CN111007297A - 多回路电压分配和选择电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多回路电压分配和选择电路及其实现方法，适用于配网终端设备DTU与8路配电线损模块的配套应用，馈线电压经过电阻和电压互感器变换为弱电流信号，再经过I/V变换电路、变成驱动能力强的电压信号，该电压信号作为小信号母线进行多路分配；经多路分配后的电压信号经过模拟开关选择后输出到电压跟随器、经电压跟随器输出后最后输入到计量芯片的电压采集端。本发明将电压分配和选择转移到弱电侧进行，增强了电路的电磁兼容性能；使用I/V变换电路在输出端进行电压分配，使用模拟开关进行电压选择，提高了电路的可靠性；两路输入馈线之间通过两级PT隔离，隔离强度显著提高；省掉了继电器，减少了PT数量、成本降低。

Description

多回路电压分配和选择电路及其实现方法

技术领域

本发明属于电力系统配网终端设备技术领域，具体涉及一种多回路电压分配和选择电路及其实现方法。

背景技术

在配网终端设备DTU与8路配电线损模块配套应用的过程中，为精确计量每一路馈线的电能量，线损模块需要采集每一路馈线的线路电流和电压，常规配置均为双馈线供电，而每一路电流要和对应的馈线电压结合才能准确采集电能量，这就需要8路配电线损模块可以根据现场实际接线，对两路馈线电压能够进行灵活分配和选择，同时还需要保证两路馈线的供电回路有良好的电气隔离。

如图1所示，是目前常规的电压分配和选择电路原理示意图。为方便分析，我们以第一路电压分配和选择作为分析对象。3个PT的输出端2分别并联在一起接到电压选择继电器K1一组触点的公共端，该触点的常闭点接UN1，常开点接UN2。三个PT的输出端1分别连接到电压选择继电器K1的另外三组触点的公共端上，触电的常闭点分别连接到U1A、U1B、U1C，常开点分别连接到U2A、U2B、U2C。K1为电压选择继电器，CH1_VOT_SEL为控制信号(低电平有效)，计量电压U1A、U1B、U1C、U1N和U2A、U2B、U2C、U2N分别来自两个不同源的馈线(馈线1和馈线2)，控制信号CH1_VOT_SEL无效时继电器不动作，来自馈线1的U1A、U1B、U1C、U1N经PT101、PT102、PT103被选择接入计量模块的第1路计量芯片；控制信号CH1_VOT_SEL有效时，继电器的开关K1动作，来自馈线2的U2A、U2B、U2C、U2N被选择接入计量模块的第1路计量芯片。PT101、PT102、PT103为电压采集PT，每一路电压采集都需要通过一个PT将AC220V变换为计量芯片可处理的电压弱电信号，与经过CT后的电流弱电信号一起送入计量芯片。

所以，常规的电压分配和选择是在强电侧进行，电压分配是通过并联实现，电压选择是通过继电器实现的，即直接使用继电器选择两路三个AC220V的相电压，这样虽能实现功能，但是不利因素也比较多，比如：

(1)每一路都需要一个4常开4常闭的电压选择继电器，因继电器触点间隙较小，进行差模2000V浪涌测试时，容易打坏触点，更换大体积则继电器成本会增加很多；

(2)每一路都需要三个PT进行电压采集，8路总共需要24个，成本较高；

(3)布线时由于强电走线面积较大，对装置整体的电磁兼容很不利；

(4)继电器是具有机械寿命的，而且长时间工作以后触点容易氧化导致接触不良，增加故障点。

所以常规的电压分配和选择电路虽然能实现功能，但是既增加了成本，又增加电路板的体积和复杂程度，不利于装置的长期运行，对电磁兼容也带来一定的不利因素。

因此，采用一种新的电压分配和选择电路，来降低整个装置的原材料成本、提高装置的电磁兼容性能，显然就具有很高的应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新的电压分配和选择电路，采用一种新的电压分配和选择电路，来降低整个装置的原材料成本、提高装置的电磁兼容性能。本发明所采用的技术方案如下：

一种多回路电压分配和选择电路，适用于配网终端设备DTU与8路配电线损模块的配套应用，馈线电压经过电阻和电压互感器变换为弱电流信号，再经过I/V变换电路、变成驱动能力强的电压信号，该电压信号作为小信号母线进行多路分配；

