電子脫扣器的保護裝置及保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及低壓電器技術領域，更具體地說，涉及低壓電器中的斷路器技術領域。
【背景技術】
[0002]斷路器是一種重要的低壓電器。塑殼電子式斷路器由于其體積小結構簡單而得到廣泛的應用。電子式斷路器的核心部件是電子脫扣器，電子脫扣器的執行機構通常為磁通變換裝置，磁通變換裝置包括磁通變換器線圈、永磁體、反力彈簧、頂桿等機構。在一次回路(即主回路或負載電路)正常工作時，磁通變換裝置保持在吸合狀態，永磁體吸住頂桿使之不會去觸發脫扣機構。永磁體的磁力大于反力彈簧的彈簧力，而磁通變換器線圈中無電流通過因此不產生電磁力，永磁體依靠磁力吸附頂桿，斷路器保持閉合接通。當監控到一次回路(即主回路或者負載電路)出現故障需要保護時，電子脫扣器內儲能電容與磁通變換器線圈構成的電路被接通，儲能電容釋放存儲的電量，在磁通變換器線圈內形成電流，該電流使得磁通變換器線圈內產生電磁力，電磁力與反力彈簧的彈簧力同方向，與永磁體的磁力相反，電磁力和彈簧力之和大于永磁體的磁力，使得頂桿被釋放并彈出，頂桿觸動脫扣機構動作，斷路器被斷開，主回路被切斷。
[0003]圖1揭示了現有技術中常用的電子脫扣器的原理圖。如圖1所示，該電子脫扣器包括:電流互感器101、整流濾波電路109、控制電源電路102、脫扣電源電路103、由降壓電路104和MCU單元105構成的控制電路、由儲能電容106、磁通變換器107和控制開關108構成的脫扣電路。
[0004]電流互感器101串接在一次回路中，電流互感器101從一次回路電流感生出感生電流。濾波整流電路109連接到電流互感器101的輸出，濾波整流電路109對電流互感器的感生電流進行濾波整流。濾波整流電路109的輸出分為兩路，分別連接到控制電源電路102和脫扣電源電路103。控制電源電路102和脫扣電源電路103的輸入均連接到濾波整流電路109的輸出。在圖示的實施例中，在控制電源電路102和脫扣電源電路103中各自包括一個二極管。控制電路包括降壓電路104和MCU單元105，降壓電路104連接到控制電源電路103的輸出，降壓電路104對控制電源電路103的輸出進行降壓，降至MCU單元105的額定工作電壓。MCU單元105連接到降壓電路104的輸出，MCU單元105由降壓電路104供電。MCU單元105還會接收對于一次回路是否存在故障的監控信號，該監控信號會被接入到MCU單元105的信號出入端，圖1關注的是電流回路，非信號回路，因此對于一次回路的監控信號未在圖1中示出。脫扣電路包括串聯的儲能電容106、磁通變換器107和控制開關108。控制電源電路102的輸出連接到儲能電容106，MCU單元的輸出連接到控制開關108以控制控制開關的導通或關閉。儲能電容106、磁通變換器107和控制開關108構成了一個完整的回路，即脫扣電路。正常工作時，MCU單元105控制控制開關108關斷，因此脫扣電路不導通，此時控制電源電路102為儲能電容106充電。一次回路出現故障時，MCU單元105輸出脫扣指令使得控制開關108導通，脫扣電路導通。儲能電容106放電使得磁通變換器107的線圈中出現電流，該電流產生電磁力，協助磁通變換器的反力彈簧共同克服永磁體的磁力，使得頂桿彈出驅動脫扣機構工作，將斷路器斷開。
[0005]按照國家標準要求，在無外接輔助電源情況下，在一次回路(主回路)所有相電流不小于0.4倍額定電流，即0.41η時，電子脫扣器應能可靠工作和能實現基本保護功能。參考圖1所示，由電流互感器101產生的感生電流被用作兩個用途，一方面滿足MCU單元的正常工作，另一方面對儲能電容進行充電。MCU單元的正常工作是優先考慮的，因此感生電流優先被用于為MCU供電，剩余的電流為儲能電容充電。在一次回路中電流較大時，比如以額定電流In工作時，感生電流也較大能夠同時滿足上述的兩個用途。在一次主回路電流較小時，尤其是接近國家標準的下限，即0.41η時，電流互感器產生的感生電流也較小，此時優先滿足MCU單元的正常工作所需。由于控制電源電路后端連接的控制電路負載較重，所以電流主要被分配至控制電路，使得脫扣電源電路的輸出電流很小，造成儲能電容充電不足，無法達到足夠的電壓，一般儲能電容需要充電至12V?15V才能確保磁通變換器的線圈中的電流足夠大，以使得其產生的電磁力和反力彈簧的彈簧力疊加后能大于永磁體的磁力。當小電流造成儲能電容充電不足時，比如低于12V,在一次回路出現故障時,儲能電容放電雖然在磁通變換器的線圈中產生的電流,但該電流產生的電磁力不夠大,永磁體的磁力還是大于電磁力和反力彈簧的彈簧力之和，使得頂桿依舊被吸附而無法彈出，造成脫扣機構無法工作，斷路器不能被斷開。
【發明內容】
[0006]本發明旨在提出能在一次回路中電流為小電流時依舊能夠將儲能電容充電至足夠電壓的保護裝置和保護方法。
[0007]根據本發明的一實施例，提出一種電子脫扣器的保護裝置，連接到電子脫扣器中的儲能電容，該保護裝置在一次回路電流為小電流時將儲能電容充電至足夠電壓，其中小電流為一次回路額定電流的0.4?0.8倍；足夠電壓為12V?15V。
