CN100486069C - 一种直流过流保护器检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种直流过流保护器检测方法及系统，包括检测接口、放大电路与信号判别单元，通过检测直流过流保护器两端的电气参数；并将所述的电气参数进行放大处理，并根据放大处理过的电气参数判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息。可以在没有连接检测电缆时上报出熔丝状态异常；不受小电流的影响；也不受后备电源的电压和系统电压差较小的影响；并能兼容检测空气开关的状态与普通开关量的状态。

Description

一种直流过流保护器检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于直流电路中的过流保护器的检测方法及系统。

背景技术

在电子设备中使用直流电源作为供电电源的情况下，为了使用安全，需要给电子设备供电的直流电源的输出、输入端串接直流过流保护器来对直流电源的输出进行过流保护。目前，一般采用空气开关、磁断路器、熔丝等作为直流过流保护器。在某路电流超过设计电流很大(如大于某一预定的阈值)时，该直流过流保护器能够自动断开此路电路，以达到保护电网、直流电源系统的目的。接入直流过流保护器可使整个电子设备或整个系统不会因部分电网、设备短路掉电而影响整个电子设备或整个系统的正常运行。

在各种直流过流保护器中，所述的空气开关和磁断路器工作原理类似，过流断开后都可以外力再次合上。另外，对于其他各种过流开关，即开关类过流器通常均不能自恢复接通。所述的熔丝可以分为一次性不可恢复的熔丝及可恢复熔丝，其中，可恢复熔丝能够在过流后一段时间恢复接通。

因此，所述直流过流保护器均为易损或状态易切换的电路保护单元，这样，就需要一种直流过流保护器检测机制可以实时检测、上报直流过流保护器的工作状态给本地或远程用户，以方便对被保护电子设备的管理和维护。

以熔丝作为直流过流保护器为例，相应的电气设备的供电系统熔丝安装结构如图1所示，该供电系统主要包括：直流电源组、备份直流电源组、蓄电池与至少一个负载(即电子设备)；如图1中所示，所述熔丝通常安装在正极电源线缆上，具体安装位置也可以根据供电系统结构不同而具体设定。

针对上述供电系统中设置的熔丝的直流过流保护器检测机制具体可以采用图2所示的实现方案。

在图2中，实现直流过流保护器检测机制的检测电路包括一光耦，两条状态检测电缆接于熔丝两端。在正常工作时由于熔丝电阻非常小，电流不经过光耦；当熔丝熔断后，电流由于压差经过光耦，光耦导通，产生熔丝异常告警。

该图2所示的直流过流保护器检测机制存在的缺点如下：

1、如果熔丝两端的状态检测电缆没有连接上，或者连接不正确，则无电流经过光耦，光耦将一直无法导通，则将判断熔丝的状态一直为正常，显然不能真实地检测直流过流保护器(即熔丝)的实际状态。

2、由于光耦的光电传输比是不稳定的且有衰减性的，因此，即使熔丝断开，由于光耦已经接入电路，负载上仍然会有几mA电流流过，该小电流将很可能给负载带来不该发生的驱动，从而影响负载的使用及针对负载的检测等。

3、若所述熔丝安装在备份直流电源组、蓄电池的回路里，因后备电源的电压和系统电压的电位差很小(通常会在1V以下)，在熔丝断开时，所述的电位差无法超过光耦的导通电压，即光耦不能导通，使得无法及时检测到出现的问题。

针对上述供电系统中设置的熔丝的直流过流保护器检测机制具体还可以采用图3所示的实现方案。

在图3中，所述熔丝设于电源的一条电源线缆上，实现直流过流保护器检测机制的检测电路主要包括三极管，三极管的基极和集电极连接引出的两条状态检测电缆连接于熔丝两端的电源线缆上，三极管的发射极则通过另一条状态检测电缆连接于供电系统的另一条电源线缆上。所述熔丝正常时，三极管能够导通，A点电压为低电压；所述熔丝断开时，三极管不能导通，A点电压就为高电压；检测电路通过检测A点电压，便可以获知熔丝是否正常工作，若检测熔丝断开，则可以输出相应的报警，以实现相应的检测机制。

该图3所示的过流保护器检测机制存在的缺点如下：

若所述熔丝安装在备份电源组、蓄电池的回路里，则即使熔丝断开，若后备电源的电压超过三极管的导通电压，这个电路就认为熔丝正常工作；而且，后备电源组的电压通常肯定会超过三极管的导通电压，因此，该过流保护器检测机制根本无法检测后备电源组设置的熔丝的工作状态。

