一种低静态功耗带功率要求的强电开入回路的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统技术领域，特别涉及一种低静态功耗带功率要求的强电开入回路。


背景技术：

2.随着电网的发展，电网对供电可靠性要求越来越高，为了避免因变电站现场电磁干扰或交直流混接导致的信号误采样甚至保护装置误动，电力系统相关标准要求应用于直接跳闸回路的开入启动功率应大于5w，同时，为了优化装置运行环境，需在有效开入识别后，切断多余功耗，降低产品运行温度。
3.为了满足上述功能需求，继电保护装置厂家一般采取的如下两种方式实现：
4.1)采用1a1b型机械式继电器实现开入信号传递和功率切除，常开接点用于向弱电回路传递开入量信号，常闭接点用于在继电器的强电侧串接功率消耗电阻。在常开接点闭合、开入动作的同时，常闭接点断开，切断功率消耗回路。这种方式对用到的继电器两付接点间的耐压要求较高，相应成本较高。
5.2)专利申请号为：200910184443.x，公开了一种带功率要求的强电开关量输入模块，采用三极管型开关元件加光耦实现开入信号传递和功率切除，该回路使用2个三极管实现状态转换，其中1个三极管配合光耦实现开入信号传递，另1个三极管负责大功率电阻的功耗切除，当开入动作同时，三极管切除功率消耗电阻回路。由于三极管是电流型元件，三极管集电极电流i
c
的大小与基极电流i
b
的大小正相关，当三极管i
b
较小时，会导致大功率电阻功耗不能完全切除，导致开入回路残留较大的功耗。因此，该电路i
b
较大，导致静态功耗较大。如图2所示，该电路的静态功耗为：
[0006][0007]
其中，p
nor
为该电路的静态功耗，u
in
为该电路的输入电压，u
v4
为稳压管v4上的电压。如专利中所述，当开入电压u
in
为220v时，v4选择43v稳压管，此时该电路的静态功耗为：
[0008][0009]
随着继电保护装置小型化和就地化安装需求不断提高，以上两种方式实现电路因静态功耗大，占用空间等原因已无法满足现有继电保护装置对带功率要求强电开入回路的需求。


