一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路及断路器

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，特别是一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路及断路器。

背景技术

断路器特别是智能断路器作为用电设备前端的保护装置，应用越来越广泛，其智能化程度和安全性问题也越来越备受人们的关注。但目前市面上智能断路器都普遍还存在或多或少的一些技术缺陷，主要表现在智能断路器分闸和合闸状态监测一般采用微动开关或者霍尔传感器等方式实现。由于微动开关是机械开关，因此，频繁使用导致微动开关出现磨损或卡死，造成断路器无法准确监测状态。采用霍尔传感器方式，虽然可以克服机械开关的缺陷，但由于霍尔传感器是电磁元件，因此容易受到周围磁场影响，产生误动作，此外除了需要霍尔传感器外，还需增加产生磁场的磁元件，这样会增加元件成本和部署成本。采用光耦隔离方式，对于三相四线制断路器需要监测三路相线状态，因此至少需要用到三个光耦器件，成本较高，不利于批量生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路及断路器，能够规避机械开关磨损、电磁干扰和光耦隔离需要多元件的缺陷，有效、可靠及稳定地实现断路器合分闸状态的监测。

本发明采用如下技术方案：

一方面，一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，包括：整流模块、稳压模块、数字隔离模块和MCU控制模块；所述整流模块与断路器后端的火线相连接；断路器后端的零线接公共地；所述稳压模块与所述整流模块和数字隔离模块分别相连接以将整流后的电源进行稳压后输入到数字隔离模块前端的输入脚；数字隔离模块后端的输出脚与所述MCU控制模块相连接，所述MCU控制模块根据数字隔离模块后端输出脚输出的电平信号监测所述断路器的分合闸状态和/或所述火线的带电状态。

优选的，所述火线包括一根；所述整流模块包括一个；所述稳压模块包括一个；所述稳压模块的输出端与所述数字隔离模块前端的电源脚相连接。

优选的，所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，还包括：一个分压电阻；断路器后端的火线通过相串联的整流模块和分压电阻与所述稳压模块相连接。

优选的，所述数字隔离模块包括一单通道数字隔离芯片或多通道数字隔离芯片。

优选的，所述火线包括三根；所述整流模块包括三个；所述稳压模块包括三个；所述数字隔离模块前端包括三个输入脚，所述数字隔离模块后端包括三个输出脚，每个输出脚对应一个输入脚；每个所述整流模块分别与一条断路器后端的火线相连接；每个所述稳压模块与一个所述整流模块及数字隔离模块分别相连接以将整流后的电源进行稳压后输入到数字隔离模块前端的一个输入脚；数字隔离模块后端的每个输出脚与所述MCU控制模块的一个I/O端口相连接，所述MCU控制模块根据数字隔离模块后端的每个输出脚输出的电平信号监测所述断路器的分合闸状态和/或各火线的带电状态。

优选的，所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，还包括：三个分压电阻和三个单向二极管；每个所述分压电阻的一端与一个所述整流模块的输出端相连接，每个所述分压电阻的另一端与一个所述单向二极管的阳极相连接，三个所述单向二极管的阴极均与数字隔离模块前端的电源脚相连接。

优选的，所述数字隔离模块包括三通道数字隔离芯片或大于三通道的数字隔离芯片。

优选的，所述整流模块包括整流二极管；所述整流二极管的正极与所述断路器后端的火线相连接；所述整流二极管的负极与所述稳压模块相连接。

优选的，所述稳压模块包括一稳压二极管；所述稳压二极管的负极与所述整流模块和数字隔离模块前端的电源脚分别相连接；所述稳压二极管的正极接公共地。

优选的，所述的基于数字隔离的电源检测电路，还包括：用于对输入到所述数字隔离模块前端的电源脚的电源进行滤波的前端滤波模块；所述前端滤波模块包括一个电容，或者，并联的两个及以上电容。

另一方面，一种断路器，包括所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明能够监测单相或三相四线制断路器的分合闸状态以及相线的带电状态；监测单相断路器的分合闸状态以及相线的带电状态时，使用单通道数字隔离芯片(或多通道数字隔离芯片)及外围电路；监测三相四线制断路器的分合闸状态以及相线的带电状态时，使用三通道数字隔离芯片(或大于三通道的数字隔离芯片)及外围电路；本发明的监测电路有效、稳定、可靠及成本低，且能使得高低压间有效隔离，对后端设备起到保护作用；

(2)本发明的数字隔离芯片能够起到一种隔离的作用，使得断路器分闸时，前、后端电路能够完全断开，保护后端设备；

(3)应用在三相四线制的断路器监测时，本发明通过三个单向二极管分别从三相上同时取电给数字隔离芯片前端的电源脚，因此，如果三相中的某一相无电时(即缺相时)，不会影响数字隔离芯片的正常工作。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本发明实施例一的电路图；

