低压断路器固态分合闸驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及低压断路器固态分合闸驱动电路。包括DSC芯片、辅助供电单元、驱动单元、全桥式线圈驱动主电路；供电单元与驱动单元的高压侧连接，为其提供工作电压，驱动单元与全桥式线圈驱动主电路中的开关器件连接，DSC芯片分别与驱动单元和供电单元的低压侧连接；DSC芯片为驱动单元提供线圈驱动逻辑，同时为供电单元提供驱动逻辑信号；全桥式线圈驱动主电路中开关S1和S2互补，S3和S4互补，S1和S4驱动逻辑带有移相角ø，移相角可调；S1、S4同时开通时，实现分闸动作；当S2、S3同时开通时，实现合闸动作。本实用新型专利技术能够迅速安全驱动分合闸线圈，有效减小由于线圈电流过大而造成的合闸机构的机械冲击。

【技术实现步骤摘要】
低压断路器固态分合闸驱动电路
本技术涉及电力保护控制领域，尤其涉及一种智能型永磁式塑壳断路器操作机构的控制器。
技术介绍
传统断路器分合闸控制驱动是采用继电器触发方式，在分合闸控制电力系统通断时容易产生较大的浪涌电流和感应过电压，造成开关设备的使用寿命和可靠性大大降低，实时性得不到保证且有拉弧的现象发生。因此，为了克服传统方案的弊端，提升传统配电系统及分布式电力系统的供电可靠性和稳定性，研究断路器分合闸控制的驱动电路具有重要意义。目前电力系统中使用的断路器分合闸控制驱动电路低压侧是感性的，一旦在主电路侧发生故障非常容易波及驱动电路，造成更大危害。因此，驱动电路的安全性和稳定性需要进一步提升。利用IGBT等固态开关驱动的分合闸线圈的电路，其难点在于无法控制电磁力的大小，保证分合闸机械机构的动作寿命。
技术实现思路
本技术旨在克服上述技术存在的安全性、可靠性等弊端，提出一种低压断路器固态分合闸驱动电路，具体技术方案如下：本技术采用全桥式驱动电路进行驱动，并设置有逻辑控制芯片实现对所述全桥式驱动电路提供线圈驱动逻辑，逻辑控制芯片还具有对供电单元提供驱动逻辑信号的功能。包括DSC芯片、供电单元、驱动单元、全桥式驱动电路；所述供电单元与驱动单元的高压侧连接，为其提供工作电压，驱动单元与全桥式驱动电路中的开关器件连接，DSC芯片分别与驱动单元和供电单元的低压侧连接；所述DSC芯片为驱动单元提供线圈驱动逻辑，同时为供电单元提供驱动逻辑信号；所述全桥式驱动电路中开关S1和S2互补，S3和S4互补，S1和S4驱动逻辑带有移相角ø，移相角可调；其中S1、S4同时开通时，直流侧电压正向加在线圈两端，实现分闸动作；当S2、S3同时开通时，直流侧电压反向加在分合闸线圈两端，实现合闸动作。所述全桥式线圈驱动主电路的开关器件为IGBT。控制IGBT的通断采用全隔离式驱动，其由RC滤波器、驱动芯片HCPL-3120、去耦电容依次相连组成，通过HCPL-3120内部的光电耦合电路将输入脉冲信号变成悬浮的高电平+16V、低电平-8V的脉冲信号控制IGBT的通断。所述供电单元采用单个震荡源驱动的小功率辅助电源。所述小功率辅助电源：由PWM驱动信号、MIC4422YM芯片、高频变压器、隔直电容、半桥整流器依次相连组成。DSC发出一个占空比为50%的高频PWM信号，此信号驱动由MIC4422YM芯片实现的半桥逆变器；将外部输入的12V直流电压经过隔直电容变换为6V交流方波电压，通过变比为1：2的高频变压器变成12V的交流方波电压，经过半桥整流器后最终获得直流24V为高压侧驱动电路的供电电压。移相角ø通过检测出不同线路电流下所需的线圈电流最小峰值，然后通过查表法得出。一种断路器用固态分合闸控制的驱动电路的控制方法，通过全桥式线圈驱动主电路进行分合闸控制，具体说明如下：驱动电路中开关S1和S2互补，S3和S4互补，S1和S4驱动逻辑带有移相角ø，分合闸线圈K连接到全桥电路的桥臂中点；当S1、S4同时开通时，直流侧电压正向加在线圈两端，实现分闸动作；当S2、S3同时开通时，直流侧电压反向加在分合闸线圈两端，实现合闸动作，当S1、S3同时导通时，驱动线圈被短路，线圈电流缓慢下降；当S2、S4同时导通时，驱动线圈被短路，线圈电流缓慢下降；通过根据当前电流有效值及峰值决定移相角ø的大小，为线圈提供不同的线圈分合驱动能量。线圈分合驱动能量由以下方式进行确定：1）首先确定断路器是否合闸，如果不处于合闸状态，进行下一步骤；2）测量当前电流有效值及峰值，并通过查表/插值法确定移相角ø（如下表）；3）通过移相角ø的确定计算出移相数字量，并据此设置延时变量，从而有效的控制合闸电磁力。本技术的优点是：1）本技术提供的断路器分合闸控制装置的驱动电路，采用了全桥式线圈驱动电路，能够快速实现分合闸且无拉弧现象；2）对于全桥线圈电路IGBT驱动选择了全隔离式驱动芯片，提升了驱动电路的安全性；利用单个振荡器驱动的小功率辅助电源作为驱动电路的供电单元，大大节约了资源；3）通过控制算法根据当前电流有效值及峰值决定移相角的大小，为线圈提供不同的线圈分合驱动能量，能够有效减小由于线圈电流过大而造成的合闸机构的机械冲击。附图说明图1为所述断路器分合闸控制装置的驱动电路图。图2为所述全桥式线圈驱动主电路图。图3为所述全隔离式驱动电路图。图4为所述辅助电源电路图。图5为分闸驱动逻辑图。图6为合闸驱动逻辑图。图7为DSC中断流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步的描述。如图1，本实施例提供的断路器分合闸控制的驱动电路，包括DSC芯片、供电单元、驱动单元、全桥式线圈驱动主电路，供电单元与驱动单元连接，给其提供工作电压，驱动单元与全桥式线圈驱动主电路中的IGBT连接，DSC芯片分别与驱动单元和供电单元连接。上述方案中全桥式线圈驱动主电路如图2所示，由S1、S2、S3、S4四个IGBT和分合闸线圈Lm组成。当S1、S4开通，直流侧电压正向加在线圈两端，实现分闸动作；当S2、S3开通，直流侧电压反向加在分合闸线圈两端，实现合闸动作。如图3为所述全隔离式驱动电路图，利用RC滤波器、驱动芯片HCPL-3120、去耦电容组成全隔离式驱动电路。控制器DSC发出高电平为3.3V低电平为0V的脉冲信号不足以让IGBT开通关断，通过全隔离式驱动电路将脉冲信号变成高电平为+16V，低电平为-8V的脉冲信号控制IGBT的通断。如图4所示的辅助电源电路，由震荡源、MIC4422YM驱动芯片、高频变压器、隔直电容组成，给驱动电路提供供电电压。控制器DSC发出一个频率为184KHz占空比为50%的PWM信号作为震荡源，通过外部12V直流供电的MIC4422YM驱动芯片，将震荡源高电平提升到+12V，再通过隔直电容，得到电平为6V交流方波电压，通过变比为1：2的高频变压器变成12V的交流方波电压，最终得到直流24V供电电压。如图5、6所示的分合闸驱动逻辑图，在分合闸过程中，通过芯片的逻辑控制S1、S2、S3、S4四个开关器件在不同时段的不同电平状态，实现分合闸，并且通过图7的流程确定开关器件S1、S4移相角ø，并因此设置延时变量，从而避免因电流过大而造成的合闸机构的冲击。本文档来自技高网...