经多路分配后的电压信号经过模拟开关选择后输出到电压跟随器、经电压跟随器输出后最后输入到计量芯片的电压采集端。

本发明的电路主要完成两条馈线的电压分配和选择功能，并且每一路馈线电压被分配到8个采集端，每一个采集端可以根据不同的接线方式灵活选择对应的电压输入回路。电压的分配和选择是在弱电侧进行。电压输入是先经过电阻和PT变换为弱电流信号，再经过I/V变换电路变换为弱电压信号，同时进行多路分配，然后输入到模拟开关进行选择，输出后再经过一级电压跟随器后输入到计量芯片。

一种多回路电压分配和选择电路的实现方法，包括以下步骤：

步骤1、输入的两路三相电压来自不同源的馈线，每一路采集端计量芯片采集的电压根据不同的接线方式来灵活选择对应的馈线电压；

步骤2、每一路电压输入先通过限流电阻和隔离PT，将高电压信号转换为微弱电流信号；

步骤3、在电压信号选择之前增加一级I/V变换电路，将微弱电流信号变换为计量芯片可识别的、驱动能力强的电压信号；

步骤4、该电压信号作为小信号母线，进行多路分配输入到8路模拟开关的输入端，经控制信号选择后输出电压信号；

步骤5、选择输出的电压信号，经过一级电压跟随器后，输入到相应的计量芯片电压采集端。

本发明的有益效果：

1)将电压分配和选择转移到弱电侧进行，增强了电路的电磁兼容性能。

2)使用I/V变换电路在输出端进行电压分配，使用模拟开关进行电压选择，提高了电路的可靠性。

3)两路输入馈线之间通过两级PT隔离，隔离强度显著提高。

4)省掉了继电器，减少了PT数量(只需6个)，成本降低。

5)该电路具有电磁兼容性能强、可靠性高、隔离耐压高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是目前常规的电压分配和选择电路原理示意图；

图2是本发明实施例的多回路电压信号处理电路结构示意图；

图3是本发明实施例的多回路电压分配和选择电路结构示意图；

图4是本发明实施例的多回路电压信号处理电路原理图；

图5是本发明实施例的多回路电压分配和选择电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图2所示，是本发明实施例的多回路电压信号处理电路结构电路示意图；如图3所示，是本发明实施例的多回路电压分配和选择电路结构示意图；如图4所示，是本发明实施例的多回路电压信号处理电路原理图；如图5所示，是本发明实施例的多回路电压分配和选择电路原理图。

为描述方便，以两路馈线的A相电压分配和选择来说明，两路馈线电压U1A、U2A分别经过电阻R011和电压互感器PT011以及R021和PT021变换为弱电流信号，再经过由U011B和U021B及其外围电路组成的I/V变换电路、变成驱动能力强的电压信号/U1a和/U2a，同时，电压信号/U1a和/U2a作为小信号母线，在此处进行多路分配(常规应用是分配至8路)。

两路电压信号/U1a和/U2a经过模拟开关U102选择后输出/Ua1，/Ua1经过一级U103D及其外围电路组成的电压跟随器(增强驱动能力)后输出U1AP，U1AP最后输入到第1路计量芯片的A相电压采集端。对于其他回路的电压采集，同理，比如，U8AP最后输入到第8路计量芯片的A相电压采集端。

下面以馈线1为例对I/V变换电路具体说明如下：运算放大器U011B的反向输入端经电阻R012后、与反向并联的二极管D012和D011以及并联的电容C011组成支路、再接到PT011的端口4。运算放大器的同向输入端经电阻R013后、与反向并联的二极管D012和D011以及并联的电容C011组成支路、再接到PT011的端口1，端口1接GND。运算放大器的输出端经电容C012和电阻R014组成的并联支路后、连入二极管D012与电阻R012的中间。

下面以第1路计量芯片为例对模拟开关具体说明如下：U102的AX、AY、BX、BY、CX、CY分别与对应的U1、U2小信号相连接。U1小信号中的U1a、U1b、U1c分别接入到U102的AX、BX、CX，U2小信号中的U1a、U1b、U1c分别接入到U102的AY、BY、CY。U102模拟开关选择后的输出信号Ua1、Ub1、Uc1分别接入电压跟随器U103A、U103B、U103C，生成的三路弱电压信号U1AP、U1BP、U1CP送入第1路计量芯片。控制信号CH1_VOT_SEL接入模拟开关的A、B、C引脚。

