CN103812494B - 串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种能量转换效率高、高可靠性、低功耗、数据传输稳定的串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，该电路包括电能量和通信控制信号分离电路、DC‑DC转换电路、时钟信号提取电路、低电压信号判别电路；电能量分离电路接收光电流换能器输出的电能量和通信控制信号并处理后分三路输出，一路输出电能到DC‑DC转换电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取电路，一路输出低电压信号到低电压信号判别电路；DC‑DC转换电路将电能调整、滤波、降噪，输出稳定电压；时钟信号提取电路将通信控制信号整形，输出同步时钟；低电压信号判别电路对低电压信号作判定，输出低电压标志；本发明能量转换效率高、高可靠性、低功耗、数据传输稳定。
Description
技术领域
本发明属于电力系统交流输电领域，具体涉及一种串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路。
背景技术
电力系统串补保护系统的二次采样设备中，能量转换及信号处理电路是核心部分，激光器件产生光能量，通过光纤将光能量从低电位侧传送到高电位侧，再由光电转换器件将光能量转换为电能量，然后经过DC-DC变换后为后端电子电路提供稳定的电源。
目前，激光器件的技术水平决定了激光供能所提供的光能量是有限的，因此，设计高效可靠的能量转换、供能电路成为串补保护系统二次采样设备设计中的重要课题。在电力系统串补保护系统中，要求该电路不仅仅能提供能量转换，同时要能够有效提取低电压、时钟信号并进行处理，用于形成稳定的激光能量闭环并驱动后端电路的数据可靠传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种能量转换效率高、高可靠性、低功耗、数据传输稳定的串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：
串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其连接串补保护系统二次采样设备的光电流换能器，其特征在于，包括电能量和通信控制信号分离电路、DC-DC转换电路、时钟信号提取电路、低电压信号判别电路；
光电流换能器接收输入的外部激光及加之于激光之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路；
电能量和通信控制信号分离电路将输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到DC-DC转换电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取电路，一路输出低电压信号到低电压信号判别电路；
DC-DC转换电路接收所述输入的电能并进行调整、滤波、降噪，输出后端电路所需的稳定的工作电压；
时钟信号提取电路接收所述输入的通信控制信号并整形处理，为串补保护系统二次采样设备采集数据和发送数据提供同步时钟；
低电压信号判别电路接收所述输入的低电压信号并进行电压大小判定后产生低电压标志，反馈给激光发射装置，实时调整激光供能大小。
所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LB1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1构成，电阻R1一端与磁珠LB1一端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻R1另一端与电阻R2一端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻R1与电阻R2连接处输出；磁珠LB1另一端与二极管D1的正极连接，电能从二极管D1的负极输出；电容C1和电容C2并联后，一端连接二极管D1的负极，另一端接地；电阻R3一端连接二极管D1负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
所述的DC-DC转换电路包括LTC3405A芯片、电感L1、电容C3、电容C4；LTC3405A的VIN、RUN引脚短接后连接电能量和通信控制信号分离电路的电能输出端，LTC3405A的MODE和GND引脚接地，LTC3405A的SW引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接LTC3405A的VOUT引脚、电容C3的一端、电容C4的一端，电容C3的另一端与电容C4的另一端连接并接地，DC-DC转换电路的输出电压从LTC3405A的VOUT引脚输出。
所述的低电压信号判别电路包括ADCMP361芯片、电阻R5，ADCMP361芯片IN引脚连接电能量和通信控制信号分离电路的低电压信号输出端，ADCMP361的GND引脚接地，ADCMP361的OUT引脚连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端与ADCMP361的VDD引脚连接后再连接工作电源，低电压标志从ADCMP361的OUT引脚输出。
本发明的有益效果在于：
1、该电路能够从获取的激光信号中提取出低电压信号，该低电压信号能够动态反映激光能量的变化，将变化信息反馈给激光发射装置，从而实现实时激光能量输出调整，将激光功率控制在有效工作下的最低值，延长了光电转换器件的使用寿命。
2、该电路能够获取准确不失真的时钟信号并进行信号整形，为后端的采集数据和发送数据提供同步时钟，在该同步时钟信号驱动下的数据传输稳定，因格式引起的数据传输错误率为0。
3、激光能转换为电能，通过DC-DC转换电路调整、滤波、降噪，为后端电路提供稳定的工作电压。
4、该电路设计采用高可靠性、低功耗的电子元器件及低阻抗电路设计，整个电路为低功耗。
附图说明
图1是本发明的框架示意图。
图2是本发明的电能量和通信控制信号分离电路原理图。
图3是本发明的DC-DC转换电路原理图。
图4是本发明的低电压信号判别电路原理图。
具体实施方式
以下结合图1、图2、图3、图4对本发明进行详细说明。
如图1所示，串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其连接串补保护系统二次采样设备的光电流换能器，包括电能量和通信控制信号分离电路、DC-DC转换电路、时钟信号提取电路、低电压信号判别电路；
光电流换能器接收输入的外部激光及加之于激光之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路；
电能量和通信控制信号分离电路将输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到DC-DC转换电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取电路，一路输出低电压信号到低电压信号判别电路；
