CN114167787A - 一种能产生故障定位信号的医疗it系统用绝缘监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，属于医疗IT系统绝缘故障定位领域。它包括MCU电路，所述MCU电路采用MCU微控制器芯片，MCU微控制器芯片的I/O端与电源电路、通信电路、LED显示电路、LCD显示电路、报警输出电路、PTC温度监测电路、负载电流检测电路、功能接地断线监测电路、与被监测系统断线监测电路、绝缘电阻监测电路、故障定位信号发生电路、按键电路、存储电路和时钟电路相连。本发明集成故障定位信号的发生的功能，减少了设备元器件，体积小，成本低，施工时接线方便；同时减少通信交互时间，定位速度快。

Description

一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统

技术领域

本发明涉及一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，属于医疗IT系统绝缘故障定位领域。

背景技术

现有技术下，随着医疗电子设备的大规模运用，医疗场所的电气安全变得尤为重要。即使短时的停电，都可能对患者造成致命的影响。为提高医疗用电的安全性跟可靠性，国家相关标准及规范都有明确的要求：医疗2类场所重要设备要用IT系统供电，IT系统配置绝缘监测装置。

常见的医疗IT系统绝缘监测装置仅能实现绝缘电阻监测及绝缘故障、超温故障、过载故障等基本故障的报警与指示。当要定位到绝缘故障所在回路，需配置故障定位信号发生器与绝缘故障定位仪。存在以下不足：1.配套设备多，成本高，施工时接线工作量大，占用柜体内部空间；2.绝缘监测装置与信号发生器之间经通信进行交互，存在数据处理延时，故障定位时间长；3.定位信号由系统电压产生，电压偏低容易导致定位失败，不适用于低压供电的国家。

例如专利公开号为CN212514945U的中国专利公开了一种电压通用型医疗绝缘故障定位系统，包括绝缘监测仪、信号发生器模块和绝缘故障定位模块。它的定位信号由信号发生器产生，不受被测系统电压影响，因此能够应用于不同电压等级的交流单相IT系统，同时通过与绝缘故障定位仪配套使用在故障发生时，能够指示出故障具体发生在哪一条线路，给后续故障的排查带来便利。

上述专利虽然方便判断故障问题，但是设置有绝缘监测仪、信号发生器模块和绝缘故障定位模块，具有多台设备，配套设备多，成本高，施工时接线工作量大，且通信交互时存在延时。

因此，为解决上述背景问题，研发一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统是迫在眉睫的。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，它集成故障定位信号的发生的功能，减少了设备元器件，体积小，成本低，施工时接线方便；同时减少通信交互时间，定位速度快。

本发明的目的是这样实现的：一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，包括MCU电路，所述MCU电路采用MCU微控制器芯片，MCU微控制器芯片的IO端与电源电路、通信电路、LED显示电路、LCD显示电路、报警输出电路、PTC温度监测电路、负载电流检测电路、功能接地断线监测电路、与被监测系统断线监测电路、绝缘电阻监测电路、故障定位信号发生电路、按键电路、存储电路和时钟电路相连。

所述报警输出电路，设置有继电器、三极管和续流二极管，通过MCU的IO口控制继电器闭合或断开。

所述PTC温度监测电路包括恒流源电路；电流通过隔离变压器上的PTC温度传感器后，PTC温度传感器的两端产生电压，并传输至MCU微控制器芯片计算相应温度。

所述负载电流检测电路，设置有由排阻及运算放大器组成的基准电压电路以及由电感、电阻、电容组成的滤波电路，信号经MOS管到取样电阻及差分放大电路放大后，传输至MCU微控制器芯片计算相应电流。

所述功能接地断线监测电路，通过系统接地端口KE向地线PE注入电压，经另一路系统接地端口FE返回系统。该注入电压分压后经电压跟随器传输至MCU微控制器芯片，若MCU监测到电压为0时，则判断功能接地为断线。

