CN109116094A - 一种用于汇流箱电流检测的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汇流箱电流检测的装置，包括依次串联的采样电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器、微控制器和通信模块，所述多路转换开关模块还与所述微控制器电连接。本发明一种用于汇流箱电流检测的装置通过采样电阻模块将外部电流信号转化为电压信号；差分保护模块可以将在采样电阻模块工作异常断路时采样电阻两端引入的外部高压嵌制在预定电压上。本发明装置可以在采样电阻模块断路引入外部高压时仍能正常工作。

Description

一种用于汇流箱电流检测的装置
技术领域
本发明涉及电流检测装置，具体涉及一种用于汇流箱电流检测的装置。
背景技术
随新能源产业规模扩大，对成本和性能提出的更高要求，目前汇流箱电流检测装置越来越多的采用电阻器件来取代霍尔器件完成汇流箱内每个通道电流的检测，但当电阻工作异常断路时电阻两端直接将外部高压引入，高压在瞬间击穿并烧毁测量回路引起汇流箱内测量装置直接损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在电阻断路引入外部高压时仍能正常工作的用于汇流箱电流检测的装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于汇流箱电流检测的装置，包括依次串联的采样电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器、微控制器和通信模块，所述多路转换开关模块还与所述微控制器电连接。
本发明的有益效果是：本发明一种用于汇流箱电流检测的装置通过采样电阻模块将外部电流信号转化为电压信号；差分保护模块可以将在采样电阻模块工作异常断路时采样电阻两端引入的外部高压嵌制在预定电压上；多路转换开关模块受微控制器的控制，在不同差分保护模块之间切换，来采集不同通道上的采样电阻模块产生的电压信号；差分放大模块将来之于多路转开关模块的高阻抗电压信号转换成低阻抗的电压信号，并将低阻抗的电压信号进一步放大以满足模数转换器对电平信号的要求；微控制器将模数转换器转换的各通道的对应电流信号通过通讯模块与外部设备交换信息。本发明装置可以在采样电阻模块断路引入外部高压时仍能正常工作。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述通信模块与所述微控制器电连接，所述通信模块具体为RS232芯片或RS485芯片或CAN芯片。
进一步，还包括电源，所述电源用于给所述电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器和微控制器供电。
进一步，所述采样电阻模块设有一个或多个，每个所述采样电阻模块均由一个或多个合金电阻Rs并联组成。
进一步，所述差分保护模块的个数与所述采样电阻模块的个数相同，每个所述差分保护模块均包括两个电阻单元和一个二极管单元；所述电阻单元包括一个或多个串联的电阻R；所述二极管单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4首尾依次连接并形成环路，所述二极管D1和二极管D4的公共端上输入有电压VREF，所述二极管D2和二极管D3的公共端接地；其中一个所述电阻单元的一端连接在所述二极管D1和二极管D2的公共端上，其中另一个所述电阻单元的一端连接在二极管D3和二极管D4的公共端上；每个所述采样电路模块的两端分别连接在一个对应的所述差分保护模块中的两电阻单元的另一端上。
进一步，所述电阻单元的总阻值Rn≥UMAX 2/PR，其中，UMAX为外部引入的最高电压，PR是电阻R的额定功率。
进一步，所述多路转换开关模块的路数与所述差分保护模块的个数相同，所述多路转换开关模块包括多路电子开关和多路继电器，所述电子开关的路数与所述继电器的路数相同，每路所述电子开关分别与对应的一路所述继电器串联。
进一步，所述差分放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的正极输入端分别连接在所述多路转换开关模块的任意两路上，所述第一运算放大器的负极输入端连接在所述第一运算放大器的输出端上，第二运算放大器的负极输入端连接在所述第二运算放大器的输出端上；所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端均分别通过对应的两个电阻Ri连接在所述第三运算放大器的正极输入端和负极输入端上，所述第三运算放大器的正极输入端还通过一个电阻Rf连接在所述第三运算放大器的输出端上，所述第三运算放大器的负极输入端还通过另一个电阻Rf接地。
进一步，所述模数转换器的输入电压为VAD＝(Ri/Rf)*I*RS，其中I为外部流入最大电流。
附图说明
图1为本发明一种用于汇流箱电流检测的装置的整体模块图；
图2为本发明一种用于汇流箱电流检测的装置的具体电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种用于汇流箱电流检测的装置，包括依次串联的采样电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器、微控制器和通信模块，所述多路转换开关模块还与所述微控制器电连接。
在本具体实施例中，所述通信模块与所述微控制器电连接，所述通信模块具体为RS232芯片或RS485芯片或CAN芯片。
本发明还包括电源，所述电源用于给所述电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器和微控制器供电。
图2为本发明一种用于汇流箱电流检测的装置的具体电路图。
如图2所示，所述采样电阻模块设有一个或多个，每个所述采样电阻模块均由一个或多个低值合金电阻Rs并联组成。所述采样电阻模块用于将外部电流信号转化为电压信号，采样电阻模块遵循欧姆定律US＝I*RS，I为外部流入最大电流，RS为合金电阻Rs的阻值。
如图2所示，所述差分保护模块的个数与所述采样电阻模块的个数相同，每个所述差分保护模块均包括两个电阻单元和一个二极管单元；所述电阻单元包括一个或多个串联的电阻R；所述二极管单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4首尾依次连接并形成环路，所述二极管D1和二极管D4的公共端上输入有电压VREF，所述二极管D2和二极管D3的公共端接地；其中一个所述电阻单元的一端连接在所述二极管D1和二极管D2的公共端上，其中另一个所述电阻单元的一端连接在二极管D3和二极管D4的公共端上；每个所述采样电路模块的两端分别连接在一个对应的所述差分保护模块中的两电阻单元的另一端上。所述差分保护模块用于将采样电阻模块引入的高压嵌制在预定电压上。所述差分保护模块中串入的电阻单元的总阻值根据外部引入最高电压及电阻单元中的单个电阻R的最大功率来计算，所述电阻单元的总阻值Rn≥UMAX 2/PR，其中，UMAX为外部引入的最高电压，PR是电阻R的额定功率。
