摘 要：介紹了智能化脫扣器脫扣電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)合了模擬脫扣電路，增加了抗干擾的脈寬檢測(cè)電路。
　　關(guān)鍵詞：脫扣電路，智能化脫扣器，脈寬檢測(cè)
　　1 引言
　　智能化脫扣器是以現(xiàn)代的微處理器為，通過(guò)信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理，故障診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的智能控制。脫扣電路是智能脫扣器的執(zhí)行電路，接收單片機(jī)發(fā)出的脫扣命令，輸出驅(qū)動(dòng)磁通變換器動(dòng)作，使斷路器斷開(kāi)。脫扣電路的穩(wěn)定性和可靠性，關(guān)系整個(gè)脫扣器的性能。
　　脫扣電路應(yīng)具有抗干擾、工作可靠的特性。
　　2 電路設(shè)計(jì)
　　智能化脫扣器脫扣電路的結(jié)構(gòu)如所示，在微處理器脫扣控制電路的基礎(chǔ)上，加入了模擬脫扣電路，作為后備保護(hù)。模擬脫扣電路用于系統(tǒng)上電初期的短路電流保護(hù)和系統(tǒng)運(yùn)行期間特大短路電流的保護(hù)。
　　微處理器在上電初期要進(jìn)行上電初始化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。模擬脫扣電路采用硬件比較器電路可以快速判斷出斷路器接通時(shí)出現(xiàn)短路的情況，并做出相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)。在微處理器運(yùn)行期間，模擬脫扣電路實(shí)現(xiàn)特大短路電流的判斷，如果出現(xiàn)特大短路電流，微處理器沒(méi)有來(lái)得及反應(yīng)，則模擬脫扣電路可作出相應(yīng)的判斷和動(dòng)作。因此數(shù)字脫扣和模擬脫扣相結(jié)合，兩者互補(bǔ)，增加了脫扣器的可靠性。模擬脫扣電路采用比較器鑒幅電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，每一相使用兩個(gè)比較器來(lái)完成。電流信號(hào) Ia、Ib、Ic的幅值同參考電平VRE+和VRE—進(jìn)行比較。比較器采用LM393，其輸出是集電極開(kāi)路的，因此中所有電壓比較器輸出并聯(lián)起來(lái)，通過(guò)一個(gè)上拉電阻接Vcc實(shí)現(xiàn)線(xiàn)與功能。在正常情況下，微處理器沒(méi)有發(fā)出脫扣信號(hào)且電流信號(hào)的幅值在基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi)，則比較器的并聯(lián)輸出UTRIP被上拉電阻拉高，否則只要任一電壓比較器輸出為低，則UTRIP被拉低。UTRIP信號(hào)接脈寬檢測(cè)電路，進(jìn)行抗干擾處理，如果UTRIP的低脈沖維持一定的寬度，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，UOUT輸出一定寬度的脈沖通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使磁通變換器打開(kāi)，從而分?jǐn)鄶嗦菲鳌?BR>　　2.1 脈寬檢測(cè)電路
　　采用上述比較器鑒幅電路，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中由于干擾的存在，比較器的輸出會(huì)出現(xiàn)一些不必要的窄脈沖，如果直接接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電
　　路，會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。為了消除干擾，在比較器的輸出端加了脈寬檢測(cè)電路，該電路由一個(gè)555器件組成，輸出接由另一個(gè)555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，電路及其工作波形如所示。
　　脈寬檢測(cè)電路的工作原理如下：UTRIP、UTH、UQ、UOUT表示圖中各個(gè)結(jié)點(diǎn)。UTRIP來(lái)自電壓比較器并聯(lián)的輸出端。在正常情況下，比較器輸出高阻，此時(shí)圖中NPN三極管導(dǎo)通，UTH被三極管嵌位在其飽和電壓0.3V以下，UQ輸出高電平。當(dāng)電流越限或單片機(jī)發(fā)出脫扣指令，比較器輸出將把UTRIP拉低，則NPN三極管截止，此時(shí)接UTH的電容通過(guò)電阻R5、R6開(kāi)始充電，UTH電壓升高。如果UTRIP低脈沖保持一定的寬度，UTH隨著電容充電上升并達(dá)到2/3Vcc，則UQ輸出低電平，觸發(fā)其后由個(gè)555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，UOUT輸出一個(gè)一定寬度的脈沖。由電路的工作波形可知，由于電容充電需要一定的時(shí)間，因此該脈寬檢測(cè)電路只有在UTRIP輸出低脈沖寬度保持一定的時(shí)間才能使UOUT觸發(fā)。如果UTRIP的脈沖過(guò)窄，UTH電壓達(dá)不到2/3VCC，則UOUT不會(huì)觸發(fā)，因此通過(guò)該電路可以消除前級(jí)比較器出現(xiàn)的干擾問(wèn)題。上述電容充電使UTH電壓上升到2/3VCC的時(shí)間為T(mén)0，設(shè)充電電阻為R，電容為C，則T0≈ln3RC≈1.1RC (1)
　　

　　中的充電電阻由R5和R6串聯(lián)而成。即R＝(R5+R6)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出Uout的寬度T1。
　　T1≈1.1RC (2)
　　R、C為相應(yīng)的充電電阻值和電容值。
　　上述電路中的電容電阻值根據(jù)實(shí)際比較器輸出脈沖的情況適當(dāng)?shù)娜≈怠?BR>　　2.2 可切換的參考電平設(shè)計(jì)
　　模擬脫扣電路實(shí)現(xiàn)在上電初期的短路電流判斷和系統(tǒng)運(yùn)行期間的特大短路電流的判斷，在實(shí)際的應(yīng)用中，上電初期的短路電流判斷只在100ms內(nèi)起作用，其后即在當(dāng)微處理器初始化完畢開(kāi)始正常運(yùn)行，模擬脫扣電路則進(jìn)行特大短路電流的判斷，兩種不同短路情況，其電流定值不同。如40/50kA，即上電瞬間短路判斷電流定值為40kA，運(yùn)行期間特大短路電流判斷定值為50kA，因此要實(shí)現(xiàn)不同短路電流判斷，中比較器的參考電壓要能進(jìn)行切換。本文設(shè)計(jì)的可切換參考電平電路如所示，電平的切換通過(guò)圖中所示的微處理器的P1.1引腳來(lái)控制，設(shè)計(jì)采用兩個(gè)3.3V的穩(wěn)壓管D2和D4，通過(guò)反相加法電路得到VRE—，在系統(tǒng)上電初期，微處理器I/O引腳為高阻或輸入狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)壓管D4不起作用，此時(shí)的VRE—為：
　　

　　該參考電壓為實(shí)現(xiàn)上電短路判斷的參考電平，在微處理器初始化完畢后，P1.1輸出低電平，此時(shí)穩(wěn)壓管D4的3.3V電壓加入VRE—，有
　　

　　該參考電平作為運(yùn)行期間特大短路電流的參考電平。VRE—經(jīng)過(guò)反相電路得VRE+。因此的電路可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同參考電平的切換。
　　(3)和(4)式中電阻的取值根據(jù)實(shí)際的短路電流定值來(lái)確定。
　　

　　3 結(jié)論
　　本文設(shè)計(jì)的智能化脫扣器脫扣電路，結(jié)合了數(shù)字脫扣和模擬脫扣電路，使系統(tǒng)更為可靠，電路中采用了脈寬檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)了抗干擾的設(shè)計(jì)。通過(guò)在實(shí)際的智能脫扣器系統(tǒng)中的應(yīng)用驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的正確，經(jīng)過(guò)測(cè)試，該電路可以可靠穩(wěn)定地工作。
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