CN207882337U - 带自检功能的高压带电显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带自检功能的高压带电显示装置,包括传感器信号接入端、指示灯控制电路、电压监测电路、带电状态采集电路、ADC采样电路、MCU、DC电源管理电路及运行状态指示电路。本实用新型通过ADC采样及带电状态采集两个通道综合判断带电显示装置是否故障及被检测电路是否带电，本实用新型还可以通过检测信号发生电路测试指示灯驱动电路是否正常；确认装置状态以便准确确认线路带电状态，避免由于装置故障导致的带电误操作。

Description

带自检功能的高压带电显示装置

技术领域

本实用新型属于电力系统检测指示和防误闭锁设备技术领域，特别涉及一种高压带电显示装置。

背景技术

图1所示为高压带电显示装置的一种典型应用场景，其中，与高压带电显示装置配合使用的三个传感器10分别设置于三相高压母线A、B、C上，高压带电显示装置20的传感器接线端子21分别连接三个传感器10，将三个传感器10感测到的信号接入高压带电显示装置20，供高压带电显示装置20分析判断，并进行显示、控制等操作。

现有高压带电显示装置包括外壳、传感器接线端子、指示灯组、核相孔、验电接口、强制闭锁端子和电子电路，传感器接线端子、指示灯组和核相孔设置在外壳上，电子电路部分设置于壳体内的电路板上，传感器接线端子、验电接口和强制闭锁端子分别与所述电子电路相连。

现有高压带电显示装置的工作原理大致为：验电钥匙与验电接口配合时，为高压带电显示装置提供电源，或者触发高压带电显示装置内部的电源管理电路进行供电，并通过对传感器接线端子接入的传感器感测信号分析判断，以指示灯的方式显示被测线路的带电状态。

然而，现有技术中的高压带电显示装置没有自检功能，若带电指示灯发生故障，或被测线路无电，指示灯均不亮，操作人员通过指示灯的状态无法确定线路无电还是因为指示灯发生故障(而实际上线路是有电的)而不亮，若指示灯发生故障，而实际上线路是有电的，操作人员通过指示灯的状态而认为线路无电则会进入有电的工作场所，导致安全事故发生。

实用新型内容

本实用新型旨在通过电子电路上的改进，使得高压带电显示装置具备自检功能，避免因装置故障导致误操作。本实用新型通过以下技术方案实现：

一种带自检功能的高压带电显示装置，包括：MCU；传感器信号接入端，通过接线端子A、B、C将三个传感器感测到的三相高压线路的信号接入；指示灯控制电路，包括用于指示所述三相高压线路是否带电的三相指示灯支路；电压监测电路，监测所述三相指示灯支路是否带电并输出高电平或低电平的控制信号V_Control；带电状态采集电路，根据所述控制信号V_Control相应输出高低电平的带电状态信号I/O_State；DC电源管理电路为MCU、带电状态采集电路提供工作电源VCC；

其特征在于，所述高压带电显示装置还包括ADC采样电路和运行状态指示电路，ADC采样电路包括三相采样支路，三相采样支路的输入端分别连接传感器信号接入端的接线端子A、B、C，分别输出I/O_ADC信号；所述MCU通过相应采样端口同时采集所述带电状态信号I/O_State及所述I/O_ADC信号，比较所述带电状态信号I/O_State和I/O_ADC信号并生成状态数据和运行状态指示信号，运行状态指示电路接收所述运行状态指示信号并显示相应运行状态。

作为具体的技术方案，所述指示灯控制电路的每一相指示灯支路包括输入端、单相整流桥Br、储能电容C、触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管，储能电容C并接于单相整流桥Br的输出端，触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管串接后并联于储能电容C两端，单相整流桥Br下端的电压监测端连接所述电压监测电路的电压信号输入端。

作为具体的技术方案，所述电压监测电路包括三相整流桥及电压监测芯片，三相整流桥的三个输入分别连接指示灯控制电路的三相支路中各自的电压监测端，三相整流桥的输出端连接电压监测芯片的输入端，电压监测芯片的输出端连接带电状态采集电路的控制端。