发明内容

本发明的实施例提供了一种直流过流保护器检测方法及系统，从而能够准确、可靠地上报针对直流过流保护器的工作状态的检测结果。

本发明的实施例提供了一种直流过流保护器检测方法，包括：

检测直流过流保护器两端的电压差；将所述的电压差通过差分放大电路进行差分放大处理后，根据差分放大处理过的电压差判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息；

其中，所述差分放大电路包括放大器、第三电阻、第五电阻、第六电阻与第七电阻，且所述放大器的正极输入端通过第五电阻连接直流过流保护器的一端，放大器的负极输入端通过第六电阻连接直流过流保护器的另一端；放大器的正极输入端还通过第三电阻连接参考电压接点，放大器的负极输入端通过第七电阻接放大器的输出端；进一步地，该差分放大电路还包括：

两组防护电路，分别接于放大器的两个输入端，用于保护放大器，防止在外部输入信号超过放大器工作共模电压时损坏放大器；和/或，

第四电阻与第八电阻，作为上下拉电阻，用于在检测接口异常时在放大器的两个输入端产生电压差，上报直流过流保护器异常；和/或，

参考电压提供电路，包括第一电阻与第二电阻，第一电阻与第二电阻串接于直流过流保护器的等电位端与放大器的正极工作电压端；第一电阻与第二电阻的串联接点为参考电压接点。

本发明的实施例提供了一种直流过流保护器检测系统，包括检测接口、差分放大电路与信号判别单元，其中：

检测接口，连接过流保护器与差分放大电路，所述差分放大电路通过检测接口检测直流过流保护器两端的电气参数；

差分放大电路，输入端通过检测接口连接直流过流保护器两端，输出端接信号判别单元，对检测到的直流过流保护器两端的电气参数进行放大处理，并将处理过的工作信号传送至信号判别单元；

信号判别单元，用于根据差分放大电路发送来的处理过的工作信号判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息；

其中，所述差分放大电路包括放大器、第三电阻、第五电阻、第六电阻与第七电阻，且所述放大器的正极输入端通过第五电阻连接直流过流保护器的一端，放大器的负极输入端通过第六电阻连接直流过流保护器的另一端；放大器的正极输入端还通过第三电阻连接参考电压接点，放大器的负极输入端通过第七电阻接放大器的输出端；进一步地，该差分放大电路还包括：

两组防护电路，分别接于放大器的两个输入端，用于保护放大器，防止在外部输入信号超过放大器工作共模电压时损坏放大器；和/或，

第四电阻与第八电阻，作为上下拉电阻，用于在检测接口异常时在放大器的两个输入端产生电压差，上报直流过流保护器异常；和/或，

参考电压提供电路，包括第一电阻与第二电阻，第一电阻与第二电阻串接于直流过流保护器的等电位端与放大器的正极工作电压端；第一电阻与第二电阻的串联接点为参考电压接点。

由上述本发明提供的实施例可以看出，相应的实施例可以对直流过流保护器两端的微小电压(mV甚至μV级)差进行检测，利用直流过流保护器两端的电压差，经过放大器U1进行适当的倍数放大，然后判别处理，检测直流过流保护器状态，从而提高了检测结果的准确性。

附图说明

图1为一般电气设备的供电系统直流过流保护器安装示意图；

图2为现的技术一所述的直流过流保护器状态检测的检测电路示意图；

图3为现的技术二所述的直流过流保护器状态检测的检测电路示意图；

图4为本发明所述系统实施例的具体实现结构示意框图一；

图5为本发明所述系统实施例的具体实现结构示意框图二；

图6为本发明所述系统实施例的具体实现电路结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的一种直流过流保护器检测方法的实施例中，其主要是检测直流过流保护器两端的电气参数；并将所述的电气参数进行放大处理，并根据放大处理过的电气参数判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息。对于本实施例来说是检测直流过流保护器两端的电压差，并对所述的电压差进行差分放大处理，并根据差分放大处理过的电压差判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息。

本发明所述的一种直流过流保护器检测系统实施例的具体实现结构可以如图4、图5与图6所示，包括检测接口、放大电路与信号判别单元，通过所述的检测接口与被检测的直流过流保护器连接以采集直流过流保护器两端的电气参数值(通常是电压值)，并在经放大电路放大处理后提供给信号判别单元进行检测判别处理，以确定所述被检测的直流过流保护器的工作状态(即是否断开)。其中，可以利用本发明检测的直流过流保护器包括但不限于为熔丝、空气开关或磁断路器，具体一点讲，相应的直流过流保护器通常为在起过流保护时能够断开供电回路，且无法自动恢复供电的直流过流保护器件。

