通，其它各可控開關的開/關狀態或者開/關切換頻率，第二控制器從與其連接的各信號采集器中第一電阻與第二電阻之間的節點處檢測到不同的電壓組合或者脈沖信號組合，并根據接收到的信號輸出相應的控制信號，從而實現控制通道的擴展。
[0014]為了便于公眾理解本發明的技術方案，下面以幾個具體實施例來進行進一步詳細說明。
[0015]實施例一、
圖1顯示了本發明控制裝置的實施例一的電路原理，如圖1所示，該實施例中的控制裝置中第一、第二控制器的工作電壓相同，控制信號檢測單元中包括兩個信號采集器:由電阻Rl、R2和三極管Kl串聯，還有二極管Dl組成的一個信號采集器；由電阻R3、R4和三極管K2串聯，還有二極管D2組成的一個信號采集器。電阻R1、R3的其中一端以及第一控制器、第二控制器的電源正輸入端分別與直流電源的正極VDD連接，第一控制器的電源負輸入端GNDl與直流電源的負極共地連接。三極管Kl和三極管K2的基極分別接第一控制器的兩個控制端口 Gl、G2，三極管Kl和三極管K2的發射極一起接地。電阻Rl、R2之間的節點以及電阻R3、R4之間的節點分別與第二控制器的兩個信號輸入端連接。如圖1所示，二極管Dl的陰極接入電阻R2與三極管Kl之間的連線，二極管D2的陰極接入電阻R4與三極管K2之間的連線，二極管Dl、D2的陽極與第二控制器的電源負輸入端GND2相連接。
[0016]本實施例中的控制裝置的第二控制器可根據控制信號檢測單元是否處于工作狀態自適應地在上電運行和關閉狀態之間轉換，當控制信號檢測單元不工作時，第二控制器的電源關斷，一旦控制信號檢測單元有信號輸出，則第二控制器自動上電運行。也就是說當三極管Kl和三極管K2均不導通時，第二控制器的電源未形成回路，因此第二控制器處于關閉狀態。只要三極管Kl和K2中有一個導通，則第二控制器的電源形成回路，第二控制器上電運行。
[0017]在利用上述對第二控制器連接的多個被控對象進行控制時，可采用以下方法: 第一控制器發出控制信號1，三極管Kl導通、K2不導通，三極管Kl所在信號采集器與電源地GNDl接通(此時第二控制器的電源地GND2通過二極管Dl與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態)，電阻Rl、R2之間的節點產生電壓信號SI，信號SI傳入第二控制器，第二控制器對第一個被控對象進行控制；
第一控制器發出控制信號2，三極管K2導通、Kl不導通，三極管K2所在信號采集器與電源地GNDl接通(此時第二控制器的電源地GND2通過二極管D2與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態)，電阻R3、R4之間的節點產生電壓信號S2，信號S2傳入第二控制器，第二控制器對第二個被控對象進行控制；
第一控制器發出控制信號3，三級管Kl導通，三級管Kl所在信號采集器與電源地GNDl接通，電阻Rl、R2之間的節點產生電壓信號SI;三極管K2導通，三極管K2所在信號采集器與電源地GNDl接通，電阻R3、R4之間的節點產生電壓信號S2 ;此時第二控制器的電源地GND2與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態，信號SI與S2傳入第二控制器，第二控制器對第三個被控對象進行控制。
[0018]本實施例中的控制裝置也可采用第二種控制方式以進一步拓展控制通道，然而由于第二控制器只有在至少一個信號采集器處于電源通路的情況下才上電工作，因此控制信號檢測單元中必需有至少兩個信號采集器，且其中至少一個信號采集器的可控開關保持導通。以圖1所示控制裝置為例，第一控制器發出控制信號，使三極管Kl(或三極管K2)導通，此時第二控制器處于上電工作狀態；同時控制三極管K2 (或三極管Kl)以某一頻率不斷地進行打開與關閉，三極管K2 (或三極管Kl)所在信號采集器與電源地GNDl按照相應的頻率不斷地接通與斷開，電阻R3、R4 (或電阻R1、R2)之間的節點處產生相應頻率的脈沖電壓信號，第二控制器根據所接收到的不同的脈沖電壓信號組合，對不同的被控對象進行控制。