作为具体的技术方案，所述带电状态采集电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、MOS管Q1、二极管D1、二极管D2及三极管Q2，MOS管Q1的G极作为带电状态采集电路的控制端，用于输入所述的控制信号V_Control，MOS管Q1的D极连接二极管D1的阴极，S极接地；电阻R4连接于MOS管Q1的G极与S极之间，电阻R2一端连接电源VCC另一端连接二极管D1的阳极及二极管D2的阳极；二极管D2的阴极连接NPN型三极管Q2的B极，NPN型三极管Q2的C极经电阻R3连接电源VCC，E极接信号地，电阻R5连接于三极管Q2的B极与E极之间；三极管Q2的C极作为带电状态采集电路的输出，为MCU提供所述带电状态信号I/O_State。

作为具体的技术方案，所述DC电源管理电路为具有储能单元及启闭开关的直流电源，或者为具有外部电源接入接口的电能处理电路。

作为具体的技术方案，所述外部电源接入接口为接触式、非接触式或两者兼具的方式。

作为具体的技术方案，所述DC电源管理电路包括LC谐振电路、整流桥电路及滤波稳压电路；整流桥电路的两个输入端连接LC谐振电路两端，输出端经滤波稳压电路后作为工作电源VCC；所述整流桥电路的输出端和接地端还作为接触式供电端子的正负极，用于和具有接触性供电功能的外部设备连接。

作为具体的技术方案，所述DC电源管理电路还包括分压采样电路，所述整流桥电路的输出端还设置有由电阻R13和电阻R14构成的分压采样电路，电阻R13和电阻R14的节点处作为采样点，该采样点与MCU的供电类型判断接口连接，MCU根据供电类型判断接口采集的信号判断接触式供电或非接触式供电。

作为进一步的技术方案，所述高压带电显示装置还包括检测信号发生电路，包括第三开关管、高频升压变压器Tr及二极管D4-D6，第三开关管的控制端接收MCU生成并通过I/O口发送的检测控制信号，高频升压变压器Tr的原边受第三开关管控制接通或断开工作电源VCC，高频升压变压器Tr的副边为三路，分别通过二极管D4、D5、D6连接指示灯驱动电路的三相指示灯支路的输入端。

作为进一步的技术方案，所述高压带电显示装置还包括状态输出电路，一端与MCU的状态数据输出端连接，另一端通过开关节点、RFID、红外、NFC或RF射频形式输出。

作为进一步的技术方案，所述状态输出电路包括MOS管Q4、电容C12及所述LC谐振电路，MCU的状态数据发送端DATA连接MOS管Q4的G极，MOS管Q的D极经电阻R11连接LC谐振电路一端，S极接地；LC谐振电路另一端经电容C12连接MCU中断引脚INT。

作为进一步的技术方案，所述高压带电显示装置还包括强制闭锁电路及强制闭锁端子，强制闭锁电路根据电压监测电路生成的控制信号V_Control控制强制闭锁端子进行解闭锁操作。

本实用新型提出了一种可对高压带电显示装置自身是否具有故障进行检测的电路，优点在于，可以通过ADC采样及带电状态采集两个通道综合判断带电显示装置是否故障及被检测电路是否带电，还可以通过检测信号发生电路测试指示灯驱动电路是否正常；确认装置状态以便准确确认线路带电状态，避免由于装置故障导致的带电误操作，提高装置的可靠性，而且可以工作于多种模式下。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为高压带电显示装置的一种典型应用场景的示意图。

图2为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置的功能模块示意图。

图3为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中指示灯控制电路的原理图。

图4为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中电压监测电路的原理图。

图5为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中带电状态采集电路的原理图。

图6为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中ADC采样电路的原理图。

图7为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中运行状态指示电路的原理图。

图8为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中指示灯检测信号发生电路原理图。

图9为本实用新型实施例提供的高压带电显示装置中DC电源管理电路及状态输出电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