上面所述的放大电路对本实施例来说可采用差分放大电路，差分放大电路对检测接口采集的直流过流保护器两端的电压差值，进行差分放大处理后提供给信号判别单元进行检测判别处理，以确定所述被检测的直流过流保护器的工作状态(即是否断开)。

本发明提供的实施例中，所述的检测接口连接于直流过流保护器与差分放大电路之间，差分放大电路输入端通过检测接口连接直流过流保护器两端，以便于采集获取被检测的直流过流保护器的两端电源参数，差分放大电路用于对检测到的直流过流保护器两端的工作信号(通常是电压值)进行差分放大处理，并将处理过的工作信号传送至信号判别单元，以便于通过信号判别单元对采集到的电源参数进行判断处理从而确定直流过流保护器的工作状态。

如图6所示，所述的检测接口包括连接直流过流保护器具体可以通过电缆及接插件J1和J2与差分放大电路输入端连接，因为检测接口的作用是获取信号，所以功率很小，对电缆截面积不作要求，但电缆最好走双绞线。而采用接插件J1和J2的目的是便于使用过程中的线路连接，当然如出于节约成本的目的也可以不采用接插件J1和J2，而直接采用电缆将直流过流保护器两端与差分放大电路输入端连接。

仍参见图6，所述的差分放大电路包括放大器U1、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6与第七电阻R7，放大器U1的正极输入端通过第五电阻R5连接于直流过流保护器的一端，放大器U1的负极输入端通过第六电阻R6连接于直流过流保护器的另一端，以采集直流过流保护器两端的电源参数(通常是电压值)；放大器U1的正极输入端还通过第三电阻R3连接参考电压接点，放大器的负极输入端通过第七电阻R7连接至放大器的输出端。

所述放大器U1的工作电压为正极工作电压端电压V1与负极工作电压端电压V2，电压V1、电压V2的取值关于被检测熔丝上的等效电压V0对称，也就是V1-V0＝V0-V2，在实际应用中电压V0通常考虑的是与被检测熔丝上的电压等电位的电压值。电压V0、V1、V2如上述方式取值目的是为了保证放大器U1的输入信号(通常是被检测熔丝两端的电压值，应接近于V0)在放大器U1的工作电压V1与V2之间，由于直流过流保护器两侧的电压可能高于或低于V0的电压，而运算放大器的输入电压不能远大于、小于其工作电压范围，因此，需要设定关于电压V0对称的电压V1与电压V2，也就是说需要负电压V2。

所述的参考电压由参考电压提供电路，参考电压提供电路包括第一电阻R1与第二电阻R2，第一电阻R1与第二电阻R2串接于直流过流保护器的等电位端(电压为V0)与放大器U1的正极工作电压端(电压为V1)；第一电阻R1与第二电阻R2的串联接点为参考电压接点，参考电压接点通过第三电阻R3连接放大器U1的正极输入端。参考电压接点的电压应在V0与V1间。因为直流过流保护器两侧的压差方向性不一致，所以放大器U1的参考电压要取高于V0至V1的中间值，可使得U1的输出判别信号高于V0。便于后续电路处理。

另外，为了保护放大器U1，所述的差分放大电路还包括两组防护电路，分别接于放大U1器的两个输入端，用于保护放大器U1，防止在外部输入信号超过放大器U1工作共模电压时损坏放大器；所述的防护电路具体可以包括两个顺序串联的二极管D1和D2，串联后正极端接放大器U1负极工作电压端，负极端接放大器U1正极工作电压端；串联接点接放大器U1的输入端。D1、D2是U1的防护部分，如外部输入信号超过U1的工作共模电压，则D1、D2将会起防护作用来防护U1，当输入检测信号高于V1加二极管的导通电压时，D1、D2就导通，有大电流流过R5、R6，这样输入电压通过电阻R5、R6降压之后，电压就钳位在V1+D1的导通电压，保护了运算发大器；当输入电压低于V2时，D1、D2也导通，同样电压就钳位在V2-D1的导通电压。同时，不影响信号的判别。

同时，所述的差分放大电路还包括上下拉电阻第四电阻R4与第八电阻R8，用于在检测接口异常时在放大器U1的两个输入端产生电压差，上报直流过流保护器异常。R4、R8阻值可以很大，通常为100KΩ以上。当检测电缆没有连接时通过此上下拉来产生压差，上报直流过流保护器异常。

上文中，所述的第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6与第七电阻R7，其电阻阻值满足放大比I＝R5/R3＝R6/R7。因为放大器经放大(调理)后电压＝基准电压((V0+V1)/2)+检测电压差×放大比，一般取放大比为5≦I≦50。使得调理后的电压在0～3V内，便于后续电路判别处理。