[0019]假設需要控制4路被控對象，令三極管K2始終導通，控制三極管Kl的開通/關斷頻率。當三極管Kl的開通/關斷頻率為fl時，控制第一個被控對象；當頻率變化為f2時，控制第二個被控對象；當頻率為f3時，控制第三個被控對象，當頻率為f4時，控制第四個被控對象。如需要對4路被控對象中的每一路進行獨立控制，則被控對象的工作狀態一共有
C) + + + =4+6+4+1=15種，只需要將三極管Kl的開通/關斷頻率擴展為
fff 15，每個頻率對應一種工作狀態即可。以此類推，只要將三極管Kl的開通/關斷頻率進一步擴展，則可實現對5路，6路及更多路被控對象的控制。
[0020]實施例二、
本實施例中的控制裝置的電路原理如圖2所示，相比圖1的裝置多了一個電源轉換單元用于將直流電源的輸出電壓轉換為與第二控制器相適應的電壓。如圖2所示，控制信號檢測單元包括兩個信號采集器:由電阻R1、R2和三極管Kl串聯，還有二極管Dl組成的一個信號采集器；由電阻R3、R4和三極管K2串聯，還有二極管D2組成的一個信號采集器。電阻R1、R3的其中一端以及第二控制器的電源正輸入端分別與電源轉換單元的正輸出端VCC連接，第一控制器的電源負輸入端與直流電源的負極共地連接。三極管Kl和三極管K2的基極分別接第一控制器的兩個控制端口 Gl、G2，三極管Kl和三極管K2的發射極一起接電源地GND1。電阻Rl、R2之間的節點以及電阻R3、R4之間的節點分別與第二控制器的兩個信號輸入端連接。如圖3所示，二極管Dl的陰極接入電阻R2與三極管Kl之間的連線，二極管D2的陰極接入電阻R4與三極管K2之間的連線，二極管D1、D2的陽極與第二控制器的電源負輸入端以及電源轉換單元的負輸出端共同連接。本實施例中，第一控制器由直流電源直接供電，電源轉換單元將直流電源輸出的電壓VDD轉換為與第二控制器相適應的電壓VCC,而對各信號采集器及第二控制器只提供單根VCC電源線接入。
[0021]該控制裝置可采用的控制方法與實施例一相同，簡要介紹如下:
第一種控制方法: 第一控制器發出控制信號1，三極管Kl導通、K2不導通，三極管Kl所在信號采集器與電源地GNDl接通(此時，電源轉換單元接地端GND2與電源地GNDl接通，電源轉換單元向各信號采集器及第二控制器供電；第二控制器的電源輸入端負極GND2通過二極管Dl與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態)，電阻Rl、R2之間的節點產生電壓信號SI，信號SI傳入第二控制器，第二控制器對第一個被控對象進行控制；
第一控制器發出控制信號2，三極管K2導通、Kl不導通，三極管K2所在信號采集器與電源地接通(此時，電源轉換單元接地端GND2與電源地GNDl接通，電源轉換單元向各信號采集器及第二控制器供電；第二控制器的電源輸入端負極GND2通過二極管D2與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態)，電阻R3、R4之間的節點產生電壓信號S2，信號S2傳入第二控制器，第二控制器對第二個被控對象進行控制；
第一控制器發出控制信號3，三級管Kl導通，三級管Kl所在信號采集器與電源地接通，電阻R1、R2之間的節點產生電壓信號SI;三極管K2導通，三極管K2所在信號采集器與電源地GNDl接通，電阻R3、R4之間的節點產生電壓信號S2 ;此時，電源轉換單元接地端GND2與電源地GNDl接通，電源轉換單元向各信號采集器及第二控制器供電；第二控制器的電源輸入端負極GND2通過二極管與電源地GNDl接通，第二控制器處于上電運行狀態，信號SI與S2傳入第二控制器，第二控制器對第三個被控對象進行控制。
