專利名稱：用于低壓電子剩余電流斷路器的電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于低壓電子剩余電流斷路器(RCCB)等的電源裝置。
具體地說，根據(jù)本發(fā)明的電源裝置適用于在工作電壓為1000V左右或更小的單相或多相(兩相、三相等)應用中的電子RCCB。
在
背景技術：
中已經(jīng)知道了低壓電子RCCB的許多例子。


圖1示意性地顯示了已知類型的低壓電子RCCB的結構。
通常來說，由標號1表示的低壓電子RCCB包括單相或多相型電子網(wǎng)絡4中的傳感器2，其適于產(chǎn)生表示因接地故障而出現(xiàn)的不平衡電流的信號3。
信號3由電子保護系統(tǒng)5的輸入端所接收，電子保護系統(tǒng)5產(chǎn)生控制信號6以便驅動例如電磁釋放裝置和/或電子信號裝置或輔助電子裝置(標號8)，其目的是提供與裝置或斷路器的狀態(tài)有關的信號。
為了進行正確的操作，必須為電子保護系統(tǒng)5、電磁釋放裝置7和信號裝置8提供給定的電功率電平PAL，通常由在輸出端具有電源電壓VAL的電子電源裝置9來提供。
傳統(tǒng)上說，電子電源裝置9可按照不同的方法來實現(xiàn)。
根據(jù)第一構造方法，電子電源裝置9構造成可直接從傳感器2中接收電功率(虛線箭頭10)，傳感器2用于檢測電子網(wǎng)絡4的各相之間不平衡的電流向量。這種類型的方法在以與電源電壓實際上獨立的方式保證供電方面(并因此在RCCB的操作方面)具有不容置疑的優(yōu)點，然而它也具有相當大的缺點。實際上，由電源裝置9提供的電功率PAL通常被降低(幾百mVA)，從而能夠為電子保護系統(tǒng)5或電磁釋放裝置7供電，所述的電子保護系統(tǒng)5或電磁釋放裝置7必需是低功率類型。而且，向其它裝置即附件或輔助型裝置供電也變得較困難。因此可以說，根據(jù)所述第一種構造方法提供的電源裝置9通常受到了相當大的操作局限性的影響。
在另一構造方法中，電子電源裝置9構造成可直接從電子網(wǎng)絡4得到電功率(虛線箭頭11)。為了能夠供應電功率PAL，可通過整流器橋以及阻性和容性無源元件(未示出)的適當網(wǎng)絡來得到電子網(wǎng)絡4的相電壓和電流(VIN和IIN)。通常采用非線性的無源元件網(wǎng)絡12，以便拓寬輸入電源電壓的可用范圍。
實踐表明，雖然這種構造方法本質上非常堅固且能穩(wěn)定地提供充足的功率電平PAL，然而它也具有相當大的缺點。
在必須采用相互間非常不同的電源電壓范圍時，采用無源元件網(wǎng)絡使得很難保證在較短的瞬變期達到穩(wěn)定的供電情況。
此外，在這種情況下，必須將較高電壓電源范圍的作為熱量的過多能量耗散掉。
而且，非線性無源部件的使用通常是十分關鍵的，這是因為與常用的有源或無源電路元件的成本相比，這些部件通常具有較大的尺寸和相當高的成本。
另外，由于需要根據(jù)所提供的電功率對無源元件的電子網(wǎng)絡的工作點進行優(yōu)化，因此通常需要為必須提供的各個不同的電源電壓范圍提供不同類型的電源裝置9。
出于這些原因，實踐表明，這種類型的電源裝置的使用通常是不靈活的，因而使得電子RCCB的生產(chǎn)成本、安裝成本和操作成本增加。
本發(fā)明的目標是提供一種可避免上述缺點的用于低壓電子RCCB的電源裝置。
