一种基于恒流斩波的永磁限流电路的制作方法

1.本实用新型涉及永磁断路器技术领域，具体涉及一种基于恒流斩波的永磁限流电路。


背景技术：

2.我国目前使用的6-35kv断路器的操作机构多数是弹簧机构，鉴于弹簧机构存在零部件多，制造工艺复杂，运行容易引起机械故障，分合闸的速度慢，动作时间长，严重影响断路器的性能和可靠性，而且在实现配网馈线自动化功能时，由于弹簧断路器动作响应时间长，在重合闸的“分-0.3s-合”逻辑下，存在响应时间长的先天不足。
3.永磁断路器与弹簧断路器相比，永磁断路器通过磁芯传动主轴直线驱动开关管的触头实现开关的分合闸，电子控制，机械结构简单，零件数目少，结构磨损小，开关动作速度快，分合闸时间短，使得断路器性能和功能提高，在使用寿命期内基本实现免维护。
4.鉴于永磁操作机构的诸多优点，越来越多的供电局开始大量使用永磁断路器取代弹簧断路器。永磁断路器也需要永磁控制器实现开关的分合控制，但是永磁断路器在动作时，控制回路的线圈电流容易突变增大，容易造成控制器的igbt和断路器本体上的传动线圈烧毁。因此，如何限制分合闸电流成为一个技术难题。
5.然而，现有限流电路存在以下问题：
6.(1)电阻限流：体积大，易发热，功率要求大；
7.(2)pwm控制：使用单一，针对不同永磁开关，pwm频率不同，限流不稳定；
8.(3)增大电压：电路元件耐压要求高，dc-dc升压模块损耗大。


