用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置製造方法
2023-10-10 13:11:29 1
用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置，所述增強型直流雙電源配電櫃包括兩個直流電源和兩個二極體，所述兩個直流電源分別通過一個二極體與負載連接；所述二極體檢測裝置包括：單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，所述的兩個二極體狀態監測電路相互隔離、且分別用於檢測所述兩個二極體中的一個；所述二極體狀態監測電路用於檢測所述二極體的電流、壓降和陰極電壓，並將檢測信號輸出至所述單片機系統；所述單片機系統用於根據所述檢測信號判斷二極體及其所在饋線支路的狀態。本發明技術方案滿足了「雙重配置直流輸出配電技術要求」中的各項規定，還具有體積不大，結構小巧，穩定可靠，安裝及接線簡單，成本低廉的優點。
【專利說明】用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源及電路【技術領域】，具體涉及一種用於增強型直流雙電源配電櫃的
二極體監測裝置。
【背景技術】
[0002]為了提高電力系統中通訊系統的可靠性，通訊電源採用雙備份結構設計，即系統中通訊設備由2套48伏直流電源熱備份方式供電，並使用二極體隔離，使系統供電不受某一路直流電源的短路、失壓影響，也不存在切換時間，並且使通訊電源設備方便同時接入2套不同廠家的直流電源。如圖1所示，是一種常用的分散隔離式直流輸出配電櫃。
[0003]廣東電網專門為上述應用制定了相應的行業標準一 「雙重配置直流輸出配電技術要求」，標準指出「任何情況下必須確保兩臺高頻開關電源整流器之間不能形成充放電迴路」，「任何情況下都必須確保兩組與高頻開關電源整流器連接的蓄電池組之間不能形成互相充放電迴路」，可見隔離二極體對於電力通信設備的供電安全可靠性起到重要作用，對雙電源直流配電櫃的二極體狀態的在線監測有著重大意義，因此「標準」中明確規定:
任何一路輸入電壓異常應有告警；
輸出直流母線電壓異常應有告警；
任何一路輸入控制開關斷開應有告警；
任何一路分路開關跳閘應有告警和告警屏蔽措施；
任何一路隔離二極體開路或短路應有告警。
【發明內容】
[0004]本發明實施例提供可滿足上述「標準」的多項規定的一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置。
[0005]本發明實施例提供的一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置，所述增強型直流雙電源配電櫃包括兩個直流電源和兩個二極體，所述兩個直流電源分別通過一個二極體與負載連接；所述二極體檢測裝置包括:單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，所述的兩個二極體狀態監測電路相互隔離、且分別用於檢測所述兩個二極體中的一個；所述二極體狀態監測電路用於檢測所述二極體的電流、壓降和陰極電壓，並將檢測信號輸出至所述單片機系統；所述單片機系統用於根據所述檢測信號判斷二極體及其所在饋線支路的狀態。
[0006]由上可見，本發明實施例技術方案中，可通過單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，全面實時檢測二極體及其所在饋線支路的狀態，進而可提供相應的報警或屏蔽等措施，從而滿足了上述「雙重配置直流輸出配電技術要求」中的各項規定，並且，本發明實施例的二極體監測裝置通過將各個功能模塊整合在一起，還具有體積不大，結構小巧，穩定可靠，安裝及接線簡單，成本低廉的優點。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]為了更清楚地說明本發明實施例技術方案，下面將對實施例和現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0008]圖1是分散隔離式直流輸出配電櫃的電路原理圖；
圖2是本發明實施例提供的用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置的電路原理圖；
圖3是雙路電壓採集單元的示意圖；
圖4是電源管理電路的示意圖；
圖5是二極體陰極電壓採樣電路的示意圖；
圖6是饋線支路空氣開關狀態判斷邏輯示意圖；
圖7是二極體開路狀態判斷邏輯示意圖；
圖8是二極體短路狀態判斷邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0009]本發明實施例提供可滿足上述「標準」的多項規定的、一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置。`
[0010]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
[0011]請參考圖2，本發明實施例提供一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測
>J-U ρ?α裝直。
[0012]所述增強型直流雙電源配電櫃包括兩個直流電源和兩個二極體，所述兩個直流電源分別通過一個二極體與負載連接；所述二極體檢測裝置包括:單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，所述的兩個二極體狀態監測電路相互隔離、且分別用於檢測所述兩個二極體中的一個；所述二極體狀態監測電路用於檢測所述二極體的電流、壓降和陰極電壓，並將檢測信號輸出至所述單片機系統；所述單片機系統用於根據所述檢測信號判斷二極體及其所在饋線支路的狀態。
