欠壓-過壓保護裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種欠壓-過壓保護裝置。該保護裝置包括：對于三個交流相中的每一個，該裝置包括：一采樣電路，用于獲取該交流相的線路采樣電壓；一欠壓檢測電路、一過壓檢測電路。其中所述三個過壓檢測電路中至少之一包括電壓檢測芯片。
【專利說明】欠壓-過壓保護裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電系統(tǒng)供電領(lǐng)域，尤其涉及一種欠壓-過壓保護裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，供電線路上的電壓并非一個恒定值，其可能因負荷的變化而相應(yīng)產(chǎn)生波動。供電線路上的這種電壓波動(如欠壓或者過壓)，一旦超出用電設(shè)備所能承受的范圍，就會對用電設(shè)備帶來不利的影響，甚或造成用電設(shè)備的損壞。因此，通常采用欠壓保護和過壓保護裝置來保證用電設(shè)備在正常的供電狀態(tài)下運行。
[0003]欠壓保護一般是指當供電線路電壓低于一個預(yù)定閾值(例如低于標稱電壓的80%)時，保護裝置自動切斷供電線路，待到線路電壓恢復(fù)到正常范圍時，保護裝置可再次被手動恢復(fù)到接通狀態(tài)。相反，過壓保護是指當線路電壓超過一個預(yù)定值(例如高于標稱電壓的10%)時，為了防止對用電設(shè)備造成損壞，保護裝置同樣自動切斷線路且待線路電壓恢復(fù)正常時可再手動接通線路。
[0004]目前市場上的欠壓-過壓保護裝置主要采用2個分立的脫扣線圈來分別實現(xiàn)欠壓和過壓的檢測和保護動作。圖1示例性地示出了一種現(xiàn)有的欠壓-過壓保護裝置100的原理圖。如圖1所示，供電線路L (火線)和N (零線)用來向用電設(shè)備150提供電能。保護裝置100設(shè)置在用電設(shè)備側(cè)，且包括兩個脫扣線圈110和120。脫扣線圈110用于在檢測到欠壓時執(zhí)行脫扣動作?？刂齐娐?40在檢測到過壓時，觸發(fā)脫扣線圈120執(zhí)行脫扣動作，進而以機械傳動方式驅(qū)動斷路器130斷開供電線路到用電設(shè)備150的電連接。
[0005]采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)欠壓、過壓的雙重保護。然而，由圖1可見，這種欠壓-過壓保護裝置需要兩個獨立的脫扣線圈來分別實現(xiàn)欠壓、過壓保護。而每一個脫扣線圈因其機械結(jié)構(gòu)的特點其體積相對較大、成本也較高，特別是與電子元件相比更是如此。這一缺憾顯然不能滿足當前保護裝置小型化、低成本的要求。因此，目前提出了一種僅使用一個脫扣線圈來實現(xiàn)欠壓、過壓保護的方案?，F(xiàn)有技術(shù)中，使用了 4個比較器來實現(xiàn)三相的過壓檢測，使用另外4個比較器來實現(xiàn)三相的欠壓檢測和判斷。而且，無論比較器檢測到過壓還是欠壓都在延時后控制唯一的一個脫扣線圈動作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提出了一種用于三相電源系統(tǒng)的欠壓-過壓保護裝置及方法。這種欠壓-過壓保護裝置能夠用較少的元件實現(xiàn)過欠壓檢測和判斷。而且，優(yōu)選地，還可以使用成本相對較低的芯片來實現(xiàn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明一個方面，本發(fā)明提出一種欠壓-過壓檢測裝置，對于三個交流相中的每一個，該裝置包括:一采樣電路，用于獲取該交流相的線路采樣電壓；一欠壓檢測電路，用于在檢測到所述交流相的線路采樣電壓低于一個欠壓閾值之后，延時一預(yù)定時間再輸出一欠壓檢測電平；一過壓檢測電路用于在檢測到所述交流相的線路采樣電壓高于一個過壓閾值之后，延時一預(yù)定時間再輸出一過壓檢測電平，其中所述三個過壓檢測電路中至少之一包括電壓檢測芯片；該裝置還包括:第一取或電路，對所述三個欠壓檢測電路的輸出和所述三個過壓檢測電路中不包括電壓檢測芯片的過壓檢測電路的輸出求或；第一判斷電路，當所述第一取或電路的輸出為所述欠壓檢測電平或所述過壓檢測電平時，輸出脫扣觸發(fā)信號；第二取或電路，對所述第一判斷電路的輸出以及所述包括電壓檢測芯片的過壓檢測電路的輸出求或；脫扣觸發(fā)電路，當所述第二取或電路輸出為所述脫扣觸發(fā)信號或所述過壓檢測電平，觸發(fā)脫扣線圈執(zhí)行脫扣動作。