技术实现要素：

9.本实用新型提供的一种基于恒流斩波的永磁限流电路，用于解决现有技术中电阻限流、pwm控制以及增大电压存在的各种问题，在永磁控制器的驱动回路上无需串联限流电阻、耗能调整管之类的元件情况下，能够有效把永磁控制器的分合闸输出电流限制在指定的范围内。
10.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
11.一种基于恒流斩波的永磁限流电路，其包括：直流采样电路、电压比较电路、限流控制电路，当外部控制器控制永磁断路器合闸时，由所述直流采样电路检测出瞬时合闸电流信号，所述直流采样电路的第一输出端与所述电压比较电路连接；所述电压比较电路包括分压电路、基准电路以及比较器，所述分压电路的输入端作为所述直流采样电路的输出电压vout端口，所述分压电路的输出端与所述比较器的反相输入端连接，所述基准电路与所述比较器的同相输入端连接，用于提供一基准电压，所述比较器的输出端与所述限流控制电路连接，用于输出一比较信号，所述限流控制电路根据所述比较信号输出一电平控制信号以控制一开关合闸回路导通或断开，以控制永磁断路器线圈两端电压，从而实现限流控制。
12.进一步的方案是，所述限流控制电路包括光耦、开关合闸回路，所述光耦的第一引脚与所述比较器的输入端之间连接有电阻r6，当检测到所述比较器的输出端输出为低电平时，所述光耦不导通，所述光耦的第五引脚向所述开关合闸回路输出低电平；当检测到所述比较器的输出端输出为高电平时，该高电平信号经过所述电阻r6驱动所述光耦，所述光耦的第五引脚向所述开关合闸回路输出高电平。
13.更进一步的方案是，所述开关合闸回路包括一场效应管，所述场效应管的栅极与所述光耦的第五引脚之间连接有电阻r8、二极管d2以及tvs管，所述场效应管的漏极连接至所述直流采样电路的第二输出端，所述场效应管的源极与储能电容的负极连接。
14.更进一步的方案是，所述直流采样电路包括霍尔电流传感器，当外部控制器控制永磁断路器合闸时，所述霍尔电流传感器的输入端和第二输出端之间有瞬时合闸电流信号通过。
15.更进一步的方案是，在所述霍尔电流传感器的第一输出端连接有二极管d1，霍尔电流传感器的第一输出端经过所述二极管d1输出电压vout。
16.更进一步的方案是，所述比较器的反相输入端与输出端之间依次连接有电阻r4以及电容c2，所述比较器的同相输入端与输出端之间连接有电容c4。
17.更进一步的方案是，所述分压电路包括电阻r1以及电阻r2，所述电阻r1的第一端作为所述直流采样电路的输出电压vout端口，所述电阻r2的第一端接地，所述电阻r1的第二端与所述电阻r2的第二端、所述比较器的反相输入端连接。
18.更进一步的方案是，所述基准电路包括电压基准芯片以及电阻r3，所述电阻r3的第一端接电源，所述电阻r3的第二端与所述电压基准芯片的第一端、所述比较器的同相输入端连接，所述电压基准芯片的第二端与第三端之间连接有电容c3。
19.由此可见，本实用新型在永磁控制器的输出回路无需串联限流电阻、耗能调整管之类的元件，且能够有效把分合闸输出电流限制在指定的范围内，并且通过限流能有效防止永磁机构线圈和igbt的损坏。
20.进一步的，本实用新型为纯硬件限流电路，无需软件配合，能根据合闸电流的大小，自动通断断路器的控制回路，可适用于所有永磁断路器，解决了适用单一的问题。
21.进一步的，本实用新型解决了因储能电容能量不足，造成无法快速实现重合闸的问题，从而达到快速实现重合闸的目的。
22.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
23.图1是本实用新型一种基于恒流斩波的永磁限流电路实施例中限流控制电路与直流采样电路连接的电路原理图。
24.图2是本实用新型一种基于恒流斩波的永磁限流电路实施例中电压比较电路的电路原理图。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的
实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.参见图1与图2，本实用新型所涉及的一种基于恒流斩波的永磁限流电路，包括：直流采样电路、电压比较电路、限流控制电路，当外部控制器控制永磁断路器合闸时，由直流采样电路检测出瞬时合闸电流信号，直流采样电路的第一输出端与电压比较电路连接。
27.在本实施例中，电压比较电路包括分压电路、基准电路以及比较器u3a，分压电路的输入端作为直流采样电路的输出电压vout端口，分压电路的输出端与比较器u3a的反相输入端连接，基准电路与比较器u3a的同相输入端连接，用于提供一基准电压v2，比较器u3a的输出端与限流控制电路连接，用于输出一比较信号kout，限流控制电路根据比较信号kout输出一电平控制信号以控制一开关合闸回路导通或断开，以控制永磁断路器线圈两端电压，从而实现限流控制。
28.在本实施例中，限流控制电路包括光耦u4、开关合闸回路，光耦u4的第一引脚与比较器u3a的输入端之间连接有电阻r6，当检测到比较器u3a的输出端输出为低电平时，光耦u4不导通，光耦u4的第五引脚向开关合闸回路输出低电平；
29.当检测到比较器u3a的输出端输出为高电平时，该高电平信号经过电阻r6驱动光耦u4，光耦u4的第五引脚向开关合闸回路输出高电平。
30.在本实施例中，开关合闸回路包括一场效应管q1，场效应管q1的栅极与光耦u4的第五引脚之间连接有电阻r8、二极管d2以及tvs管tvs1，场效应管q1的漏极连接至直流采样电路的第二输出端，场效应管q1的源极与储能电容的负极连接。
31.在本实施例中，直流采样电路包括霍尔电流传感器u1，当外部控制器控制永磁断路器合闸时，霍尔电流传感器u1的输入端和第二输出端之间有瞬时合闸电流信号i通过。
32.在霍尔电流传感器u1的第一输出端连接有二极管d1，霍尔电流传感器u1的第一输出端经过二极管d1输出电压vout。
33.比较器u3a的反相输入端与输出端之间依次连接有电阻r4以及电容c2，比较器u3a的同相输入端与输出端之间连接有电容c4。
34.在本实施例中，分压电路包括电阻r1以及电阻r2，电阻r1的第一端作为直流采样电路的输出电压vout端口，电阻r2的第一端接地，电阻r1的第二端与电阻r2的第二端、比较器u3a的反相输入端连接。
35.在本实施例中，基准电路包括电压基准芯片u2以及电阻r3，电阻r3的第一端接电源15 ，电阻r3的第二端与电压基准芯片u2的第一端、比较器u3a的同相输入端连接，电压基准芯片u2的第二端与第三端之间连接有电容c3。
36.其中，cap-：接储能电容负极；hq_com：接永磁驱动电路h桥公共负端。
37.本实用新型的设计目的包括：1：合闸电流：i≤in；2：响应时间快：us级；3：igbt通断延时小：ns级；4：霍尔电流传感器u1副边输出电压精度高：
±
1％；5：电路抗干扰性强。
38.对于直流采样电路，当控制器控制永磁断路器合闸时，霍尔电流传感器u1的5脚和6脚有瞬时合闸电流i通过，经过霍尔电流传感器u1内部电路转换后，霍尔电流传感器u1的3脚经过二极管d1输出电压vout。其中，电容c1起到吸收尖峰和滤波作用，可以起到稳定输出电压vout的作用。
39.对于电压比较电路，输出电压vout经过电阻r1、r2分压后，得到分压电压v1，v1＝[vout/(r1 r2)]*r2。其中，由电源 15v、电阻r3和电压基准芯片u2组成基准电路，得到基准电压v2＝2.5v。其中，电容c3起到稳定基准电压的作用。
[0040]
当合闸电流i》in时，即v1》v2。比较器u3a的1脚输出低电平0，即kout为低电平0；
[0041]
当合闸电流i≤in时，即v1《v2。比较器u3a的1脚输出高电平1，即kout为高电平1；
[0042]
在电路中，电阻r4、电容c2串联在比较器u3a的输入输出端，可以起到驱动频率补偿的作用，用于系统充电稳定；电容c4串联在比较器u3a的输入输出端，可以起到充电补偿的作用。
[0043]
对于限流控制电路，当合闸电流i》in时，光耦u4不导通，光耦u4的5脚输出低电平0，即xl_out为低电平0，场效应管q1不导通，开关合闸回路被断开，断路器线圈两端电压消失，电流下降；
[0044]
当合闸电流i降至in以下，kout经过电阻r6驱动光耦u4，光耦u4的5脚输出高电平1，即xl_out为高电平1，xl_out经过电阻r8驱动场效应管q1，场效应管q1导通，开关合闸回路导通，断路器线圈两端电压恢复，电流升高；
[0045]
在电路中，二极管d2起到igbt结电容快速释放作用；tvs管tvs1起到稳定igbt的驱动电压和结电容释放电压，可以把电压钳制在15v以下，防止电压过高，击穿igbt的门极和光耦u4的5，4脚。
[0046]
由此可见，本实用新型在永磁控制器的输出回路无需串联限流电阻、耗能调整管之类的元件，且能够有效把分合闸输出电流限制在指定的范围内，并且通过限流能有效防止永磁机构线圈和igbt的损坏。
[0047]
进一步的，本实用新型为纯硬件限流电路，无需软件配合，能根据合闸电流的大小，自动通断断路器的控制回路，可适用于所有永磁断路器，解决了适用单一的问题。
[0048]
进一步的，本实用新型解决了因储能电容能量不足，造成无法快速实现重合闸的问题，从而达到快速实现重合闸的目的。
[0049]
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。