一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路，屬于低壓配電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的泄放模擬負載電路包括模擬負載泄放電阻、泄放功率晶體管T2和隔離二極管D4，模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，泄放功率晶體管T2的柵極與隔離二極管D4的陰極相連，該泄放功率晶體管T2的源極接地。本發(fā)明能夠滿足電子脫扣器較低電流啟動點的要求，同時能在電流互感器提供能量充足的情況下，降低電流互感器的二次側(cè)電流輸出，避免電流互感器發(fā)熱，保護電子脫扣器正常工作。
【專利說明】—種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低壓配電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路。

【背景技術(shù)】
[0002]電子式塑殼斷路器是一種能夠在電流超過跳脫設(shè)定后自動切斷電流的裝置，電子脫扣器是其必備的脫扣單元。低壓配電領(lǐng)域的人員都知道，電子脫扣器所需的電力供應(yīng)，一般采用斷路器自身所帶的電流互感器從一次主回路汲取能量，電流流過互感器的穿芯導(dǎo)體后，二次側(cè)的感應(yīng)電流供給電子脫扣器工作。
[0003]隨著低壓配電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，一方面，電子式塑殼斷路器的額定電流越來越小，即保護點的啟動電流越來越低。根據(jù)2009年10月I日實施的國家標準GB/T22710-2008《低壓斷路器用電子式控制器》的要求，在無外接輔助電源的情況下，主回路所有相電流不小于0.4In(In為額定電流)時，控制器應(yīng)能可靠工作，且必須具有基本保護功能。另一方面，電子式塑殼斷路器的功能越來越強大，不僅具有可靠、精準的保護功能，還具有便捷的能耗管理和遠程通信等功能。然而，隨著斷路器功能的不斷擴展，也致使斷路器內(nèi)部脫扣器的功耗越來越大。因此，電流互感器作為電子式塑殼斷路器提供能量的裝置，就必須提高本身帶負載的能力，才能滿足小電流下的保護要求與脫扣器本身功耗。
[0004]同時，我們也知道，電流互感器的輸入與輸出在一定的范圍內(nèi)基本是成線性關(guān)系的，即二次側(cè)輸出電流隨一次側(cè)電流變化而變化。在正常情況下，當一次側(cè)電流達到最低保護點的啟動電流后，電流互感器此時感應(yīng)產(chǎn)生的能量已足以維持電子式塑殼斷路器的正常工作。當一次側(cè)電流再增大時，電流互感器產(chǎn)生的感應(yīng)電流也增大，而脫扣器所需要的能量即功耗是一定的，這就導(dǎo)致電流互感器提供的能量將遠遠大于脫扣器所需要的能量。因此，電流互感器作為電子式塑殼斷路器提供能量的裝置，在滿足脫扣器所需能耗后，隨一次電流增加，就必須降低其電流輸出。尤其在出現(xiàn)電路短路情況下，一次電流在瞬間產(chǎn)生極大變化，為保證脫扣器的可靠工作，電流互感器的二次電流對于一次電流在瞬間變化情況下保持相對穩(wěn)定極為重要。
[0005]針對上述問題，目前最常用的解決方案有兩種:一、電流互感器主磁路并聯(lián)帶有氣隙的分磁路；二、電子脫扣器的能量泄放回路串聯(lián)一個功率電阻。對于方案一，如美國專利US5726846A和中國專利CN102136358B所公開，在大電流的情況下，有部分的磁通量通過分磁回路，但由于分磁回路具有恒定的固定氣隙，電流互感器二次側(cè)的輸出電流仍會隨一次電流的增大而有較大的增長。對于方案二，要求串聯(lián)在電子脫扣器能量泄放回路上的電阻功率即體積比較大，而脫扣器的空間有限，放置一個較大體積的功率電阻比較困難，且需要考慮散熱問題，增加了脫扣器成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路；本發(fā)明提供的技術(shù)方案，能夠滿足電子脫扣器較低電流啟動點的要求，同時能在電流互感器提供能量充足的情況下，通過改變電子脫扣器(ETU)等效負載的方式，降低電流互感器的二次側(cè)電流輸出，避免電流互感器發(fā)熱，保護電子脫扣器正常工作。
