專利名稱：一種智能磁保持微型斷路器的制作方法
一種智能磁保持微型斷路器技術領域
本發明屬于一種斷路器裝置，尤其涉及小型斷路器裝置領域的智能磁保持微型斷路器。
背景技術：
微型斷路器是建筑電氣終端配電裝置引中使用最廣泛的一種終端保護電器。微型斷路器只是一種機械開關電器，裝置功能有限，正常操作只能是手動的。不能滿足配電系統信息化、網絡化、智能化和多功能化程度不斷提高的要求，開發一種多功能智能型微型斷路器已是大勢所趨，也是微型斷路器的發展方向。
磁保持繼電器是近幾年發展起來的一種新型繼電器，也是一種自動開關。磁保持繼電器最早是主要用于IC卡預付費電表、集中抄表系統中。磁保持繼電器雖然是一種自動開關，但需要有控制電路配合才能實際使用，而現有的磁保持繼電器尤其缺乏過載保護功能和完善的手自動一體的操作功能。
在物聯網到來的時代，智能家居逐漸走進普通百姓家庭，亟需要發展性能可靠、結構簡單、制造簡便、成本低廉，既滿足普通百姓使用習慣，又能提供智能控制的家用微型斷路器。發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，在低壓一極(IP)微型斷路器外型標準下，提供一種具有手自動相互協調操作、過載保護、計量功能的智能磁保持微型斷路器及其控制方法。
本發明采取的技術方案為一種智能磁保持微型斷路器，包括殼體、磁保持繼電器、驅動電路，驅動電路接受控制信號后驅動磁保持繼電器動作；磁保持繼電器包括動簧組合、靜簧組合、撥桿、推動片、磁鋼組合；磁鋼組合轉動時帶動撥桿，再通過推動片使動簧組合、靜簧組合的觸頭閉合或者斷開，還設有中央處理器、通信芯片、計量模塊，通信芯片與中央處理器連接，用于中央處理器與外部的信息交互；中央處理器與驅動電路連接，用于向驅動電路發送的控制信號；計量模塊，用于計量功率、電壓、電流數據并發送給中央處理器。
計量模塊包括電壓調理電路、電流調理電路、互感模塊、計量芯片，電壓調理電路一端與靜簧組合的延伸導線連接，另一端與計量芯片連接；互感模塊與電流調理電路連接并安裝在動簧組合的延伸導線上；計量芯片一端與電流調理電路連接，另一端與中央處理器連接。
計量芯片可以與中央處理器集成為一塊芯片。
互感模塊可以是電流互感器，或者霍爾元件，或者錳銅電阻。
電壓調理電路采用電阻分壓方式獲得計量芯片的ADC電壓信號輸入。
電流調理電路采用電阻網絡將互感模塊的電流輸出信號調理成計量芯片的ADC 電壓信號輸入。根據采用的計量芯片的功能配置電壓調理電路和電流調理電路，通過計量芯片處理得出計量參數，尤其是有效電流的處理有實時要求，中央處理器實時采集有效電流用于實現過載保護和短路保護。
還設有電源模塊，電源模塊用于向殼體內電路或者模塊供電。電源模塊包括電容降壓模塊、全波整流模塊、濾波模塊和穩壓模塊，電容降壓模塊通過限流實現與火線連接； 全波整流模塊能夠增大電流以便減小電容降壓模塊中高壓電容體積。
磁保持繼電器是本發明的關鍵部件，現有成熟技術的磁保持繼電器額定電流為 80A，但外型不能滿足本發明的外型要求，必須將磁保持繼電器的零件與殼體內部結構設計成總體，才能保證殼體外型完全兼容低壓一極(IP)微型斷路器外型標準；微型斷路器標準 (GB10963. 1-2005)對觸點分斷能力有明確的指標要求和實驗規范，而磁保持繼電器標準 (JB/T10923-2010)對觸點分斷能力的指標要低于微型斷路器標準，因此在現有磁保持繼電器標準上，對于本發明的過載保護只能依靠采用軟件方法簡化硬件電路由電子控制部分來互補實現；雖然磁保持繼電器磁保持繼電器其觸點開、合狀態平時由永久磁鐵所產生的磁力所保持。當繼電器的觸點需要開或合狀態時，只需要用正(反)直流脈沖電壓激勵線圈，繼電器在瞬間就完成了開與合的狀態轉換。但直流脈沖電壓的電壓為9V(7. 5V-13. 5V)、電流 100mA、脈沖寬度為80-100ms，本發明要在有限的空間內設計出滿足要求的電源；電子部分的設計難點是小型化，像計量、MCU的小型化可以通過芯片選型來解決，但電源的小型化設計是不能靠選型來解決的，需要創造性的設計。
