CN203759198U - 用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置，所述增强型直流双电源配电柜包括两个直流电源和两个二极管，所述两个直流电源分别通过一个二极管与负载连接；所述二极管检测装置包括：单片机系统和两个二极管状态监测电路，所述的两个二极管状态监测电路相互隔离、且分别用于检测所述两个二极管中的一个；所述二极管状态监测电路用于检测所述二极管的电流、压降和阴极电压，并将检测信号输出至所述单片机系统；所述单片机系统用于根据所述检测信号判断二极管及其所在馈线支路的状态。本实用新型技术方案满足了“双重配置直流输出配电技术要求”中的各项规定，还具有体积不大，结构小巧，稳定可靠，安装及接线简单，成本低廉的优点。

Description

用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置

技术领域

本实用新型涉及电源及电路技术领域，具体涉及一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置。

背景技术

为了提高电力系统中通讯系统的可靠性，通讯电源采用双备份结构设计，即系统中通讯设备由2套48伏直流电源热备份方式供电，并使用二极管隔离，使系统供电不受某一路直流电源的短路、失压影响，也不存在切换时间，并且使通讯电源设备方便同时接入2套不同厂家的直流电源。如图1所示，是一种常用的分散隔离式直流输出配电柜。

广东电网专门为上述应用制定了相应的行业标准—“双重配置直流输出配电技术要求”，标准指出“任何情况下必须确保两台高频开关电源整流器之间不能形成充放电回路”，“任何情况下都必须确保两组与高频开关电源整流器连接的蓄电池组之间不能形成互相充放电回路”，可见隔离二极管对于电力通信设备的供电安全可靠性起到重要作用，对双电源直流配电柜的二极管状态的在线监测有着重大意义，因此“标准”中明确规定：

任何一路输入电压异常应有告警；

输出直流母线电压异常应有告警；

任何一路输入控制开关断开应有告警；

任何一路分路开关跳闸应有告警和告警屏蔽措施；

任何一路隔离二极管开路或短路应有告警。

实用新型内容

本实用新型实施例提供可满足上述“标准”的多项规定的一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置。

本实用新型实施例提供的一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置，所述增强型直流双电源配电柜包括两个直流电源和两个二极管，所述两个直流电源分别通过一个二极管与负载连接；所述二极管检测装置包括：单片机系统和两个二极管状态监测电路，所述的两个二极管状态监测电路相互隔离、且分别用于检测所述两个二极管中的一个；所述二极管状态监测电路用于检测所述二极管的电流、压降和阴极电压，并将检测信号输出至所述单片机系统；所述单片机系统用于根据所述检测信号判断二极管及其所在馈线支路的状态。

由上可见，本实用新型实施例技术方案中，可通过单片机系统和两个二极管状态监测电路，全面实时检测二极管及其所在馈线支路的状态，进而可提供相应的报警或屏蔽等措施，从而满足了上述“双重配置直流输出配电技术要求”中的各项规定，并且，本实用新型实施例的二极管监测装置通过将各个功能模块整合在一起，还具有体积不大，结构小巧，稳定可靠，安装及接线简单，成本低廉的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是分散隔离式直流输出配电柜的电路原理图；

图2是本实用新型实施例提供的用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置的电路原理图；

图3是双路电压采集单元的示意图；

图4是电源管理电路的示意图；

图5是二极管阴极电压采样电路的示意图；

图6是馈线支路空气开关状态判断逻辑示意图；

图7是二极管开路状态判断逻辑示意图；

图8是二极管短路状态判断逻辑示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供可满足上述“标准”的多项规定的、一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请参考图2，本实用新型实施例提供一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置。

所述增强型直流双电源配电柜包括两个直流电源和两个二极管，所述两个直流电源分别通过一个二极管与负载连接；所述二极管检测装置包括：单片机系统和两个二极管状态监测电路，所述的两个二极管状态监测电路相互隔离、且分别用于检测所述两个二极管中的一个；所述二极管状态监测电路用于检测所述二极管的电流、压降和阴极电压，并将检测信号输出至所述单片机系统；所述单片机系统用于根据所述检测信号判断二极管及其所在馈线支路的状态。