所述与被监测系统断线监测电路，设置有分压电阻及双向光耦，光耦输出端与MCU的IO口相连。

所述绝缘电阻监测电路设置有包括继电器K1的继电器驱动电路以及分压电阻R3和分压电阻R14组成的分压电路；

分压电阻R14上分得的电压经运算放大器U1组成的电压跟随器，传输至运算放大器U3组成的二阶低通滤波电路，最后传输至MCU微控制器芯片计算相应绝缘电阻。

所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K2的继电器驱动电路，用于控制投切到IT系统中供电线L1或供电线L2；

所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K3的继电器驱动电路，用于控制向电路中投切分压电阻；

所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K4的继电器驱动电路，用于在未发生故障时断开故障定位信号发生电路；

所述故障定位信号发生电路还设置有包括继电器K5的继电器驱动电路，用于投切到由运算放大器IC1组成的信号取样、放大电路及运算放大器IC3组成的DAC信号放大输出电路。

所述电源电路设置有气体放电管、热敏电阻和瞬态电压抑制二极管TVS组成的保护电路，输入电源通过DC-DC模块及低压差线性稳压器LDO转换成合适的电压供给其他电路；

所述通信电路设置有CAN通信模块及RS485通信模块，两个模块分别与MCU的IO口相连接；

所述LED显示电路设置有5颗发光二极管，分别与MCU的IO口相连接；

所述LCD显示电路设置有点阵液晶模组，通过MCU的IO口控制其内置驱动芯片进行显示。

所述按键电路，设置有按键和去抖电路，所述按键与MCU微控制器芯片相连；

所述存储电路，设置有存储芯片，与MCU微控制器芯片相连；

所述时钟电路，设置有时钟芯片及电池电路，所述时钟芯片与MCU微控制器芯片相连。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，通过集成故障定位信号的发生的功能，可以减少原有方案两套设备中重复使用的电源、通讯等模块元器件，体积小，成本低，施工时接线方便，更节省了柜体的使用空间；

本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，通过一颗MCU进行控制，可以减少现有技术下多套设备之间通信交互的时间，定位速度快；

本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，故障定位信号由本发明主动发生，不受系统电压影响，通用性好，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的系统框图。

图2为本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的PTC温度监测、负载电流检测、功能接地断线监测、与被监测系统断线监测原理框图。

图3为本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的绝缘电阻监测及故障定位信号发生原理框图。

图4为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的MCU电路原理图。

图5为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的电源电路原理图。

图6为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的通信电路原理图。

图7为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的LED显示电路原理图。

图8为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的LCD显示电路原理图。

图9为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的报警输出电路原理图。

图10为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的PTC温度监测电路原理图。

图11为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的负载电流检测电路原理图。

图12为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的功能接地断线监测电路原理图。

图13为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的与被监测系统断线监测电路原理图。

图14为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的绝缘电阻监测电路原理图。

图15为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的故障定位信号发生电路原理图。

图16为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的按键电路原理图。

图17为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的存储电路原理图。

图18为本发明一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统的时钟电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

如图1~4所示，在本实施例中，本发明的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统设置有MCU电路；

所述MCU电路采用MCU微控制器芯片，MCU微控制器芯片的I/O端与电源电路、通信电路、LED显示电路、LCD显示电路、报警输出电路、PTC温度监测电路、负载电流检测电路、功能接地断线监测电路、与被监测系统断线监测电路、绝缘电阻监测电路、故障定位信号发生电路、按键电路、存储电路和时钟电路相连。

如图5所示，在本实施例中，本发明设置有电源电路；

所述电源电路中包括气体放电管L1、热敏电阻RL1和瞬态电压抑制二极管 D4构成保护电路，用于雷击浪涌及过流保护；经共模电感L2至桥堆DB1，其中共模电感L2用于改善EMC性能,桥堆DB1可以避免因电源反接导致供电异常；而后经滤波电容C5和滤波电容C7至DC-DC模块U2，将输入电压转换为电源VCC1，DC-DC模块U2起到隔离及电压转换的作用；DC-DC模块U7将电源VCC1转换为电源±VCC3，给绝缘电阻监测电路及故障定位信号发生电路供电；低压差线性稳压器IC2将电源VCC1转换为电源VCC2给MCU及其他元件供电。

