CN209823710U - 一种多功能汇流箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多功能汇流箱，主要包括测量模块、通讯模块、显示模块、电源模块和电压基准模块，所述电源模块分别连接所述测量模块、所述通讯模块和所述显示模块；所述测量模块包括测量芯片、电压测量电路和电流测量电路，所述电压基准模块连接所述电流测量电路，所述电压测量电路和电流测量电路分别连接所述测量芯片的输入端，测量芯片的输出端连接所述通讯模块的一端，通讯模块的另一端连接所述显示模块。本实用新型汇流箱电路结构较为简单，能够实时测量和显示汇流箱内部电流、电压情况，方便工作人员观察和检修。

Description

一种多功能汇流箱

技术领域

本实用新型涉及一种多功能汇流箱，属于光伏供电装置技术领域。

背景技术

汇流箱是光伏发电系统中重要的接线装置，光伏组件可以按照一定的顺序连接到汇流箱内，达到汇流功能。由于能源短缺，太阳能发电应用越来越广泛，大量的汇流箱投入到光伏发电系统中，为了保证汇流箱正常工作，需要定期检修汇流箱，检修过程往往需要投入大量时间和成本，如果在检修间隙内，汇流箱发送故障，不仅会导致电力资源流失还可能带来其他危险，因此，光伏发电系统需要更加直观、便捷的获取汇流箱的工作状态，及时发现汇流箱的故障。

发明内容

针对汇流箱检修成本高、难以快速发现汇流箱故障的问题，本实用新型提出了一种多功能汇流箱，汇流箱内包括电压、电流测量电路，可以实时测量汇流箱内电压和电流信号，测量到的信号经过通讯模块传送到显示模块，显示模块的显示器实时显示汇流箱内电压、电流，工作人员可以直观的看到汇流箱工作状态，方便发现汇流箱的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术手段：

一种多功能汇流箱，包括测量模块、通讯模块、显示模块、电源模块和电压基准模块，所述电源模块分别连接所述测量模块、所述通讯模块和所述显示模块。

所述测量模块包括测量芯片、电压测量电路和电流测量电路，所述电压测量电路包括第一电阻、第一电压跟随器和第二电阻，所述第一电阻的一端连接电压信号，第一电阻的另一端连接所述第一电压跟随器的同相输入端，第一电压跟随器的输出端分别连接第一电压跟随器的反相输入端和所述第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接所述测量芯片的输入端；所述电流测量电路包括第一熔断器、第一电流采样电阻、第一运算放大器、第三电阻、第一电容、第四电阻，所述第一熔断器的一端连接电流信号，第一熔断器的另一端分别连接所述第一电流采样电阻的一端和所述第一运算放大器的反相输入端，第一电流采样电阻的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接所述测量芯片的输入端，所述第一电容的一端连接所述电压基准模块的输出端，第一电容的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻并联在第一电容两端；所述测量芯片的输出端通过光电耦合器连接所述通讯模块的一端，通讯模块的另一端连接所述显示模块。

所述显示模块包括显示驱动芯片、显示器、第五电阻、第二电容和第三电容，所述显示驱动芯片的输入端连接所述通讯模块，显示驱动芯片的输出端连接所述显示器，显示驱动芯片的输入端还连接所述第五电阻的一端，第五电阻的另一端与所述第二电容的一端连接VDD，第二电容的另一端接地，所述第三电容并联在第二电容两端。

进一步的，所述电源模块的电路中包括电源隔离模块，所述电源隔离模块的一端连接所述测量模块，电源隔离模块的另一端连接所述通讯模块。

进一步的，所述通讯模块包括通讯芯片和RS485通讯电路，所述RS485通讯电路内并联有TVS二极管。

进一步的，所述电压基准模块包括第一可控稳压源、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二运算放大器，所述第一可控稳压源的输出端连接所述第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别连接所述第七电阻的一端和所述第二运算放大器的同相输入端，第七电阻的另一端接地，第二运算放大器的反向输入端连接第八电阻的一端，第二运算放大器的输出端分别连接第八电阻的另一端和所述第一电容的一端。