如图2所示，本实施例提供的高压带电显示装置包括传感器信号接入端、指示灯控制电路、ADC采样电路、MCU、运行状态指示电路、检测信号发生电路、电压监测电路、带电状态采集电路、强制闭锁电路、DC电源管理电路及状态输出电路。下面结合附图具体说明各电路的构造及彼此连接配合关系。

传感器信号接入端的A、B、C接线端子用于将三个传感器(三个传感器用于感测A、B、C三相高压母线的带电信号，是与本实用新型配合使用的器件，属于现有技术，本文不在赘述)感测到的信号接入高压带电显示装置，E接线端子作为地。

指示灯控制电路包括三相支路，三相支路的输入端分别连接传感器信号接入端的接线端子A、B、C。如图3所示，指示灯控制电路的每一相支路包括输入端A/B/C、单相整流桥Br、储能电容C、触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管LED_A/B/C，储能电容C并接于单相整流桥Br的输出端，触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管串接后并联于储能电容C两端，单相整流桥Br下端的电压监测端用于连接电压监测电路的电压信号输入端。指示灯控制电路的工作原理为：当传感器感测的线路无电时，图3中电路的输入端A/B/C无信号输入，各相对应发光二极管不闪烁；当传感器感测的线路带电时，图3中电路的输入端A/B/C有信号输入，输入信号经单相整流桥Br整流后给储能电容C充电，当储能电容C两端电压达到触发二极管DB的开启电压时，储能电容C经触发二极管DB向发光二极管LED_A/B/C放电，发光二极管点亮，储能电容C两端电压下降；当储能电容C两端电压降低至触发二极管的维持电压以下时，触发二极管DB截止，发光二极管LED_A/B/C熄灭；单相整流桥Br整流输出再给储能电容C充电，依此循环。

如图4所示，电压监测电路包括三相整流桥、及电压监测芯片，三相整流桥的三个电压信号输入端分别连接指示灯控制电路的三相支路中各自的电压监测端，三相整流桥的输出端连接电压监测芯片的输入端，电压监测芯片的输出端连接带电状态采集电路的控制端及强制闭锁电路的控制端。电压监测电路的工作原理为：图4所示的A相电压监测端、B相电压监测端、C相电压监测端连接于图3所示的对应A、B、C三相的单相整流桥Br下端的电压监测端，三相整流桥整流后的信号经电压监测芯片处理输出V_Control信号供后续电路(带电状态采集电路及强制闭锁电路)控制用。

如图5所示，带电状态采集电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、N沟道MOS管Q1、二极管D1、二极管D2及NPN型三极管Q2，MOS管Q1的G极作为带电状态采集电路的控制端，用于输入上文所述的V_Control信号，MOS管Q1的D极连接二极管D1的阴极，S极接地；电阻R4连接于MOS管Q1的G极与S极之间，电阻R2一端连接电源VCC另一端连接二极管D1的阳极及二极管D2的阳极；二极管D2的阴极连接NPN型三极管Q2的B极，NPN型三极管Q2的C极经电阻R3连接电源VCC，E极接信号地，电阻R5连接于PN型三极管Q2的B极与E极之间；NPN型三极管Q2的C极作为电路输出，为MCU提供带电状态信号I/O_State。带电状态采集电路的工作原理为：电压监测电路输出的控制信号V_Control施加到带电状态采集电路中MOS管Q1的控制端，当没有V_Control信号(V_Control为低电平)时，I/O_State处为低电平，MCU采样为低电平；当有V_Control信号(V_Control为高电平)时，I/O_State处为高电平，MCU采样为高电平；MCU可通过采样I/O_State的高低电平状态判断被测线路是否带电。

ADC采样电路包括三相支路，三相支路的输入端分别连接传感器信号接入端的接线端子A、B、C，输出信号提供给MCU相应的采样信号输入端口I/O_ADC。如图6所示，ADC采样电路的每一相支路包括并联设置的采样电阻R1及滤波电容C1。ADC采样电路的工作原理为：ADC采样电路的三相支路分别采集传感器信号接入端的接线端子A、B、C的输入信号，MCU通过I/O_ADC采集到的模拟量大小判断装置是否带电。