本發明以高集成度的中央處理器(STC11F04E)、計量芯片(CS5463-ISZ)和485 (SN75176)芯片為核心，通過配置相應的外圍電路和電源構建智能磁保持微型斷路器的硬件電路系統。
與現有技術相比，本發明采用微型斷路器的外型標準，通過將額定電流80A的磁保持繼電器組件直接在智能磁保持微型斷路器殼體內組裝，不僅提高強電部分與弱點部分的抗干擾能力，而且有效節省了微型斷路器殼體內的空間。突破了微型斷路器機械開關的模式，采用磁保持繼電器技術替換機械開關，通過殼體與磁保持繼電器的一體化融合設計， 留出空間用于電子部分的安裝。
本發明在功能上實現了正常狀態下的手動和遠程操作線路分、合；異常情況下的保護，包括過載保護和短路保護；遠程能獲取開關的狀態；作為擴展功能能實現計量，并能遠程獲取計量數據。
本發明具有高精度計量功能，可隨時了解用電器的能耗，便于節能；當線路發生故障短路時，該裝置可自動斷開，實現過載保護；遠程控制功能可通過多種方式控制用電器。
本發明突破了傳統的微型斷路器設計理念，將磁保持繼電器與中央處理器、電流互感器、計量芯片和通信芯片組合到微型斷路器的殼體中，使微型斷路器具備保護、計量、 控制和通信功能，從而實現了一種高智能化的智能磁保持微型斷路器，真正滿足了微型斷路器多功能化、智能化要求。
說明書附1為現有低壓一極(IP)微型斷路器外形圖。
圖2為本發明結構示意圖。
圖3為本發明電路結構框圖。
圖4為本發明電壓狀態電路原理圖。
圖5為本發明中電源電路原理圖。
具體實施方式
參見
圖1，本發明的外形沿用現有低壓一極(IP)微型斷路器外形，由基座和上蓋通過鉚釘裝配成一體，符合國家標準GB10963規定的方式嵌入導軌，通過卡板的彈性與導軌固定，實現與既有低壓一極(IP)微型斷路器外形和安裝方式的完全兼容。
參見圖2、圖3，一種智能磁保持微型斷路器，包括殼體、磁保持繼電器、驅動電路， 驅動電路接受控制信號后驅動磁保持繼電器動作；磁保持繼電器包括動簧組合2、靜簧組合1、撥桿4、推動片3、磁鋼組合6、繞有線圈的鐵芯8、軛鐵組合5、轉軸7 ；磁鋼組合6轉動時帶動撥桿4，再通過推動片3使動簧組合2、靜簧組合1的觸頭閉合或者斷開，智能控制器 11包括中央處理器、通信芯片、電壓狀態電路、驅動電路、電源模塊、計量模塊。計量模塊，用于計量功率、電壓、電流數據并發送給中央處理器。
計量模塊包括電壓調理電路、電流調理電路、互感模塊、計量芯片，電壓調理電路一端與靜簧組合的延伸導線連接，另一端與計量芯片連接；本實施例中互感模塊為電流互感器，通過引線13安裝在動簧組合的延伸導線上并與電流調理電路連接；計量芯片一端與電流調理電路連接，另一端與中央處理器連接。
計量芯片可以與中央處理器集成為一塊芯片。
互感模塊還可以是霍爾元件，或者錳銅電阻。
電壓調理電路采用電阻分壓方式獲得計量芯片的ADC電壓信號輸入。
電流調理電路采用電阻網絡將互感模塊的電流輸出信號調理成計量芯片的ADC 電壓信號輸入。根據采用的計量芯片的功能配置電壓調理電路和電流調理電路，通過計量芯片處理得出計量參數，尤其是有效電流的處理有實時要求，中央處理器實時采集有效電流用于實現過載保護和短路保護。
通信芯片與中央處理器連接，用于中央處理器與外部的信息交互，通信芯片設有接口(A、B)；中央處理器與驅動電路連接，用于向驅動電路發送的控制信號，驅動電路通過引線10與磁保持繼電器連接；電壓狀態電路一端通過引線9與動簧組合2的延伸導線連接，另一端與中央處理器連接，用于向中央處理器發送磁保持繼電器的動作狀態信號；撥桿 4經殼體上的通孔向外伸出，用于手動操作。通信芯片選用485芯片，中央處理器選用宏晶公司的 STC11F04E。
參見圖2、圖4，動作狀態信號為電壓信號，電壓狀態電路包括兩個電阻R1、R2和轉換器，電阻Rl的一端接到市電火線Lout，即通過引線9與動簧組合2的延伸導線連接，另一端接到電阻R2和轉化器的輸入端；電阻R2的另一端接地N ；轉化器的輸出端與中央處理器連接，轉換器將兩個電阻R1、R2分壓產生的電壓轉換為中央處理器的輸入電壓。
