一种基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器的制作方法

1.本实用新型涉及低压电器设备技术领域，更具体地，涉及一种基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器。


背景技术：

2.传统的断路器欠压脱扣器为典型的电磁铁结构，电磁铁的铁芯由弹簧顶出，线圈通电后产生的电磁力和弹簧力相反。当电压大于70%额定电压时，电磁力大于弹簧力，铁芯被吸入电磁铁，断路器可以正常合闸。当电压小于35%额定电压时，电磁力小于弹簧力，铁芯顶出推动牵引杆使断路器脱扣，从而达到欠压脱扣的保护功能。
3.基于以上技术的欠压脱扣器存在一下缺点：
4.1、线圈长时间通市电，功耗大；
5.2、发热量大，在高温场合故障率高；
6.3、动作电压离散性大，生产过程中调节动作电压耗时较长；
7.4、在线圈动作零界点附件，由于电磁力和弹簧力相当，产品受到振动容易脱扣。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供了一种基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器，以解决背景技术中存在的现有欠压脱扣器存在功耗大、发热量大、不稳定等问题，在某些高温或震动的场合不能满足用户使用要求。
9.作为本实用新型的第一个方面，提供一种基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器，包括浪涌吸收回路、整流回路、dc/dc回路、电压检测及脱扣驱动回路、启动时间控制回路、启动电流控制回路、脱扣控制回路以及脱扣线圈，所述整流回路分别与所述浪涌吸收回路、dc/dc回路以及启动电流控制回路连接，所述dc/dc回路还分别与所述电压检测及脱扣驱动回路和启动时间控制回路连接，所述电压检测及脱扣驱动回路还与所述脱扣控制回路连接，所述脱扣控制回路、启动时间控制回路以及启动电流控制回路依次连接，所述脱扣控制回路和启动电流控制回路均与所述脱扣线圈连接；
10.其中，所述启动电流控制回路包括第二十一电阻r21、三极管q3、继电器ry1以及第十二极管d10，所述第二十一电阻r21的一端连接所述启动时间控制回路，另一端连接所述三极管q3的基极，所述三极管q3的发射极接电源电压vp，所述三极管q3的集电极分别连接所述继电器ry1的线圈一端和第十二极管d10的负极，所述继电器ry1的线圈另一端和第十二极管d10的正极相连后接地，所述继电器ry1的触点一端接到所述整流回路的正输出端hv ，另一端分别连接所述脱扣控制回路和脱扣线圈。
11.进一步地，所述浪涌吸收回路包括第一电阻rf1、压敏电阻rv1和第二电阻rf2，其中，所述第一电阻rf1的一端连接市电，另一端连接所述压敏电阻rv1的一端，所述压敏电阻rv1的另一端连接所述第二电阻rf2的一端，所述第二电阻rf2的另一端连接所述市电。
12.进一步地，所述整流回路包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四
二极管d4和第八二极管d8，其中，所述第一二极管d1的正极分别连接所述第二二极管d2的负极、所述第一电阻rf1的另一端和所述压敏电阻rv1的一端，所述第四二极管d4的负极分别连接所述第三二极管d3的正极、所述第二电阻rf2的一端和所述压敏电阻rv1的另一端，所述第八二极管d8的正极分别连接所述第一二极管d1的负极和所述第三二极管d3的负极。
13.进一步地，所述dc/dc回路包括第一电容c1、电源芯片u1、第二电容c2、第四电阻r4、第三电阻r3、第三电容c3、第五二极管d5、电感l1、第六二极管d6、第四电容c4和第五电容c5，其中，所述第一电容c1的正极分别连接所述第八二极管d8的负极和所述电源芯片u1的第四引脚，所述第一电容c1的负极、所述第二二极管d2的正极、所述第四二极管d4的正极、所述第五二极管d5的正极、所述第四电容c4的负极以及所述第五电容c5的一端六者连接并接地；所述电源芯片u1的第一引脚连接所述第二电容c2的一端，所述电源芯片u1的第二引脚分别连接所述第三电阻r3的一端和所述第四电阻r4的一端；所述第三电阻r3的另一端分别连接所述第三电容c3的正极和所述第六二极管d6的负极；所述电源芯片u1的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚均与所述第二电容c2的另一端连接，所述第二电容c2的另一端同时还分别连接所述第四电阻r4的另一端、所述第三电容c3的负极、所述第五二极管d5的负极和所述电感l1的一端；所述电感l1的另一端分别连接所述第四电容c4的正极、所述第六二极管d6的正极和所述第五电容c5的另一端。