下面进一步详细描述：

可选的，所述二极管状态监测电路1包括：二极管电流采样电路3，二极管压降采样电路（4、5），二极管阴极电压采样电路6，和隔离信号输出电路（7、8、9、10），以及用于提供电源的电源管理电路2；所述单片机系统11包括：电源模块12、双路电压采集单元15、二极管信号采集单元16、单片机14、以及隔离485通讯电路13。

本实用新型一些实施例中：

所述二极管电流采样电路包括集磁极电流传感器及调理电路，用于判断二极管是否开路，输出表示二极管是否开路的电流检测信号。其中，采用集磁极电流互感器可对二极管电流进行非接触测量。

可选的，所述集磁极电流互感器，是基于平面与垂直方向的霍尔元件，具体可为，霍尔效应传感器。霍尔效应传感器能够感应在三个轴上的流通密度，同时使得位置传感器能够在360°的范围上检测磁场向量。集磁极使得穿过水平方向霍尔元件的磁通量达到最大值，更进一步，它可以提供一些磁增益系数。使用该类型的电流传感器不需磁芯及相关的霍尔处理电路即可获得传统霍尔电流传感器的性能，且极大节省布置空间。

所述二极管压降采样电路包括比较器和基准源，用于判断二极管压降为正或为负，输出表示二极管压降为正或为负的压降检测信号。其中，二极管正常工作时的正向压降<0.2伏，考虑到小电流状况，可以把基准源电压设置为0.2伏，只要二极管正常且电流通过二极管的压降大于0.2伏，比较器输出高电平的压降检测信号，否则在短路状态比较器输出的压降检测信号必然为低电平。具体应用中，比较器可采用LM393，基准源可采用50K和330欧电阻对工作电源分压得到0.19伏稳定电压，以确保在二极管短路时比较器输出为低电平。

请参考图5，所述二极管阴极电压采样电路包括单路光耦例如PC357，用于检测电源空气开关的状态，输出表示电源空气开关状态的阴极电压检测信号。具体的，所述二极管阴极电压采样电路用来检测该馈线支路的一路、二路电源空开的状态，是开闸（on）或合闸（off），或跳闸（on-off）。具体应用中，二极管阴极电压采样电路可包括限流电阻22和光耦23，当该路电源的空气开关合闸时，光耦23导通，MCU在采样点24采样到低电平，反之为高电平。

所述隔离信号输出电路将采集得到的所述电流检测信号、压降检测信号和阴极电压检测信号被转换成数字信号例如0或1，并经光耦隔离输出至所述单片机系统的二极管信号采集单元。

请参考图4，所述电源管理电路包括分离元件二极管、三极管、稳压管和滤波电容，用于为二极管状态监测电路提供稳定的30伏电压。所述电源管理电路采用分离元件设计的简单线性稳压电源。具体应用中，二极管可采用1N4407，三极管可采用BC846ALT1G，稳压管可采用30伏的1N4751，从而实现30伏35mA电流输出。其中，可每一个二极管的状态监测电路配置一个电源管理电路作为30伏稳压电源，使得各个单元电路相互隔离，具有各自参考点。使用30伏电压等级，使得线性稳压电路的损耗得到降低，并最大限度减少装置的发热量，可有效降低电源的功耗。

本实用新型一些实施例中：

所述单片机（MCU，Micro Control Unit，即微控制单元）可采用高速8位单片机STC16C5A60S2。

所述电源模块可采用高频开关电源。

所述二极管信号采集单元用于接收二极管状态监测电路输送的检测信号。

请参考图3，所述双路电压采集单元包括两个线性隔离的直流电压采样回路以及模数转换器，能够对2路48伏电源电压进行采样；其中，所述直流电压采样回路包括电阻分压网络、线性隔离光耦、差分放大电路；所述模数转换器采用ADC器件。可选的，所述电阻分压网络为高精度贴片色环电阻，线性隔离光耦为HCPL7840、差分放大电路采用TLC2272 rail to rail单电源运放，ADC器件采用高精度16位spi接口的∑-Δ快速模数转换器。具体应用最终，两路母线电压分别经过电阻分压网络，并通过线性隔离光耦例如HCPL7840隔离，由差分放大电路缓冲，最后由多通道16位ADC器件采样。

