用于故障指示器的電流啟動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于故障指示器的電流啟動電路，包括電流互感器、MCU、電流突變喚醒電路和防非故障相重合閘喚醒電路，電流突變喚醒電路包括采樣電阻R7和比較器U6，防非故障相重合閘喚醒電路包括場效應管V50和比較器U9；電流互感器的二次側與電流突變喚醒電路的輸入端連接，該二次側還與防非故障相重合閘喚醒電路的輸入端連接，電流突變喚醒電路中采樣電阻R7一端與防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的正端連接，該防非故障相重合閘喚醒電路中場效應管V50的源極端與電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接，電流突變喚醒電路中比較器U6的輸出端與MCU的IO端口連接。本實用新型反應速度快，實時性強，功耗低。
【專利說明】用于故障指示器的電流啟動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電流啟動電路，特別涉及一種用于故障指示器的電流啟動電路。
【背景技術】
[0002]目前現(xiàn)有的在《電器應用》2008年第27卷第5期中的“一種實配網故障線路指示器的改進”中提到一種改進指示器的啟動電路的方案。該方案是在指示器的電流互感器CT的二次側經過電阻后接到比較器，并在比較器的正端并聯(lián)一個電容，比較器的輸出端與MCU連接，用于喚醒MCU。當線路上的電流發(fā)生變化，原本比較器的正負端的信號都會隨之增大，但是由于正端接有電容，使得比較器的負端電壓增加得比正端快，比較器輸出產生變位，喚醒MCU。現(xiàn)有方案還存在不少問題:1.與比較器連接的電容電阻難以整定，特別是與比較器正端連接的電容C的值；2.在重合閘的時候，MCU喚醒信號無法辨識是否為非故障相所致。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種節(jié)能可靠的用于故障指示器的電流啟動電路。
[0004]本實用新型提供的這種用于故障指示器的電流啟動電路，包括電流互感器、MCU、電流突變喚醒電路和防非故障相重合閘喚醒電路，電流突變喚醒電路包括采樣電阻R7和比較器U6，防非故障相重合閘喚醒電路包括場效應管V50和比較器U9 ；電流互感器的二次側與電流突變喚醒電路的輸入端連接，該電流互感器的二次側還與防非故障相重合閘喚醒電路的輸入端連接，電流突變喚醒電路中采樣電阻R7的后端與防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的正端連接，該防非故障相重合閘喚醒電路中場效應管V50的源極端與電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接，電流突變喚醒電路中比較器U6的輸出端與MCU的IO端口連接。
[0005]所述電流突變喚醒電路包括壓敏電阻RV3、濾波電容C41、全波整流電路、采樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管V4和比較器U6，全波整流電流電路包括二極管V17、二極管V25、二極管V30和二極管V31 ;所述電流互感器的二次側接于壓敏RV3的兩端，濾波電容C41與該壓敏電阻并聯(lián)相接，濾波電容C41的一端與二極管V31的陰極連接，其另一端與二極管V25的陰極連接，二極管V31和二極管V25的陽極均接地，全波整流電路的輸出端與采樣電阻R7的I腳連接，同時該采樣電阻的I腳通過電阻R37串聯(lián)電阻R38與比較器U6的4腳連接，穩(wěn)壓二極管V4接于采樣電阻R7的I腳和地之間，該采樣電阻的2腳串聯(lián)瞬態(tài)放電管V29后接地，該2腳還通過電阻R35與比較器U6的3腳連接，比較器U6的2腳與所述防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的3腳連接，采樣電阻R7的I腳端的電壓為前端電壓VDD0，其2腳端的電壓為后端電壓VDDl ;比較器U6的4腳通過電容C33接地，所述4腳還與所述防非故障相重合閘喚醒電路的場效應管V50的源極連接；比較器U6的3腳通過電阻R46與電源VMCU連接，該3腳還通過電阻R39接地，同時該3腳通過電容C38接地，比較器U6的I腳通過電阻R45與所述MCU的IO端口連接，該I腳還通過電阻R42與電源VMCU連接，電源VMCU通過電容C40接地。