在此目標的范圍內，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于低壓電子RCCB的電源裝置，其可允許使用相對高的輸入電源電壓范圍，同時將耗散功率保持在較低的水平。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于低壓電子RCCB的電源裝置，其能夠提供足以供應相當高功率的電磁釋放裝置的電功率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于低壓電子RCCB的電源裝置，其在達到穩(wěn)態(tài)情況之前具有較短的瞬變時間。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于低壓電子RCCB的電源裝置，其較緊湊、容易制造且成本較低。
因此，本發(fā)明提供了一種用于低壓電子RCCB的電源裝置，包括-電子整流器級，它適于在輸入端接收電源電壓并產(chǎn)生第一單極電壓，所述第一單極電壓的值取決于所述電源電壓的值；以及-電子調節(jié)級，它適于在輸入端從所述電子整流器級中接收所述第一單極電壓和第一電流，并在輸出端產(chǎn)生具有可調值的第二單極電壓。
根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的特征在于，所述電子調節(jié)級包括第一電子部件，它適于對所述第一電流進行有源調節(jié)，從而將所述第二單極電壓保持在預定的可調值。
根據(jù)本發(fā)明，輸入到所述電子調節(jié)級中的所述第一電流的有源調節(jié)允許得到可容易地預定成一個選擇值的輸出電壓，這就顯著地提高了電源裝置的操作靈活性。所述第一電流的“有源調節(jié)”的這一用語用于指定調節(jié)的類型，其允許采用有源半導體器件來改變所述第一電流。這樣，根據(jù)本發(fā)明的電源裝置允許將可變電源電壓轉換成電源電壓，其可以具有最好是穩(wěn)定的預定義的可調節(jié)值。
所述第一電流的有源調節(jié)還允許通過選擇最適當?shù)恼{節(jié)方式來將功率耗散減少到可忽略的值，最適當?shù)恼{節(jié)方式例如為開關類型的非線性調節(jié)方式，其中根據(jù)接通/斷開方式來改變所述第一電流。
在下文中將參考附圖來更詳細地介紹根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的其它特征和優(yōu)點，在附圖中圖1是已知類型的低壓電子RCCB的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的示意圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的優(yōu)選實施例的示意圖；以及圖4示意性地繪出了圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的實施例中的一些電流和電壓。
參考圖2，由整體上的標號20表示的根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的包括電子整流器級21。電子整流器級21在輸入端接收電源電壓VNET，并產(chǎn)生值取決于電源電壓VNET的值的第一單極電壓VIN。有利地是，電子整流器級21可包括相連的二極管電橋，以便得到不必是穩(wěn)定的單極電壓。實際上，第一單極電壓VIN例如可包括按照相電壓之一的模數(shù)而變化的波形。很明顯，根據(jù)電源的可得類型，電子整流器級可適于從單相或多相電源中獲得電壓。電源裝置20還包括電子調節(jié)級24，其可在輸入端接收第一單極電壓VIN和第一電流IIN。電子調節(jié)級24在輸出端產(chǎn)生具有可調節(jié)值(例如可調節(jié)的瞬態(tài)值或可調節(jié)的平均值等)的第二單極電壓VOUT。第二輸出電壓VOUT實際上構成了電源電壓，其由電源裝置20在輸出端提供。
電源裝置20包括第一電子部件27，以便對輸入到電子調節(jié)級24中的第一電流IIN進行有源調節(jié)，從而將第二單極電壓VOUT保持在預定的穩(wěn)定值。