[0008]2.技術(shù)方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0010]本發(fā)明的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，包括模擬負載泄放電阻、泄放功率晶體管T2和隔離二極管D4，所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，泄放功率晶體管T2的柵極與隔離二極管D4的陰極相連，該泄放功率晶體管T2的源極接地。
[0011]更進一步地，所述的模擬負載泄放電阻由兩個以上貼片電阻并聯(lián)而成。
[0012]本發(fā)明的一種電子脫扣器電源能量泄放管理電路，包括泄放功率晶體管T1、T2，儲能電容Cl、C2，隔離二極管Dl、D2、D4，穩(wěn)壓二極管D3，電阻R2和模擬負載泄放電阻；電流互感器二次側(cè)電流輸出端分別與隔離二極管Dl的陽極、泄放功率晶體管Tl的源極相連，隔離二極管Dl的陰極分別與穩(wěn)壓二級管D3的陰極、儲能電容Cl的正極相連；穩(wěn)壓二級管D3的陽極分別與泄放功率晶體管Tl的柵極、電阻R2的一端、隔離二極管D4的陽極相連；所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管Τ2的漏極相連，該模擬負載泄放電阻的另一端分別與儲能電容Cl的正極、隔離二極管D2的陽極相連，隔離二極管D2的陰極與儲能電容C2的正極相連；所述的泄放功率晶體管Tl的漏極、電阻R2的另一端、儲能電容Cl的負極、泄放功率晶體管Τ2的源極、儲能電容C2的負極均接地。
[0013]更進一步地，所述的模擬負載泄放電阻由兩個以上貼片電阻并聯(lián)而成。
[0014]更進一步地，所述的電阻R2的兩端并聯(lián)有濾波電容C7，儲能電容Cl的兩端并聯(lián)有濾波電容C3，儲能電容C2的兩端并聯(lián)有濾波電容C4。
[0015]3.有益效果
[0016]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0017](I)本發(fā)明的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，其模擬負載泄放電阻與泄放功率晶體管Τ2串聯(lián)后并聯(lián)于儲能電容Cl的兩端，模擬負載泄放電阻通過兩個以上電阻并聯(lián)的方式，增加電阻的損耗以加快儲能電容Cl上能量的泄放，從而改變泄放功率晶體管Tl的導(dǎo)通時間，使得Tl導(dǎo)通、截止的頻率以及占空比變大，進而顯著降低了電流互感器的輸出電流有效值；
[0018](2)本發(fā)明的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，泄放功率晶體管Τ2通過模擬負載泄放電阻泄放的僅僅為儲能電容Cl兩端的能量，儲能電容Cl的容值與其電壓值PVCC是一定的，模擬負載泄放電阻采用常規(guī)的電阻并聯(lián)即可滿足泄放電阻的功率要求；
[0019](3)本發(fā)明的一種電子脫扣器電源能量泄放管理電路，通過穩(wěn)壓二級管D3、電阻R2和泄放功率晶體管Tl的共同作用，形成動態(tài)反饋調(diào)節(jié)，使得儲能電容Cl上電壓PVCC在一定范圍內(nèi)維持相對穩(wěn)定的值；通過隔離二極管D4連接泄放功率晶體管Tl和Τ2，使得泄放功率晶體管Τ2的導(dǎo)通、截止狀態(tài)完全同步于泄放功率晶體管Tl，且均受控于儲能電容Cl上電壓值PVCC，泄放功率晶體管Tl和T2同步導(dǎo)通、截止，加快了儲能電容Cl的放電，縮短了泄放功率晶體管Tl的泄放時間，即增加了對儲能電容Cl的充電周期，進而達到了降低電流互感器輸出電流有效值的目的，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、能量泄放效果顯著、工作穩(wěn)定，便于推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是電流互感器供電等效電路示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明中電子脫扣器供電電路等效示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明中電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及其周邊電路的示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明中電子脫扣器電源能量泄放管理電路示意圖；
