秦 海 張鵬宇 宋福歸 卜浩民

（上海良信電器股份有限公司，上海 200137）

欠電壓脫扣器是萬能式斷路器的一種保護(hù)功能附件，在它的端電壓降至某一規(guī)定范圍時(shí)，使斷路器有延時(shí)或無延時(shí)斷開的一種脫扣器，當(dāng)電源電壓下降（甚至緩慢下降）到額定工作電壓的70%～35%范圍內(nèi)，欠電壓脫扣器應(yīng)脫扣；欠電壓脫扣器在電源電壓等于或低于脫扣器額定工作電壓的35%時(shí)，欠電壓脫扣器應(yīng)能防止斷路器閉合，使該斷路器以下的負(fù)載電器或電氣設(shè)備免受欠電壓的損壞。在全球?qū)δ茉窗踩凸?jié)能減排的大背景下，低功耗地安全、可靠用電和精準(zhǔn)保護(hù)成為研發(fā)人員設(shè)計(jì)開發(fā)先進(jìn)欠電壓脫扣器必須考慮的因素。

1 欠電壓脫扣器的組成

欠電壓脫扣器控制電路由圖1五個(gè)部分組成：電源部分；時(shí)間延遲特性部分；保持線圈恒流源部分；吸動(dòng)線圈控制部分；線圈及其控制部分。

1.1 電源與電壓采樣

電源部分的工作原理如圖1所示。其輸出電壓的改變，采用電阻降壓方式，通過改變粗調(diào)降壓電阻Rx和細(xì)調(diào)電阻Rxx，可得到不同且平穩(wěn)的輸出電壓，從而保證脫扣器在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動(dòng)作范圍內(nèi)可靠動(dòng)作。

圖1 欠電壓脫扣器原理框圖

圖2 欠電壓脫扣器電壓采樣與電源電路

1.2 延時(shí)動(dòng)作控制電路部分

延時(shí)動(dòng)作控制電路部分如圖 3所示，此電路由V1A構(gòu)成正反饋回路，實(shí)現(xiàn)欠壓時(shí)可以有一個(gè)回差，更好地滿足產(chǎn)品的動(dòng)作電壓閥值，同時(shí)此部分能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路中供電電壓狀態(tài)，在供電系統(tǒng)處于欠電壓狀態(tài)時(shí)，及時(shí)將信號(hào)反饋給時(shí)間延遲部分，經(jīng)過一段時(shí)間的延遲，使保持線圈斷電而釋放，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。在不同使用場(chǎng)合，要求斷路器有不同的延時(shí)動(dòng)作特性。通過調(diào)整撥碼開關(guān)，來選擇延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，使斷路器滿足多種用電場(chǎng)合的需求。

圖3 欠電壓脫扣器延時(shí)動(dòng)作控制電路

1.3 保持線圈恒流源部分

保持線圈恒流源電路部分如圖4所示，采用電阻取樣電流、兩只晶體管冗余的方式將線圈中的電流反饋給控制開關(guān)管，這樣在外部電壓波動(dòng)的情況下其仍可以保證供給線圈以恒定的工作電流；當(dāng)產(chǎn)品使用溫度環(huán)境變化時(shí)，保持線圈阻抗將會(huì)隨著溫度漂移，采用此種恒流模式可以確保不同溫度下線圈安匝數(shù)不變，綜上所述，此方案可以保證脫扣器在使用于不同環(huán)境溫度下的可靠性，及電壓波動(dòng)頻繁環(huán)境下的可靠性。

圖4 欠電壓脫扣器保持線圈恒流源電路

1.4 吸動(dòng)線圈控制部分

吸動(dòng)線圈控制部分如圖5所示，通過多級(jí)與非邏輯電路組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，給吸動(dòng)線圈提供動(dòng)作控制信號(hào)，此電路的特點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，除了可以有效的濾除干擾信號(hào)，還能保證吸動(dòng)線圈取得一個(gè)合適的得電脈寬，從而確保保持線圈不至于過長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀。當(dāng)產(chǎn)品需要吸合時(shí)，此電路將從電壓取樣電路獲得一個(gè)電平翻轉(zhuǎn)，MOS管D15導(dǎo)通，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，吸動(dòng)線圈得電后執(zhí)行吸合動(dòng)作，經(jīng)過設(shè)定的導(dǎo)通脈寬后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)結(jié)束，吸合線圈失電，吸動(dòng)過程完成。調(diào)節(jié)圖中的關(guān)鍵電容可以實(shí)現(xiàn)吸動(dòng)脈寬的調(diào)節(jié)，從而來適應(yīng)不同的吸動(dòng)線圈。

圖5 欠電壓脫扣器吸動(dòng)線圈控制電路

1.5 線圈動(dòng)作執(zhí)行部分

線圈動(dòng)作執(zhí)行部分如圖6所示，此電路主要是通過開關(guān)管（MOSFET、可控硅、晶體晶體管等）D20和D19來分別控制吸動(dòng)線圈L2和保持線圈L1。正常情況下L2處于斷開狀態(tài)，而L1 處于吸合保持狀態(tài)，使欠電壓脫扣器處于正常工作狀態(tài)。

圖6 欠電壓脫扣器線圈動(dòng)作執(zhí)行電路

2 具體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)欠壓脫扣器的能耗主要產(chǎn)生于于保持線圈和控制開關(guān)元件（MOSFET、晶閘管、晶體三極管等）。

當(dāng)欠壓脫扣器處于正常工作狀態(tài)時(shí)，保持線圈L1的直流電阻值為 12.5kΩ（AC220V）和 27.5kΩ（AC380V），其工作功耗僅為：3.5W，最大功率≤5W。而單線圈欠電壓脫扣器的正常工作能耗大約在30W左右。從而采用吸動(dòng)線圈和保持線圈雙線繞組的設(shè)計(jì)方案，可以大大降低欠電壓脫扣器的工作功耗。經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，本設(shè)計(jì)欠壓脫扣器保持線圈功耗為為2.75W（如圖7所示）。

圖7 欠電壓脫扣器實(shí)測(cè)保持線圈功

3 結(jié)論

此方案在降低欠電壓脫扣器工作功耗的情況下，還同時(shí)提高了在各種使用環(huán)境下的可靠性，使用恒流源電路控制保持線圈，使得保持線圈受溫度的影響減小到最低，同時(shí)滿足了欠電壓脫扣器EMC電磁兼容的要求。經(jīng)上海電器檢測(cè)所試驗(yàn)，按照GB14048.2的試驗(yàn)條件：高溫70℃，72h、低溫-40℃，72h、濕熱 95%、55℃，72H、壽命 3000次、EMC及動(dòng)作特性，所有驗(yàn)證均滿足技術(shù)條件要求，判定合格。另外采用吸動(dòng)線圈控制電路，保證了欠電壓脫扣器應(yīng)用于低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中苛刻的保護(hù)動(dòng)作要求。對(duì)斷路器所控制的用電系統(tǒng)實(shí)施了有效保護(hù)。

[1] 王加法.欠電壓分勵(lì)一體化脫扣器的設(shè)計(jì)[J].江蘇電器,2008(11).

[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB 14048.2-2008低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第2部分:斷路器,2008.