信号判别单元，用于根据差分放大电路发送来的处理过的工作信号判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息。利用熔丝两端微小的电压差进行熔丝状态检测。

所述的信号判别单元具体可以采用两种实现方案：

方案一

如图4所示，所述的信号判别单元包括A/D转换器与MCU处理器，其中，

A/D转换器，用于把放大器输出的电压转换为MCU处理器可读的输出数字信号；

MCU处理器，根据预先设置的阈值进行判断，如果输出数字信号超过了此阈值，MCU就输出报警信号，包括上行的告警信息。

方案二

如图5所示，利用比较器电路，比较差分放大电路检测到的直流过流保护器的电压Vf是否超出预定的电压范围，并在超出预定的电压范围时输出报警信号。因为直流过流保护器的阻值Rr一般很小，根据可能流过的最大电流Ir来确定电流两端电压差大于一定值，再留有一定余量也就是直流过流保护器电压极限偏差Vy，就可以认为是直流过流保护器断开了。

具体的说所述的比较器电路判断直流过流保护器的电压Vf是否超出预定的电压范围的过程包括判断Vf是否满足：

V1/2+Vy+(Rr×Ir)×(R3/R5)>Vf>V1/2-Vy-(Rr×Ir)×

(R3/R5)；

式中：

Vy，为直流过流保护器电压极限偏差；

Rr，为直流过流保护器的内阻值；

Ir，为通过直流过流保护器的最大电流；

R3，为第三电阻的电阻值；

R5，为第五电阻的电阻值；

如满足，表明直流过流保护器工作正常，否则，输出报警信号。

Vy的取值在本发明中比较重要，如Vy取得很小，一旦超出此范围熔丝就判为失效。就会频繁的报警影响正常的工作。同时因为直流过流保护器的阻值(Rr)很小，而且一致性不是很好，余量Vy就需要放大一点。

判别部分如使用比较器，就需要两个比较器，分别比较两个阈值。也就是一个比较器判断Vf是否满足：

V1/2+Vy+(Rr×Ir)×(R3/R5)>Vf；

另一个比较器判断Vf是否满足：

Vf>V1/2-Vy-(Rr×Ir)×(R3/R5)。

另外，为了保护比较器电路，所述比较器电路还包括比较器保护电路，串接于比较器电路的输入端，用于防止差分放大电路处理后的信号超过比较器电路的输入范围。所述比较器保护电路包括第九电阻R9与稳压管D3，第九电阻R9串联于比较器电路的输入端与差分放大电路的输出端，稳压管D3串联于比较器电路的输入端与直流过流保护器的等电位端V0。D3、R9的作用是为了防止放大后的信号超过判别模块的输入范围。

最后，所述的直流过流保护器检测系统还包括报警电路，用于在接收到报警信号后，输出声光报警。经过判别之后的报警信号进行处理后可以输出声光报警，可以通过LED显示。远程自动告警通过MCU信息处理，再通过串口、CAN-BUS总线、TCP/IP等上行远程上报。在远程实时上报直流过流保护器状态。

综上所述，本发明提供的实施例以直流过流保护器两端的微小电压(mV级甚至μV级)差进行检测，利用直流过流保护器两端的电压差，经过放大器U1进行适当的倍数差动放大，然后判别处理，检测直流过流保护器状态。同时，如把放大器U1差动放大的输入的参考电压定为放大器U1正向工作电压的1/2大小。这样，因为放大器U1放大(调理)后电压＝基准电压(V0+V1)/2+检测电压差×放大比，当电缆安装反向，或出现负电压时，检测电压差为负数，但基准电压为(V0+V1)/2，远大于零电位。所以，调理后的电压大于零电位，后期的检测处理能够进行正常的处理。可见，在熔丝状态检测电缆安装反向也能正常检测熔丝状态。

在直流过流保护器状态检测电缆上增加上下拉电阻，使其能够在没有连接到直流过流保护器两端时，能够产生直流过流保护器状态异常告警。在检测电缆没有连接、脱落的情况下也能产生直流过流保护器状态告警。

如果直流过流保护器断开，只有极小的电流流过负载。这个极小的电流不可能给负载带来不该有的驱动。这种同时直流过流保护器断开的情况能够兼容检测空气开关的辅助触点型的状态，也能够检测普通开关量的状态的方法。另外如直流过流保护器安装在后备电源上两端电压差很小时，因为本发明提供的实施例中采用了放大器，也同样能够检测熔丝状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1、一种直流过流保护器检测方法，其特征在于，包括：

检测直流过流保护器两端的电压差；将所述的电压差通过差分放大电路进行差分放大处理后，根据差分放大处理过的电压差判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息；