所述多路转换开关模块的路数与所述差分保护模块的个数相同，所述多路转换开关模块包括多路电子开关和多路继电器，所述电子开关的路数与所述继电器的路数相同，每路所述电子开关分别与对应的一路所述继电器串联。多路转换开关模块受微控制器的控制，在不同差分保护模块之间切换，来采集不同通道上的采样电阻模块产生的电压信号。
如图2所示，所述差分放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的正极输入端分别连接在所述多路转换开关模块的任意两路上，所述第一运算放大器的负极输入端连接在所述第一运算放大器的输出端上，第二运算放大器的负极输入端连接在所述第二运算放大器的输出端上；所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端均分别通过对应的两个电阻Ri连接在所述第三运算放大器的正极输入端和负极输入端上，所述第三运算放大器的正极输入端还通过一个电阻Rf连接在所述第三运算放大器的输出端上，所述第三运算放大器的负极输入端还通过另一个电阻Rf接地。
在差分放大模块中，第一运算放大器和第二运算放大器组成射随电路组将来之于多路转开关模块的高阻抗电压信号转换成低阻抗的电压信号，第三运算放大器将低阻抗的电压信号进一步放大以满足模数转换器对电平信号的要求。其中，第三运算放大器的差动放大倍数为A＝Ri/Rf。
模数转换器可由微控制器集成的内部AD满足要求，也可用市售AD芯片完成，所述模数转换器的输入电压为VAD＝A*US＝(Ri/Rf)*I*RS。通过调节Ri、Rf、RS这三个电阻来满足模数转换器对输入电压的要求。
微控制器可用市售的MCU和DSP芯片组成，例如微控制器的型号可以为80296SA，微控制器用于对多路转开关模块的控制，还用于将模数转换器转换的各通道的对应电流信号通过通讯模块与外部设备交换信息。
本发明一种用于汇流箱电流检测的装置通过采样电阻模块将外部电流信号转化为电压信号；差分保护模块可以将在采样电阻模块工作异常断路时采样电阻两端引入的外部高压嵌制在预定电压上，不会造成后级电路因高压而损坏；多路转换开关模块受微控制器的控制，在不同差分保护模块之间切换，来采集不同通道上的采样电阻模块产生的电压信号；差分放大模块将来之于多路转开关模块的高阻抗电压信号转换成低阻抗的电压信号，并将低阻抗的电压信号进一步放大以满足模数转换器对电平信号的要求；微控制器将模数转换器转换的各通道的对应电流信号通过通讯模块与外部设备交换信息。本发明装置可以在采样电阻模块断路引入外部高压时仍能正常工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：包括依次串联的采样电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器、微控制器和通信模块，所述多路转换开关模块还与所述微控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述通信模块与所述微控制器电连接，所述通信模块具体为RS232芯片或RS485芯片或CAN芯片。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：还包括电源，所述电源用于给所述电阻模块、差分保护模块、多路转换开关模块、差分放大模块、模数转换器和微控制器供电。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述采样电阻模块设有一个或多个，每个所述采样电阻模块均由一个或多个合金电阻Rs并联组成。
5.根据权利要求4所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述差分保护模块的个数与所述采样电阻模块的个数相同，每个所述差分保护模块均包括两个电阻单元和一个二极管单元；所述电阻单元包括一个或多个串联的电阻R；所述二极管单元包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4首尾依次连接并形成环路，所述二极管D1和二极管D4的公共端上输入有电压VREF，所述二极管D2和二极管D3的公共端接地；其中一个所述电阻单元的一端连接在所述二极管D1和二极管D2的公共端上，其中另一个所述电阻单元的一端连接在二极管D3和二极管D4的公共端上；每个所述采样电路模块的两端分别连接在一个对应的所述差分保护模块中的两电阻单元的另一端上。
6.根据权利要求5所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述电阻单元的总阻值Rn≥UMAX 2/PR，其中，UMAX为外部引入的最高电压，PR是电阻R的额定功率。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述多路转换开关模块的路数与所述差分保护模块的个数相同，所述多路转换开关模块包括多路电子开关和多路继电器，所述电子开关的路数与所述继电器的路数相同，每路所述电子开关分别与对应的一路所述继电器串联。
8.根据权利要求7所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述差分放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述第一运算放大器的正极输入端和第二运算放大器的正极输入端分别连接在所述多路转换开关模块的任意两路上，所述第一运算放大器的负极输入端连接在所述第一运算放大器的输出端上，第二运算放大器的负极输入端连接在所述第二运算放大器的输出端上；所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端均分别通过对应的两个电阻Ri连接在所述第三运算放大器的正极输入端和负极输入端上，所述第三运算放大器的正极输入端还通过一个电阻Rf连接在所述第三运算放大器的输出端上，所述第三运算放大器的负极输入端还通过另一个电阻Rf接地。
9.根据权利要求8所述的一种用于汇流箱电流检测的装置，其特征在于：所述模数转换器的输入电压为VAD＝(Ri/Rf)*I*RS，其中I为外部流入最大电流。
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