CN108832714A - 一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置 - Google Patents

一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，包括依次串接的信号输入保护模块、信号隔离传输模块、信号输出保护模块和信号采样处理模块；信号隔离传输模块的核心器件为设有2个原边绕组和2个副边绕组的变压器；本发明采用变压器作为信号传输隔离的实现载体、借用被监测的蓄电池电源作为信号传输的同步信号激励源；通过在输入信号端和变压器副边增加保护电路以达到浪涌和快速瞬变试验抗干扰要求，具有结构简单、成本较低且使用时监测精度较高的特点。

Description

一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置
本申请是申请号为201610598664.1、申请日为2016年7月 27 日、发明创造名称为“有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及有源配电网智能终端监测领域，具体涉及一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置。
背景技术
有源配电网智能终端设备中的蓄电池作为后备电源，在停电的时候承担着给智能终端和操作开关供电等作用。为了电网的可靠性，必须通过配设相应的装置对有源配电网智能终端的蓄电池状态进行监测。
传统的用于对有源配电网智能终端蓄电池进行监测的装置有两类：其一，压/频转换类装置：其通过将电压信号利用压频转换芯片转换成频率信号，频率信号通过高速光耦隔离传给CPU采样；此类装置缺点是因电压转换成频率的精度受限，造成采样精度较低，同时由于对频率信号不停的计数占用CPU资源较多，成本较高。其二，采用前端CPU进行AD采样，通过隔离通讯串口将采样信号传输给主CPU；此类装置不足之处在于，前端采样CPU易受到干扰，在增加大量保护电路的基础上也难于满足快瞬抗干扰、浪涌抗干扰等EMC试验要求，同时由于采样CPU与主CPU进行串行通讯，占用了主CPU的1路串行接口，给本来就需要多路串口的有源配电网智能终端造成硬件资源配置困难，同时也会造成外围电路成本较高。
发明内容
本发明的目的是：针对背景技术所提问题，提供一种结构简单、成本较低、采用变压器作为信号传输隔离实现载体、借用被监测的蓄电池电源作为信号传输的同步信号激励源、通过在输入信号端和变压器副边增加保护电路以达到浪涌和快速瞬变试验抗干扰要求且使用时监测精度较高的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置。
本发明的技术方案是：本发明的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，包括信号采样处理模块，上述的信号采样处理模块设有第一、第二采样信号输入端；其结构特点是：还包括信号输入保护模块、信号隔离传输模块和信号输出保护模块；
上述的信号输入保护模块设有第一和第二信号输入端、第一和第二信号输出端以及大地端；信号隔离传输模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二信号输出端；信号输出保护模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二采样信号输出端；
信号隔离传输模块的第一和第二信号输入端分别与信号输入保护模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号输出保护模块的第一和第二信号输入端分别与信号隔离传输模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号采样处理模块的第一和第二采样信号输入端分别与信号输出保护模块的第一和第二采样信号输出端对应电连接；使用时，信号输入保护模块的第一和第二信号输入端与被监测的蓄电池的正极和负极对应电连接；信号输入保护模块的大地端接大地；
上述的信号隔离传输模块包括电阻R1至R6共6只电阻、三极管Q1至Q4共4只三极管以及变压器T；变压器T设有第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；变压器T的第一原边绕组设有第一端部接线端N1、第二端部接线端N2和中间接线端N3；变压器T的第二原边绕组设有第一端部接线端N4、第二端部接线端N5和中间接线端N6；变压器T的第一副边绕组设有第一端部接线端S1、第二端部接线端S2和中间接线端S3；变压器T的第二副边绕组设有第一端部接线端S4、第二端部接线端S5和中间接线端S6；电阻R3的一端与变压器T的第一原边绕组的中间接线端N3因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号隔离传输模块的第一信号输入端；电阻R4的一端、三极管Q1的射极以及三极管Q2的射极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号隔离传输模块的第二信号输入端；电阻R3的另一端、电阻R4的另一端以及变压器T的第二原边绕组的中间接线端N6共线；三极管Q1的集电极与变压器T的第一原边绕组的第一端部接线端N1电连接；三极管Q1的基极串接电阻R1后与变压器T的第