如图6所示，在本实施例中，本发明设置有通信电路；

所述通信电路中，U8为CAN通信模块，CAN通信模块U8的脚3和脚4与MCU的CAN接口相连，脚6和脚7均连接外部接口，实现与IT系统中绝缘故障定位仪的信息交互，进行故障定位；U6为RS485通信模块，RS485通信模块U6的脚3和4脚与MCU的UART口相连,脚5接IO口，控制数据收发，脚8和脚9均连接外部接口，实现与IT系统中的外接报警与指示装置的信息交互，将信息就地显示在护士站或者手术室等场所，也可与上位机系统建立通信。

如图7所示，在本实施例中，本发明设置LED显示电路；

所述LED显示电路中，包括发光二极管D7、发光二极管D10、发光二极管D12、发光二极管D13和发光二极管D14，以及匹配设置有限流电阻R31、限流电阻R55、限流电阻R59、限流电阻R66和限流电阻R67，通过更改阻值可以调节发光二极管亮度；该电路一端连接电源VCC2，另一端与MCU的IO口相连，通过“灌电流”的方式控制发光二极管亮灭。当IO口输出高电平时发光二极管熄灭，输出高电平时发光二极管点亮，用于显示装置运行、通信状态，并给出绝缘故障、断线故障等报警指示。

如图8所示，在本实施例中，本发明设置LCD显示电路；

所述LCD显示电路中，J1为FPC插座，用于连接点阵液晶模组排线，MCU通过SPI通讯的方式经插座J1的脚2、脚4、脚5和脚6与液晶驱动芯片连接，从而驱动液晶将关键数据显示在液晶屏上，实现人机交互；LED1为点阵液晶模组的背光，MCU通过输出高低电平，使三极管Q7工作在饱和或截止状态，以此来控制背光亮灭。

如图9所示，在本实施例中，本发明设置有两路报警输出电路；

所述报警输出电路中,以其中一路为例，MCU的IO口连接至限流电阻R61，经滤波电容C45及下拉电阻R63至三极管Q9基极，三极管Q9发射极接地；继电器K6一端接电源VCC1，一端接Q9集电极，当三极管Q9饱和导通时，继电器动作；续流二极管D8并联在继电器两端，用于保护三极管Q9。

如图10所示，在本实施例中，本发明设置有PTC温度监测电路；

所述PTC温度监测电路中，系统端口T0和系统端口T1接PTC温度传感器，Q13 为TL431，脚1和脚3之间电压为2.5V，且电阻R65的阻值恒定，与三极管Q8组合后形成一个恒流源，流经三极管Q8集电极电流恒定，不受外部PTC阻值变化影响。该电流通过PTC温度传感器后，PTC温度传感器的两端（即T0和T1）产生电压，经由运算放大器U5即其外围器件组成的高输入阻抗差分比例运算电路传输至MCU的ADC接口，同时该电路还具有温度传感器断线监测功能。

所述温度传感器断线监测功能是这样实现的，由于PTC温度传感器自身一直存在一个阻值（或大或小，但不会导致运放满幅输出），因此MCU会监测到一定范围内的电压，当检测运放满幅输出，则判断为温度传感器断线。

如图11所示，在本实施例中，本发明设置有负载电流检测电路；

所述负载电流检测电路中，电源VCC2经排阻分压后，经运放输出基准电压VREF1，用于抬高交流信号；而基准电压VREF则传输至MCU的ADC口，用于监测基准电压。

所述负载电流检测电路中，I0和I1接口均接外部电流互感器，电感L4、电感L5、电容C58、电阻R80、电容C59、电容C62、电阻R90、电容C63起滤波作用，瞬态电压抑制二极管TV4起钳位保护作用，MOS管IC7正常工作时处于导通状态，在进行断线判断时才会断开。互感器二次输出电流经取样电阻R82以后，通过由运算放大器IC6构成的差分放大电路传输至MCUADC接口计算电流。