技术实现要素：

[0010]
实用新型目的：本实用新型提供一种低静态功耗带功率要求的强电开入回路，解决了现有继电保护装置开入回路静态功耗大的问题。
[0011]
技术方案：为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案为：一种低静态功耗带功率要求的强电开入回路，包括开入识别电路和大功率控制电路；
[0012]
所述大功率控制电路包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第六电阻r6、稳压管v2和第二mos管q2；所述第二电阻r2的一端接外部电压信号开入端正极，另一端接稳压管v2的阴极，稳压管v2的阳极接第六电阻r6，所述第六电阻r6的另一端接外部电压信号开入端负极；第二mos管q2的g极与稳压管v2、第六电阻r6之间的节点相连，第二mos管q2的s极接外部电压信号开入端负极，外部电压信号开入端正极与第二mos管q2的d极之间串接第一电阻r1；
[0013]
所述开入识别电路包括：第三电阻r3、第四电阻r4、光耦u1和第一mos管q1；第三电阻r3、第四电阻r4串联连接，第三电阻r3接外部电压信号开入端正极，第四电阻r4接外部电压信号开入端负极，第一mos管q1的g极与第三电阻r3、第四电阻r4之间的节点相连，第一mos管q1的s极接外部电压信号开入端负极，第一mos管q1的d极接光耦u1的阴极，光耦u1的阳极与第二电阻r2、稳压管v2之间的节点连接。
[0014]
进一步的，还包括第一二极管v1，第一二极管v1的阴极接外部电压信号开入端负极，第一二极管v1的阳极与第四电阻r4、第一mos管q1的s极、第六电阻r6、第二mos管q2的s极之间的连接点相连。
[0015]
进一步的，在光耦u1的发光二极管侧并联有第五二极管v5，第五二极管v5的阴极连接光耦u1的阳极，第五二极管v5的阳极连接光耦u1的阴极。
[0016]
进一步的，在第一mos管q1的ds极两端并联有第四tvs二极管v4，第四tvs二极管v4的阴极与第一mos管q1的d极相连；在第二mos管q2的ds极两端并联有第三tvs二极管v3，第三tvs二极管v3的阴极与第二mos管q2的d极相连。
[0017]
进一步的，tvs二极管v3，v4的最大击穿电压v
br
均大于mos管q1,q2的ds极电压v
ds
。
[0018]
进一步的，光耦u1为达林顿型光耦。
[0019]
进一步的，第一、二mos管的ds极最高耐压v
ds
均大于开入电压的最大值。
[0020]
进一步的，当开入电压未达到启动门槛电压值时，当q1的ds极压降大于稳压管v2的稳定电压，q2的ds极导通，实现电阻r1上的功率消耗；
[0021]
当开入电压达到启动门槛电压值时，q1的ds极导通，其压降小于稳压管v2的稳定电压，q2的ds极关断，实现功率切除。
[0022]
本实用新型有益效果：既保证了开入回路具有较大的启动功率，满足开入对启动功率的要求，提高开入电路的抗干扰能力，又保证了在长时间开入的情况下，电路整体功耗维持在较低的水平，保证了继电保护装置的可靠性；
[0023]
当开入未达到门槛时，q1 ds极压降大于v2管压降，q2 ds极导通，实现功率消耗，当开入有效时，q1 ds极导通，开入信号翻转，q2ds极关断，功率切除；
[0024]
本实用新型采用mos管控制电路，在开入稳定后能够以较低的功耗运行，提高产品的可靠性。
附图说明
[0025]
图1是本实用新型具体实施方式中的一种强电开入回路电路图；
[0026]
图2是现有技术的强电开关量输入模块电路图。
具体实施方式
[0027]
下面结合实施例对本实用新型作更进一步的说明。
[0028]
如图1所示，一种强电开入电路，包括开入识别电路、大功率控制电路；
[0029]
开入识别电路用于检测开入信号，并实现强弱电平转换和信号传递；
[0030]
大功率控制电路用于在开入电压未达到门槛电压时，依靠电阻消耗功率，以达到电路对启动功率的要求，在开入电压达到门槛电压后，切断电阻功率消耗，降低静态功耗；
[0031]
所述大功率控制电路包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第六电阻r6、稳压管v2和第二mos管q2；所述第二电阻r2的一端接外部电压信号开入端正极uin ，另一端接稳压管v2的阴极，稳压管v2的阳极接第六电阻r6，所述第六电阻r6的另一端接外部电压信号开入端负极uin
‑
；第二mos管q2的g极(栅极)与稳压管v2、第六电阻r6之间的节点相连，第二mos管q2的s极(源极)接外部电压信号开入端负极uin
‑
，外部电压信号开入端正极uin 与第二mos管q2的d极(漏极)之间串接第一电阻r1；
[0032]
所述开入识别电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、光耦u1和第一mos管q1；第三电阻r3、第四电阻r4串联连接，第三电阻r3接外部电压信号开入端正极uin ，第四电阻r4接外部电压信号开入端负极uin
‑
，第一mos管q1的g极与第三电阻r3、第四电阻r4之间的节点相连，第一mos管q1的s极接外部电压信号开入端负极uin
‑
，第一mos管q1的d极接光耦u1的阴极，光耦u1的阳极与第二电阻r2、稳压管v2之间的节点连接；
[0033]
光耦u1应选择放大系数较高的达林顿型光耦。
[0034]
进一步的，还包括第一二极管v1，第一二极管v1的阴极接外部电压信号开入端负极uin
‑
，第一二极管v1的阳极与第四电阻r4、第一mos管q1的s极、第六电阻r6、第二mos管q2的s极之间的连接点相连；第一二极管v1用于实现抑制反向电压的要求。第一二极管v1的最大反向电压需大于开入电压uin施加的最大的反向电压，v1的正向电流需大于开入回路的最大电流；
[0035]
进一步的，在光耦u1的发光二极管侧并联有第五二极管v5，第五二极管v5的阴极连接光耦u1的阳极，第五二极管v5的阳极连接光耦u1的阴极。第五二极管v5为光耦u1的保护器件，v5的正向导通电压v
f
需小于光耦u1发光二极管侧的反向耐电压v
r
。
[0036]
进一步的，q1、q2采用零栅电压漏电流和栅漏电流小的mos管，以满足静态功率小的要求，同时，q1,q2的ds极最高耐压v
ds
需大于开入电压uin的最大值；采用光耦u1来实现强电输入与弱电回路的隔离。
[0037]
进一步的，在第一mos管q1的ds极两端并联有第四tvs二极管v4，第四tvs二极管v4的阴极与第一mos管q1的d极相连；在第二mos管q2的ds极两端并联有第三tvs二极管v3，第三tvs二极管v3的阴极与第二mos管q2的d极相连；tvs二极管v3，v4为mos管q1,q2的保护器件，其最大击穿电压v
br
需大于mos管q1,q2的v
ds
；
[0038]
改变回路中r3、r4以及v2的参数，可以满足不同电压等级的开入要求；
[0039]
当开入电压uin未达到启动门槛电压值时，q1的g极电压未达到其栅极阈值电压(v
gs(th)
)，q1的ds极关断，随着开入电压的上升，当q1的ds极压降大于稳压管v2的稳定电压，同时q2的g极电压也大于其栅极阈值电压时，q2的ds极导通，实现电阻r1上的功率消耗。
[0040]
当开入电压达到启动门槛电压值时，q1的g极电压大于其栅极阈值电压v
gs(th)
，q1的ds极导通，其压降小于稳压管v2的稳定电压，此时，q2的g极电压为0，q2的ds极关断，功率切除，以实现切除多余功耗的要求，同时光耦u1的信号di_out状态由高阻变为接地。
[0041]
从上述开入回路可知，本发明开入回路的启动门槛电压u
inst
为：
[0042][0043]
其中，为mos管q1的栅极阈值电压，当开入电压大于该值时，开入有效。
[0044]
该开入回路的启动最大功率p
st
为：
[0045][0046]
其中，为稳压管v2上的电压；本实施例中，r1电阻为2.88k欧，r2电阻为440k欧，r3电阻为780k欧，r4为12k欧，r6电阻为500k欧；当开入门槛电压u
inst
＝132v时，
[0047][0048]
表明：该开入回路的启动功率高，满足开入对启动功率的要求。
[0049]
当开入有效时，通过mos管q2切除功率电阻r1电路后，该开入回路的静态功率为：
[0050][0051]
其中，u
in
为正常状态下开入电压。本实施例中，r1电阻为2.88k欧，r2电阻为440k欧，r3电阻为780k欧，r4为12k欧，r6电阻为500k欧；
[0052]
当开入电压u
in
＝220v，门槛电压u
inst
＝132v，时，
[0053]
表明：该开入回路的静态功率较低。
[0054]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。