[0024]圖5是應(yīng)用本發(fā)明的能量泄放管理電路獲得的互感器電流輸出曲線圖。
[0025]示意圖中的標號說明:
[0026]1、泄放回路；2、電阻泄放回路。

【具體實施方式】
[0027]為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。
[0028]實施例1
[0029]參看圖3，本實施例的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，包括模擬負載泄放電阻、泄放功率晶體管T2和隔離二極管D4，所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，該模擬負載泄放電阻由4個貼片電阻R3、R4、R5、R6并聯(lián)而成，以增加模擬負載泄放電阻的功耗。泄放功率晶體管T2的柵極與隔離二極管D4的陰極相連，該泄放功率晶體管T2的源極接地。
[0030]應(yīng)用本實施例的泄放模擬負載電路的電子脫扣器電源能量泄放管理電路(參看圖4)，包括泄放功率晶體管Tl、T2 (型號為NTTFS5811NL)，儲能電容Cl (鉭電容100uF/25V)、C2(鉭電容47uF/25V)，隔離二極管D1、D2、D4，穩(wěn)壓二極管D3，電阻R2和模擬負載泄放電阻(由4個貼片電阻R3、R4、R5、R6并聯(lián)而成)。電流互感器二次側(cè)電流輸出端分別與隔離二極管Dl的陽極、泄放功率晶體管Tl的源極相連，隔離二極管Dl的陰極分別與穩(wěn)壓二級管D3的陰極、儲能電容Cl的正極相連；穩(wěn)壓二級管D3的陽極分別與泄放功率晶體管Tl的柵極、電阻R2的一端、隔離二極管D4的陽極相連；所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，該模擬負載泄放電阻的另一端分別與儲能電容Cl的正極、隔離二極管D2的陽極相連，隔離二極管D2的陰極與儲能電容C2的正極相連；所述的泄放功率晶體管Tl的漏極、電阻R2的另一端、儲能電容Cl的負極、泄放功率晶體管T2的源極、儲能電容C2的負極均接地。所述的電阻R2的兩端并聯(lián)有濾波電容C7，儲能電容Cl的兩端并聯(lián)有濾波電容C3，儲能電容C2的兩端并聯(lián)有濾波電容C4，濾波電容C3、C4和C7用于去耦合和濾波，屏蔽高頻信號對儲能電容Cl上電壓值PVCC的影響，獲得更高質(zhì)量的電流能量。
[0031]下面結(jié)合附圖，由淺入深的具體介紹本實施例的能量泄放管理電路穩(wěn)定電流互感器二次側(cè)輸出電流的原理。
[0032]圖1為電流互感器供電等效電路的示意圖，圖1中主回路通過的電流為I，電流互感器二次側(cè)的電流為i，等效負載Z和開關(guān)K并聯(lián)組成泄放回路I。在主回路電流I 一定的情況下，增加等效負載Z，互感器二次側(cè)輸出電流i將變小。或者可以說，開關(guān)K處于斷開狀態(tài)時，等效負載為Z，互感器輸出的電流為I1 ;而當開關(guān)K處于閉合狀態(tài)時，等同電流互感器兩端短接，互感器輸出的電流為i2?；ジ衅鬏敵鲭娏髑罢咝∮诤笳?，即ii〈i2。所以，通過改變開關(guān)K斷開、閉合頻率或占空比，即可以影響和改變電流互感器二次側(cè)輸出電流i的有效值，進而達到穩(wěn)定電流互感器二次側(cè)輸出電流的目的。
