一种电流采集装置及电子式塑壳断路器的制作方法

1.本实用新型属于电路领域，具体地涉及一种电流采集装置及电子式塑壳断路器。


背景技术：

2.电子式塑壳断路器是断路器中的一种，一般作配电用，也可用于保护电动机。塑壳断路器安装于线路中可对负载设备进行保护，当线路中出现异常现象，如漏电、过载、短路等时，电子式塑壳断路器可及时切断向负载设备的供电，达到保护线路、负载设备及人身安全的目的。现有电子式塑壳断路器一般是采用2套单独的电流互感器串于母线中，一套采用p级电流互感器用于保护自供电与保护采样用；一套采用s级电流互感器用于计量采样用，由于采用2套单独的电流互感器串于母线中，导致体积较大，使得断路器整体尺寸较长，且使得内部连接导体较长，装配较麻烦，成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种电流采集装置用以解决上述存在的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种电流采集装置，包括第1级电流互感器和第2级电流互感器，第1级电流互感器的一次侧绕组串接于被测线路中，第1级电流互感器的二次侧绕组的输出用于接主控电路，第2级电流互感器的一次侧绕组串接于第1电流互感器的二次侧绕组的输出回路中，第2级电流互感器的二次侧绕组的输出用于接计量电路，第2级电流互感器的一次侧绕组的匝数为多匝。
5.进一步的，还包括第一电流采样电路，第1级电流互感器的二次侧绕组的输出端接第一电流采样电路的输入端，第一电流采样电路的输出端用于接主控电路。
6.更进一步的，还包括电流放大电路，第一电流采样电路的输出端通过电流放大电路接主控电路。
7.更进一步的，还包括第一低通滤波电路，第一低通滤波电路设置在第一电流采样电路的输出端与电流放大电路的输入端之间。
8.进一步的，所述电流放大电路包括小电流放大电路和大电流放大电路，小电流放大电路和大电流放大电路的输入端同时接第一电流采样电路的输出端，小电流放大电路和大电流放大电路的输出端分别与主控电路的输入端连接。
9.进一步的，还包括第二电流采样电路，第2级电流互感器的二次侧绕组的输出端接第二电流采样电路的输入端，第二电流采样电路的输出端接计量电路。
10.更进一步的，还包括第二低通滤波电路，第二低通滤波电路设置在第二电流采样电路的输出端与计量电路之间。
11.进一步的，还包括通讯电路，计量电路通过通讯电路与主控电路通信连接。
12.进一步的，所述第1级电流互感器为保护电流互感器，第2级电流互感器为精密电流互感器。
13.本实用新型还公开了一种电子式塑壳断路器，设有上述的电流采集装置，第1级电
流互感器的一次侧绕组串接于电子式塑壳断路器的母线中。
14.本实用新型的有益技术效果：
15.本实用新型采用两级电流互感器串联采样，第1级电流互感器的一次侧绕组串接于被测线路中，第2级电流互感器可直接设计于电子线路板上，占用体积小，内部连接导体更短，装配更简单，成本更低；同时第2级电流互感器的一次侧绕组的匝数为多匝，形成磁放大结构，放大二次侧电流，提高第2级电流互感器在小电流情况下的检测精度，很好地兼顾测量及保护信号采样。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型具体实施例一的结构框图；
18.图2为本实用新型具体实施例一的第1级电流互感器、第2级电流互感器、第一电流采样电路、第二电流采样电路、电流放大电路的具体电路图；
19.图3为本实用新型具体实施例一的主控电路的具体电路图；
20.图4为本实用新型具体实施例一的计量电路的具体电路图；
21.图5为本实用新型具体实施例一的通信电路的具体电路图。
具体实施方式
22.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
23.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
24.实施例一
25.如图1-5所示，一种电流采集装置，包括第1级电流互感器ct1、第2级电流互感器ct2、第一电流采样电路1、第二电流采样电路2、电流放大电路3、主控电路4、计量电路5和通信电路6，第1级电流互感器ct1的一次侧绕组串接于被测线路中，本具体实施例中，被测线路为电子式塑壳断路器的母线，但并不限于此。
26.本具体实施例中，第1级电流互感器ct1为一次穿心结构，使用简便，但并不以此为限。第1级电流互感器ct1的二次侧绕组的输出端接第一电流采样电路1的输入端，第一电流采样电路1的输出端接电流放大电路3的输入端，电流放大电路3的输出端接主控电路4的输入端。
27.本具体实施例中，第一电流采样电路1包括整流桥bd1和采样电阻r31，整流桥bd1的输入端接第1级电流互感器ct1的二次侧绕组的输出端，整流桥bd1的输出负端接采样电阻r31的第一端，采样电阻r31的第二端接地，整流桥bd1的输出正端用于保护自供电(如为主控电路4、计量电路5、通信电路6等供电)，采样电阻r31的第一端为第一电流采样电路1的
输出端，采用该第一电流采样电路1，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用现有的其它电流采样电路来实现。
28.进一步的，本实施例中，还包括第一低通滤波电路，第一低通滤波电路设置在第一电流采样电路1的输出端与电流放大电路3的输入端之间，用以对第一电流采样电路1的采样信号进行滤波，提高第一电流采样电路1的采样信号稳定性和可靠性。