进一步的，所述测量芯片和通讯芯片选用单片机芯片。

进一步的，所述显示器选用数码管。

进一步的，所述第一电流采样电阻选用锰铜电流取样电阻。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本实用新型提出了一种多功能汇流箱，光伏组件通过电缆连接到汇流箱内部，汇流箱中设置有测量模块，测量模块的电压测量电路和电流测量电路分别检测连接到汇流箱内部的光伏组件的电压信号和电流信号，并将测量到的信号传输给测量芯片，测量芯片通过光电耦合器将信号传输到通讯模块，通讯模块连接显示驱动芯片，驱动显示器实时显示电压和电流值，工作人员可以通过显示器直观的了解汇流箱内部电压、电流情况。当汇流箱出现故障，电压、电流值也会出现异常，工作人员能够通过显示器显示的值快速掌握汇流箱异常情况，进行检修，从而降低检修时间和检修成本。本实用新型汇流箱的测量模块采用热地设计，为了避免电路故障，汇流箱内安装了电源隔离模块、光电耦合器等隔离器件，将测量模块和通讯模块的电源电压物理隔离开来，提高了汇流箱的安全性。显示驱动芯片的输入端连接了2个电容和1个电阻，通过调节电容、电阻的值，可以设置显示器的显示亮度，从而适应不同的外部环境。

附图说明

图1为本实用新型一种多功能汇流箱的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中电源模块的电路图。

图3为本实用新型实施例中电压测量电路的电路图。

图4为本实用新型实施例中电流测量电路的电路图。

图5为本实用新型实施例中电压基准模块的电路图。

图6为本实用新型实施例中RS485通讯电路的电路图。

图7为本实用新型实施例中显示模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

一种多功能汇流箱，如图1所示，主要包括测量模块1、通讯模块2、显示模块3、电源模块4和电压基准模块5。电源模块分别连接测量模块、通讯模块和显示模块，为测量模块、通讯模块和显示模块供电。电源模块主要包括DC-DC稳压器、电阻、电源隔离模块和电容，DC-DC稳压器连接电阻的一端，电阻的另一端连接电源隔离模块的一端，电源隔离模块的另一端连接电容，因为本实用新型的测量模块采用热地设计，所以用电源隔离模块隔离后再给通讯模块和显示模块供电。本实施例中电源模块的电路如图2所示，其中，DC-DC稳压器选取LM2841芯片，15V电压通过稳压器后经过3个电阻的分压，得到5V电压信号，5V电压直接给测量模块供电，电源隔离模块采用金升阳公司生产的B0509LS-1W，5V电压隔离后再给通讯模块和显示模块供电。

测量模块主要包括测量芯片13、电压测量电路11和电流测量电路12。电压测量电路主要包括第一电阻、第一电压跟随器和第二电阻，第一电阻的一端连接电压信号，第一电阻的另一端连接第一电压跟随器的同相输入端，第一电压跟随器的输出端分别连接第一电压跟随器的反相输入端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接所述测量芯片的输入端。图3是本实施例中电压测量电路的电路图，图中采用电阻R48、R49R50、R51、R53、R54、R60、R62和R63组合的方式代替第一电阻，第一电压跟随器是由运算放大器LM258构成的，第二电阻是图中的电阻R55，光伏组件的电压首先经过电阻R48、R49R50、R51、R53、R54、R60、R62和R63分压后传输给电压跟随器，电压信号经过电压跟随器，再经过电阻R55、R52分压后传输至测量芯片的采样电路。

电流测量电路主要包括第一熔断器、第一电流采样电阻、第一运算放大器、第三电阻、第一电容、第四电阻，第一熔断器的一端连接电流信号，第一熔断器的另一端分别连接第一电流采样电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端，第一电流采样电阻的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接测量芯片的输入端，图4是本实施例中电流测量电路的电路图，第一电流采样电阻为图中的RS1，选用锰铜电流取样电阻，当电流流经取样电阻会产生压降，此电压经过运算放大器放大后发送到测量芯片，最终运算得到电流值，电阻RS1的阻值为2mΩ，运算放大器的放大倍数为R12/(R5+R6+R7)，约为100倍，放大器输出的电压被电阻R1、R2分压后再送到测量模块的采样端。在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间并联有钳位二极管D1，当输入电压过高时，可以避免电路损伤。

因为电流测量电路中的第一运算放大器是单电源供电的，无法测量负电压，所以在电流测量电路中设置了偏置电路，偏置电路由第一电容和第四电阻组成，第一电容的一端连接电压基准模块的输出端，第一电容的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，第四电阻并联在第一电容两端，测量负电压可以测量到输入端电流端子反接情况。

电压基准模块主要包括第一可控稳压源、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二运算放大器，第一可控稳压源的输出端连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第二运算放大器的同相输入端，第七电阻的另一端接地，第二运算放大器的反向输入端连接第八电阻的一端，第二运算放大器的输出端分别连接第八电阻的另一端和第一电容的一端。图5是本实施例中电压基准模块的电路图，其中，第一可控稳压源选用U14TL431芯片，15V电压经过U14TL431芯片，在芯片1引脚出产生2.5V基准电压，2.5V基准电压经过电阻R58、R6分压产生0.625V基准电压，再经过运算放大器隔离后输出给后级的电流测量电路使用。0.625V的电压输入电流测量电路，经过电路中的第一运算放大器，然后输出的电压被电阻R1、R2分压给测量芯片的采样端，采样的静态电压为0.625/2V电压，即0.3125V电压。

