CN110927464A - 一种隔离电源的在线检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔离电源的在线检测系统，包括处理器和至少一个电压检测电路；电压检测电路包括隔离电路和信号调理电路，隔离电路的原边回路中串设有独立电源、连接端和独立电源的接地端；连接端包括第一端子和第二端子，第一端子连接独立电源和待检测隔离电源的输出端；第二端子用于连接独立电源的接地端和待检测隔离电源的输入端；隔离电路的副边回路连接信号调理电路的输入端；处理器连接信号调理电路的输出端，用于根据信号调理电路的输出电压值，计算待检测隔离电源的隔离内阻。本发明电路结构简单，可以实时在线检测出隔离电源的隔离内阻，便于及时掌握隔离电源的内部性能，且不会影响到隔离电源的正常运行，保证了继电保护装置可靠运行。

Description

一种隔离电源的在线检测系统
技术领域
本发明涉及一种隔离电源的在线检测系统，属于继电保护技术领域。
背景技术
如图1所示，具有多路输出的DC隔离电源是继电保护装置常用的供电电源，DC隔离电源的多路输出电压可以满足信号调理电路、ADC模块、隔离防护模块、MCU模块等不同模块的不同电源需求。同时，DC隔离电源的输入电压和输出电压之间相互隔离，可以防止外部干扰信号通过电源系统串入后级MCU信号处理系统，保证了继电保护装置信号采集的精度，防止出现误判、错判的情况。
继电保护装置一般需要全天候不间断工作，装置位于屏柜内部，环境温度比较高。DC隔离电源长期不间断地工作在高温环境下，输入和输出之间的隔离电阻会逐渐降低，这种隔离性能的衰退并不会很快引起输出电压的异常，继电保护装置仍可以稳定工作一段时间，但是隔离电阻的衰退极易为外部干扰源提供通路，从而干扰到继电保护装置内部信号处理系统，造成信号采集误差变大或者出口误动作。由于这种隔离性能的衰退难以预期，外在表象不明显直观，而且继电保护运行也不允许经常断电检修，但现有检测DC隔离电源隔离电阻的方法只能在DC隔离电源离线状态下进行，而无法实现在线检测，无法及时了解DC隔离电源的性能变化情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离电源的在线检测系统，用于解决现有技术无法在线检测DC隔离电源性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种隔离电源的在线检测系统，包括处理器和至少一个电压检测电路；所述电压检测电路包括隔离电路和信号调理电路，所述隔离电路的原边回路中串设有独立电源、连接端和所述独立电源的接地端；所述连接端包括第一端子和第二端子，第一端子连接所述独立电源和待检测隔离电源的输出端；第二端子用于连接所述独立电源的接地端和待检测隔离电源的输入端；所述隔离电路的副边回路连接所述信号调理电路的输入端，用于将流过待检测隔离电源的电流检测值转换为电压值并发送给信号调理电路；所述处理器连接所述信号调理电路的输出端，用于根据所述信号调理电路的输出电压值，计算待检测隔离电源的隔离内阻。
本发明的有益效果是：将待检测的隔离电源串设在隔离电路的原边回路中，并采用独立电源给隔离电路供电，通过检测流过隔离电路的原边回路中的电流值，即可计算出待检测隔离电源的隔离内阻。本发明的电路结构简单，可以实时在线检测出隔离电源的隔离内阻，便于及时掌握隔离电源的内部性能，且不会影响到隔离电源的正常运行，保证了继电保护装置的可靠运行。
进一步的，为了实现可靠隔离及采集信号的线性变化，所述隔离电路包括线性光耦隔离模块。
进一步的，为了对采集到的信号进行可靠处理，所述信号调理电路为运算放大电路。
进一步的，为了便于在待检测隔离电源的隔离内阻过低时，维护人员能够及时检修，所述处理器连接有上位机监控系统，所述上位机监控系统连接有报警设备，用于当待检测隔离电源的隔离内阻低于设定值时进行报警。
进一步的，为了实现数据类型转换，所述信号调理电路的输出端通过ADC模块连接所述处理器。
进一步的，所述运算放大电路为同相比例运算电路。
附图说明
图1是现有技术的具有多路输出的DC隔离电源的结构图；
图2是本发明的电压检测电路的电路原理图；
图3是本发明的处理器和上位机监控系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本实施例提供了一种隔离电源的在线检测系统，该检测系统包括处理器、上位机监控系统以及n(n≥1)路电压检测电路。各个电压检测电路包括线性光耦隔离模块和运算放大电路，线性光耦隔离模块的原边回路用于串设待检测DC隔离电源(简称为隔离电源)、其副边回路用于连接运算放大电路的输入端，运算放大电路的输出端通过ADC模块连接处理器，该处理器连接上位机监控系统。该系统可以实现在线实时检测检测直流电源输入和输出之间的隔离电阻，并通过上位机显示检测结果，不需要断电维护，简单直观方便。
其中，由于各个电压检测电路的隔离电阻检测原理相同，现在以第一路电压检测电路为例进行说明。如图2所示，线性光耦隔离模块的原边回路中串设有独立电源、连接端、独立电源的接地端GND1以及线性光耦原边发光二极管。独立电源的接地端GND1与待检测DC隔离电源所在系统的接地端不是同一个接地端。独立电源与待检测DC隔离电源、线性光耦隔离模块相互独立，隔断了独立电源对待检测DC隔离电源和后级运算放大电路的影响。该连接端包括第一端子和第二端子，第一端子连接独立电源和待检测隔离电源的输出端，第二端子用于连接独立电源的接地端GND1和待检测DC隔离电源的输入端。光耦隔离模块的副边回路由供电电源VCC、线性光耦副边三极管和电阻R2串联构成，R2的两端还并联有电容C1。该光耦隔离模块的内部通过引入非线性反馈，在一定范围内输入输出具有良好的线性特性，可以作为待检测DC隔离电源的隔离电阻范围测定的检测元件，将原边回路中检测到的电流信号转换为电阻R2上的电压信号。
其中，线性光耦隔离模块的原边回路中检测到的电流Ip可以根据以下公式求得：
Figure BDA0002279706670000031
上式(1)中，V1为独立电源的电压，VF为线性光耦原边发光二极管的导通电压，Ri为待检测DC隔离电源输入输出之间的隔离电阻值。
光耦隔离模块的副边回路中电阻R2上输出电压VR2可以根据以下公式求得：
VR2＝Is·R2＝kIp·R2 (2)
上式(2)中，Is为耦隔离模块的副边回路中的电流，k为线性光耦的电流传输比。
其中，上述的线性光耦隔离模块的作用是不仅可以作为待检测DC隔离电源的隔离电阻范围测定的检测元件，同时可以实现电气隔离，例如隔离待检测隔离电源对后级运算放大电路的影响。因此，作为其他的实施方式，该线性光耦隔离模块也可以替换为现有技术中其他可以实现同等功能的隔离电路。
如图2所示，该运算放大电路为同相比例运算电路，包括运算放大器U1B，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R3连接线性光耦隔离模块的输出端、其反向输入端通过电阻R4连接接地端GND(图2中接地端GND与独立电源的接地端GND1不是同一个接地端)，运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间连接有电阻R5。光耦隔离模块的的副边回路中电阻R2上的输出电压VR2经过同相比例运算电路进行信号调理后，将采样电压调整为合适的电压值Vs送入ADC模块，电压值Vs的计算公式为：
Vs＝(1+R5/R4)·VR2 (3)
其中，该运算放大电路的作用是对线性光耦隔离模块输出的电压信号调整为合适的电压值，作为其他的实施方式，该运算放大电路也可以替换为现有技术中其他可以实现信号调理功能的信号调理电路。
处理器接收到ADC模块的采样值Vs后，根据公式(1)(2)(3)，计算出待检测DC隔离电源输入输出之间的隔离电阻值Ri：
Figure BDA0002279706670000041
如图3所示，处理器计算出n个待检测DC隔离电源输入输出之间的隔离电阻值Ri后，通过以太网上送到上位机监控系统，实时监视各个DC隔离电源的隔离电阻，当隔离电阻值Ri低于设定值时，上位机监控系统发出告警提示信号，使报警设备进行报警，提醒维护人员及时检修，更换插件。
本发明的隔离电源的在线检测系统的电路结构简单易于实现，检测实时直观，可以实现在线检测，不会影响检测DC隔离电源的正常运行，同时能够起到实时预警作用，对检测DC隔离电源的安全稳定运行意义重大。