[0008]優(yōu)選地，所述第一取或電路對所述三個欠壓檢測電路的輸出以及一個所述過壓檢測電路的輸出取或。更為優(yōu)選地，所述過壓檢測電路中包含的電壓檢測芯片為帶延時的電壓檢測芯片。優(yōu)選地，所述第一判斷電路也為帶延時的電壓檢測芯片。更為優(yōu)選地，所述欠壓檢測電路包括比較電路和延時電路，且該延時電路延時時間長于所述過壓檢測電路中包含的電壓檢測芯片的延時時間。
[0009]本發(fā)明還提出了一種欠壓-過壓保護裝置，其包括:連接到供電線路上的斷路器；能夠驅(qū)動所述斷路器斷開連接的脫扣線圈；上述的欠壓-過壓檢測裝置，其連接到所述脫扣線圈，用于在檢測到三相供電線路中之一上出現(xiàn)過壓或欠壓時，觸發(fā)所述脫扣線圈執(zhí)行脫口，以驅(qū)動所述斷路器斷開供電線路。
[0010]由此，本發(fā)明中使用了電壓檢測芯片來進行過壓判斷和欠壓輸出判斷，相比于傳統(tǒng)的比較器，其能夠節(jié)約成本，縮小電路體積。而且，由于本發(fā)明中使用的電壓檢測芯片帶有延時功能，因而能夠進一步簡化電路，以實現(xiàn)小型化、低成本的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0012]圖1示出現(xiàn)有的欠壓-過壓保護裝置的示意圖；
[0013]圖2A-2C示例性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的欠壓-過壓檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3示出電壓檢測芯片的輸出波形。
【具體實施方式】
[0015]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016]圖2A_2C，(以下簡稱為圖2)示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的欠壓-過壓檢測裝置的原理圖。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的欠壓-過壓檢測裝置總體上在檢測到三相的線路電壓中任一相出現(xiàn)過壓或者欠壓時觸發(fā)脫扣機制，進而促使線路上的斷路器130及時切斷供電連接。
[0017]具體地，如圖2所示，脫扣線圈110可以串聯(lián)在三個交流相中任一上，例如圖2所示，其串聯(lián)在火線LI上。LI上的交流電經(jīng)整流電路D整流后連接到受控的開關(guān)元件270。脫扣線圈110和開關(guān)元件270構(gòu)成一串聯(lián)支路。當檢測裝置檢測并判斷出任一交流相出現(xiàn)欠壓或過壓時，控制開關(guān)元件270導(dǎo)通，由此短路掉作為負載的檢測裝置而使得脫扣線圈110因瞬間有大電流流過而執(zhí)行脫扣動作，進而促使相關(guān)的斷路器斷開供電線路連接。
[0018]在圖2中，檢測裝置包括整流電路D、采樣電路210、欠壓檢測電路220、過壓檢測電路230、兩個取或(OR)單元240、260以及判斷單元250和開關(guān)元件270。在圖2中，分別針對三個交流相中的每一個的電路用腳標“AAAx，x=l, 2或3”表示。在不區(qū)分具體交流相的情況下，每種電路總體上用不帶腳標的標記表示，例如“240”。[0019]如圖2所示,針對每個交流相,設(shè)有一個采樣電路210x(x=l,2或3)。每個采樣電路210對單相的線路電壓進行采樣，得到單相的線路采樣電壓Vunex (x=l，2或3)。采樣電路210例如可以為圖2中的典型的串聯(lián)分壓電路，采樣點的電壓Vunex還經(jīng)濾波處理(電容Clx)。在采樣電路210中設(shè)置的穩(wěn)壓管，起到限壓的作用，用于限制采樣點電壓的最大值。