29.具体的，本实施例中，第一低通滤波电路包括电阻r32和电容c31，电阻r32的第一端接采样电阻r31的第一端，电阻r32的第二端接电流放大电路3的输入端，电容c31接在采样电阻r31的第二端和电阻r32的第二端之间，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用现有的其它滤波电路来实现。
30.本具体实施例中，电流放大电路3包括小电流放大电路和大电流放大电路，小电流放大电路和大电流放大电路的输入端同时通过第一低通滤波电路接第一电流采样电路1的输出端，小电流放大电路和大电流放大电路的输出端分别与主控电路4的输入端连接，通过设置小电流放大电路和大电流放大电路，提升电流测量范围。
31.具体的，小电流放大电路包括运算放大器u13a、电阻r39、电阻r40、电阻r41和电容c38，大电流放大电路包括运算放大器u14a、电阻r51、电阻r52、电阻r53和电容c42，运算放大器u13a的反相输入端串联电阻r39接电阻r32的第二端，运算放大器u13a的同相输入端接地，运算放大器u13a的输出端串联电阻r41接主控电路4的输入端cs_ad0，电阻r40接在运算放大器u13a的反相输入端和输出端之间，电容c38接在电阻r41与主控电路4的输入端cs_ad0之间的节点与地之间；运算放大器u14a的反相输入端串联电阻r51接电阻r32的第二端，运算放大器u14a的同相输入端接地，运算放大器u14a的输出端串联电阻r53接主控电路4的输入端hcs_ad0，电阻r52接在运算放大器u14a的反相输入端和输出端之间，电容c42接在电阻r53与主控电路4的输入端hcs_ad0之间的节点与地之间，但并不限于此，在一些实施例中，电流放大电路3也可以采用现有的其它放大电路来实现。
32.本具体实施例中，主控电路4采用mcu处理器u15来实现，电路结构简单，易于实现，成本低，具体电路连接请详见图3，此不再细说，当然，在一些实施例中，主控电路4也可以采用其它处理器来实现。
33.第2级电流互感器ct2的一次侧绕组串接于第1电流互感器ct1的二次侧绕组的输出回路中，第2级电流互感器ct2的二次侧绕组的输出端接第二电流采样电路2的输入端，第二电流采样电路2的输出端接计量电路5的输入端，计量电路5通过通讯电路6与主控电路4通信连接，第2级电流互感器ct2的一次侧绕组的匝数为多匝，如2匝、3匝、4匝等，进行磁放大，使第2级电流互感器ct2的二次侧输出电流放大，确保产品在输入小电流下也得获得较好的精度。
34.本具体实施例中，第二电流采样电路2包括采样电阻r107和r108，采样电阻r107和r108的第一端分别接第2级电流互感器ct2的二次侧绕组的两输出端，采样电阻r107和r108的第二端接地，提升采样精度，但并不限于此，在一些实施例中，第二电流采样电路2也可以采用现有的其它电流采样电路来实现。
35.进一步的，本实施例中，还包括第二低通滤波电路，第二低通滤波电路设置在第二电流采样电路2的输出端与计量电路5之间，用以对第二电流采样电路2的采样信号进行滤波，提高第二电流采样电路2的采样信号稳定性和可靠性。具体的，本实施例中，第二低通滤
波电路包括电阻r109、电阻r110、电容c76和电容c77，具体电路连接请详见图2，此不再细说，但并不以此为限，在一些实施例中，也可以采用现有的其它滤波电路来实现。
36.本具体实施例中，计量电路5采用计量芯片u20来实现，具体电路详见图4，通讯电路6采用隔离芯片u21以spi通讯方式与mcu处理器u15进行通信，具体电路详见图5，但并不以此为限。
37.优选的，本具体实施例中，第1级电流互感器ct1为0.5s电流互感器，但并不限于此，在一些实施例中，第1级电流互感器ct1也可以是其它保护电流互感器，如0.2s甚至更高精度的保护电流互感器，第2级电流互感器ct2为精密电流互感器，进一步提升电流采样效果。
38.使用时，第1级电流互感器ct1的一次侧穿过电子式塑壳断路器的母线，采集母线电流，得到第1级电流互感器ct1的二次侧电流，流经第2级电流互感器ct2的一次侧绕组，经磁放大后得到第2级电流互感器ct2的二次侧电流。
39.第1级电流互感器ct1的二次侧电流通过整流桥bd1整流后并采样电阻r31采样后，将电流信号转为电压信号，经电阻r32、电容c31低通滤波后，经由运算放大器u13a、电阻r39、电阻r40、电阻r41和电容c38组成的小电流放大电路及运算放大器u14a、电阻r51、电阻r52、电阻r53和电容c42组成的大电流放大电路进行信号放大提供给mcu处理器u15进行ad采样与处理，以进行相应异常保护等。
40.第2级电流互感器ct2的二次侧电流经采样电阻r107和r108采样后，将电流信号转为差分电压信号，经电阻r109、电阻r110、电容c76、电容c77组成的rc低通滤波后，提供给计量芯片u20进行ad采样与处理，获得的计量信息通过隔离芯片u21以spi通讯方式传送给mcu处理器u15进行处理。
41.实施例二
42.本实用新型还提供了一种电子式塑壳断路器，设有上述的电流采集装置，其中，第1级电流互感器的一次侧绕组串接于电子式塑壳断路器的母线中，第2级电流互感器ct2设置在线路板上。
43.本实用新型采用两级电流互感器串联采样，第1级电流互感器的一次侧绕组串接于电子式塑壳断路器的母线中，第2级电流互感器可直接设计于电子线路板上，占用体积小，塑壳尺寸小，内部连接导体更短，装配更简单，成本更低；同时第2级电流互感器的一次侧绕组的匝数为多匝，形成磁放大结构，放大二次侧电流，提高第2级电流互感器在小电流情况下的检测精度，很好地兼顾测量及保护信号采样。
44.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。