本实施例中，对于MCU的要求并不高，可以有多种选择。MCU通过ADC采样电路的输出信号运算判断装置带电状态X，通过带电状态采集电路输出信号判断线路带电状态Y。当带电显示装置无故障时时，X与Y状态应当保持一致；当装置故障时，X与Y的状态将不一致。MCU通过比对上述X和Y，得到带电显示装置是否故障及被检测电路是否带电的结论，详见表1。

表1

如图7所示，运行状态指示电路用于显示带电显示装置是否故障，包括红绿两路LED灯指示电路，红绿两路LED灯指示电路各自的控制端连接MCU相应的指示灯控制端。运行状态指示电路的工作原理为：当MCU判断装置故障时，通过I/O_Fault Indicating Lamp口点亮LED_Red指示灯；当MCU判断装置正常时，通过I/O_Status Lamp口点亮LED_Green指示灯。

如图8所示，检测信号发生电路用于检测指示灯驱动电路是否正常，其包括N沟道MOS管Q3、高频升压变压器Tr、电阻R’、电容C’、二极管D3-D6，MOS管Q3的控制端接收MCU生成并通过I/O口发送的检测控制信号，高频升压变压器Tr的原边受MOS管Q3控制接通或断开工作电源VCC，高频升压变压器Tr的副边为三路，分别通过二极管D4、D5、D6连接指示灯驱动电路的三相支路的输入端；电阻R’、电容C’及二极管D3用于吸收变压器残压，起保护作用。检测信号发生电路的工作原理为：MCU根据DC电源状态(下文详述)控制PWM输出I/O口输出PWM控制信号，根据反激式开关电源原理，高频升压变压器Tr原边线圈将产生交流电压信号，高频升压变压器Tr副边将输出可驱动指示灯控制电路的测试信号，通过观察指示灯状态判断指示灯驱动电路是否正常(指示灯闪光警示装置指示灯驱动电路正常，指示灯熄灭装置指示灯驱动电路故障)。结合装置运行状态指示电路可判断装置整体故障情况。

本实施例中，DC电源管理电路用于为MCU、带电状态采集电路提供工作电源VCC，需要的时候还可以为检测信号发生电路提供工作电源VCC，DC电源管理电路可以为具有储能单元及启闭开关的直流电源，也可以是具有外部电源接入接口的电能处理电路，外部电源接入接口可以为接触式、非接触式或两者兼具，将外部电源接入。图9所示电路为本实施例中DC电源管理电路及状态输出电路的原理图，其中，DC电源管理电路包括电感L、电容C11、二极管D11-D14、电容C13、稳压管ZD、电阻R13及电阻R14；电感L和电容C11组成LC谐振电路，用于感测具有非接触式供电功能的外部设备(例如验电钥匙)的电能，该LC谐振电路还具备发送状态信号的功能，该部分将在下文详述；二极管D11-D14组成一个整流桥电路，该整流桥电路的两个输入端连接LC谐振电路，输出端经电容C13滤波储能及稳压管ZD稳压后作为工作电源VCC；该整流桥电路的输出端和接地端还作为接触式供电端子的正负极，用于和具有接触性供电功能的外部设备(例如验电钥匙)连接；整流桥电路的输出端还设置有由电阻R13和电阻R14构成的分压采样电路，电阻R13和电阻R14的节点处作为采样点，用于MCU判断供电类型。

上述DC电源管理电路的工作原理为：当验电钥匙不具备接触式供电仅具备非接触式供电功能时，LC谐振电路通过感应RFID基波信号获取能量供MCU电路运行，由于感应能量较弱，MCU仅进行装置状态判断，指示灯检测信号发生电路不启动运行；当验电钥匙具有接触式供电功能时，验电钥匙通过供电电极(图9中+、-示意)给装置供电，由于接触式供电能力较强，MCU进行装置状态判断和电源检测后启动指示灯检测信号发生电路，电源检测方法：由于感应供电和直接供电电压幅值存在差异，通过图中R13、R14分压采样电路，采集电源电压，通过采集到的电压值判断装置供电类型，V_Sampling连接到MCU引脚。可以理解的是，图9所示的DC电源管理电路只是一种具体表现形式，外部供电可以是USB移动电源等。