【技术保护点】
低压断路器固态分合闸驱动电路，其特征在于，采用全桥式驱动电路进行驱动，并设置有逻辑控制芯片实现对所述全桥式驱动电路提供线圈驱动逻辑，逻辑控制芯片还具有对供电单元提供驱动逻辑信号的功能；包括DSC芯片、供电单元、驱动单元、全桥式驱动电路；所述供电单元与驱动单元的高压侧连接，为其提供工作电压，驱动单元与全桥式驱动电路中的开关器件连接，DSC芯片分别与驱动单元和供电单元的低压侧连接；所述DSC芯片为驱动单元提供线圈驱动逻辑，同时为供电单元提供驱动逻辑信号；所述全桥式驱动电路中开关S1和S2互补，S3和S4互补，S1和S4驱动逻辑带有移相角ø，移相角可调；其中S1、S4同时开通时，直流侧电压正向加在线圈两端，实现分闸动作；当S2、S3同时开通时，直流侧电压反向加在分合闸线圈两端，实现合闸动作。

【技术特征摘要】
1.低压断路器固态分合闸驱动电路，其特征在于，采用全桥式驱动电路进行驱动，并设置有逻辑控制芯片实现对所述全桥式驱动电路提供线圈驱动逻辑，逻辑控制芯片还具有对供电单元提供驱动逻辑信号的功能；包括DSC芯片、供电单元、驱动单元、全桥式驱动电路；所述供电单元与驱动单元的高压侧连接，为其提供工作电压，驱动单元与全桥式驱动电路中的开关器件连接，DSC芯片分别与驱动单元和供电单元的低压侧连接；所述DSC芯片为驱动单元提供线圈驱动逻辑，同时为供电单元提供驱动逻辑信号；所述全桥式驱动电路中开关S1和S2互补，S3和S4互补，S1和S4驱动逻辑带有移相角ø，移相角可调；其中S1、S4同时开通时，直流侧电压正向加在线圈两端，实现分闸动作；当S2、S3同时开通时，直流侧电压反向加在分合闸线圈两端，实现合闸动作。2.根据权利要求1所述的低压断路器固态分合闸驱动电路，其特征在于，所述全桥式驱动电路的开关器件为IGBT。3.根据权利要求2所述的低压断路器固态分合闸驱动电路，其特征在于，控制IGBT的通断采用全隔离式...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，刘凯鸣，马爱国，谢岗，龚宁，孔庆云，邬钢，
申请(专利权)人：扬州北辰电气设备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32