二原边绕组的第二端部接线端N5电连接；三极管Q2的集电极与变压器T的第一原边绕组的第二端部接线端N2电连接；三极管Q2的基极串接电阻R2后与变压器T的第二原边绕组的第一端部接线端N4电连接；三极管Q3的集电极与变压器T的第一副边绕组的第一端部接线端S1电连接；三极管Q4的集电极与变压器T的第一副边绕组的第二端部接线端S2电连接；变压器T的第一副边绕组的中间接线端S3即为上述的信号隔离传输模块的第一信号输出端；三极管Q3的基极串接电阻R5后与变压器T的第二副边绕组的第二端部接线端S5电连接；三极管Q4的基极串接电阻R6后与变压器T的第二副边绕组的第一端部接线端S4电连接；三极管Q3的射极、三极管Q4的射极以及变压器T的第二副边绕组的中间接线端S6因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号隔离传输模块的第二信号输出端；
上述的信号输入保护模块包括保险丝F1、压敏电阻RV1、电感L1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容CF1、电容C1以及电容C2；保险丝F1的一端即为上述的信号输入保护模块的第一信号输入端；保险丝F1的另一端、压敏电阻RV1的一端以及电感L1的一端共线；电感L1的另一端、电容C1的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端以及电容C2的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号输入保护模块的第一信号输出端；压敏电阻RV1的另一端、电容CF1的一端、电容C1的另一端、TVS瞬态抑制二极管D1的另一端以及电容C2的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号输入保护模块的第二信号输出端，同时也为上述的信号输入保护模块的第二信号输入端；电容CF1的另一端即为上述的信号输入保护模块的大地端；
上述的信号输出保护模块包括TVS瞬态抑制二极管D2和电阻R7；TVS瞬态抑制二极管D2的一端与电阻R7的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的信号输出保护模块的第一信号输入端；电阻R7的另一端即为上述的信号输出保护模块的第一采样信号输出端；TVS瞬态抑制二极管D2的另一端即为上述的信号输出保护模块的第二信号输入端，同时也为上述的信号输出保护模块的第二采样信号输出端。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，其通过采用变压器进行信号转换以实现对蓄电池电压状态的监测，较之于现有技术中采用直接AD采样信号再隔离传输的装置，本发明的电路结构更为简单；同时由于变压器的变比为稳定的参数，从而能够保证采样信号的线性度，较之于现有技术中采用压/频转换方案的装置具有更好的精度，且能够节约一个输出端的降压电路；（2）本发明的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，其通过直接利用被监测的蓄电池的电压作为自激励信号控制电路的震荡传输，能够节约一个隔离电源模块；（3）本发明的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，不需要CPU不断的中断计数和占用CPU通信口，较之于现有技术中的装置，本发明能够有效节省CPU处理器的占用率，减少CPU的硬件资源需求，使其性价比更高。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意框图；
图2为图1中除信号采样处理模块以外其他3个模块的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
见图1，本实施例的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，其主要由信号输入保护模块、信号隔离传输模块、信号输出保护模块和信号采样处理模块组成。
信号输入保护模块设有第一和第二信号输入端、第一和第二信号输出端以及大地端；信号隔离传输模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二信号输出端；信号输出保护模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二采样信号输出端；信号采样处理模块设有第一、第二采样信号输入端。
信号隔离传输模块的第一和第二信号输入端分别与信号输入保护模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号输出保护模块的第一和第二信号输入端分别与信号隔离传输模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号采样处理模块的第一和第二采样信号输入端分别与信号输出保护模块的第一和第二采样信号输出端对应电连接；使用时，信号输入保护模块的第一和第二信号输入端与被监测的蓄电池的正极和负极对应电连接；信号输入保护模块的大地端接大地。