第一電子部件27對輸入到電子調節(jié)級24中的第一電流IIN進行有源調節(jié)。這就允許從第一電子部件27的輸出端提供第二電流IOUT，其具有可調節(jié)的平均值。
第一電子部件27最好根據(jù)非線性調節(jié)方式、特別是根據(jù)開關類型的調節(jié)方式來對第一電流IIN進行有源調節(jié)。特別是，最好根據(jù)接通/斷開方式來改變第一電流IIN。因此在這種情況下，第二電流IOUT可以具有易于調節(jié)的脈沖寬度和重復周期的脈沖型波形。
再次參考圖2，電子調節(jié)級24有利地包括與第一電子部件27電連接的電荷積聚電路23。電荷積聚電路23在輸入端接收第二電流IOUT，并在輸出端產(chǎn)生第二單極電壓VOUT。因此，第二單極電壓VOUT的值可根據(jù)第二電流IOUT的平均值進行調節(jié)。電子調節(jié)級24最好包括第二電子部件26，其與第一電子部件27電連接并產(chǎn)生控制信號VCOM，以便將第二電流IOUT保持在預定的最大閾值之下。具體地說，第二電子部件26適用于限制第二電流IOUT的脈沖幅度。這樣就防止了由電源電壓的突然變化所引起的電壓VIN的突然變化不會引起電流IOUT的較高電流脈沖，這個IOUT的高電流脈沖可能因為第二電流IOUT本質上趨于在最短的可能時間內對電荷積聚電路23充電而引起。這一事實意味著在電源裝置20中，雖然存在突然的電源電壓變化，電壓VOUT仍可保持基本穩(wěn)定值。由于它能夠防止對連接在電源裝置20下游的電子部件的損害，因此是特別有利的。
電子調節(jié)級24最好包括第三電子部件28，其與第一電子部件27電連接并適于提高調節(jié)級24的穩(wěn)定性。有利的是，第三電子部件28將反饋信號VFREQ發(fā)送給第一電子部件27，以便調節(jié)與第二電流IOUT的脈沖有關的上升/下降沿的斜率。這樣就可能減少電磁噪音的發(fā)生。
下面將參考圖3來示意性地介紹與根據(jù)本發(fā)明的電源裝置20有關的電子調節(jié)級24的一個優(yōu)選實施例。
根據(jù)此實施例，第一電子部件27包括電子中斷電路41，其可有利地適于在接收到啟動/禁止信號VAB后啟動/中斷輸入到調節(jié)級24中的第一電流IIN。第一電子部件27還可有利地包括電子控制電路，其包括比較器電路塊44和啟動電路塊45。如果假定電壓VOUT為預定范圍之下或之上的值，那么比較器電路塊44適于產(chǎn)生控制信號47。在接收到控制信號47之后，啟動電路塊45適于產(chǎn)生用于電子中斷電路41的啟動/禁止信號VAB。電子中斷電路41可有利地包括一個或多個有源電子半導體器件Q1，例如MOSFET、BJT或IGBT型晶體管。有源電子半導體器件Q1例如可通過由元件RP示意性表示的適當偏置網(wǎng)絡與電子調節(jié)級24的輸入端相連，假定電子調節(jié)級24具有正電壓電位(端子T1)或等于零的電壓電位(端子T2)。所選擇的連接類型對電子中斷電路41所包括的有源電子半導體器件Q1的選擇很重要。例如，如果連接在端子T1處進行，那么電子中斷電路41可包括N型MOSFET晶體管或NPN型BJT晶體管，然而如果連接在端子T2處進行，那么電子中斷電路41可包括P型MOSFET晶體管或PNP型BJT晶體管。比較器電路塊44最好包括磁滯比較器46，其適于在輸入端接收表示第二單極電壓VOUT和基準信號VREF的信號VOUT1?；鶞孰妷篤REF可用于調節(jié)電壓VOUT的變化范圍的幅度。啟動電路塊45可有利地包括一個或多個有源電子半導體器件Q2(例如為上述類型)，其可有利地連接在輸入端子T1或T2。