[0006]所述防非故障相重合閘喚醒電路包括比較器U9、RC延時電路、場效應管V49和場效應管V50，RC延時電路包括電阻R74和電容C56 ;比較器U9的5腳與電源VMCU連接，其4腳通過電阻R70與電源VMCU連接，所述4腳還通過電阻R67接地，比較器U9的3腳與二極管V35的陰極連接，二極管V35的陽極與所述電流突變喚醒電路中采樣電阻R7的2腳連接，比較器U9的3腳還通過電容C48接地，其2腳接地，其I腳通過電阻R75與電源VMCU連接，該I腳還通過電容C51接地；場效應管V49的柵極與比較器U9的I腳連接，其漏極通過電阻R66與電源VMCU連接，其源極與RC延時電路連接后，再通過電阻R73與場效應管V50的柵極連接，該場效應管V50的柵極還通過電容C59接地，其漏極接地，其源極與所述電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接。
[0007]本實用新型通過低功耗比較器檢測采樣電阻兩端的電壓變化，采樣電阻單端電壓會由于系統(tǒng)電容的存在，變化會出現(xiàn)減慢，采用檢測電流上升大小的方法，再加上防非故障相重合閘電路，確保在線路出現(xiàn)故障電流的時候產生可靠的MCU喚醒信號，但在非故障相重合閘的時候不產生該喚醒信號。本實用新型的反應速度快，實時性強，在出現(xiàn)故障電流
1.5ms后就可以產生MCU的喚醒信號；本實用新型的功耗低，整個電路消耗的電流在5uA值內，確保了指示器的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的原理框圖。
[0009]圖2是本實用新型的電流突變喚醒電路的電路原理圖。
[0010]圖3是本實用新型的防非故障相重合閘喚醒電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，本實用新型包括電流互感器、MCU、電流突變喚醒電路和防非故障相重合閘喚醒電路，電流突變喚醒電路包括采樣電阻R7和比較器U6，防非故障相重合閘喚醒電路包括場效應管V50和比較器U9 ；電流互感器的二次側與電流突變喚醒電路的輸入端連接，該電流互感器的二次側還與防非故障相重合閘喚醒電路的輸入端連接，電流突變喚醒電路中采樣電阻R7 —端與防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的正端連接，該防非故障相重合閘喚醒電路中場效應管V50的源極端與電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接，電流突變喚醒電路中比較器U6的輸出端與MCU的IO端口連接。
[0012]故障指示器的MCU在線路電流很小，電流互感器CT提供的電流不足以維持MCU高密度采樣時，MCU可以進入休眠狀態(tài)，降低自身的電流消耗，確保使用壽命。當線路發(fā)生故障，喚醒電路就會在1.5mS內產生故障喚醒信號，喚醒CPU高速采樣，并做出故障判斷，這樣不僅保證了使用壽命，高速可靠的喚醒電路也保證了故障判斷的成功率。
[0013]本實用新型可以使指示器的啟動電流從IOA下降到2A，而且該啟動電流的大小是可根據(jù)要求設定的。
[0014]故障指示器由于取電困難，所以其供電基本都是采用電流互感器CT取電和一次性后備電池的方案。為了保證指示器的使用壽命，當該指示器所掛線路的線路電流很小時，由于電流互感器CT無法提供足夠的電能，該指示器需要動用后備電池，為了節(jié)約電池的能量，指示器絕大部分時間需要處于睡眠模式。當線路電流增大到電流互感器CT可以提供指示器正常工作時所有的電能后，指示器就可以實時監(jiān)測線路電流的變化情況了。為了方便描敘，本實用新型把電流互感器CT能夠提供足夠電能時的最小線路電流設為Al安培。
[0015]本實用新型包含兩個電路單元，分別是電流突變換醒電路和防非故障相重合閘喚醒電路。
[0016]如圖2所示，電流突變喚醒電路包括接插件XS4、壓敏電阻RV3、濾波電容C41、全波整流電路、采樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管V4和比較器U6。