[0020]如圖2所示，采樣電路210得到的單相的線路采樣電壓Vumx分別送入相應(yīng)的欠壓檢測電路220x和過壓檢測電路230x，其中x=l，2或3。在圖2中，每個欠壓檢測電路220包括一個比較器221和一個延時電路225。比較器221將線路采樣電壓Vunex和一個參考電壓\進行比較。如果Vunex小于則表示出現(xiàn)了欠壓，比較器221輸出有效值；否則沒有欠壓，比較器221輸出無效值。在圖2所示的例子中，比較器221的同相輸入端連接到Vunex,負向輸入端連接到參考電壓\。由此，當Vumx小于\時，比較器221輸出有效的低電平，反之比較器221輸出無效的高電平。比較器221的輸出送入延時電路225。
[0021]延時電路225的作用在于對比較器221輸出的有效值延遲一預(yù)定時間，例如100ms,以避免電壓信號中噪聲、毛刺導(dǎo)致誤判。在圖2所示例子中，延時電路225包括一個充當開關(guān)元件的三極管Qlx，其連接成共射極電路，基極作為受控端連接到比較器221的輸出，其集電極作為輸出端且并聯(lián)有起延時作用的電容C2x。具體的，在延時電路225工作時，當比較器輸出無效的高電平時，Qlx導(dǎo)通，拉低電容C2x兩端電壓，Qlx的集電極為低電平。當比較器輸出有效的低電平時，Qlx斷開，直流電源Vcc給電容C2x充電，從而抬高Qlx的集電極的電壓，即形成為高電平的欠壓檢測信號。欠壓檢測電路220的三個輸出送入第一取或單元240。
[0022]如圖2所示，檢測裝置還包括針對三個交流相的三個過壓檢測電路230x，其中x=l，2或3。在本發(fā)明中，這三個過壓檢測電路230x可以按照與欠壓檢測電路類似的方式采用比較器和延時電路的組合來實現(xiàn)，也可以用電壓檢測芯片來實現(xiàn)。圖2的例子中，與火線LI對應(yīng)的交流相的過壓檢測電路230i采用比較電路和延時電路實現(xiàn)，其他兩個交流相均采用電壓檢測芯片來實現(xiàn)。
[0023]與欠壓檢測電路類似，過壓檢測電路23(^包括比較電路23h和延時電路235p其中，延時電路235J^結(jié)構(gòu)與欠壓檢測電路中的延時電路225相同，這里不再贅述。比較電路231將Vunel與一個參考電壓Vh進行比較。在圖2所示的例子中，比較電路231的同向端連接有參考電壓VH，負向端連接到VUMl。如果VUm1>Vh，則表明出現(xiàn)過壓，比較電路輸出有效的低電平，反之電壓正常，比較電路輸出無效的高電平。與欠壓檢測電路類似，比較電路231的輸出經(jīng)延時電路235延時后送入第一取或單元240。
[0024]如圖2所示，第一取或單元240對來自欠壓檢測電路220的三個輸出和來自過壓檢測電路230i的輸出取或，即，如果三個輸出中任一為有效的高電平，則輸出高電平，即表示相關(guān)交流相出現(xiàn)了欠壓或者過壓。在圖2所示的例子中，優(yōu)選地，電路220和電路230i的各輸出端均連接一個二極管D1(TD13，四個二極管的陰極一起連接到判斷單元250的輸入端，即實現(xiàn)線或(Line-OR)。
[0025]圖2中另外兩個交流相的過壓檢測電路2302和2303均采用帶延時的電壓檢測芯片來實現(xiàn)。這里，電壓檢測芯片具有檢測電壓Vd和釋放電壓Vr，如圖3所示。當分別輸入到電壓檢測芯片2302和2303的VDD引腳的Vune2和Vune3超過釋放電壓Vr，且在預(yù)定的延時時間(例如200ms)內(nèi)沒有低于其檢測電壓Vd時，則電壓檢測芯片2302或2303輸出有效的高電平，表示出現(xiàn)了過壓，該有效高電平也可以視作是過壓情況下的脫扣觸發(fā)信號。
[0026]再回到判斷單元250，圖2中的判斷單元250同樣采用一個帶延遲功能的電壓檢測芯片來實現(xiàn)。也就是說，電路22(^220^22(^和23(^的輸出經(jīng)線或(Line-OR)后送入電壓檢測芯片250的VDD輸入端。如果電路22(^220^22(^和23(^有任一輸出為有效的高電平，即，出現(xiàn)欠壓指示或過壓指示，則該電壓檢測芯片的輸入為高電平。如果該輸入高于該電壓檢測芯片的釋放電壓且在預(yù)定的延時時間(例如100ms)內(nèi)不低于其檢測電壓，則判斷單元輸出一個有效的高電平，即一個有效的脫扣觸發(fā)信號。
[0027]判斷單元250的輸出和兩個過壓檢測電路2302和2303的輸出均送入第二取或單元260。如果電路250、2302和2303的輸出中任一為有效的脫扣觸發(fā)信號，則該第二取或單元260輸出也輸出有效的脫扣觸發(fā)信號。第二取或單元260輸出的脫扣觸發(fā)信號用于驅(qū)動開關(guān)元件270，即圖2中的可控硅導(dǎo)通，從而促使脫扣線圈執(zhí)行脫扣動作，并繼而由斷路器130斷開供電線路連接。