下面以第1路计量芯片为例对电压跟随器具体说明如下：运算放大器U103D的同向输入端经电阻R113与模拟开关的输出端相连，反向输入端经电阻R114与运算放大器U103的输出端相连，运算放大器的输出端经电阻R115输入到第1路计量芯片的电压采集端。

一种多回路电压分配和选择电路的实现方法，包括如下步骤：

步骤1、输入的两路三相电压来自不同源的馈线，每一路采集端(计量芯片)采集的电压可以根据不同的接线方式来灵活选择对应的馈线电压。

步骤2、每一路电压输入先通过限流电阻和隔离PT，将高电压信号转换为微弱电流信号，有利于板间的信号远传。

步骤3、在电压信号选择之前增加一级I/V变换电路，将微弱电流信号变换为计量芯片可识别的、驱动能力强的电压信号。

步骤4、该电压信号作为小信号母线，进行多路分配输入到8路模拟开关，经选择输出后在输入到计量芯片之前增加一级电压跟随器，以保证电压信号的带负载能力。

步骤5、经过一级电压跟随器后，输入到相应的计量芯片。

本发明的方法，两路不同源的电压输入之间通过两级PT实现电气隔离，提高了耐压等级。完成常规的两路不同源的三相四线电压采集，只需要6个PT即可实现。

另外，本发明的方法，电压选择功能是在先经过PT进行强弱电信号变换和隔离后，在弱电侧实现。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：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，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.多回路电压分配和选择电路，适用于配网终端设备DTU与8路配电线损模块的配套应用，其特征在于，馈线电压经过电阻和电压互感器变换为弱电流信号，再经过I/V变换电路、变成驱动能力强的电压信号，该电压信号作为小信号母线进行多路分配；

经多路分配后的电压信号经过模拟开关选择后输出到电压跟随器、经电压跟随器输出后最后输入到计量芯片的电压采集端。

2.根据权利要求1所述的多回路电压分配和选择电路，其特征在于，所述的I/V变换电路的结构如下：

运算放大器的反向输入端经电阻R012后、与反向并联的二极管D012和D011以及并联的电容C011组成支路、再接到PT011的端口；

运算放大器的同向输入端经电阻R013后、与反向并联的二极管D012和D011以及并联的电容C011组成支路、再接到GND；

运算放大器的输出端经电容C012和电阻R014组成的并联支路后、连入二极管D012与电阻R012的中间。

3.根据权利要求2所述的多回路电压分配和选择电路，其特征在于，所述的模拟开关具体连接方式如下：

U1小信号中的U1a、U1b、U1c分别接入到模拟开关的AX、BX、CX，U2小信号中的U1a、U1b、U1c分别接入到U102的AY、BY、CY；模拟开关选择后的输出信号Ua1、Ub1、Uc1分别接入电压跟随器；控制信号CH1_VOT_SEL接入模拟开关的A、B、C引脚。

4.根据权利要求1－3任一项所述的多回路电压分配和选择电路，其特征在于，所述的电压跟随器具体如下：

运算放大器的同向输入端经电阻R113与模拟开关的输出端相连，反向输入端经电阻R114与运算放大器的输出端相连，运算放大器的输出端经电阻R115输入到计量芯片的电压采集端。

5.多回路电压分配和选择电路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、输入的两路三相电压来自不同源的馈线，每一路采集端计量芯片采集的电压根据不同的接线方式来灵活选择对应的馈线电压；

步骤2、每一路电压输入先通过限流电阻和隔离PT，将高电压信号转换为微弱电流信号；

步骤3、在电压信号选择之前增加一级I/V变换电路，将微弱电流信号变换为计量芯片可识别的、驱动能力强的电压信号；

步骤4、该电压信号作为小信号母线，进行多路分配输入到8路模拟开关的输入端，经控制信号选择后输出电压信号；

步骤5、选择输出的电压信号，经过一级电压跟随器后，输入到相应的计量芯片电压采集端。

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