[0017]接插件XS4是電流互感器CT的輸入接口。全波整流電流電路包括二極管V17、二極管V25、二極管V30和二極管V31。電流互感器的二次側接于壓敏RV3的兩端，濾波電容C41與該壓敏電阻并聯(lián)相接，濾波電容C41的一端與二極管V31的陰極連接，其另一端與二極管V25的陰極連接，二極管V31和二極管V25的陽極均接地，全波整流電路的輸出端與采樣電阻R7的I腳連接，同時該采樣電阻的I腳通過電阻R37串聯(lián)電阻R38與比較器U6的4腳連接，穩(wěn)壓二極管V4接于采樣電阻R7的I腳和地之間，該采樣電阻的2腳串聯(lián)瞬態(tài)放電管V29后接地，該2腳還通過電阻R35與比較器U6的3腳連接，比較器U6的2腳與防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的3腳連接，采樣電阻R7的I腳端的電壓為電壓VDD0，其2腳端的電壓為電壓VDDl ；比較器U6的4腳通過電容C33接地，該4腳還與防非故障相重合閘喚醒電路的場效應管V50的源極連接；比較器U6的3腳通過電阻R46與電源VMCU連接，該3腳還通過電阻R39接地，同時該3腳通過電容C38接地，比較器U6的I腳通過電阻R45與MCU的IO端口連接，該I腳還通過電阻R42與電源VMCU連接，電源VMCU通過電容C40接地。
[0018]比較器U6是低功耗的比較器；電阻R35、電阻R39對采樣電阻R7后端的電壓VDDl進行分壓，分壓后送至比較器U6的正輸入端，電阻R37、電阻R38、電阻R41對采樣電阻R7的前端電壓VDDO進行分壓，分壓后送至比較器U6的負輸入端。
[0019]電流突變喚醒電路的主要作用是將電流互感器CT感應到的電流信號進行整流，然后根據(jù)架空線上電流變化的大小決定是否需要喚醒MCU進行采樣。
[0020]圖2中電壓VDDl接到了系統(tǒng)的電源回路參與供電，但是當線路電流比較小時，電流互感器CT無法提供足夠的電能讓指示器工作，指示器為了節(jié)約電池的能量必須處于睡眠狀態(tài)，為了在線路電流比較小的情況下也能讓指示器監(jiān)控電流變化情況，必須要讓比較器U6在線路電流發(fā)生突變的時候輸出信號發(fā)生翻轉。比較器U6的正端接入的是采樣電阻R7的后端電壓VDD1，其負端接入的是采樣電阻R7的前段電壓VDD0。實際上前端電壓VDDO會永遠大于后端電壓VDD1，但是經過電阻分壓后，可以使得當線路電流小于Al時比較器U6的正端輸入大于負端輸入，比較器輸出高電平；當線路電流大于Al時比較器U6的正端輸入小于負端輸入，比較器輸出低電平。
[0021]此電路的創(chuàng)新點在于同時取采樣電阻R7兩端的電壓進行比較，并且巧妙的在分壓電阻上面設定分壓系數(shù)，使得線路電流從小于Al突變到大于Al時產生喚醒信號，喚醒MCU實時采樣線路電流，做出正確的故障判斷，這樣可以使得指示器可以在任何線路上做出故障判斷，不受線路負荷電流的限制，并且可最大程度的提高喚醒電路的反應速度。實際測試時，在線路電流發(fā)生突變后的1.5ms后，本實用新型就有喚醒信號產生。
[0022]如圖3所示，防非故障相重合閘喚醒電路包括比較器U9、RC延時電路、場效應管V49和場效應管V50，RC延時電路包括電阻R74和電容C56 ；比較器U9的5腳與電源VMCU連接，其4腳通過電阻R70與電源VMCU連接，該4腳還通過電阻R67接地，比較器U9的3腳與二極管V35的陰極連接，二極管V35的陽極與電流突變喚醒電路中采樣電阻R7的2腳連接，比較器U9的3腳還通過電容C48接地，其2腳接地，其I腳通過電阻R75與電源VMCU連接，該I腳還通過電容C51接地；場效應管V49的柵極與比較器U9的I腳連接，其漏極通過電阻R66與電源VMCU連接，其源極與RC延時電路連接后，再通過電阻R73與場效應管V50的柵極連接，該場效應管V50的柵極還通過電容C59接地，其漏極接地，其源極與電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接。
[0023]本電路中，電阻R70和電阻R67為比較器U9負端的偏置電阻，用于給比較器U9的負端提供一個固定的電壓。電阻R74和電容C56組成一個簡單的延時電路。
[0024]電流突變換醒電路可以讓指示器只要有電流突變就可以喚醒指示器的MCU，并可指示器根據(jù)故障電流做出故障判斷，但是對于非故障相重合閘則要求指示器不動作。防非故障相重合閘喚醒電路正用于解決此問題。當線路正常的時候，比較器U9的正端輸入值比負端的大，比較器U9輸出高電平，場效應管V49截止，場效應管V50截止；當線路發(fā)生故障時，指示器的MCU正常喚醒。當發(fā)生非故障相重合閘時后端電壓VDDl先會停電200ms，然后出現(xiàn)斷路器合閘時的大電流電壓。在停電的200ms時間內，比較器U9輸出低電平，場效應管V49導通，場效應管V50導通，將電流突變換醒電路中比較器U6的負端的輸入電壓VDD2拉到地。由于電阻R74和電容C56組成一個簡單的延時電路使得電壓VDD2拉低能持續(xù)一段時間，從而使得雖然非故障相重合閘產生了大電流，但是電流突變換醒電路確不會產生喚醒信號，從而保證了電路的可靠性。