[0008]在一個實施例中，電子脫扣器還包括:電流互感器、濾波整流電路、控制電源電路、脫扣電源電路、控制電路和脫扣電路。電流互感器串接在一次回路中，電流互感器從一次回路電流感生出感生電流。濾波整流電路連接到電流互感器的輸出，濾波整流電路對電流互感器的感生電流進行濾波整流。控制電源電路連接到濾波整流電路的輸出。脫扣電源電路連接到濾波整流電路的輸出。控制電路包括降壓電路和MCU單元，降壓電路連接到控制電源電路的輸出，降壓電路對控制電源電路的輸出進行降壓，MCU單元連接到降壓電路的輸出，由降壓電路供電。脫扣電路包括串聯的儲能電容、磁通變換器和控制開關，控制電源電路的輸出連接到儲能電容，MCU單元的輸出連接到控制開關以控制控制開關的導通或關閉。正常工作時，MCU單元控制控制開關關斷，脫扣電路不導通，控制電源電路為儲能電容充電，一次回路出現故障時，MCU單元輸出脫扣指令使得控制開關導通，脫扣電路導通，儲能電容放電使得磁通變換器產生電磁力驅動脫扣機構工作。
[0009]在一個實施例中，保護裝置包括串聯的電阻、升壓電路和二極管，電阻的第一端與控制電源電路連接，電阻的第二端連接到升壓電路的輸入端，升壓電路的輸出端通過二極管連接到儲能電容，二極管的輸出還連接到MCU單元。
[0010]在一個實施例中，控制電源電路的輸出優先提供給MCU單元，多余電量通過保護裝置給儲能電容充電。
[0011]在一個實施例中，保護裝置包括充電電池回路和PffM充電電路。充電電池回路包括充電電路和充電電池，充電電路的輸入端連接到降壓電路的輸出端，充電電路的輸出端通過二極管連接到充電電池。PWM充電電路包括控制電路和升壓電路，控制電路的輸入端連接到充電電池的輸出，控制電路的輸出端連接到升壓電路的輸入端，控制電路的使能端連接到MCU單元，升壓電路的輸出端通過二極管連接到儲能電容。
[0012]在一個實施例中，降壓電路的輸出給充電電池充電，MCU單元輸出占空比信號至控制電路，控制電路依據占空比信號，以PWM方式使得充電電池給儲能電容充電。
[0013]在一個實施例中，儲能電容的充電時間由占空比信號確定，占空比信號與電子脫扣器針對的故障類型相關。
[0014]根據本發明的一實施例，提出一種電子脫扣器的保護方法，為電子脫扣器中的儲能電容提供額外的充電，在一次回路電流為小電流時將儲能電容充電至足夠電壓，其中小電流為一次回路額定電流的0.4?0.8倍。足夠電壓為12V?15V。
[0015]在一個實施例中，額外的充電的電量是滿足電子脫扣器中的MCU單元工作后的多余電量，從電子脫扣器的控制電源電路引出，經電阻限流和升壓后以直流方式給儲能電容充電。
[0016]在一個實施例中，額外的充電的電量來自于充電電池，充電電池由滿足電子脫扣器中的MCU單元工作后的多余電量充電，MCU單元依據電子脫扣器針對的故障類型輸出相應的占空比信號，依據占空比，充電電池通過控制電路和升壓電路以PWM方式給儲能電容充電。
[0017]本發明的電子脫扣器的保護裝置和保護方法利用MCU單元正常工作以外的多余電量為儲能電容充電，使得在一次回路中電流為小電流時依舊能夠將儲能電容充電至足夠電壓，確保磁通變換器能夠產生足夠大的電磁力觸發脫扣機構工作。
【附圖說明】
[0018]本發明上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中:
[0019]圖1揭示了現有技術中的電子脫扣器的原理圖。
[0020]圖2揭示了根據本發明的一實施例的電子脫扣器的原理圖。
[0021]圖3揭示了根據本發明的另一實施例的電子脫扣器的原理圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明旨在提出一種電子脫扣器的保護裝置，連接到電子脫扣器中的儲能電容，該保護裝置在一次回路電流為小電流時將儲能電容充電至足夠電壓，其中小電流為一次回路額定電流的0.4?0.8倍；足夠電壓為12V?15V。在一些實施例中，小電流是指一次回路額定電流的0.4?0.5倍，甚至于，在一些實施例中，是指一次回路額定電流的0.4?
0.45 倍。
[0023]參考圖2所示，揭示了根據本發明的第一實施例的電子脫扣器的原理圖。在該實施例中，采用電阻限流直接升壓充電的方式，利用MCU單元的剩余電量為儲能電容充電。
[0024]參考圖2所示，該電子脫扣器包括電流互感器201、濾波整流電路209、控制電源電路202、脫扣電源電路203、控制電路和脫扣電路。
[0025]電流互感器201串接在一次回路中，電流互感器201從一次回路電流感生出感生電流。濾波整流電路209連接到電流互感器201的輸出，濾波整流電路209對電流互感器的感生電流進行濾波整流。濾波整流電路209的輸出分為兩路，分別連接到控制電源電路202和脫扣電源電路203。控制電源電路202和脫扣電源電路203的輸入均連接到濾波整流電路209的輸出。在圖示的實施例中，在控制電源電路202和脫扣電源電路203中各自包括一個二極管。控制電路包括降壓電路204和MCU單元205，降壓電路204連接到控制電源電路203的輸出，降壓電路204對控制電源電路203的輸出進行降壓，降至MCU單元205的額定工作電壓。MCU單元205連接到降壓電路204的輸出，MCU單元205