易於配置的電源綜合保護與監控模塊的製作方法

2023-07-11 08:48:16 2

專利名稱：易於配置的電源綜合保護與監控模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及交流或直流電源產品的保護，特別是交流電源的綜合保護與監控，屬 於電子控制技術領域。 背暴技術
目前使用較多的交流電源保護方式是相對獨立的過欠壓保護繼電器、過電流保護 繼電器、溫度保護繼電器、時間繼電器等，在電路的主迴路中以串聯的形式控制電源 的輸出，其監控技術也是採集不同的獨立單元的數據進行獨立控制，這種保護與監控 系統綜合成本高、性能一般、體積較大，保護參數不容易更改。
目前也有不少針對電源保護與監控的技術方案，例如，專利94236177. 6多功能三 相電源保護器，是通過運算放大器及分立元器件來實現，電路元器件多，設定與調試 複雜；專02119351. 7電源保護裝置，依據斷路控制信號切斷交流電源供電，具有突 波保護、漏電流保護與過電流保護的功能，保護功能較少；專利200410028099. 2系統 電源監控裝置，是通過各單元的感應電阻檢測負載電流並經微控制器處理，確定電源 損耗是否超出默認值，保護功能單一；專利200510123354. 6電源保護裝置及方法，需 要分別設置與電源被保護參數對應的保護電路，使用多個電源保護裝置通過邏輯電路 控制電源的輸出。
綜述以上方案，存在以下不足 一是產品功能綜合性不強；二是保護參數更改不 方便；三是檢測的參數不全面，並且不能對多種情況進行綜合考慮。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種易於配置的電源綜合保護與監控模塊，它成為交流 電源或直流電源綜合保護與監控的核心。通過使用該模塊並配以適當的外圍電路，便 可提供電源的過電壓保護與恢復、欠電壓保護與恢復、瞬時過電流保護、穩態過電流 保護、高溫保護與恢復、低溫保護與恢復、超頻率保護與恢復、低頻率保護與恢復、 各種延時保護，各種參數值為多少以及是否需要該項保護或恢復，均可由用戶通過計 算機方便地査看或重新配置，能夠通過網絡實現遠程控制或集中監控。
本實用新型的目的是這樣實現的易於配置的電源綜合保護與監控模塊，通過輸 入接口提供的信號由智能單元經過運算、比較，由輸出接口提供綜合保護或旁路輸出 控制，通過指示單元指示各種工作狀態及故障狀態，通過通訊接口實現參數的査看或 重新配置以及對工作參數進行實時監測，其特徵是包括以下硬體電路
電源為模塊提供直流工作電源；
智能單元[2]:內含程序存儲器、非易失性可擦寫存儲器、AD轉換電路及控制 程序；
輸入接口 [3]:數字量或模擬量的輸入通道，與智能單元[2]相連；
輔助電路[6]:用於提供上電復位信號及ADC基準電壓信號，與智能單元[2] 相連；
通訊接口 [7]:用於與外部通訊，與智能單元[2]相連；
輸出接口 [8]:用於輸出電源工作與保護的控制信號、旁路信號、告蒈信號， 與智能單元[2]相連。
輔助電路[6]能夠集成在智能單元[2]中。
本實用新型的工作原理本實用新型是按照上述構思使用上述主要部件組合而成的。