所述的MOS管IC7在进行电流互感器断线监测时会断开，其漏极同时接至MCU的ADC口，用于监测MOS管IC7漏极的电压。由于电流互感器本质上是个线圈，是导通的。如电流互感器接入，则MOS管漏极测到与VREF1电压相同；如电流互感器未接入，则MOS管漏极测到的电压将远比VREF1小，以此判断互感器是否断线。

如图12所示，在本实施例中，本发明设置有功能接地断线监测电路；

所述功能接地断线监测电路中，为保证接地PE可靠，系统接地端口FE和系统接地端口KE同时接到隔离变压器地线PE。继电器K8在做接地监测时，继电器K8的脚3和脚4均处于导通状态，将电源+VCC3通过系统接地端口KE注入到地线PE上，经系统接地端口FE返回系统；其中磁珠FB1、磁珠FB2起滤波作用，瞬态电压抑制二极管TV2和瞬态电压抑制二极管TV3起钳位保护作用。返回的信号经分压电阻R70和分压电阻R72分压后，再通过由运算放大器U5构成的电压跟随器传输至MCU微控制器芯片，如采得的电压为0，则判断功能接地为断线。

如图13所示，在本实施例中，本发明设置有与被监测系统断线监测电路；

所述与被监测系统断线监测电路，系统端口L1和系统端口L2分别接至IT系统供电线L1和供电线L2，并设置有分压电阻R43、分压电阻R44和分压电阻R47，当分压电阻R44上分得的电压超过一定值后，光耦U4导通，光耦的脚4上电平由高电平边为低电平。IT系统上电后，若光耦的脚4上仍为高电平，则判断为与被监测系统断线。

如图14所示，在本实施例中，本发明设置有绝缘电阻监测电路；

所述绝缘电阻监测电路，与功能接地断线监测电路共用注入到地线PE上的电源+VCC3。如图3，绝缘电阻存在于IT系统及地线PE之间。绝缘电阻监测时，图12中继电器K8的脚3和脚4闭合，图14中继电器K1闭合。电源+VCC3与系统绝缘电阻、分压电阻R3、取样电阻R14以及系统地GND构成回路。取样电阻R14上分得的电压经运算放大器U1组成的电压跟随器，传输至运算放大器U3组成的二阶低通滤波电路。该二阶低通滤波电路用于滤除系统中存在的工频交流成分，仅留下直流成分，最后传输至MCU微控制器芯片计算相应绝缘电阻。

如图15所示， 在本实施例中，本发明设置有故障定位信号发生电路；

所述故障定位信号发生电路，仅当故障时才会进行工作，正常状态下K4继电器断开。

当监测到绝缘故障时，图12中继电器K8的脚3和脚5闭合，使IT系统、故障定位信号发生电路、地线PE和绝缘电阻构成回路。

首先判断是供电线L1还是供电线L2上故障，此时继电器K3断开，继电器K4闭合，继电器K5的脚3和脚5闭合。R7和R19均为分压电阻，R29为取样电阻，取样电阻R29上取样得到的电压经运算放大器IC1构成的放大器后，传输至MCU微控制器芯片计算相应电压。先将继电器K5的脚3和脚4闭合，MCU获取并记录下电压UL1，再将继电器K5的脚3和脚5闭合，MCU获取并记录下电压UL2。通过对电压UL1及电压UL2 进行对比分析，取样电压大的线路存在绝缘故障。

然后产生故障定位信号，继电器K2投切到上一步判断出的存在绝缘故障的电路上，继电器K3和继电器K4闭合，继电器K5的脚3和脚4闭合。运算放大器IC3接MCU微控制器芯片的DAC输出引脚，DAC引脚输出特定频率的信号，经运算放大器IC3放大后注入到IT系统中，此时电阻R19起到限流作用，以使定位电流满足标准要求。IT系统中配套使用的绝缘故障定位仪通过监测各负载回路中定位电流的大小实现故障定位。