其中，所述差分放大电路包括放大器、第三电阻、第五电阻、第六电阻与第七电阻，且所述放大器的正极输入端通过第五电阻连接直流过流保护器的一端，放大器的负极输入端通过第六电阻连接直流过流保护器的另一端；放大器的正极输入端还通过第三电阻连接参考电压接点，放大器的负极输入端通过第七电阻接放大器的输出端；进一步地，该差分放大电路还包括：

两组防护电路，分别接于放大器的两个输入端，用于保护放大器，防止在外部输入信号超过放大器工作共模电压时损坏放大器；和/或，

第四电阻与第八电阻，作为上下拉电阻，用于在检测接口异常时在放大器的两个输入端产生电压差，上报直流过流保护器异常；和/或，

参考电压提供电路，包括第一电阻与第二电阻，第一电阻与第二电阻串接于直流过流保护器的等电位端与放大器的正极工作电压端；第一电阻与第二电阻的串联接点为参考电压接点。

2、一种直流过流保护器检测系统，其特征在于，包括检测接口、差分放大电路与信号判别单元，其中：

检测接口，连接过流保护器与差分放大电路，所述差分放大电路通过检测接口检测直流过流保护器两端的电气参数；

差分放大电路，输入端通过检测接口连接直流过流保护器两端，输出端接信号判别单元，对检测到的直流过流保护器两端的电气参数进行放大处理，并将处理过的工作信号传送至信号判别单元；

信号判别单元，用于根据差分放大电路发送来的处理过的工作信号判别直流过流保护器是否工作异常，并在工作异常时输出报警信息；

其中，所述差分放大电路包括放大器、第三电阻、第五电阻、第六电阻与第七电阻，且所述放大器的正极输入端通过第五电阻连接直流过流保护器的一端，放大器的负极输入端通过第六电阻连接直流过流保护器的另一端；放大器的正极输入端还通过第三电阻连接参考电压接点，放大器的负极输入端通过第七电阻接放大器的输出端；进一步地，该差分放大电路还包括：

两组防护电路，分别接于放大器的两个输入端，用于保护放大器，防止在外部输入信号超过放大器工作共模电压时损坏放大器；和/或，

第四电阻与第八电阻，作为上下拉电阻，用于在检测接口异常时在放大器的两个输入端产生电压差，上报直流过流保护器异常；和/或，

参考电压提供电路，包括第一电阻与第二电阻，第一电阻与第二电阻串接于直流过流保护器的等电位端与放大器的正极工作电压端；第一电阻与第二电阻的串联接点为参考电压接点。

3、根据权利要求2所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的防护电路包括两个顺序串联的二极管，串联后正极端接放大器负极工作电压端，负极端接放大器正极工作电压端；串联接点接放大器的输入端。

4、根据权利要求2所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的信号判别单元包括：

A/D转换器，把差分放大电路中的放大器输出的电压转换为MCU处理器可读的输出数字信号；

MCU处理器，根据预先设置的阈值进行判断，如果输出数字信号超过了此阈值，MCU处理器就输出报警信号，或者，MCU处理器输出报警信号和上行的告警信号。

5、根据权利要求2所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的信号判别单元包括：

比较器电路，用于比较差分放大电路检测到的直流过流保护器的电压Vf是否超出预定的电压范围，并在超出预定的电压范围时输出报警信号。

6、根据权利要求5所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的比较器电路判断直流过流保护器的电压Vf是否超出预定的电压范围的过程包括判断Vf是否满足：

V1/2+Vy+(Rr×Ir)×(R3/R5)>Vf>V1/2-Vy-(Rr×Ir)×(R3/R5)；

式中：

V1，为放大器的正极工作电压端电压；

Vy，为直流过流保护器电压极限偏差；

Rr，为直流过流保护器的内阻值；

Ir，为通过直流过流保护器的最大电流；

R3，为第三电阻的电阻值；

R5，为第五电阻的电阻值；

如满足，表明直流过流保护器工作正常，否则，输出报警信号。

7、根据权利要求5所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的比较器电路还包括：

比较器保护电路，串接于比较器电路的输入端，用于防止差分放大电路处理后的信号超过比较器电路的输入范围，且所述比较器保护电路具体包括第九电阻与稳压管，第九电阻串联于比较器电路的输入端与差分放大电路的输出端，稳压管串联于比较器电路的输入端与直流过流保护器的等电位端。

8、根据权利要求2所述的直流过流保护器检测系统，其特征在于，所述的系统还包括：

报警电路，用于在接收到报警信号后，输出报警信息。

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