[0033]圖2為本實施例中電子脫扣器供電電路等效7]^意圖，圖2中負載Z2和開關(guān)K2串聯(lián)構(gòu)成電阻泄放回路2。開關(guān)Kl處于斷開狀態(tài)時，電流互感器以輸出電流值i開始對儲能電容C充電。開關(guān)Kl處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電流互感器輸出電流不再對儲能電容C充電。開關(guān)Kl的導(dǎo)通與斷開狀態(tài)完全受控于儲能電容C的電壓值PVCC，當PVCC小于一定的值時，開關(guān)Kl才處于斷開狀態(tài)，電流互感器以輸出電流值i開始對儲能電容C充電；PVCC大于一定的值時，開關(guān)Kl處于短路狀態(tài)，儲能電容C上的能量繼續(xù)維持負載Zl工作。開關(guān)Kl導(dǎo)通與關(guān)斷對儲能電容C上的電壓PVCC進行調(diào)節(jié)，使得PVCC在一定范圍內(nèi)達到動態(tài)平衡與相對穩(wěn)定。
[0034]此外，圖2中開關(guān)Kl與K2的導(dǎo)通與截止狀態(tài)是完全同步的。儲能電容C充電時，開關(guān)K2完全斷開，對儲能電容C充電沒有影響，即儲能電容C的充電時間不變；開關(guān)Kl處于導(dǎo)通狀態(tài)時，儲能電容C上的能量除了維持負載Zl正常工作外，另一部分通過負載Z2泄放。這一過程儲能電容C的充電時間沒有改變，放電時間變短，即開關(guān)斷開時間沒有改變，導(dǎo)通時間變短，從而影響電流互感器的輸出。等同于通過改變開關(guān)導(dǎo)通與截止的占空比，從而影響電流互感器的二次側(cè)輸出電流。
[0035]如圖4所示，電流互感器二次側(cè)電流信號連接在整流橋DBl交流信號輸入端，當電流互感器二次側(cè)電流i上升時，儲能電容Cl、C2開始充電。儲能電容Cl的電壓值PVCC與儲能電容C2的電壓值VCC升高。當PVCC電壓值超過穩(wěn)壓二極管D3的穩(wěn)壓值VZ，穩(wěn)壓二極管D3開始有漏電流Ik流過，并在電阻R2上產(chǎn)生壓降V = Ie*R2, PVCC = VZ+IK*R2，隨著電流互感器二次側(cè)電流信號i繼續(xù)增大，穩(wěn)壓二極管D3的漏電流Ik增大，電阻R2上的電壓值V與儲能電容Cl的電壓值PVCC(VZ+IK*R2)也增大。當漏電流Ik增大到使電阻R2上的電壓大于泄放功率晶體管Tl導(dǎo)通的門限電壓時，泄放功率晶體管Tl的漏極與源極接通，近似短路，電流互感器二次側(cè)輸出電流i直接對地泄放，即i = ip i2 = O。隔離二極管D1、D2單向?qū)ǜ綦x，泄放功率晶體管Tl的導(dǎo)通泄放不影響儲能電容Cl的電壓PVCC與儲能電容C2的電壓VCC。當儲能電容Cl上的電壓PVCC上的能量被消耗或放電而低于穩(wěn)壓二極管D3的穩(wěn)壓值TL.,或穩(wěn)壓二極管D3的漏電流Ik在電阻R2上的電壓V = Ie*R2小于泄放功率晶體管Tl導(dǎo)通的門限電壓，泄放功率晶體管Tl截止，電流互感器輸出電流i繼續(xù)對儲能電容Cl充電，儲能電容Cl的電壓PVCC上升，即i = I27I1 = O。穩(wěn)壓二極管D3、電阻R2、泄放功率晶體管Tl三者共同作用，形成動態(tài)反饋調(diào)節(jié)，使得儲能電容Cl上電壓PVCC在一定范圍內(nèi)維持相對穩(wěn)定的值。
[0036]此外，泄放功率晶體管Tl的柵極與單向?qū)ǜ綦x二極管D4的陽極相連接，泄放功率晶體管T2導(dǎo)通、截止狀態(tài)完全同步于泄放功率晶體管Tl。當泄放功率晶體管Tl的漏極與源極接通，近似短路狀態(tài)時，電流互感器輸出電流i直接對地泄放，不再對儲能電容充電。此時，泄放功率晶體管T2漏極也與源極接通，即儲能電容Cl上的電壓能量PVCC通過模擬負載泄放電阻對地泄放。通過在儲能電容Cl兩端增加能量泄放回路，加快了儲能電容Cl的放電，縮短了泄放功率晶體管Tl的泄放時間，即增加了對儲能電容Cl的充電周期。
[0037]由于電流互感器輸出為電流源，單純通過泄放功率晶體管Tl進行帶載泄放，需要采用具有很大散熱體積的大功率電阻。通過泄放功率晶體管T2對儲能電容Cl上的電壓能量PVCC進行泄放，儲能電容Cl的電壓值PVCC是一定的(僅為十幾伏)，且對電壓能量PVCC的泄放與泄放功率晶體管Tl的導(dǎo)通、截止同步，為間斷周期性的，所以模擬負載泄放電阻通過幾個常規(guī)的貼片電阻并聯(lián)就可以滿足功率要求。值得說明的是，所述的模擬負載泄放電阻中模擬是相對于圖2中負載Z2的，通過并聯(lián)電阻的形式額外增加一個與負載Z2等效的負載，本實施例采用4個貼片電阻R3、R4、R5、R6并聯(lián)組成模擬負載泄放電阻，對于不同情況，使用兩個以上(包含兩個)貼片電阻并聯(lián)，并聯(lián)構(gòu)成的模擬負載泄放電阻阻值約等于或大于負載Z2即可，負載Z2的阻值由實際情況決定。本實施例使用的4個貼片電阻的封裝尺寸為0805，阻值為1.5K，完全能夠滿足快速泄放儲能電容Cl上能量的要求，且電阻發(fā)熱小、占用脫扣器內(nèi)部空間小，脫扣器成本降低。