[0013]下面進一步詳細描述:
可選的，所述二極體狀態監測電路I包括:二極體電流採樣電路3，二極體壓降採樣電路(4、5)，二極體陰極電壓採樣電路6，和隔離信號輸出電路(7、8、9、10)，以及用於提供電源的電源管理電路2 ;所述單片機系統11包括:電源模塊12、雙路電壓採集單元15、二極體信號採集單元16、單片機14、以及隔離485通訊電路13。
[0014]本發明一些實施例中:
所述二極體電流採樣電路包括集磁極電流傳感器及調理電路，用於判斷二極體是否開路，輸出表示二極體是否開路的電流檢測信號。其中，採用集磁極電流互感器可對二極體電流進行非接觸測量。
[0015]可選的，所述集磁極電流互感器，是基於平面與垂直方向的霍爾元件，具體可為，霍爾效應傳感器。霍爾效應傳感器能夠感應在三個軸上的流通密度，同時使得位置傳感器能夠在360°的範圍上檢測磁場向量。集磁極使得穿過水平方向霍爾元件的磁通量達到最大值，更進一步，它可以提供一些磁增益係數。使用該類型的電流傳感器不需磁芯及相關的霍爾處理電路即可獲得傳統霍爾電流傳感器的性能，且極大節省布置空間。
[0016]所述二極體壓降採樣電路包括比較器和基準源，用於判斷二極體壓降為正或為負，輸出表示二極體壓降為正或為負的壓降檢測信號。其中，二極體正常工作時的正向壓降〈0.2伏，考慮到小電流狀況，可以把基準源電壓設置為0.2伏，只要二極體正常且電流通過二極體的壓降大於0.2伏，比較器輸出高電平的壓降檢測信號，否則在短路狀態比較器輸出的壓降檢測信號必然為低電平。具體應用中，比較器可採用LM393，基準源可採用50K和330歐電阻對工作電源分壓得到0.19伏穩定電壓，以確保在二極體短路時比較器輸出為低電平。
[0017]請參考圖5，所述二極體陰極電壓採樣電路包括單路光耦例如PC357，用於檢測電源空氣開關的狀態，輸出表示電源空氣開關狀態的陰極電壓檢測信號。具體的，所述二極體陰極電壓採樣電路用來檢測該饋線支路的一路、二路電源空開的狀態，是開閘(on)或合閘(off)，或跳閘(on-off)。具體應用中，二極體陰極電壓採樣電路可包括限流電阻22和光耦23，當該路電源的空氣開關合閘時，光耦23導通，MCU在採樣點24採樣到低電平，反之為高電平。
[0018]所述隔離信號輸出電路將採集得到的所述電流檢測信號、壓降檢測信號和陰極電壓檢測信號被轉換成數位訊號例如O或1，並經光耦隔離輸出至所述單片機系統的二極體信號採集單元。
[0019]請參考圖4，所述電源管理電路包括分離元件二極體、三極體、穩壓管和濾波電容，用於為二極體狀態監測電路提供穩定的30伏電壓。所述電源管理電路採用分離元件設計的簡單線性穩壓電源。具體應用中，二極體可採用1N4407，三極體可採用BC846ALT1G，穩壓管可採用30伏的1N4751，從而實現30伏35mA電流輸出。其中，可每一個二極體的狀態監測電路配置一個電源管理電路作為30伏穩壓電源，使得各個單元電路相互隔離，具有各自參考點。使用30伏電壓等級，使得線性穩壓電路的損耗得到降低，並最大限度減少裝置的發熱量，可有效降低電源的功耗。
[0020]本發明一些實施例中:
所述單片機(MCU, Micro Control Unit,即微控制單元)可採用高速8位單片機STC16C5A60S2。
[0021 ] 所述電源模塊可採用高頻開關電源。
[0022]所述二極體信號採集單元用於接收二極體狀態監測電路輸送的檢測信號。
[0023]請參考圖3，所述雙路電壓採集單元包括兩個線性隔離的直流電壓採樣迴路以及模數轉換器，能夠對2路48伏電源電壓進行採樣；其中，所述直流電壓採樣迴路包括電阻分壓網絡、線性隔離光耦、差分放大電路；所述模數轉換器採用ADC器件。可選的，所述電阻分壓網絡為高精度貼片色環電阻，線性隔離光耦為HCPL7840、差分放大電路採用TLC2272rail to rail單電源運放，ADC器件採用高精度16位spi接口的Σ -Δ快速模數轉換器。具體應用最終，兩路母線電壓分別經過電阻分壓網絡，並通過線性隔離光耦例如HCPL7840隔離，由差分放大電路緩衝，最後由多通道16位ADC器件採樣。
[0024]所述單片機用於根據所述檢測信號判斷二極體及其所在饋線支路的狀態。
[0025]本發明一些實施例中，所述二極體及其所在饋線支路的狀態包括:二極體開路或短路，以及饋線支路中的空氣開關合閘或分閘。
[0026]可選的，二極體的狀態判斷應在兩個直流電源的電壓相等的條件下進行，當兩路電源的電壓相差不超過0.5伏時，可以認為兩路電源電壓是相等的。
[0027]請參考圖6，每條饋線支路中空氣開關的狀態可通過二極體陰極電壓來判斷，當檢測到二極體陰極電壓不為零時，判斷該二極體所在饋線支路的空氣開關為合閘，否則為分閘。
[0028]如圖7所示，檢測到饋線支路空氣開關為合閘狀態，且檢測到二極體電流為零時，判斷二極體為開路狀態；其中，應確保所述兩個直流電源的電壓相等，即相差不超過0.5V。
[0029]如圖8所示，檢測到饋線支路空氣開關為合閘狀態，且對應的二極體電流不為零時，以及對應二極體壓降為零是，可以判斷相應的二極體為短路狀態；其中，應確保所述兩個直流電源的電壓相等，即相差不超過0.5V。
[0030]本發明一些實施例中:
所述二極體狀態監測電路包括8對，用於對8條饋線16個二極體的狀態進行監測；SP，所述二極體狀態監測電路可由隔離對稱的八對相同的單元電路組成，從而能夠同時對8條饋線支路的16個二極體進行實時監測。需要說明的是，本發明實施例中並不限於8對。