如图16所示，在本实施例中，本发明设置有按键电路；

所述按键电路，包括按键KEY1、按键KEY2、按键KEY3和按键KEY4，去抖电容C28、去抖电容C29、去抖电容C49和去抖电容C50，上拉电阻RR1；

所述按键KEY1、按键KEY2、按键KEY3和按键KEY4均与MCU微控制器芯片相连，用于更改系统参数。

如图17所示，在本实施例中，本发明设置有存储电路；

所述存储电路，包括存储芯片IC10，电容C78，上拉电阻R96和上拉电阻R97。

所述存储芯片IC10，与MCU微控制器芯片相连，用于存储系统数据。

如图18所示，在本实施例中，本发明设置有时钟电路；

所述时钟电路，包括时钟芯片IC9，电容C76和电容C77，上拉电阻R94和上拉电阻R95，电池BAT1，双路二极管D19。

所述电池BAT1，用于给时钟芯片IC9供电；

所述时钟芯片IC9，与MCU微控制器芯片相连，用于给系统提供时间。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：包括MCU电路，所述MCU电路采用MCU微控制器芯片，MCU微控制器芯片的IO端与电源电路、通信电路、LED显示电路、LCD显示电路、报警输出电路、PTC温度监测电路、负载电流检测电路、功能接地断线监测电路、与被监测系统断线监测电路、绝缘电阻监测电路、故障定位信号发生电路、按键电路、存储电路和时钟电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述PTC温度监测电路包括恒流源电路；电流通过隔离变压器上的PTC温度传感器后，PTC温度传感器的两端产生电压，并传输至MCU微控制器芯片计算相应温度。

3.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述负载电流检测电路，设置有由排阻及运算放大器组成的基准电压电路以及由电感、电阻、电容组成的滤波电路，信号经MOS管到取样电阻及差分放大电路放大后，传输至MCU微控制器芯片计算相应电流。

4.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述功能接地断线监测电路，通过系统接地端口KE向地线PE注入电压，经另一路系统接地端口FE返回系统。

5.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述与被监测系统断线监测电路，设置有分压电阻及双向光耦，光耦输出端与MCU的IO口相连。

6.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述绝缘电阻监测电路设置有包括继电器K1的继电器驱动电路以及分压电阻R3和分压电阻R14组成的分压电路；

分压电阻R14上分得的电压经运算放大器U1组成的电压跟随器，传输至运算放大器U3组成的二阶低通滤波电路，最后传输至MCU微控制器芯片计算相应绝缘电阻。

7.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K2的继电器驱动电路，用于控制投切到IT系统中供电线L1或供电线L2；

所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K3的继电器驱动电路，用于控制向电路中投切分压电阻；

所述故障定位信号发生电路设置有包括继电器K4的继电器驱动电路，用于在未发生故障时断开故障定位信号发生电路；

所述故障定位信号发生电路还设置有包括继电器K5的继电器驱动电路，用于投切到由运算放大器IC1组成的信号取样、放大电路及运算放大器IC3组成的DAC信号放大输出电路。

8.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述电源电路设置有气体放电管、热敏电阻和瞬态电压抑制二极管TVS组成的保护电路，输入电源通过DC-DC模块及低压差线性稳压器LDO转换电压；

所述通信电路设置有CAN通信模块及RS485通信模块，两个模块分别与MCU的IO口相连接；

所述LED显示电路设置有5颗发光二极管，分别与MCU的IO口相连接；

所述LCD显示电路设置有点阵液晶模组，通过MCU的IO口控制其内置驱动芯片进行显示。

9.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述按键电路，设置有按键和去抖电路，所述按键与MCU微控制器芯片相连；

所述存储电路，设置有存储芯片，与MCU微控制器芯片相连；

所述时钟电路，设置有时钟芯片及电池电路，所述时钟芯片与MCU微控制器芯片相连。

10.根据权利要求1所述的一种能产生故障定位信号的医疗IT系统用绝缘监测系统，其特征在于：所述报警输出电路，设置有继电器、三极管和续流二极管，通过MCU的IO口控制继电器闭合或断开。

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