继续参见图9，状态输出电路包括电阻R12、N沟道MOS管Q4、电阻R11、电容C12及上述的LC谐振电路，MCU的状态数据发送端DATA经电阻R12连接MOS管Q4的G极，MOS管Q4的D极经电阻R11连接LC谐振电路一端，S极接地；LC谐振电路另一端经电容C12连接MCU中断引脚INT。状态输出电路的工作原理为：VCC电压稳定后，MCU正常启动运行后，检测中断引脚的INT信号，当检测到中断信号后，启动数据发送功能；数据经MOS管Q4耦合到LC谐振电路经电感L发送给验电钥匙。

图9中的LC谐振电路及整流桥电路的接触式供电端子的正负极设置于验电接口处，该验电接口用于实现供电及数据传输。此外，本实施例中的强制闭锁电路可以为一个继电器或类似的电控开关，其基于电压监测电路生成的V_Control信号控制强制闭锁端子进行具体的解闭锁操作。再者，上述高压带电显示装置还可以通过设置核相孔而具备核相功能。

上述实施例提供的高压带电显示装置可以工作在多个模式下，下面举例说明：

方案一、外部电源：

当外部电源插入装置验电接口时，装置MCU启动运行，通过ADC采样和带电状态采集电路完成对装置状态的判断，检测信号发生电路生成检测信号，装置指示灯根据装置状况发出闪烁警示(装置正常时指示灯控制电路的A、B、C红色闪烁，运行状态指示电路的绿色闪烁；装置异常时指示灯控制电路的A、B、C红色闪烁，运行状态指示电路红色闪烁)。

方案二、验电钥匙(无供电功能/支持开关节点、RFID、红外、NFC或RF射频等通讯功能)

当验电钥匙插入装置验电接口时，装置MCU启动运行，通过ADC采样和带电状态采集电路完成对装置状态的判断，检测信号发生电路不工作，装置指示灯根据装置状况发出闪烁警示(装置正常时指示灯控制电路的A、B、C熄灭，运行状态指示电路绿色闪烁；装置异常时指示灯控制电路的A、B、C熄灭，运行状态指示电路红色闪烁)。

方案三、验电钥匙(有供电功能/支持开关节点、RFID、红外、NFC或RF射频等通讯功能)

当验电钥匙插入装置验电接口时，装置MCU启动运行，通过ADC采样和带电状态采集电路完成对装置状态的判断，检测信号发生电路生成检测信号，装置指示灯根据装置状况发出闪烁警示(装置正常时指示灯控制电路的A、B、C红色闪烁，运行状态指示电路绿色闪烁；装置异常时指示灯控制电路的A、B、C红色闪烁，运行状态指示电路红色闪烁)，同时将装置状态发送给验电钥匙。

方案四、去掉强制闭锁功能电路后分别于方案一、二、三组合为带自检无强制闭锁功能的高压带电显示装置。

方案五、单独采用指示灯检测信号发生电路或状态检测电路，实现部分自检的高压带电显示装置。

以上实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡基于本实用新型的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (12)

1.一种带自检功能的高压带电显示装置，包括：MCU；传感器信号接入端，通过接线端子A、B、C将三个传感器感测到的三相高压线路的信号接入；指示灯控制电路，包括用于指示所述三相高压线路是否带电的三相指示灯支路；电压监测电路，监测所述三相指示灯支路是否带电并输出高电平或低电平的控制信号V_Control；带电状态采集电路，根据所述控制信号V_Control相应输出高低电平的带电状态信号I/O_State；DC电源管理电路为MCU、带电状态采集电路提供工作电源VCC；