[0025]防非故障相重合閘喚醒電路的創(chuàng)新在于:利用了非故障相重合閘是停電信號在電流突變之前，而故障相重合閘的電流突變前是沒有停電信號的，采用RC延時電路就可以躲過非故障相重合閘后產生的電流突變信號。
[0026]本實用新型在電流突變前，如果沒有停電信號，則允許產生喚醒信號。
[0027]本實用新型同時獲取采樣電阻R7兩端的電壓進行比較，并且巧妙的在分壓電阻上面設定分壓系數(shù)，大大縮短了喚醒電路的反應時間。此外，本實用新型使得指示器在保證使用壽命的同時，作出故障判斷也不受線路電流大小的影響。
【權利要求】
1.一種用于故障指示器的電流啟動電路，包括電流互感器、MCU，其特征在于，該電路還包括電流突變喚醒電路和防非故障相重合閘喚醒電路，電流突變喚醒電路包括采樣電阻R7和比較器U6，防非故障相重合閘喚醒電路包括場效應管V50和比較器U9 ；電流互感器的二次側與電流突變喚醒電路的輸入端連接，該電流互感器的二次側還與防非故障相重合閘喚醒電路的輸入端連接，電流突變喚醒電路中采樣電阻R7的后端與防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的正端連接，該防非故障相重合閘喚醒電路中場效應管V50的源極端與電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接，電流突變喚醒電路中比較器U6的輸出端與MCU的IO端口連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于故障指示器的電流啟動電路，其特征在于，所述電流突變喚醒電路包括壓敏電阻RV3、濾波電容C41、全波整流電路、采樣電阻R7、穩(wěn)壓二極管V4和比較器U6，全波整流電流電路包括二極管V17、二極管V25、二極管V30和二極管V31 ;所述電流互感器的二次側接于壓敏RV3的兩端，濾波電容C41與該壓敏電阻并聯(lián)相接，濾波電容C41的一端與二極管V31的陰極連接，其另一端與二極管V25的陰極連接，二極管V31和二極管V25的陽極均接地，全波整流電路的輸出端與采樣電阻R7的I腳連接，同時該采樣電阻的I腳通過電阻R37串聯(lián)電阻R38與比較器U6的4腳連接，穩(wěn)壓二極管V4接于采樣電阻R7的I腳和地之間，該采樣電阻的2腳串聯(lián)瞬態(tài)放電管V29后接地，該2腳還通過電阻R35與比較器U6的3腳連接，比較器U6的2腳與所述防非故障相重合閘喚醒電路中比較器U9的3腳連接，采樣電阻R7的I腳端的電壓為前端電壓VDD0，其2腳端的電壓為后端電壓VDDl ;比較器U6的4腳通過電容C33接地，所述4腳還與所述防非故障相重合閘喚醒電路的場效應管V50的源極連接；比較器U6的3腳通過電阻R46與電源VMCU連接，該3腳還通過電阻R39接地，同時該3腳通過電容C38接地，比較器U6的I腳通過電阻R45與所述MCU的IO端口連接，該I腳還通過電阻R42與電源VMCU連接，電源VMCU通過電容C40接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于故障指示器的電流啟動電路，其特征在于，所述防非故障相重合閘喚醒電路包括比較器U9、RC延時電路、場效應管V49和場效應管V50，RC延時電路包括電阻R74和電容C56 ;比較器U9的5腳與電源VMCU連接，其4腳通過電阻R70與電源VMCU連接，所述4腳還通過電阻R67接地，比較器U9的3腳與二極管V35的陰極連接，二極管V35的陽極與所述電流突變喚醒電路中采樣電阻R7的2腳連接，比較器U9的3腳還通過電容C48接地，其2腳接地，其I腳通過電阻R75與電源VMCU連接，該I腳還通過電容C51接地；場效應管V49的柵極與比較器U9的I腳連接，其漏極通過電阻R66與電源VMCU連接，其源極與RC延時電路連接后，再通過電阻R73與場效應管V50的柵極連接，該場效應管V50的柵極還通過電容C59接地，其漏極接地，其源極與所述電流突變喚醒電路中比較器U6的負端連接。
【文檔編號】G01R1/00GK203455398SQ201320480095
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權日:2013年8月7日
【發(fā)明者】周到, 李君 , 黃雄凱, 劉剛 申請人:長沙威勝信息技術有限公司