利用高性能單片機作為智能單元，通過輸入接口提供的電壓、電流等模擬量信號 或數位訊號由智能單元經過轉換、運算並與用戶配置的需要保護的項目、參數進行比 較、分析，由輸出接口提供綜合保護或旁路輸出控制，通過指示單元指示各種工作狀 態及故障狀態，通過通訊接口實現參數的查看或重新配置以及對工作參數進行實時監 視，用戶配置的參數存貯在非易失性可擦寫數據存儲器中。當某電壓、電流或其它參 數的實時測量值進入保護值範圍時，單片機便與存儲器中的該項目是否需要保護、 是否需要延時保護等信息進行比較、分析，確定為給出保護信號時，單片機便通過 輸出接口執行電源的關閉操作，即不將外部提供的交流電或直流電接入電源產品， 從而對電源產品實施保護；若此項保護屬於需要旁路操作的保護項目，則此時單片 機還將通過輸出接口將電源的輸入直接接至輸出，執行旁路操作；若此項保護屬於 可恢復的保護項目，則此後單片機在檢測到實時測量值進入恢復值範圍內時，還會 通過輸出接口斷開旁路操作並將外部提供的交流電或直流電接入電源產品，從而開 啟電源恢復正常工作。
單片機由輔助電路提供硬體復位等信號，通過編程接口進行編程，如果需要進一 步擴展模塊的功能，可通過功能擴展接口輸入或輸出數字量或模擬量信號，在軟體 的控制下實現模塊功能的擴展。
通過輸入接口提供的信號及智能單元的ADC電路，可以測量一些電壓、電流等 工作參數，通過溫度傳感器，可以測量模塊的工作溫度。這些工作參數與用戶配置 的相關的保護參數進行智能比較，然後通過輸出接口給出工作信號、保護信號或旁 路信號、告警信號。
通過通訊接口給單片機發送相應的指令，可以方便地讀取或重新配置各種參數。 通訊方式可以是直接與單片機相連的方式，也可以是通過有線網絡或無線網絡遠程 通訊方式。
本實用新型的優點及效果
(1) 將電源的綜合保護的核心部分獨立組成一個模塊，並採用了高性能單片機 通過軟體控制，因此產品的綜合性強，應用範圍廣，實際應用中可以使用一種功能 或多種功能組合。
(2) 各種功能或保護參數易於配置，可以由用戶自己隨時方便地配置。
(3) 可以對電源的多種情況進行綜合考慮。
(4) 可以方便地進行遠程監控、集中監控。
(5) 由於採用非易失性可擦寫存儲器保存數據，配置的參數在斷電後仍然不會丟失。
(6) 具備完善的指示及告警功能。
(7) 通過功能擴展接口，可以擴展顯示或輸入輸出功能。
(8) 以此模塊為核心組成的電源保護系統綜合成本低、體積小、性能優。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的電路原理方框圖。 圖2 是實施例的電路原理圖。
具體實施方式

參看圖1,智能單元[2]分別與輸入接口 [3]、功能擴展接口 [4]、編程接口 [5]、輔助電路[6]、通訊接口 [7]、輸出接口 [8]、指示單元[9]構成電氣連接， 電源[1]為模塊提供直流工作電壓和電流，與相關的部分構成電氣連接。智能單元 在上述相關電路及軟體的調度下，構成了易於配置的電源綜合保護與監控模塊。
參看圖2,作為交流電和24V直流電雙輸入的交直流綜合保護與監控模塊，由 程序控制當交流電正常時優先使用交流電。電源[1]由插座CZ1、集成穩壓塊U1、 電容C1、 C2、 C3組成，與電路的其它部分構成電氣連接，為模塊的相關部分提供工 作電源。從CZ1輸入4 12V直流電壓，經Ul(型號為LD1117S33C)穩壓後輸出3. 3V，
為單片機及相關電路供電。
智能單元[2]由高速、高性能單片機U2構成，型號為C8051F310,其內部集 成有振蕩器、在系統可編程的FLASH存儲器、JTAG調試電路、溫度傳感器、多達21 路的模數轉換電路(ADC)、四個通用16位定時器/計數器、硬體SMBus (12C兼容)、 UART串口、 PCA模塊等，它是本模塊的核心控制器件。
輸入接口 [3]提供交流輸入電信號的採樣，由插座CZ2及電容C6 C9組成， 它們與單片機構成電氣連接。CZ2外部接電壓、電流、頻率等模擬量的調理信號， 通過單片機內部的ADC電路轉換為數字量，以便通過通訊接口監視相關的數據，同
時根據配置的保護值或恢復值等參數確定是否應給出保護信號或恢復信號，溫度測 量值來源於單片機內置的溫度傳感器。電容C6 C9用於抗幹擾濾波。