其特征在于，所述高压带电显示装置还包括ADC采样电路和运行状态指示电路，ADC采样电路包括三相采样支路，三相采样支路的输入端分别连接传感器信号接入端的接线端子A、B、C，分别输出I/O_ADC信号；所述MCU通过相应采样端口同时采集所述带电状态信号I/O_State及所述I/O_ADC信号，比较所述带电状态信号I/O_State和I/O_ADC信号并生成状态数据和运行状态指示信号，运行状态指示电路接收所述运行状态指示信号并显示相应运行状态。

2.根据权利要求1所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述指示灯控制电路的每一相指示灯支路包括输入端、单相整流桥Br、储能电容C、触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管，储能电容C并接于单相整流桥Br的输出端，触发二极管DB、限流电阻R及发光二极管串接后并联于储能电容C两端，单相整流桥Br下端的电压监测端连接所述电压监测电路的电压信号输入端。

3.根据权利要求1所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述电压监测电路包括三相整流桥及电压监测芯片，三相整流桥的三个输入分别连接指示灯控制电路的三相支路中各自的电压监测端，三相整流桥的输出端连接电压监测芯片的输入端，电压监测芯片的输出端连接带电状态采集电路的控制端。

4.根据权利要求1或3所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述带电状态采集电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、MOS管Q1、二极管D1、二极管D2及三极管Q2，MOS管Q1的G极作为带电状态采集电路的控制端，用于输入所述的控制信号V_Control，MOS管Q1的D极连接二极管D1的阴极，S极接地；电阻R4连接于MOS管Q1的G极与S极之间，电阻R2一端连接电源VCC另一端连接二极管D1的阳极及二极管D2的阳极；二极管D2的阴极连接NPN型三极管Q2的B极，NPN型三极管Q2的C极经电阻R3连接电源VCC，E极接信号地，电阻R5连接于三极管Q2的B极与E极之间；三极管Q2的C极作为带电状态采集电路的输出，为MCU提供所述带电状态信号I/O_State。

5.根据权利要求1所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述DC电源管理电路为具有储能单元及启闭开关的直流电源，或者为具有外部电源接入接口的电能处理电路。

6.根据权利要求5所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述外部电源接入接口为接触式、非接触式或两者兼具的方式。

7.根据权利要求6所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述DC电源管理电路包括LC谐振电路、整流桥电路及滤波稳压电路；整流桥电路的两个输入端连接LC谐振电路两端，输出端经滤波稳压电路后作为工作电源VCC；所述整流桥电路的输出端和接地端还作为接触式供电端子的正负极，用于和具有接触性供电功能的外部设备连接。

8.根据权利要求7所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述DC电源管理电路还包括分压采样电路，所述整流桥电路的输出端还设置有由电阻R13和电阻R14构成的分压采样电路，电阻R13和电阻R14的节点处作为采样点，该采样点与MCU的供电类型判断接口连接，MCU根据供电类型判断接口采集的信号判断接触式供电或非接触式供电。

9.根据权利要求1、2、3、5、6、7、8任意一项所述的高压带电显示装置，其特征在于，还包括检测信号发生电路，包括第三开关管、高频升压变压器Tr及二极管D4-D6，第三开关管的控制端接收MCU生成并通过I/O口发送的检测控制信号，高频升压变压器Tr的原边受第三开关管控制接通或断开工作电源VCC，高频升压变压器Tr的副边为三路，分别通过二极管D4、D5、D6连接指示灯驱动电路的三相指示灯支路的输入端。

10.根据权利要求8所述的高压带电显示装置，其特征在于，还包括状态输出电路，一端与MCU的状态数据输出端连接，另一端通过开关节点、RFID、红外、NFC或RF射频形式输出。

11.根据权利要求10所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述状态输出电路包括MOS管Q4、电容C12及所述LC谐振电路，MCU的状态数据发送端DATA连接MOS管Q4的G极，MOS管Q的D极经电阻R11连接LC谐振电路一端，S极接地；LC谐振电路另一端经电容C12连接MCU中断引脚INT。

12.根据权利要求1所述的高压带电显示装置，其特征在于，所述高压带电显示装置还包括强制闭锁电路及强制闭锁端子，强制闭锁电路根据电压监测电路生成的控制信号V_Control控制强制闭锁端子进行解闭锁操作。