图2为本发明实施例二的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，

对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

实施例一

参见图1所示，一方面，本发明一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，包括：整流模块、稳压模块、数字隔离模块和MCU控制模块；所述整流模块与断路器后端的火线L相连接；断路器后端的零线N接公共地；所述稳压模块与所述整流模块和数字隔离模块分别相连接以将整流后的电源进行稳压后输入到数字隔离模块前端的输入脚VIN(2)；数字隔离模块后端的输出脚VOUT(6)与所述MCU控制模块相连接，所述MCU控制模块根据数字隔离模块后端输出脚输出的电平信号监测所述断路器的分合闸状态和/或所述火线L的带电状态。

本实施例中，所述火线L包括一根；所述整流模块包括一个；所述稳压模块包括一个；所述稳压模块的输出端与所述数字隔离模块前端的电源脚VDD1(1)相连接。

本实施例中，所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路应用于单相断路器。

所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，还包括：一个分压电阻R1；断路器后端的火线L通过相串联的整流模块和分压电阻R1与所述稳压模块相连接。

本实施例中，所述数字隔离模块包括一单通道数字隔离芯片U1，如荣湃三通道默认低电平输出π110xxx系列数字隔离芯片U1。在其他实施例中，还可以大于一通道的多通道数字隔离芯片U1，如荣湃三通道默认低电平输出π130xxx系列数字隔离芯片U1，但只使用其中的一个输入脚和输出脚，使用多通道数字隔离芯片U1会导致资源的浪费。

具体的，所述整流模块包括整流二极管D1；所述整流二极管D1的正极与所述断路器后端的火线L相连接；所述整流二极管D1的负极与所述稳压模块相连接。

所述稳压模块包括一稳压二极管D4；所述稳压二极管D4的负极与所述整流模块和数字隔离模块前端的电源脚VDD1(1)分别相连接；所述稳压二极管D4的正极接公共地。

所述分压电阻R1设置在所述整流二极管D1和稳压二极管D4之间，所述分压电阻R1的一端与所述稳压二极管D4的负极相连接，所述分压电阻R1的另一端与所述稳压二极管D4的负极相连接。

所述的基于数字隔离的电源检测电路，还包括：用于对输入到所述数字隔离模块前端的电源脚VDD1(1)的电源进行滤波的前端滤波模块；所述前端滤波模块包括一个电容，或者，并联的两个及以上电容。

本实施例中，所述前端滤波模块包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2并联。

所述数字隔离模块后端的电源脚VDD2(8)与一直流电源VCC相连接；所述直流电源VCC还与所述MCU控制模块相连接以供电。

所述的基于数字隔离的电源检测电路，还包括：用于对所述直流电源VCC进行滤波的后端滤波模块；所述端滤波模块包括一个电容，或者，并联的两个及以上电容；所述后端滤波模块一端与所述直流电源VCC相连接，另一端与数字隔离模块后端的接地脚相连接。

本实施例中，所述后端滤波模块包括第三电容C3。

本实施例的监测方法如下：

本实施例中，断路器后端的火线L首先经过整流二极管D1单向整流和分压电阻R1分压后，到达5V稳压二极管D4，产生高电平电源信号+5V，+5V电源一方面连接到数字隔离芯片U1前端的输入脚VIN(2)，另一方面连接到数字隔离芯片U1前端的电源脚VDD1(1)供电。当断路器合闸且火线L端有电时，MCU控制模块的I/O输入端检测到数字隔离芯片U1后端的输出脚VOUT(6)输出高电平信号，代表断路器合闸且火线L有电，当断路器分闸或合闸但火线L无电时，数字隔离芯片U1后端的输出脚VOUT(6)默认输出为低电平，MCU控制模块的I/O输入端检测为低，代表断路器分闸或者火线L无电。

另一方面，一种断路器，包括所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路。

实施例二

一方面，一种基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，包括：整流模块、稳压模块、数字隔离模块和MCU控制模块；所述整流模块与断路器后端的火线相连接；断路器后端的零线接公共地；所述稳压模块与所述整流模块和数字隔离模块分别相连接以将整流后的电源进行稳压后输入到数字隔离模块前端的输入脚；数字隔离模块后端的输出脚与所述MCU控制模块相连接，所述MCU控制模块根据数字隔离模块后端输出脚输出的电平信号监测所述断路器的分合闸状态和/或所述火线的带电状态。

本实施例中，所述火线包括三根；所述整流模块包括三个；所述稳压模块包括三个；所述数字隔离模块前端包括三个输入脚，所述数字隔离模块后端包括三个输出脚，每个输出脚对应一个输入脚；每个所述整流模块分别与一条断路器后端的火线相连接；每个所述稳压模块与一个所述整流模块及数字隔离模块分别相连接以将整流后的电源进行稳压后输入到数字隔离模块前端的一个输入脚；数字隔离模块后端的每个输出脚与所述MCU控制模块的一个I/O端口相连接，所述MCU控制模块根据数字隔离模块后端的每个输出脚输出的电平信号监测所述断路器的分合闸状态和/或各火线的带电状态。

本实施例中，所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路应用于三相四线制断路器。所述三相包括A相、B相和C相，即三根火线分别为A相线、B相线和C相线。

所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路，还包括：三个分压电阻(R1、R2、R3)和三个单向二极管(D7、D8、D9)；每个所述分压电阻的一端与一个所述整流模块的输出端相连接，每个所述分压电阻的另一端与一个所述单向二极管的阳极相连接，三个所述单向二极管的阴极均与数字隔离模块前端的电源脚相连接。