[0028]圖2給出的例子中，延時電路和各個比較器、比較電路以及電壓檢測芯片所需的直流電源均從線路LI上獲得?？蛇x的，該直流電源也可以從其他線路，如L2和L3上獲得，或者采用電池供電。圖2中給出的直流電源電路可以提供兩個不同的直流電源電壓。直流電源電路中包括穩(wěn)壓管，以獲得恒定的電壓。
[0029]在圖2中，第二取或單元260發(fā)出的脫扣觸發(fā)信號耦合到作為開關(guān)元件的可控硅270?？煽毓?70在脫扣觸發(fā)信號的觸發(fā)下導(dǎo)通?？煽毓?70導(dǎo)通導(dǎo)致整流電路Dl之后的所有負載被短路，瞬間脫扣線圈110獲得一個大電流，并由此而執(zhí)行脫扣動作。在圖2所示的例子中，為了維持脫扣觸發(fā)信號的穩(wěn)定，在過壓檢測電路的輸出端還連接有RC并聯(lián)的延時電路。圖2中的可控硅270還`可以替換為其他受控開關(guān)元件，例如晶閘管、繼電器等。
[0030]除圖2所示的情況之外，兩個交流相的過壓檢測電路也可以包括比較器和延時電路。這種過壓檢測電路的工作原理與圖2中的電路230i相同，這里不再贅述。圖2中所示的過壓檢測電路330x還可以全部用過壓檢測芯片來實現(xiàn)，其工作原理與圖2中的電路2302和2303的原理相同，這里也不再贅述。
[0031]應(yīng)當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種欠壓-過壓檢測裝置(200)，其特征在于: 對于三個交流相中的每一個，該裝置包括: 一采樣電路GiO1JIO2JIO3),用于獲取該交流相的線路采樣電壓； 一欠壓檢測電路(22(ν2202、2203)，用于在檢測到所述交流相的線路采樣電壓低于一個欠壓閾值(')之后，延時一預(yù)定時間再輸出一欠壓檢測電平； 一過壓檢測電路(23(V2302、2303)，用于在檢測到所述交流相的線路采樣電壓高于一個過壓閾值(Vh)之后，延時一預(yù)定時間再輸出一過壓檢測電平， 其中所述三個過壓檢測電路中至少之一包括電壓檢測芯片； 該裝置還包括: 第一取或電路(240)，對所述三個欠壓檢測電路的輸出和所述三個過壓檢測電路中不包括電壓檢測芯片的過壓檢測電路的輸出求或； 第一判斷電路(250)，當所述第一取或電路的輸出為所述欠壓檢測電平或所述過壓檢測電平時，輸出脫扣觸發(fā)信號； 第二取或電路(260)，對所述第一判斷電路的輸出以及所述包括電壓檢測芯片的過壓檢測電路的輸出求或； 脫扣觸發(fā)電路(270)，當所述第二取或電路輸出為所述脫扣觸發(fā)信號或所述過壓檢測電平，觸發(fā)脫扣線圈執(zhí)行脫扣動作。
2.如權(quán)利要求1所述的欠壓-過壓檢測裝置，其中，所述第一取或電路(240)對所述三個欠壓檢測電路(22(^22(^22(^)的輸出以及一個所述過壓檢測電路(230J的輸出取或。
3.如權(quán)利要求1所述的欠壓-過壓檢測裝置，其中，所述過壓檢測電路中包含的電壓檢測芯片為帶延時的電壓檢測芯片。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的欠壓-過壓檢測裝置，其中，所述第一判斷電路(250)為帶延時的電壓檢測芯片。
5.如權(quán)利要求3所述的欠壓-過壓檢測裝置，其中，所述欠壓檢測電路包括比較電路和延時電路。
6.如權(quán)利要求5所述的欠壓-過壓檢測裝置，其中，所述欠壓檢測電路中的延時電路延時時間長于所述過壓檢測電路中包含的電壓檢測芯片的延時時間。
7.一種欠壓-過壓保護裝置，包括: 連接到供電線路上的斷路器(130)； 能夠驅(qū)動所述斷路器斷開連接的脫扣線圈(110)； 至少一個如權(quán)利要求1-6中任一所述的欠壓-過壓檢測裝置，其連接到所述脫扣線圈(110)，用于在檢測到三相供電線路中之一上出現(xiàn)過壓或欠壓時，觸發(fā)所述脫扣線圈執(zhí)行脫口，以驅(qū)動所述斷路器斷開供電線路。
【文檔編號】G01R19/165GK103675416SQ201210321607
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月3日
【發(fā)明者】包章堯, 楊林, 熊鈺 申請人:西門子公司