功能擴展接口 [4]提供24V直流輸入電壓及電流的採樣與保護，並具有擴展通
訊功能，由插座CZ3組成，與單片機構成電氣連接。24V直流輸入電壓及電流的採 樣信號分別從CZ3的第3、 4引腳輸入，經單片機運算、分析、比較後，由CZ3的第 5、 6引腳分別輸出24V直流輸入的保護信號及24V電源故障告警信號，在單片機軟 件的調度下，交流電正常時，優先使用交流電，此時單片機控制24V電源不被接入。 單片機通過CZ3的7、 8引腳與外部通訊，將相關數據輸出到LCD或LED顯示，或進 行其它的輸入輸出操作。
編程接口 [5]由插座CZ4、電阻R3組成，與單片機構成電氣連接。單片機通 過此接口進行仿真、編程操作，如果通過獨立的設備對智能單元[2]編程，則此接 口可以省略。
輔助電路[6]由電阻R1、 R2、電容C4、 C5、穩壓二極體Dl組成，與單片機構 成電氣連接。R2、 C4組成開機復位電路，Rl、 Dl、 C5組成穩壓電路，為單片機ADC 提供電壓基準。
通訊接口 [7]由插座CZ5組成，與單片機構成電氣連接。CZ5的第2、 3引腳 分別為數據接收引腳和數據發送引腳，第l、 4引腳為通訊用電源。單片機通過此接 口與計算機串口或SMS/GPRS模塊連接，以便通過計算機直接監控或無線遠程監控。
輸出接口 [8]由插座CZ6組成，與單片機構成電氣連接。單片機通過此接口引 腳1輸出正常工作及執行保護動作的外部功率繼電器或無觸點開關控制信號，引腳 2輸出旁路信號，引腳3輸出蜂鳴器告警信號。
指示單元[9]由發光二極體D2 D12以及與其串聯的電阻R4 14組成，與單 片機構成電氣連接。D2為旁路工作指示；D3為正常工作指示，正常工作時外部功率 繼電器或無觸點開關閉合；D4為故障指示，檢測到任何故障時此指示燈均會點亮； D5為過壓保護指示；D6為欠壓保護指示；D7為瞬時過電流保護指示；D8為穩態過
電流保護指示；D9為超頻率保護指示；D10為頻率低保護指示；Dll為高溫保護指示；
D12為低溫保護指示。
權利要求1、易於配置的電源綜合保護與監控模塊，通過輸入接口提供的信號由智能單元經過運算、比較，由輸出接口提供綜合保護或旁路輸出控制，通過指示單元指示各種工作狀態及故障狀態，通過通訊接口實現參數的查看或重新配置以及對工作參數進行實時監測，其特徵是包括以下硬體電路電源[1]為模塊提供直流工作電源；智能單元[2]內含程序存儲器、可擦寫數據存儲器、AD轉換電路及控制程序；輸入接口[3]數字量或模擬量的輸入通道，與智能單元[2]相連；輔助電路[6]用於提供上電復位信號及ADC基準電壓信號，與智能單元[2]相連；通訊接口[7]用於與外部通訊，與智能單元[2]相連；輸出接口[8]用於輸出電源工作與保護的控制信號、旁路信號、告警信號，與智能單元[2]相連。
2、 根據權利要求1所述的易於配置的電源綜合保護與監控模塊，其特徵是輔助 電路[6]能夠集成在智能單元[2]中。
專利摘要一種易於配置的電源綜合保護與監控模塊，它成為交流電源或直流電源綜合保護與監控的核心。通過使用該模塊並配以適當的外圍電路，便可提供電源的過電壓保護與恢復、欠電壓保護與恢復、瞬時過電流保護、穩態過電流保護、高溫保護與恢復、低溫保護與恢復、超頻率保護與恢復、低頻率保護與恢復、各種延時保護，各種參數值為多少以及是否需要該項保護或恢復，均可由用戶通過計算機方便地查看或重新配置，能夠通過網絡實現遠程控制或集中監控。
文檔編號H02H3/06GK201004547SQ200720033340
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月16日 優先權日2007年1月16日
發明者塗金龍 申請人:塗金龍