本实施例中，所述数字隔离模块包括三通道数字隔离芯片U1，如荣湃三通道默认低电平输出π130xxx系列数字隔离芯片。在其他实施例中，还可以包括大于三通道的数字隔离芯片，但只使用其中的三个输入脚和输出脚，使用多通道数字隔离芯片会导致资源的浪费。

具体的，所述整流模块包括整流二极管(D1、D2、D3)；所述整流二极管的正极与所述断路器后端的火线(A、B、C)相连接；所述整流二极管的负极与所述稳压模块相连接。

具体的，所述稳压模块包括一稳压二极管(D4、D5、D6)；所述稳压二极管的负极与所述整流模块和数字隔离模块前端的电源脚分别相连接；所述稳压二极管的正极接公共地。

每个所述分压电阻设置在每个所述整流二极管和每个稳压二极管之间，所述分压电阻的一端与所述稳压二极管的负极相连接，所述分压电阻的另一端与所述稳压二极管的负极相连接。

所述的基于数字隔离的电源检测电路，还包括：用于对输入到所述数字隔离模块前端的电源脚的电源进行滤波的前端滤波模块；所述前端滤波模块包括一个电容，或者，并联的两个及以上电容。

本实施例中，所述前端滤波模块包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容和所述第二电容并联。

所述数字隔离模块后端的电源脚与一直流电源相连接；所述直流电源还与所述MCU控制模块相连接以供电。

所述的基于数字隔离的电源检测电路，还包括：用于对所述直流电源进行滤波的后端滤波模块；所述端滤波模块包括一个电容，或者，并联的两个及以上电容；所述后端滤波模块一端与所述直流电源相连接，另一端与数字隔离模块后端的接地脚相连接。

本实施例中，所述后端滤波模块包括第三电容C3。

本实施例各相的监测方法如下：

相线A首先经过整流二极管D1单向整流和分压电阻电阻R1分压后，到达5V稳压二极管D4，产生一段时间高电平及一段时间低电平的方波信号+5V，+5V一方面连接到数字隔离芯片U1前端的输入脚VIA(3)，另一方面连接到单向二极管D7，产生+5V电源给数字隔离芯片U1前端的电源脚VDD1(1)供电。当断路器合闸且A相有电时，MCU控制模块的I/O输入端检测到数字隔离芯片U1后端的输出脚VOA(14)输出高电平的方波信号，代表A相合闸且有电，当断路器分闸或合闸但A相无电时，数字隔离芯片U1后端的输出脚VOA(14)默认输出为低电平，MCU控制模块的I/O输入端检测到低电平，代表断路器分闸或者A相无电。

相线B首先经过整流二极管D2单向整流和分压电阻R2分压后，到达5V稳压二极管D5，产生一段时间高电平一段时间低电平的方波信号+5V，+5V方波信号一方面连接到数字隔离芯片U1前端的输入脚VIB(4)，另一方面连接到单向二极管D8，产生+5V电源给数字隔离芯片U1前端的电源脚VDD1(1)供电。当断路器合闸且B相有电时，MCU控制模块的的I/O输入端检测到数字隔离芯片U1后端的输出脚VOA(13)输出高电平的方波信号，代表B相合闸且有电，当断路器分闸或合闸但B相无电时，数字隔离芯片U1后端的输出脚VOB(13)默认输出为低电平，MCU控制模块的I/O输入端检测到低电平，代表断路器分闸或者B相无电。

相线C首先经过整流二极管D3单向整流和分压电阻R3分压后，到达5V稳压二极管D6，产生一段时间高电平一段时间低电平的方波信号+5V，+5V一方面连接到数字隔离芯片U1前端的输入脚VIC(5)，另一方面连接到单向二极管D9，产生+5V电源给数字隔离芯片U1前端的电源脚VDD1(1)供电。当断路器合闸且C相有电时，MCU控制模块的I/O输入端检测到数字隔离芯片U1后端的输出脚VOA(12)输出高电平为VCC的方波信号，代表C相合闸且有电，当断路器分闸或合闸且C相无电时，数字隔离芯片U1后端的输出脚VOC(12)默认输出为低电平，MCU控制模块的I/O输入端检测到低电平，代表断路器分闸或者C相无电。

本实施例中，前端分压电阻R1、R2、R3要根据降压幅度选择相适配的型号(功率)，电容C1、C2起到对数字隔离芯片U1前端电源+5V进行滤波作用，电容C3起到对数字隔离芯片U1后端电源VCC进行滤波作用，且后端电源VCC要和MCU控制模块的电源为同一个系统电源。

另外，如果上述某一相(A相、B相、C相)无电时(即缺相)亦不影响数字隔离芯片的正常工作，因为本实施例是从三相上同时取电而不是从某一相上取电。即上述中的各相分别通过相应的二极管(D7、D8、D9)使“产生+5V电源给数字隔离芯片U1前端的电源脚VDD1(1)供电。

另一方面，一种断路器，包括所述的基于数字隔离的断路器分合闸监测电路。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。