见图2，信号输入保护模块主要由保险丝F1、压敏电阻RV1、电感L1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容CF1、电容C1以及电容C2组成。保险丝F1的一端即为前述的信号输入保护模块的第一信号输入端，其使用时与被监测的蓄电池的正极BAT+电连接；保险丝F1的另一端、压敏电阻RV1的一端以及电感L1的一端共线；电感L1的另一端、电容C1的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端以及电容C2的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号输入保护模块的第一信号输出端；压敏电阻RV1的另一端、电容CF1的一端、电容C1的另一端、TVS瞬态抑制二极管D1的另一端以及电容C2的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号输入保护模块的第二信号输出端，同时也为前述的信号输入保护模块的第二信号输入端，其使用时与被监测的蓄电池的负极BAT-电连接；电容CF1的另一端即为前述的信号输入保护模块的大地端，其使用时接大地。
信号隔离传输模块主要由电阻R1至R6共6只电阻、三极管Q1至Q4共4只三极管以及变压器T组成；变压器T设有第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；变压器T的第一原边绕组设有第一端部接线端N1、第二端部接线端N2和中间接线端N3；变压器T的第二原边绕组设有第一端部接线端N4、第二端部接线端N5和中间接线端N6；变压器T的第一副边绕组设有第一端部接线端S1、第二端部接线端S2和中间接线端S3；变压器T的第二副边绕组设有第一端部接线端S4、第二端部接线端S5和中间接线端S6。电阻R3的一端与变压器T的第一原边绕组的中间接线端N3因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号隔离传输模块的第一信号输入端；电阻R4的一端、三极管Q1的射极以及三极管Q2的射极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号隔离传输模块的第二信号输入端；电阻R3的另一端、电阻R4的另一端以及变压器T的第二原边绕组的中间接线端N6共线；三极管Q1的集电极与变压器T的第一原边绕组的第一端部接线端N1电连接；三极管Q1的基极串接电阻R1后与变压器T的第二原边绕组的第二端部接线端N5电连接；三极管Q2的集电极与变压器T的第一原边绕组的第二端部接线端N2电连接；三极管Q2的基极串接电阻R2后与变压器T的第二原边绕组的第一端部接线端N4电连接；三极管Q3的集电极与变压器T的第一副边绕组的第一端部接线端S1电连接；三极管Q4的集电极与变压器T的第一副边绕组的第二端部接线端S2电连接；变压器T的第一副边绕组的中间接线端S3即为前述的信号隔离传输模块的第一信号输出端；三极管Q3的基极串接电阻R5后与变压器T的第二副边绕组的第二端部接线端S5电连接；三极管Q4的基极串接电阻R6后与变压器T的第二副边绕组的第一端部接线端S4电连接；三极管Q3的射极、三极管Q4的射极以及变压器T的第二副边绕组的中间接线端S6因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号隔离传输模块的第二信号输出端。
信号输出保护模块主要由TVS瞬态抑制二极管D2和电阻R7组成；TVS瞬态抑制二极管D2的一端与电阻R7的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的信号输出保护模块的第一信号输入端；电阻R7的另一端即为前述的信号输出保护模块的第一采样信号输出端；TVS瞬态抑制二极管D2的另一端即为前述的信号输出保护模块的第二信号输入端，同时也为前述的信号输出保护模块的第二采样信号输出端。
本实施例的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，其在使用时，将信号输入保护模块的第一和第二信号输入端分别与被监测的蓄电池的正极BAT+和负极BAT-电连接；信号输入保护模块具有3级防护功能，其第一级由保险丝F1和压敏电阻RV1组成，保险丝F1主要保护后级短路，因为若被监测的蓄电池后级短路是比较危险的状态；压敏电阻RV1对雷击浪涌信号进行一级过滤；第二级由电感L1和C1组成的低通滤波电路，进一步过滤高频信号；第三级由TVS瞬态抑制二极管D1构成，对浪涌差模干扰信号进一步过滤和钳压；同时电容CF1对共模信号过滤到大地。
信号隔离传输模块将信号输入保护模块发送的电压信号经过三极管Q1和三极管Q2的交替将电压信号调制成方波，经过变压器T耦合传输，变压器副边的方波信号经过三极管Q3和三极管Q4在同步信号的控制下完成整流，最后调制成直流信号发送给信号输出保护模块。
信号输出保护模块的TVS瞬态抑制二极管D2用于抑制耦合的高电压，电阻R7用于限流，信号隔离传输模块发送的采样信号经信号输出保护模块后，最后发送给信号采样处理模块进行采样和处理并输出相应的监测结果，从而实现对有源配电网智能终端蓄电池的状态监测。