[0022]在采用第二種控制方法拓展控制通道時，與實施例一中相同，由于第二控制器只有在至少一個信號采集器處于電源通路的情況下才上電工作，因此控制信號檢測單元中必需有至少兩個信號采集器，且其中至少一個信號采集器的可控開關保持導通。第一控制器發出控制信號，使三極管Kl (或三極管K2)導通，此時第二控制器處于上電工作狀態；同時控制三極管K2 (或三極管Kl)以某一頻率不斷地進行打開與關閉，三極管K2 (或三極管Kl)所在信號采集器與電源地按照相應的頻率不斷地接通與斷開，電阻R3、R4 (或電阻Rl、R2)之間的節點處產生相應頻率的脈沖電壓信號，第二控制器根據所接收到的不同的脈沖電壓信號組合，對不同的被控對象進行控制。
[0023]實施例三、
本實施例是由實施例二所述控制裝置與受其控制的繼電器單元(包含一組繼電器)組成，繼電器單元由電源轉換單元供電。其電路原理如圖3所示，繼電器單元中的各繼電器的控制端分別與第二控制器的相應控制端口連接，各繼電器的電源正輸入端與電源轉換單元的輸出正極連接，各繼電器的電源負輸入端與二極管D1、D2的陽極、第二控制器的電源負輸入端共同連接。其余部分均與實施例二相同。
[0024]本實施例中，當三極管Kl和三極管K2均不導通時，第二控制器和繼電器單元均處于關閉狀態。只要三極管Kl和K2中有一個導通，則第二控制器與繼電器單元均上電運行。
[0025]為了便于說明起見，以上三個實施例均采用了兩組信號采集器，實際上，完全可以增加信號采集器的數量以進一步拓展控制通道。
[0026]本發明的控制裝置可用于類似斷路器觸點輸出裝置的拓展控制通道的情況，圖4即顯示了一種斷路器控制器的部分實際電路。如圖所示，該斷路器控制器的電路原理與實施例三相同，其中第一控制器及直流電源未在圖中示出。該電路中，直流電源的正極同時連接至第一控制器的電源正輸入端與電源轉換單元的正輸入端，輸出電壓為VDD;直流電源的負極與第一控制器的負輸入端、控制信號檢測單元的負輸入端共地連接，為方便描述，將其稱為電源地GNDl，(圖中用”表示)。
■
[0027]在電源轉換單元的電路中，Pl為電壓轉換芯片MC7805CT，電壓VDD輸入至Pl的引腳1，從引腳3輸出電壓VCC，為后級電路提供適配的電源，引腳2連接至GND2，圖中用“ +
”表示。電容Cl為輸入濾波電容，一端連接至引腳1，另一端連接至GND2 ;電容C2為輸出濾波電容，一端連接至引腳2，另一端連接至GND2 ;只有在GND2與電源地導通的情況下，才能夠構成電源回路，Pl才能夠上電工作。
[0028]在控制信號檢測單元的電路中，電阻R1、R2和三極管Kl串聯組成第一路信號采集器，電阻R3、R4和三極管K2串聯組成第二路信號采集器；電阻Rl和R3的上端連接至電源VCC ；R2和R4的下端分別連接至三極管Kl和K2的集電極；Kl和K2的基極連接至第一控制器，發射極共同接入電源地GNDl ;二極管Dl和D2的陰極分別連接至Kl和K2的集電極，陽極共同連接GND2 ;第一控制器通過Gl和G2發出控制信號，控制三極管Kl、K2的集電極與發射極之間導通與斷開，只要Kl與K2中有一個處于導通狀態，對應線路上的二極管Dl或D2將導通，GND2通過二極管Dl或D2連接至電源地GNDl，構成電源回路，電源轉換單元、第二控制器、繼電器單元將上電運行。同時，對應線路上的電阻R1、R3或R3、R4之間的結點處將生產一分壓信號SI或S2。二極管Dl、D2的主要作用是，當三極管Kl和K2中只有一個導通，一路信號采集器輸出分壓信號的同時，防止另一路信號采集器因接地環路導通而產生分壓信號。
[0029]在第二控制器的電路中，NI為微處理器R5F21134DFP。電阻R5將引腳28上拉至電平VCC，用于設定微處理器的工作模式；電阻R6將引腳2下拉至GND2 ;電阻R7與電容C3組成RC復位電路，接入引腳3，用于在電壓異常時復位微處理器；晶振G1、電容C4和C5組成時鐘電路，接入引腳4和6，為微處理器提供時鐘源；引腳7接電源VCC，引腳5接GND2，為微處理器提供電源，C6為去耦電容；引腳19接電源VCC，引腳21接GND2，為微處理器中的A/D采樣電路提供電源，C7為去耦電容。引腳29、30接收來自控制信號檢測單元的信號SI和S2，引腳12、13、14輸出控制信號，控制繼電器單元。