根據(jù)圖3所示的實施例，電荷積聚電路23包括一個或多個容性元件51，其可有利地連接在調節(jié)級24的輸出端子T3和T4之間。
第二電子部件26最好包括阻性元件53(元件RF1和RF2)的網(wǎng)絡，其適于產(chǎn)生表示第二電流IOUT的值的反饋信號VF。第二電子部件26還可有利地包括一個或多個有源半導體器件Q3(例如為上述類型)，它適于根據(jù)反饋信號VF來產(chǎn)生用于第一電子部件27的控制信號VCOM。具體地說，有源半導體器件55產(chǎn)生用于電子中斷電路41的控制信號VCOM(其可為啟動/禁止信號)。
第三電子部件28最好包括容性和/或阻性元件(元件RF3和CF3)的網(wǎng)絡，其可連接在輸出端子(T3或T4)之一和第一電子部件27之間。
下面將參考圖4來示意性地說明調節(jié)級24內的一些電壓和電流的波形，以便更容易地理解圖3所示優(yōu)選實施例的操作。
參考圖4，波形60示意性地繪出了與調節(jié)級24的節(jié)點“A”有關的電壓。與波形60有關的峰61表示由電子啟動電路45發(fā)出的啟動/禁止信號VAB。具體地說，各峰61的上升/下降沿(F1和F2)分別表示電子中斷電路41的啟動/禁止信號。
波形62繪出了第二電流IOUT。可以清楚地看到在波形60的各個峰61處存在電流脈沖63，其用于對電荷積聚電路23充電。可由第三電子部件28通過將反饋信號VFREQ發(fā)送給第一電子部件27來調節(jié)與各電流脈沖63有關的上升/下降沿F3和F4的斜率。
考慮繪出了電壓VOUT的波形65，可以注意到第二電流IOUT對電荷積聚電路23充電。
如所示，在初始瞬間66之后，電壓VOUT可因脈沖形式的第二電流IOUT的作用而基本上保持穩(wěn)定，其中由連續(xù)脈沖63保持對電荷積聚電路23充電。當電壓VOUT下降到閾值VS1之下時，就插入波形60的上升沿F1，使得第二電流IOUT的上升沿F3出現(xiàn)，其達到與第一電流IIN的值相對應的值。這就使得電壓VOUT出現(xiàn)斜坡式增長R1。一旦電壓VOUT超過閾值VS2，就插入波形60的上升沿F1，使得第二電流IOUT的上升沿F3出現(xiàn)，該電流回到零。這樣，電壓VOUT按照指數(shù)規(guī)律R2下降，對應于電荷積聚電路23的固有放電瞬間。
因此，電壓VOUT具有脈動67，其最大值可通過對磁滯比較器46的基準電壓VREF的作用來調節(jié)。
實際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的電源裝置20可實現(xiàn)預期的總體目標和目的。
具體地說，電源裝置20允許提供足以為包括具有較高功耗的釋放裝置在內的電磁釋放裝置供電的電功率電平，同時可限制功率耗散。例如根據(jù)開關型方式的第一電流IIN的調節(jié)可允許將功率耗散限制在只與第二電流IOUT的各脈沖63的上升/下降沿F3和F4相對應的瞬間。而且，通過第一電流IIN的調節(jié)，在相對較短的瞬變期之后就可以實現(xiàn)電壓VOUT的穩(wěn)態(tài)情況。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電源裝置20可實現(xiàn)為較緊湊的大小。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其易于制造，可實現(xiàn)制造成本、安裝成本和操作成本的顯著降低。由于電源裝置20的靈活性和操作特性，已經(jīng)證明其對非常寬的輸入電壓范圍有效。
根據(jù)本發(fā)明構造的電源裝置可進行許多修改和變化，這些修改和變化均屬于本發(fā)明概念的范圍內。所有細節(jié)均可用其它技術性等效部件來替代。實際上，只要與特定應用相容，所用的材料及其尺寸可以是符合要求和技術水平的任意類型。