14.进一步地，所述电压检测及脱扣驱动回路包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十三电阻r13、第六电容c6、第二稳压二极管zd5、第九电容c9以及第一运算放大器u2a，所述启动时间控制回路包括第十四电阻r14、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第七电容c7、第十电容c10以及第二运算放大器u2b；
15.其中，所述第五电阻r5、所述第六电阻r6、所述第七电阻r7的一端依次连接，所述第七电阻r7另一端又分别连接所述第六电容c6的一端、所述第十三电阻r13的一端、所述第二稳压二极管zd5的负极、所述第九电容c9的一端、所述第十电阻r10的一端以及所述第一运算放大器u2a的同相输入端；所述第六电容c6的另一端分别连接所述第十三电阻r13的另一端和所述第二稳压二极管zd5的正极，同时，所述第六电容c6的另一端接地；所述第九电容c9的另一端分别连接所述第八电阻r8的一端、所述第九电阻r9的一端以及所述第一运算放大器u2a的反相输入端，所述第九电阻r9的另一端接地；所述第一运算放大器u2a的输出端分别连接所述第十电阻r10的另一端和所述第十四电阻r14的一端；所述第十四电阻r14的另一端分别连接所述第十八电阻r18的一端、所述第七电容c7的一端、所述第十电容c10的一端以及所述第二运算放大器u2b的同相输入端；所述第十八电阻r18的另一端连接所述第七电容c7的另一端，所述第十八电阻r18的另一端还接地；所述第十电容c10的另一端分别连接所述第十九电阻r19的一端、所述第二十电阻r20的一端以及所述第二运算放大器u2b的反相输入端，所述第二十电阻r20的另一端接地；所述第二运算放大器u2b的输出端连接所述第二十一电阻r21的一端。
16.进一步地，所述脱扣控制回路包括第九二极管ｄ9、第七二极管d7、第二mos管q2、第八电容c8、第十一电阻r11以及第十二电阻r12，所述脱扣线圈包括欠压脱扣线圈；
17.其中，所述继电器ry1的触点一端连接所述整流回路的正输出端hv ，另一端分别连接所述第九二极管ｄ9的负极、第七二极管d7的负极以及所述欠压脱扣线圈的一端，所述
第九二极管ｄ9的正极连接所述电源电压vp，所述第七二极管d7的正极分别连接所述欠压脱扣线圈的另一端和所述第二mos管q2的漏极，所述第二mos管q2的栅极分别连接所述第十一电阻r11的一端、第十二电阻r12的一端以及第八电容c8的一端，所述第二mos管q2的源极、第十二电阻r12的另一端以及第八电容c8的另一端三者连接并接地，所述第十一电阻r11的另一端与所述第一运算放大器u2a的输出端连接。
18.本实用新型提供的基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器具有以下优点：
19.（1）功耗低，上电瞬间使用大电流使线圈吸合，后续使用低电压小电流维持；
20.（2）寿命长，线圈主要工作在低电压小电流维持阶段，发热量小温升低，使线圈寿命大大延长；
21.（3）动作电压稳定，使用运放对电源电压进行比较，并控制线圈，一致性极好；
22.（4）稳定性高，在线圈动作零界点附件，电磁力远大于弹簧力；
23.（5）启动电流使用继电器隔离驱动，成本低，可靠性高。
附图说明
24.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
25.图1为本实用新型提供的基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器的原理框图。
26.图2为本实用新型提供的基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器的电路结构图。
27.图3为本实用新型提供的浪涌吸收回路和整流回路的电路结构图。
28.图4为本实用新型提供的dc/dc回路的电路结构图。
29.图5为本实用新型提供的电压检测及脱扣驱动回路的电路结构图。
30.图6为本实用新型提供的启动时间控制回路、启动电流控制回路、脱扣控制回路以及脱扣线圈的电路结构图。
具体实施方式
31.为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