[0038]圖5是應(yīng)用本實施例的能量泄放管理電路獲得的電流互感器電流輸出曲線圖，曲線I為去掉泄放模擬負載電路的250A電子脫扣器的電流曲線，曲線2為增加泄放模擬負載電路的電子脫扣器電流曲線。從圖5可以看出，在小電流或沒有到達泄放點前，含有泄放模擬負載電路與沒有泄放模擬負載電路的電流互感器輸出基本一樣，保證了電子脫扣器較低的啟動點。在電流達到泄放點后，含有泄放模擬負載電路的電流互感器輸出電流明顯小于不含有該電路的電子脫扣器，避免了電流互感器發(fā)熱且有效保護了電子脫扣器的可靠工作。
[0039]實施例1所述的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路，能夠滿足電子脫扣器較低電流啟動點的要求，同時能在電流互感器提供能量充足的情況下，通過改變電子脫扣器(ETU)等效負載的方式，降低電流互感器的二次側(cè)電流輸出，避免電流互感器發(fā)熱及保護電子脫扣器正常工作，且電路結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、能量泄放效果顯著、工作穩(wěn)定，具有很高的應(yīng)用價值。
[0040]以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，本發(fā)明的能量泄放模擬負載電路及泄放管理電路并不只是局限應(yīng)用于電子脫扣器，而是能夠適用于采用電流互感器供電的電源電路中。附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，其特征在于:包括模擬負載泄放電阻、泄放功率晶體管T2和隔離二極管D4，所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，泄放功率晶體管T2的柵極與隔離二極管D4的陰極相連，該泄放功率晶體管T2的源極接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子脫扣器電源能量泄放模擬負載電路，其特征在于:所述的模擬負載泄放電阻由兩個以上貼片電阻并聯(lián)而成。
3.一種電子脫扣器電源能量泄放管理電路，其特征在于:包括泄放功率晶體管Tl、T2，儲能電容C1、C2，隔離二極管D1、D2、D4，穩(wěn)壓二極管D3，電阻R2和模擬負載泄放電阻；電流互感器二次側(cè)電流輸出端分別與隔離二極管Dl的陽極、泄放功率晶體管Tl的源極相連，隔離二極管Dl的陰極分別與穩(wěn)壓二級管D3的陰極、儲能電容Cl的正極相連；穩(wěn)壓二級管D3的陽極分別與泄放功率晶體管Tl的柵極、電阻R2的一端、隔離二極管D4的陽極相連；所述的模擬負載泄放電阻的一端與泄放功率晶體管T2的漏極相連，該模擬負載泄放電阻的另一端分別與儲能電容Cl的正極、隔離二極管D2的陽極相連，隔離二極管D2的陰極與儲能電容C2的正極相連；所述的泄放功率晶體管Tl的漏極、電阻R2的另一端、儲能電容Cl的負極、泄放功率晶體管T2的源極、儲能電容C2的負極均接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電子脫扣器電源能量泄放管理電路，其特征在于:所述的模擬負載泄放電阻由兩個以上貼片電阻并聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電子脫扣器電源能量泄放管理電路，其特征在于:所述的電阻R2的兩端并聯(lián)有濾波電容C7，儲能電容Cl的兩端并聯(lián)有濾波電容C3，儲能電容C2的兩端并聯(lián)有濾波電容C4。
【文檔編號】H02H9/02GK104300520SQ201410620481
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】劉彬, 湯斐挺 申請人:大全集團有限公司