權利要求
1.一種用于低壓電子剩余電流斷路器的電源裝置，包括-電子整流器級，它適于在輸入端接收電源電壓并產(chǎn)生第一單極電壓，所述第一單極電壓的值取決于所述電源電壓的值；以及-電子調節(jié)級，它適于在輸入端從所述電子整流器級接收所述第一單極電壓和第一電流，并適于在輸出端產(chǎn)生具有可調值的第二單極電壓；其特征在于，所述電子調節(jié)級包括第一電子部件，適于對所述第一電流進行有源調節(jié)，從而將所述第二單極電壓保持在預定的可調值。
2.如權利要求1所述的電源裝置，其特征在于，所述第一電子部件根據(jù)非線性型調節(jié)方式來對所述第一電流進行有源調節(jié)。
3.如權利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述第一電子部件根據(jù)開關型調節(jié)方式來對所述第一電流進行有源調節(jié)。
4.如上述權利要求中一項或多項所述的電源裝置，其特征在于，所述第一電子部件對所述第一電流進行有源調節(jié)，從而在輸出端產(chǎn)生具有可調平均值的第二電流。
5.如權利要求4所述的電源裝置，其特征在于，所述第二電流為脈沖型，并具有可調節(jié)的脈沖寬度和重復周期。
6.如上述權利要求中一項或多項所述的電源裝置，其特征在于，所述電子調節(jié)級包括與所述第一電子部件電連接的電荷積聚電路，所述電荷積聚電路在輸入端接收所述第二電流，并產(chǎn)生所述第二單極電壓，所述第二單極電壓的值取決于所述第二電流的平均值。
7.如上述權利要求中一項或多項所述的電源裝置，其特征在于，所述第一電子部件包括-電子中斷電路，它適于在接收到啟動/禁止信號后啟動/中斷所述第一電流；以及-比較器電路塊，它適于在所述第二單極電壓為預定范圍之上或之下的值時產(chǎn)生控制信號；以及-啟動電路塊，它適于在接收到來自所述比較器電路塊的控制信號之后產(chǎn)生用于所述電子中斷電路的啟動/禁止信號。
8.如上述權利要求所述的電源裝置，其特征在于，所述第二電流為脈沖型，其脈沖幅度等于所述第一電流的幅度，并且其脈沖持續(xù)時間可由所述電子控制電路來調節(jié)。
9.如上述權利要求中一項或多項所述的電源裝置，其特征在于，所述電子調節(jié)級包括第二電子部件，它與所述第一電子部件電連接并可產(chǎn)生用于所述第一電子部件的控制信號，以便將所述第二電流的脈沖幅度限制在預定的最大閾值。
10.如上述權利要求中一項或多項所述的電源裝置，其特征在于，所述電子調節(jié)級包括第三電子部件，它與所述第一電子部件電連接并可提高所述電子調節(jié)級的穩(wěn)定性。
11.如權利要求10所述的電源裝置，其特征在于，所述第三電子部件能夠調節(jié)所述第二電流的脈沖的上升/下降沿的斜率。
12.一種低壓電子剩余電流斷路器，其特征在于，它包括如權利要求1到11中一項或多項所述的電源裝置。
全文摘要
一種用于低壓電子剩余電流斷路器的電源裝置，包括電子整流器級，適于在輸入端接收電源電壓并產(chǎn)生其值取決于電源電壓值的第一單極電壓；以及電子調節(jié)級，適于在輸入端接收第一單極電壓和電流，并在輸出端產(chǎn)生具有可調值的第二單極電壓。此電源裝置具體包括這樣的事實，電子調節(jié)級包括第一電子部件，適于對輸入到電子調節(jié)級中的電流進行最好的有源調節(jié)，從而將第二單極電壓保持在預定的穩(wěn)定值。
文檔編號H02H3/32GK1466803SQ01816380
公開日2004年1月7日 申請日期2001年7月25日 優(yōu)先權日2000年8月3日
發(fā)明者S·布蘭多尼斯奧, S 布蘭多尼斯奧 申請人:Abb服務有限公司