在电流测量电路中，当电流从J3流向J1时，位于第一运算放大器输出端的电容C1的电压上升，当电流从J1流向J3时，C1的电压降低，运算放大器输出电压的变化和流过电阻RS1的电流呈线性关系。

通讯模块主要包括通讯芯片21和RS485通讯电路22，测量模块的测量芯片和通讯芯片都选用单片机芯片，测量芯片与通讯芯片之间采用串口进行通讯，通讯协议选择简化版本的MODBUS协议，测量芯片的输出端通过光电耦合器连接通讯芯片的输入端，光电耦合器能够隔离开输入信号和输出信号，具有较好的绝缘能力和抗干扰能力。本实施例中RS485通讯电路的电路图如图6所示，电路中包括了具有隔离作用的ADUM3201芯片和485通讯芯片MAX13487，在MAX13487芯片的A、B端之间连接有TVS防雷二极管。

显示模块主要包括显示驱动芯片31和显示器32，图7是本实施例中显示模块的电路图，其中，显示驱动芯片选择MAX7219专用芯片，该芯片通过SPI芯片与通讯芯片通讯，MAX7219专用芯片的18引脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端、电容C34的一端连接到电源VDD，电容C34的另一端接地，电容C33并联在电容C34两端，可以通过调节18引脚处的电容、电阻来设置显示器的亮度。本实施例中显示屏采用的是八位数码管，数码管主要显示测量模块测量到的电压和电流数值，数码管可以固定安装在汇流箱箱体的外表面上，方便工作人员查看数码管显示的数值，从而确定汇流箱工作情况，当汇流箱内部出现故障时，电压、电流值会出现异常变动，工作人员可以及时发现汇流箱问题并进行检修。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细地说明，但是本实用新型并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种多功能汇流箱，其特征在于，包括测量模块、通讯模块、显示模块、电源模块和电压基准模块，所述电源模块分别连接所述测量模块、所述通讯模块和所述显示模块；

所述测量模块包括测量芯片、电压测量电路和电流测量电路，所述电压测量电路包括第一电阻、第一电压跟随器和第二电阻，所述第一电阻的一端连接电压信号，第一电阻的另一端连接所述第一电压跟随器的同相输入端，第一电压跟随器的输出端分别连接第一电压跟随器的反相输入端和所述第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接所述测量芯片的输入端；

所述电流测量电路包括第一熔断器、第一电流采样电阻、第一运算放大器、第三电阻、第一电容、第四电阻，所述第一熔断器的一端连接电流信号，第一熔断器的另一端分别连接所述第一电流采样电阻的一端和所述第一运算放大器的反相输入端，第一电流采样电阻的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出端连接所述第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接所述测量芯片的输入端，所述第一电容的一端连接所述电压基准模块的输出端，第一电容的另一端连接第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻并联在第一电容两端；

所述测量芯片的输出端通过光电耦合器连接所述通讯模块的一端，通讯模块的另一端连接所述显示模块；

所述显示模块包括显示驱动芯片、显示器、第五电阻、第二电容和第三电容，所述显示驱动芯片的输入端连接所述通讯模块，显示驱动芯片的输出端连接所述显示器，显示驱动芯片的输入端还连接所述第五电阻的一端，第五电阻的另一端与所述第二电容的一端连接VDD，第二电容的另一端接地，所述第三电容并联在第二电容两端。

2.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述电源模块的电路中包括电源隔离模块，所述电源隔离模块的一端连接所述测量模块，电源隔离模块的另一端连接所述通讯模块。

3.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述通讯模块包括通讯芯片和RS485通讯电路，所述RS485通讯电路内并联有TVS二极管。

4.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述电压基准模块包括第一可控稳压源、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二运算放大器，所述第一可控稳压源的输出端连接所述第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别连接所述第七电阻的一端和所述第二运算放大器的同相输入端，第七电阻的另一端接地，第二运算放大器的反向输入端连接第八电阻的一端，第二运算放大器的输出端分别连接第八电阻的另一端和所述第一电容的一端。

5.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述测量芯片和通讯芯片选用单片机芯片。

6.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述显示器选用数码管。

7.根据权利要求1所述的一种多功能汇流箱，其特征在于，所述第一电流采样电阻选用锰铜电流取样电阻。