32.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.在本实用新型的解释中，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，除非是特殊标明。例如，连接可以是固定连接，也可以是通过特殊的接口连接，也可以是中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实
用新型中的具体含义。
34.在本实施例中提供了一种基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器，如图1-2所示，所述基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器包括浪涌吸收回路、整流回路、dc/dc回路、电压检测及脱扣驱动回路、启动时间控制回路、启动电流控制回路、脱扣控制回路以及脱扣线圈，所述整流回路分别与所述浪涌吸收回路、dc/dc回路以及启动电流控制回路连接，所述dc/dc回路还分别与所述电压检测及脱扣驱动回路和启动时间控制回路连接，所述电压检测及脱扣驱动回路还与所述脱扣控制回路连接，所述脱扣控制回路、启动时间控制回路以及启动电流控制回路依次连接，所述脱扣控制回路和启动电流控制回路均与所述脱扣线圈连接；
35.其中，所述启动电流控制回路包括第二十一电阻r21、三极管q3、继电器ry1以及第十二极管d10，所述第二十一电阻r21的一端连接所述启动时间控制回路，另一端连接所述三极管q3的基极，所述三极管q3的发射极接电源电压vp，所述三极管q3的集电极分别连接所述继电器ry1的线圈一端和第十二极管d10的负极，所述继电器ry1的线圈另一端和第十二极管d10的正极相连后接地，所述继电器ry1的触点一端接到所述整流回路的正输出端hv ，另一端分别连接所述脱扣控制回路和脱扣线圈。
36.优选地，如图3所示，所述浪涌吸收回路包括第一电阻rf1、压敏电阻rv1和第二电阻rf2，其中，所述第一电阻rf1的一端连接市电，另一端连接所述压敏电阻rv1的一端，所述压敏电阻rv1的另一端连接所述第二电阻rf2的一端，所述第二电阻rf2的另一端连接所述市电。当外界有浪涌电压输入时，压敏电阻rv1短路产生浪涌电流，浪涌电流流过电阻rf1、rf2时产生压降，使到达后级的浪涌电压大大降低，保护后续电路。
37.优选地，如图3所示，所述整流回路包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4和第八二极管d8，其中，所述第一二极管d1的正极分别连接所述第二二极管d2的负极、所述第一电阻rf1的另一端和所述压敏电阻rv1的一端，所述第四二极管d4的负极分别连接所述第三二极管d3的正极、所述第二电阻rf2的一端和所述压敏电阻rv1的另一端，所述第八二极管d8的正极分别连接所述第一二极管d1的负极和所述第三二极管d3的负极。二极管d1~d4组成整流桥，将输入的交流电压整流成直流电压供后续电路使用。第八二极管d8为防反充二极管，防止在大电流启动阶段c1上的电压被拉低，导致u1供电不足而使系统工作不稳定。
38.优选地，如图4所示，所述dc/dc回路包括第一电容c1、电源芯片u1、第二电容c2、第四电阻r4、第三电阻r3、第三电容c3、第五二极管d5、电感l1、第六二极管d6、第四电容c4和第五电容c5，其中，所述第一电容c1的正极分别连接所述第八二极管d8的负极和所述电源芯片u1的第四引脚，所述第一电容c1的负极、所述第二二极管d2的正极、所述第四二极管d4的正极、所述第五二极管d5的正极、所述第四电容c4的负极以及所述第五电容c5的一端六者连接并接地；所述电源芯片u1的第一引脚连接所述第二电容c2的一端，所述电源芯片u1的第二引脚分别连接所述第三电阻r3的一端和所述第四电阻r4的一端；所述第三电阻r3的另一端分别连接所述第三电容c3的正极和所述第六二极管d6的负极；所述电源芯片u1的第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚均与所述第二电容c2的另一端连接，所述第二电容c2的另一端同时还分别连接所述第四电阻r4的另一端、所述第三电容c3的负极、所述第五二极管d5的负极和所述电感l1的一端；所述电感l1的另一端分别连接所述第四电容c4的正
极、所述第六二极管d6的正极和所述第五电容c5的另一端。dc/dc回路将输入的高压直流电压通过pwm技术转换成24v低压直流电压，给运放u2a、u2b及欠压脱扣线圈供电。