从前述可知，本实施例的有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，其通过采用变压器T进行信号转换以实现对蓄电池电压状态的监测，其较之于现有技术中采用直接AD采样信号再隔离传输的装置，电路结构更为简单；同时由于变压器的变比为稳定的参数，从而能够保证采样信号的线性度，较之于现有技术中采用压/频转换方案的装置具有更好的精度，且能够节约一个输出端的降压电路；其通过直接利用被监测的蓄电池的电压作为自激励信号控制电路的震荡传输，能够节约一个隔离电源模块；同时，其较之于现有技术中的装置，不需要CPU不断的中断计数和占用CPU通信口，能够有效节省CPU处理器的占用率，减少CPU的硬件资源需求，使其性价比更高。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种有源配电网智能终端蓄电池隔离监测装置，包括信号采样处理模块，所述信号采样处理模块设有第一、第二采样信号输入端；其特征在于：还包括信号输入保护模块、信号隔离传输模块和信号输出保护模块；
所述信号输入保护模块设有第一和第二信号输入端、第一和第二信号输出端以及大地端；信号隔离传输模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二信号输出端；信号输出保护模块设有第一、第二信号输入端和第一、第二采样信号输出端；
信号隔离传输模块的第一和第二信号输入端分别与信号输入保护模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号输出保护模块的第一和第二信号输入端分别与信号隔离传输模块的第一和第二信号输出端对应电连接；信号采样处理模块的第一和第二采样信号输入端分别与信号输出保护模块的第一和第二采样信号输出端对应电连接；使用时，信号输入保护模块的第一和第二信号输入端与被监测的蓄电池的正极和负极对应电连接；信号输入保护模块的大地端接大地；
所述信号隔离传输模块包括电阻R1至R6共6只电阻、三极管Q1至Q4共4只三极管以及变压器T；变压器T设有第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；变压器T的第一原边绕组设有第一端部接线端N1、第二端部接线端N2和中间接线端N3；变压器T的第二原边绕组设有第一端部接线端N4、第二端部接线端N5和中间接线端N6；变压器T的第一副边绕组设有第一端部接线端S1、第二端部接线端S2和中间接线端S3；变压器T的第二副边绕组设有第一端部接线端S4、第二端部接线端S5和中间接线端S6；电阻R3的一端与变压器T的第一原边绕组的中间接线端N3因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号隔离传输模块的第一信号输入端；电阻R4的一端、三极管Q1的射极以及三极管Q2的射极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号隔离传输模块的第二信号输入端；电阻R3的另一端、电阻R4的另一端以及变压器T的第二原边绕组的中间接线端N6共线；三极管Q1的集电极与变压器T的第一原边绕组的第一端部接线端N1电连接；三极管Q1的基极串接电阻R1后与变压器T的第二原边绕组的第二端部接线端N5电连接；三极管Q2的集电极与变压器T的第一原边绕组的第二端部接线端N2电连接；三极管Q2的基极串接电阻R2后与变压器T的第二原边绕组的第一端部接线端N4电连接；三极管Q3的集电极与变压器T的第一副边绕组的第一端部接线端S1电连接；三极管Q4的集电极与变压器T的第一副边绕组的第二端部接线端S2电连接；变压器T的第一副边绕组的中间接线端S3即为所述信号隔离传输模块的第一信号输出端；三极管Q3的基极串接电阻R5后与变压器T的第二副边绕组的第二端部接线端S5电连接；三极管Q4的基极串接电阻R6后与变压器T的第二副边绕组的第一端部接线端S4电连接；三极管Q3的射极、三极管Q4的射极以及变压器T的第二副边绕组的中间接线端S6因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号隔离传输模块的第二信号输出端；
所述信号输入保护模块包括保险丝F1、压敏电阻RV1、电感L1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容CF1、电容C1以及电容C2；保险丝F1的一端即为所述信号输入保护模块的第一信号输入端；保险丝F1的另一端、压敏电阻RV1的一端以及电感L1的一端共线；电感L1的另一端、电容C1的一端、TVS瞬态抑制二极管D1的一端以及电容C2的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号输入保护模块的第一信号输出端；压敏电阻RV1的另一端、电容CF1的一端、电容C1的另一端、TVS瞬态抑制二极管D1的另一端以及电容C2的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号输入保护模块的第二信号输出端，同时也为所述信号输入保护模块的第二信号输入端；电容CF1的另一端即为所述信号输入保护模块的大地端；
所述信号输出保护模块包括TVS瞬态抑制二极管D2和电阻R7；TVS瞬态抑制二极管D2的一端与电阻R7的一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述信号输出保护模块的第一信号输入端；电阻R7的另一端即为所述信号输出保护模块的第一采样信号输出端；TVS瞬态抑制二极管D2的另一端即为所述信号输出保护模块的第二信号输入端，同时也为所述信号输出保护模块的第二采样信号输出端。
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