所述单片机用于根据所述检测信号判断二极管及其所在馈线支路的状态。

本实用新型一些实施例中，所述二极管及其所在馈线支路的状态包括：二极管开路或短路，以及馈线支路中的空气开关合闸或分闸。

可选的，二极管的状态判断应在两个直流电源的电压相等的条件下进行，当两路电源的电压相差不超过0.5伏时，可以认为两路电源电压是相等的。

请参考图6，每条馈线支路中空气开关的状态可通过二极管阴极电压来判断，当检测到二极管阴极电压不为零时，判断该二极管所在馈线支路的空气开关为合闸，否则为分闸。

如图7所示，检测到馈线支路空气开关为合闸状态，且检测到二极管电流为零时，判断二极管为开路状态；其中，应确保所述两个直流电源的电压相等，即相差不超过0.5V。

如图8所示，检测到馈线支路空气开关为合闸状态，且对应的二极管电流不为零时，以及对应二极管压降为零是，可以判断相应的二极管为短路状态；其中，应确保所述两个直流电源的电压相等，即相差不超过0.5V。

本实用新型一些实施例中：

所述二极管状态监测电路包括8对，用于对8条馈线16个二极管的状态进行监测；即，所述二极管状态监测电路可由隔离对称的八对相同的单元电路组成，从而能够同时对8条馈线支路的16个二极管进行实时监测。需要说明的是，本实用新型实施例中并不限于8对。

综上，本实用新型实施例提供了一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置，该装置可通过单片机系统和两个二极管状态监测电路，全面实时检测二极管及其所在馈线支路的状态，进而可提供相应的报警或屏蔽等措施，从而满足了上述“双重配置直流输出配电技术要求”中的各项规定，并且，本实用新型实施例的二极管监测装置通过将各个功能模块整合在一起，还具有体积不大，结构小巧，稳定可靠，安装及接线简单，成本低廉的优点。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

以上对本实用新型实施例所提供的一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，不应理解为对本实用新型的限制。本技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于增强型直流双电源配电柜的二极管监测装置，其特征在于，所述增强型直流双电源配电柜包括两个直流电源和两个二极管，所述两个直流电源分别通过一个二极管与负载连接；所述二极管检测装置包括：

单片机系统和两个二极管状态监测电路，所述的两个二极管状态监测电路相互隔离、且分别用于检测所述两个二极管中的一个；

所述二极管状态监测电路用于检测所述二极管的电流、压降和阴极电压，并将检测信号输出至所述单片机系统；

所述单片机系统用于根据所述检测信号判断二极管及其所在馈线支路的状态。

2.根据权利要求1所述的二极管监测装置，其特征在于：

所述二极管状态监测电路包括：二极管电流采样电路，二极管压降采样电路，二极管阴极电压采样电路，和隔离信号输出电路，以及用于提供电源的电源管理电路；

所述单片机系统包括：电源模块、双路电压采集单元、二极管信号采集单元、单片机、以及隔离485通讯电路。

3.根据权利要求2所述的二极管监测装置，其特征在于：

所述二极管电流采样电路包括集磁极电流传感器及调理电路，用于判断二极管是否开路，输出表示二极管是否开路的电流检测信号；

所述二极管压降采样电路包括比较器和基准源，用于判断二极管压降为正或为负，输出表示二极管压降为正或为负的压降检测信号；

所述二极管阴极电压采样电路包括单路光耦，用于检测电源空气开关的状态，输出表示电源空气开关状态的阴极电压检测信号；

所述隔离信号输出电路将采集得到的所述电流检测信号、压降检测信号和阴极电压检测信号被转换成数字信号并经光耦隔离输出至所述单片机系统的二极管信号采集单元；

所述电源管理电路包括分离元件二极管、三极管、稳压管和滤波电容，用于为二极管状态监测电路提供稳定的30伏电压。

4.根据权利要求2所述的二极管监测装置，其特征在于：

所述双路电压采集单元包括两个线性隔离的直流电压采样回路以及模数转换器，能够对2路48伏电源电压进行采样；

其中，所述直流电压采样回路包括电阻分压网络、线性隔离光耦、差分放大电路；所述模数转换器采用ADC器件。

5.根据权利要求4所述的二极管监测装置，其特征在于：

所述电阻分压网络为高精度贴片色环电阻，线性隔离光耦为HCPL7840、差分放大电路采用TLC2272 rail to rail单电源运放，ADC器件采用高精度16位spi接口的∑-Δ快速模数转换器。

6.根据权利要求1所述的二极管监测装置，其特征在于：

所述二极管状态监测电路包括8对，用于对8条馈线16个二极管的状态进行监测。