39.优选地，如图5-6所示，所述电压检测及脱扣驱动回路包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十三电阻r13、第六电容c6、第二稳压二极管zd5、第九电容c9以及第一运算放大器u2a，所述启动时间控制回路包括第十四电阻r14、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第七电容c7、第十电容c10以及第二运算放大器u2b；其中，所述第五电阻r5、所述第六电阻r6、所述第七电阻r7的一端依次连接，所述第七电阻r7另一端又分别连接所述第六电容c6的一端、所述第十三电阻r13的一端、所述第二稳压二极管zd5的负极、所述第九电容c9的一端、所述第十电阻r10的一端以及所述第一运算放大器u2a的同相输入端；所述第六电容c6的另一端分别连接所述第十三电阻r13的另一端和所述第二稳压二极管zd5的正极，同时，所述第六电容c6的另一端接地；所述第九电容c9的另一端分别连接所述第八电阻r8的一端、所述第九电阻r9的一端以及所述第一运算放大器u2a的反相输入端，所述第九电阻r9的另一端接地；所述第一运算放大器u2a的输出端分别连接所述第十电阻r10的另一端和所述第十四电阻r14的一端；所述第十四电阻r14的另一端分别连接所述第十八电阻r18的一端、所述第七电容c7的一端、所述第十电容c10的一端以及所述第二运算放大器u2b的同相输入端；所述第十八电阻r18的另一端连接所述第七电容c7的另一端，所述第十八电阻r18的另一端还接地；所述第十电容c10的另一端分别连接所述第十九电阻r19的一端、所述第二十电阻r20的一端以及所述第二运算放大器u2b的反相输入端，所述第二十电阻r20的另一端接地；所述第二运算放大器u2b的输出端连接所述第二十一电阻r21的一端。
40.优选地，如图5-6所示，所述脱扣控制回路包括第九二极管ｄ9、第七二极管d7、第二mos管q2、第八电容c8、第十一电阻r11以及第十二电阻r12，所述脱扣线圈包括欠压脱扣线圈；其中，所述继电器ry1的触点一端连接所述整流回路的正输出端hv ，另一端分别连接所述第九二极管ｄ9的负极、第七二极管d7的负极以及所述欠压脱扣线圈的一端，所述第九二极管ｄ9的正极连接所述电源电压vp，所述第七二极管d7的正极分别连接所述欠压脱扣线圈的另一端和所述第二mos管q2的漏极，所述第二mos管q2的栅极分别连接所述第十一电阻r11的一端、第十二电阻r12的一端以及第八电容c8的一端，所述第二mos管q2的源极、第十二电阻r12的另一端以及第八电容c8的另一端三者连接并接地，所述第十一电阻r11的另一端与所述第一运算放大器u2a的输出端连接。
41.具体地，脱扣线圈为典型的电磁铁结构，电磁铁的铁芯由弹簧顶出，脱扣线圈通电后产生的电磁力和弹簧力相反。
42.本实用新型提供的基于继电器驱动的低功耗欠压脱扣器，其工作原理如下：
43.（1）电阻r5~r7及电阻r13对电源电压进行采样，运放u2a（lm258 ）对采样电压进行比较，当采样电压大于70%额定电压时，运放u2a输出高电平，控制mos管q2导通，欠压脱扣线圈通电，铁芯被拉回，断路器可以合闸。当采样电压小于35%额定电压时，运放u2a输出低电平，mos管q2关闭，欠压脱扣线圈失电，铁芯弹出，推动牵引杆使断路器分闸。
44.（2）系统上电初期，运放u2b的正输入端电压比负输入端电压低，运放u2b输出低电平，pnp三极管q3导通，继电器ry1吸合给脱扣线圈施加大电流启动。当运放u2a输出高电平时，mos管q2导通，并通过电阻r14对电容c7进行充电，经过一段时间充电后，当电容c7上的
电压高于运放u2b的参考电压时，运放u2b输出高电平，pnp三极管q3截止，继电器ry1释放关闭启动电流，此后脱扣线圈由vp（dc 24v）通过二极管d9供电，进入低功耗状态。
45.（3）启动电流由继电器ry1控制，刚上电时，运放u2b输出低电平，pnp三极管q3导通，继电器ry1得电吸合，市电整流后的高电压直接加到欠压脱扣线圈上，产生大电流使铁芯吸入。
46.（4）当mos管q2的栅极为低电平时，mos管q2截止，欠压脱扣线圈失电，铁芯在弹簧作用下弹出，推动牵引杆使断路器分闸。当启动电流关闭后，dc/dc回路转换后的低压直流电通过二极管d9给欠压脱扣线圈供电。当mos管q2及继电器ry1关闭时，欠压脱扣线圈上的电流不能突变，由二极管d7提供续流回路，防止欠压脱扣线圈两端产生高压，导致其他元件击穿。
47.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。