[0031]綜上，本發明實施例提供了一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置，該裝置可通過單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，全面實時檢測二極體及其所在饋線支路的狀態，進而可提供相應的報警或屏蔽等措施，從而滿足了上述「雙重配置直流輸出配電技術要求」中的各項規定，並且，本發明實施例的二極體監測裝置通過將各個功能模塊整合在一起，還具有體積不大，結構小巧，穩定可靠，安裝及接線簡單，成本低廉的優點。
[0032]在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳細描述的部分，可以參見其它實施例的相關描述。
[0033]需要說明的是，對於前述的各方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發明並不受所描述動作順序的限制，因為依據本發明，某些步驟可以採用其它順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬於優選實施例，所涉及的動作和模塊並不一定是本發明所必須的。
[0034]以上對本發明實施例所提供的一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置進行了詳細介紹，但以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，不應理解為對本發明的限制。本【技術領域】的技術人員，依據本發明的思想，在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於增強型直流雙電源配電櫃的二極體監測裝置，其特徵在於，所述增強型直流雙電源配電櫃包括兩個直流電源和兩個二極體，所述兩個直流電源分別通過一個二極體與負載連接；所述二極體檢測裝置包括: 單片機系統和兩個二極體狀態監測電路，所述的兩個二極體狀態監測電路相互隔離、且分別用於檢測所述兩個二極體中的一個； 所述二極體狀態監測電路用於檢測所述二極體的電流、壓降和陰極電壓，並將檢測信號輸出至所述單片機系統； 所述單片機系統用於根據所述檢測信號判斷二極體及其所在饋線支路的狀態。
2.根據權利要求1所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述二極體狀態監測電路包括:二極體電流採樣電路，二極體壓降採樣電路，二極體陰極電壓採樣電路，和隔離信號輸出電路，以及用於提供電源的電源管理電路； 所述單片機系統包括:電源模塊、雙路電壓採集單元、二極體信號採集單元、單片機、以及隔離485通訊電路。
3.根據權利要求2所述的二極體監測裝置 ，其特徵在於: 所述二極體電流採樣電路包括集磁極電流傳感器及調理電路，用於判斷二極體是否開路，輸出表示二極體是否開路的電流檢測信號； 所述二極體壓降採樣電路包括比較器和基準源，用於判斷二極體壓降為正或為負，輸出表示二極體壓降為正或為負的壓降檢測信號； 所述二極體陰極電壓採樣電路包括單路光耦，用於檢測電源空氣開關的狀態，輸出表示電源空氣開關狀態的陰極電壓檢測信號； 所述隔離信號輸出電路將採集得到的所述電流檢測信號、壓降檢測信號和陰極電壓檢測信號被轉換成數位訊號並經光耦隔離輸出至所述單片機系統的二極體信號採集單元；所述電源管理電路包括分離元件二極體、三極體、穩壓管和濾波電容，用於為二極體狀態監測電路提供穩定的30伏電壓。
4.根據權利要求2所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述雙路電壓採集單元包括兩個線性隔離的直流電壓採樣迴路以及模數轉換器，能夠對2路48伏電源電壓進行採樣； 其中，所述直流電壓採樣迴路包括電阻分壓網絡、線性隔離光耦、差分放大電路；所述模數轉換器採用ADC器件。
5.根據權利要求4所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述電阻分壓網絡為高精度貼片色環電阻，線性隔離光耦為HCPL7840、差分放大電路採用TLC2272 rail to rail單電源運放，ADC器件採用高精度16位spi接口的Σ -Λ快速模數轉換器。
6.根據權利要求1所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述二極體及其所在饋線支路的狀態包括:二極體開路或短路，以及饋線支路中的空氣開關合閘或分閘。
7.其中，檢測到二極體陰極電壓不為零時，判斷該二極體所在饋線支路的空氣開關為合閘，否則為分閘。
8.檢測到饋線支路空氣開關為合閘狀態，且檢測到二極體電流為零時，判斷二極體為開路狀態。
9.根據權利要求1所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述兩個直流電源的電壓相差不超過0.5V。
10.根據權利要求1所述的二極體監測裝置，其特徵在於: 所述二極體狀態監測電路包括8對，用於對8條饋線16個二極體的狀態進行監測。
【文檔編號】G01R31/28GK103777132SQ201410019552
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】曹紅喜, 張燦爛, 李仲卿, 翦志強, 戴路加 申請人:深圳市金宏威技術股份有限公司