一种断路器PTC热保护电路

技术领域

本发明涉及一种断路器PTC热保护电路，主要用于小型断路器(MCB)或塑壳断路器(MCCB)或框架断路器(ACB)，属于低压电器领域。

背景技术

现有断路器热保护一般采取以下两种方式：通过互感器采集过载信号通过比较器(运放等)进行保护，成本比较高，安装不方便；或者通过双金属片的热过载特性进行保护，使用双金片发热翘曲推动脱扣杆使断路器脱扣达到保护电路，双金片调节不方便，保护精度比较低，而且生产成本较高，不是很经济。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有断路保护器热保护方案成本高、调节不便、误差较大的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种断路器PTC热保护电路，其特征在于：包括电压转换模块、电源转换模块、电压基准模块、电压比较模块和控制磁通动作的开关器件，所述电压转换模块通过电源转换模块连接断路器触头，PTC元件的两端和电压基准模块的输出端连接电压比较模块的输入端，电压比较模块的输出端连接开关器件的驱动极，开关器件的一端接地，另一端通过磁通连接VCC端，电压比较模块通过比较PTC元件的输出电压和基准电压，当PTC元件的电压值大于基准电压时控制开关器件导通进而控制磁通动作，实现断路器脱扣。

本发明还提供了另外一种断路器PTC热保护电路，其特征在于：包括电压基准模块、电压比较模块和控制磁通动作的开关器件，PTC元件的两端和电压基准模块的输出端连接电压比较模块的输入端，电压比较模块的输出端连接开关器件的驱动极，开关器件的一端接地，另一端分别连接二极管D2的阴极和电阻R3的一端，二极管D2的阳极通过磁通连接断路器的N触头，电阻R3的另一端分别连接VDD端和稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极分别接参考地和断路器的L触头，电压比较模块通过比较PTC元件的输出电压和基准电压，当PTC元件的电压值大于基准电压时控制开关器件导通进而控制磁通动作，实现断路器脱扣。

优选地，所述电压比较模块包括运算放大器和MCU，PTC元件的两端和电压基准模块的输出端通过运算放大器连接MCU的输入信号端，MCU的输出信号端连接开关器件的驱动极，MCU通过比较PTC元件的输出电压和设定的基准电压，当PTC元件的电压值大于基准电压时控制开关器件导通进而控制磁通动作，实现断路器脱扣。

优选地，所述电压基准模块包括电阻R1和稳压二极管D1，电阻R1的一端连接VDD端，另一端分别连接稳压二极管D1的阴极和运算放大器的输入端，稳压二极管D1的阳极接地。

优选地，所述电压比较模块为比较器。

优选地，所述电压基准模块包括电阻R1和可调电阻R2，电阻R1的一端连接VDD端，另一端通过电阻R2接地，电阻R2的调节端连接比较器的正向输入端。

优选地，所述电压转换模块为三端稳压器或稳压二极管。

优选地，所述开关器件为MOS管或可控硅。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

安装方便性：直接模块化安装，只要把PTC的接口固定(铆接或螺钉安装)在触头上即可实现断路保护。

经济性：方案预计小于4个双金片的物料成本，单是从生产角度就大大减少生产和调校时间。

参数调节方便性：直接调节一个R2可调电阻或者通过MCU人机界面或通讯方式设计参数即可实现基准电压调节。

高精度：双金片方式调节保护方式精度大于10％，而此方案模块精度小于2％。

本发明通过利用PTC的热特性，采集断路器触头的温度，经过ADC转换，和设定值进行比较，超过设定值即启动保护，驱动MOS管或可控硅，使磁通动作从而断路器跳闸，通过采集PTC的两端的电阻变化的电压参量经过电路处理达到可靠保护。本发明可通过人机界面或单片机MCU方式配置设定值，亦可以通过通讯方式设定，并能扩展设定保护时间参数。对于1P+N的断路器简化电源转换和电压转换，器件更少、更经济。

附图说明

图1为本发明实施例一电路结构示意图；

图2为本发明实施例二电路结构示意图；

图3为本发明实施例三电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例一

如图1所示，本发明一种断路器PTC热保护电路包括电压转换模块、电源转换模块、电压基准模块、电压比较模块和控制磁通动作的开关器件，CN1-CN4为断路器触头，PTC1-PTC4为热敏元件，固定在断路器触头上。电压转换模块不限于三端稳压器，可采用其它方式如稳压二极管(齐纳二极管)等。

电压转换模块通过电源转换模块连接断路器触头CN1-CN4，电压比较模块为比较器，开关器件为MOS管Q2，PTC元件的两端和电阻R2的调节端连接比较器的输入端，比较器的输出端连接MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极接地，漏极通过磁通连接VCC端。电压基准模块包括电阻R1和可调电阻R2，电阻R1的一端连接VDD端，另一端通过电阻R2接地，电阻R2的调节端连接比较器的正向输入端。

将PTC的信号电压通过比较器(运放等)模数转换值Vad与可调电压基准Vset值比较,当Vad>Vset，驱动MOS管Q2(三极管或可控硅等)使磁通动作，实现断路器脱扣。

实施例二

如图2所示，本发明一种断路器PTC热保护电路包括电压转换模块、电源转换模块、电压基准模块、电压比较模块和控制磁通动作的开关器件，CN1-CN4为断路器触头，PTC1-PTC4为热敏元件，固定在断路器触头上。电压转换模块不限于三端稳压器，可采用其它方式如稳压二极管(齐纳二极管)等。

电压转换模块通过电源转换模块连接断路器触头CN1-CN4，开关器件为MOS管Q1。电压比较模块包括运算放大器U1和MCU，PTC元件的两端和电压基准模块的输出端通过运算放大器连接MCU的输入信号端，MCU的输出信号端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极接地，漏极通过磁通连接VCC端。电压基准模块包括电阻R1和稳压二极管D1，电阻R1的一端连接VDD端，另一端分别连接稳压二极管D1的阴极和运算放大器的输入端，稳压二极管D1的阳极接地。

将PTC的信号电压通过运放输入MCU进行判断(也可以直接将PTC信号电压输入进MCU进行判断)。MCU设定的保护值(人机界面或通讯等设置保护值)，通过计时、延时或其它运算方式(反时限等)，满足条件要求驱动管Q1(三极管或可控硅等)使磁通动作，实现断路器脱扣。

实施例三

如图3所示，本发明一种断路器PTC热保护电路包括电压基准模块、电压比较模块和控制磁通动作的开关器件，CN1和CN4分别为断路器的L触头和N触头，PTC1和PTC4为热敏元件，固定在断路器触头上。

电压比较模块为比较器，开关器件为MOS管Q2，PTC元件的两端和电压基准模块的输出端连接比较器的输入端，比较器的输出端连接MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极接地，漏极分别连接整流二极管D2的阴极和电阻R3的一端，整流二极管D2的阳极通过磁通连接断路器的N触头，电阻R3的另一端分别连接VDD端和稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极分别接参考地和断路器的L触头，电压基准模块包括电阻R1和可调电阻R2，电阻R1的一端连接VDD端，另一端通过电阻R2接地，电阻R2的调节端连接比较器的正向输入端。

将PTC的信号电压通过比较器(运放等)模数转换值Vad，与可调电压基准Vset值比较,当Vad>Vset,驱动MOS管Q2(三极管或可控硅等)使磁通动作，实现断路器脱扣。