[0030]在繼電器單元的電路中，N2、N3、N4為感性負載驅動器NUD3160。NUD3160內部集成了三極管、續流二極管、TVS 二極管和電阻，可有效地減少繼電器在動作時對系統產生的干擾。N1、N2、N3的引腳I為控制引腳，分別與第二控制器中微處理器的12、13、14引腳相連，當為高電平時，引腳2與引腳3導通，使對應的繼電器K3、K4或K5的引腳16連接至GND2，繼電器得電開始工作，切換觸點5和觸點8之間的閉合/斷開狀態。
[0031]本發明的控制裝置及其控制方法用簡單的電路結構實現了控制通道的擴展，不需要高成本的通信部件，可廣泛應用于類似斷路器觸點輸出裝置的情形。
【權利要求】
1.一種控制裝置，其特征在于，包括直流電源、第一控制器、第二控制器，以及控制信號檢測單元；所述控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括一個二極管以及與所述直流電源的正極依次連接的第一電阻、第二電阻、可控開關，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第二電阻和可控開關之間的節點與二極管的陰極連接，二極管的陽極與第二控制器的電源負輸入端連接；所述第一控制器的電源正輸入端與所述直流電源的正極連接；所述第二控制器的電源正輸入端與所述直流電源的正極連接。
2.如權利要求1所述控制裝置，其特征在于，還包括多個繼電器，各繼電器的電源正輸入端均與所述直流電源的正極連接，各繼電器的電源負輸入端與所述各二極管的陽極連接，各繼電器的控制端分別與所述第二控制器的一個信號輸出端連接。
3.—種控制裝置，其特征在于，包括直流電源、電源轉換單元、第一控制器、第二控制器，以及控制信號檢測單元；所述電源轉換單元可將所述直流電源輸出電壓轉換為與第二控制器匹配的電壓；所述直流電源的正極分別與第一控制器的電源正輸入端、電源轉換單元的輸入端連接；所述控制信號檢測單元包括至少兩個信號采集器，每個信號采集器包括一個二極管以及與所述電源轉換單元的正輸出端依次連接的第一電阻、第二電阻、可控開關，可控開關的另一端與所述直流電源的負極、第一控制器的電源負輸入端共地連接，可控開關的控制端與第一控制器的一個信號輸出端連接，第一電阻與第二電阻之間的節點與第二控制器的一個信號輸入端連接；第二電阻和可控開關之間的節點與二極管的陰極連接，二極管的陽極與第二控制器的電源負輸入端連接；所述第二控制器的電源正、負輸入端分別與電源轉換單元的正、負輸出端連接。
4.如權利要求3所述控制裝置，其特征在于，還包括多個繼電器，各繼電器的電源正輸入端與所述電源轉換單元的正輸出端連接，各繼電器的電源負輸入端與所述各二極管的陽極連接，各繼電器的控制端分別與所述第二控制器的一個信號輸出端連接。
5.一種斷路器，其特征在于，包括如權利要求1?4任一項所述控制裝置。
6.如權利要求1、2、3、4中任一項所述控制裝置的控制方法，其特征在于，第一控制器控制所述信號檢測單元中的一個可控開關保持開通狀態，同時控制其余可控開關處于開通或關閉的狀態，第二控制器從與其連接的各信號采集器中第一電阻與第二電阻之間的節點處檢測到不同的電壓組合，第二控制器根據所檢測到的電壓組合輸出相應的控制信號。
7.如權利要求1、2、3、4中任一項所述控制裝置的控制方法，其特征在于，第一控制器控制所述信號檢測單元中的一個可控開關保持開通狀態，同時控制其余的可控開關各自按照一定的頻率進行開/關切換，在其余的可控開關處于不同的開/關切換頻率組合下，第二控制器從與其連接的各信號采集器中第一電阻與第二電阻之間的節點處檢測到不同的脈沖信號組合，第二控制器根據所檢測到的脈沖信號組合輸出相應的控制信號。
【文檔編號】G05B19/04GK104166351SQ201410342330
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】殷建強, 葉文杰, 褚東, 王頌凱, 管瑞良 申請人:常熟開關制造有限公司(原常熟開關廠）