轉換器包括三個電阻R3、R4、R5和一個三極管G，電阻R3的一端作為轉換器的輸入端，另一端與電阻R4和三極管G的基極連接；電阻R4的另一端接地；三極管G的發射極與電阻R5連接，并作為轉換器的輸出端，三極管G的集電極接地；電阻R5的另一端接轉換器電源。
轉換器中的電阻R4和三極管G可由光藕替代，起到強電與中央處理器之間的隔離作用。5
參見圖2、圖3、圖5，還設有電源模塊，電源模塊用于向殼體內電路或者模塊供電。 電源模塊通過引線12連接市電火線Lin，電源模塊包括電容降壓模塊、全波整流模塊、濾波模塊和穩壓模塊，電容降壓模塊通過限流實現與市電火線連接；全波整流模塊能夠增大電流以便減小電容降壓模塊中高壓電容體積，從而實現在現有低壓一極(IP)微型斷路器的狹小空間內設置電源的目的。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種智能磁保持微型斷路器，包括殼體、磁保持繼電器、驅動電路，驅動電路接受控制信號后驅動磁保持繼電器動作；磁保持繼電器包括動簧組合、靜簧組合、撥桿、推動片、磁鋼組合；磁鋼組合轉動時帶動撥桿，再通過推動片使動簧組合、靜簧組合的觸頭閉合或者斷開，其特征在于還設有中央處理器、通信芯片、計量模塊，通信芯片與中央處理器連接，用于中央處理器與外部的信息交互；中央處理器與驅動電路連接，用于向驅動電路發送的控制信號；計量模塊，用于計量功率、電壓、電流數據并發送給中央處理器。
2.根據權利要求1所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于計量模塊包括電壓調理電路、電流調理電路、互感模塊、計量芯片，電壓調理電路一端與靜簧組合的延伸導線連接，另一端與計量芯片連接；互感模塊與電流調理電路連接并安裝在動簧組合的延伸導線上；計量芯片一端與電流調理電路連接，另一端與中央處理器連接。
3.根據權利要求2所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于計量芯片可以與中央處理器集成為一塊芯片。
4.根據權利要求2所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于互感模塊可以是電流互感器，或者霍爾元件，或者錳銅電阻。
5.根據權利要求2所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于電壓調理電路采用電阻分壓方式獲得計量芯片的ADC電壓信號輸入。
6.根據權利要求2所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于電流調理電路采用電阻網絡將互感模塊的電流輸出信號調理成計量芯片的ADC電壓信號輸入。
7.根據權利要求1至6中任何一項所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于還設有電源模塊，電源模塊用于向殼體內電路或者模塊供電。
8.根據權利要求7所述的智能磁保持微型斷路器，其特征在于電源模塊包括電容降壓模塊、全波整流模塊、濾波模塊和穩壓模塊，電容降壓模塊通過限流實現與火線連接；全波整流模塊能夠增大電流以便減小電容降壓模塊中高壓電容體積。
全文摘要
本發明公開了一種智能磁保持微型斷路器，包括殼體、磁保持繼電器、驅動電路，驅動電路接受控制信號后驅動磁保持繼電器動作；磁保持繼電器包括動簧組合、靜簧組合、撥桿、推動片、磁鋼組合，還設有中央處理器、通信芯片、計量模塊。計量模塊，用于計量功率、電壓、電流數據并發送給中央處理器。本發明突破了傳統的微型斷路器設計理念，將磁保持繼電器與中央處理器、電流互感器、計量芯片和通信芯片組合到微型斷路器的殼體中，使微型斷路器具備保護、計量、控制和通信功能。
文檔編號H01H71/32GK102522274SQ20111044221
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者劉鎮陽 申請人:劉鎮陽, 南京覓丹電子信息有限公司