Claims (6)

1.一种隔离电源的在线检测系统，其特征在于，包括处理器和至少一个电压检测电路；所述电压检测电路包括隔离电路和信号调理电路，所述隔离电路的原边回路中串设有独立电源、连接端和所述独立电源的接地端；所述连接端包括第一端子和第二端子，第一端子连接所述独立电源和待检测隔离电源的输出端；第二端子用于连接所述独立电源的接地端和待检测隔离电源的输入端；所述隔离电路的副边回路连接所述信号调理电路的输入端，用于将流过待检测隔离电源的电流检测值转换为电压值并发送给信号调理电路；所述处理器连接所述信号调理电路的输出端，用于根据所述信号调理电路的输出电压值，计算待检测隔离电源的隔离内阻。
2.根据权利要求1所述的隔离电源的在线检测系统，其特征在于，所述隔离电路包括线性光耦隔离模块。
3.根据权利要求1或2所述的隔离电源的在线检测系统，其特征在于，所述信号调理电路为运算放大电路。
4.根据权利要求1或2所述的隔离电源的在线检测系统，其特征在于，所述处理器连接有上位机监控系统，所述上位机监控系统连接有报警设备，用于当待检测隔离电源的隔离内阻低于设定值时进行报警。
5.根据权利要求1或2所述的隔离电源的在线检测系统，其特征在于，所述信号调理电路的输出端通过ADC模块连接所述处理器。
6.根据权利要求3所述的隔离电源的在线检测系统，其特征在于，所述运算放大电路为同相比例运算电路。
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