DC-DC转换电路接收所述输入的电能并进行调整、滤波、降噪，输出后端电路所需的稳定的工作电压；
时钟信号提取电路接收所述输入的通信控制信号并整形处理，为串补保护系统二次采样设备采集数据和发送数据提供同步时钟；
低电压信号判别电路接收所述输入的低电压信号并进行电压大小判定后产生低电压标志，反馈给激光发射装置，实时调整激光供能大小。
如图2所示，所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LB1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1构成，电阻R1一端与磁珠LB1一端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻R1另一端与电阻R2一端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻R1与电阻R2连接处输出；磁珠LB1另一端与二极管D1的正极连接，电能从二极管D1的负极输出；电容C1和电容C2并联后，一端连接二极管D1的负极，另一端接地；电阻R3一端连接二极管D1负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
如图3所示，所述的DC-DC转换电路包括LTC3405A芯片、电感L1、电容C3、电容C4；LTC3405A的VIN、RUN引脚短接后连接电能量和通信控制信号分离电路的电能输出端，LTC3405A的MODE和GND引脚接地，LTC3405A的SW引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接LTC3405A的VOUT引脚、电容C3的一端、电容C4的一端，电容C3的另一端与电容C4的另一端连接并接地，DC-DC转换电路的输出电压从LTC3405A的VOUT引脚输出。
如图4所示，所述的低电压信号判别电路包括ADCMP361芯片、电阻R5，ADCMP361芯片IN引脚连接电能量和通信控制信号分离电路的低电压信号输出端，ADCMP361的GND引脚接地，ADCMP361的OUT引脚连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端与ADCMP361的VDD引脚连接后再连接工作电源（1.8V工作电源），低电压标志从ADCMP361的OUT引脚输出。
电路采用高可靠性低功耗稳压电源芯片，转换效率可以到达93%，DC-DC转换电路负责把光电流换能器输出的电压进行转换，产生满足系统要求的稳定的电压，如：1.8V工作电压。
电路中设计了电能量和通信控制信号分离电路，经现场测试，系统工作稳定，可以有效滤除干扰，成功获取了阈值合理的低电压信号，实时监控激光接收器件的状况并反馈给激光发射器，实时调整使激光发射器处于较低的输出功率状态，延长了光电转换器件的使用寿命。
本发明滤除了杂波，提取了稳定的时钟信号。经长时间测试，在该时钟信号驱动下的数据传输稳定，因格式引起的数据传输错误率为0。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可以对本发明的具体实施方式进行变更、修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其连接串补保护系统二次采样设备的光电流换能器，其特征在于，包括电能量和通信控制信号分离电路、DC-DC转换电路、时钟信号提取电路、低电压信号判别电路；
光电流换能器接收输入的外部激光及加之于激光之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路；
电能量和通信控制信号分离电路将输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到DC-DC转换电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取电路，一路输出低电压信号到低电压信号判别电路；
DC-DC转换电路接收所述输入的电能并进行调整、滤波、降噪，输出后端电路所需的稳定的工作电压；
时钟信号提取电路接收所述输入的通信控制信号并整形处理，为串补保护系统二次采样设备采集数据和发送数据提供同步时钟；
低电压信号判别电路接收所述输入的低电压信号并进行电压大小判定后产生低电压标志，反馈给激光发射装置，实时调整激光供能大小。
2.根据权利要求1所述的串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其特征在于，所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LB1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1构成，电阻R1一端与磁珠LB1一端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻R1另一端与电阻R2一端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻R1与电阻R2连接处输出；磁珠LB1另一端与二极管D1的正极连接，电能从二极管D1的负极输出；电容C1和电容C2并联后，一端连接二极管D1的负极，另一端接地；电阻R3一端连接二极管D1负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
3.根据权利要求1所述的串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其特征在于，所述的DC-DC转换电路包括LTC3405A芯片、电感L1、电容C3、电容C4；LTC3405A的VIN、RUN引脚短接后连接电能量和通信控制信号分离电路的电能输出端，LTC3405A的MODE和GND引脚接地，LTC3405A的SW引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接LTC3405A的VOUT引脚、电容C3的一端、电容C4的一端，电容C3的另一端与电容C4的另一端连接并接地，DC-DC转换电路的输出电压从LTC3405A的VOUT引脚输出。
4.根据权利要求1所述的串补保护系统二次采样设备的能量转换及信号处理电路，其特征在于，所述的低电压信号判别电路包括ADCMP361芯片、电阻R5，ADCMP361芯片IN引脚连接电能量和通信控制信号分离电路的低电压信号输出端，ADCMP361的GND引脚接地，ADCMP361的OUT引脚连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端与ADCMP361的VDD引脚连接后再连接工作电源，低电压标志从ADCMP361的OUT引脚输出。
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