CN210720679U - 一种基于高频开关电源工作状态的声检装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于高频开关电源工作状态的声检装置，其包括输入回路、与输入回路电连接的主振混频电路、与主振混频电路电连接的拍频振荡器以及输出回路，拍频振荡器用于生成频率与高频开关电源工作时产生的振荡频率相应的振荡信号，输入回路检测高频开关电源的高频信号，主振混频电路将输入回路接收到的高频信号与拍频振荡器产生的振荡信号进行混频，并输出差频后的音频信号至输出回路。本实用新型的声检装置通过拍频振荡器可以实现高频开关电源工作状态声音检测功能，在线实时检测，快速报告预判结果，从而达到直流屏高频整流电源故障预判的目的。

Description

一种基于高频开关电源工作状态的声检装置

【技术领域】

本实用新型涉及变电站直流系统技术领域，具体的，涉及一种基于高频开关电源工作状态的声检装置。

【背景技术】

发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。

变电站直流屏内的充电模块是后备直流电源系统的重要组成部分，采用N+1冗余并联工作，连续运行，除了提供充电电源，还负责常态负荷，工作状态复杂，参数要求苛刻，加之投运时间长短不一，均流方式厂家不同，散热方式有风冷、自冷，故而整个电源系统及单体模块是否正常，是保证二次系统安全的重要保障，目前常规手段仅仅是测量系统常规的稳压、稳流精度、纹波等等，无法预测充电模块的远期故障或性能，以便提前进行维护、检修、更换，一旦发现故障只好厂家应急处理，必然有不短的周期造成系统冗余不足甚至失电，应对这一重大隐患，急需一种在系统正常运行不停电条件下，能够对充电模块状态进行快速早期预判，消除隐患，提供更换依据的装置，即变电站直流系统充电机问题快处理装置，其关键方案是利用高频开关电源工作时固有的频率辐射，采用无线宽频谱接收系统接收信号，分析充电模块主振频率、稳定性、谐波分量以及主开关管脉冲电流信号等，预判模块工作状态以实现上述目的，这里由于模块频率各厂家不同，状态多变，调制方式复杂，谐波丰富等原因，如何直观、准确、定量定性、快速的判断模块状态，除了常规的对接收信号进行有效平均值计算外，应有更多手段辅助检测确保其结果有效，以保障电力系统安全运行。另外，开关电源判断功能好坏常规手段仅仅是测量输出的稳压、稳流精度、纹波等等，无法预测电源的远期故障或性能变化。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的是提供一种利用拍频振荡器实现高频开关电源工作状态声音检测功能的基于高频开关电源工作状态的声检装置。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的一种基于高频开关电源工作状态的声检装置包括输入回路、与所述输入回路电连接的主振混频电路、与所述主振混频电路电连接的拍频振荡器以及输出回路，所述拍频振荡器用于生成频率与高频开关电源工作时产生的振荡频率相应的振荡信号，所述输入回路检测高频开关电源的高频信号，所述主振混频电路将所述输入回路接收到的高频信号与所述拍频振荡器产生的振荡信号进行混频，并输出差频后的音频信号至所述输出回路；所述拍频振荡器包括差动比较器，所述差动比较器的输出端与所述主振混频电路电连接，所述差动比较器的同相输入端连接有晶体振荡器，所述差动比较器的输出端连接有调节电阻。

更进一步的方案是，所述输入回路包括多个感应天线以及RLC滤波电路，多个所述感应天线用于检测高频开关电源的高频信号，并产生一频率谐振信号，所述RLC滤波电路接收所述频率谐振信号。

更进一步的方案是，所述输出回路包括分别与所述主振混频电路电连接的电压放大输出电路、音频放大驱动电路。

更进一步的方案是，所述电压放大输出电路包括第一运算放大器、第二运算放大器以及第三运算放大器，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述主振混频电路，所述第一运算放大器的反相输入端连接至所述第二运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第三运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的输出端连接至所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的输出端输出交流电压有效平均值放大输出信号。

更进一步的方案是，所述音频放大驱动电路包括音频功率放大器以及扬声器，所述音频功率放大器的第一输入端连接至所述主振混频电路，所述音频功率放大器的第二输入端接地，所述音频功率放大器的输出端连接至所述扬声器。

更进一步的方案是，所述拍频振荡器以500Hz和10KHz之间的频率振荡。

更进一步的方案是，所述感应天线采用小型中波磁棒天线。

由此可见，本实用新型提供的声检装置利用高频开关电源工作时固有的频率辐射，采用输入回路接收高频开关电源的高频信号，主振混频电路分析其充电模块主振频率、稳定性、谐波分量以及主开关管脉冲电流信号等，并产生一个放大高频信号，拍频振荡器产生一个跟踪该信号频率的振荡信号，主振混频电路将放大高频信号和振荡信号混频后输出一低频的可闻的声音信号发送到输出回路。

所以，该声检装置可以实现直流屏高频整流电源故障预判的目的，防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险；可以解决以往需停电才能检测模块的问题，在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠；丰富了直流系统维护内容和参数，对于进一步重点监护提供定量依据；可以预判模块早期故障，消除了可能的隐患，防止了事故扩大，减少设备损失，可使相关的直流维护工作安全有序的进行，有效降低了维护成本；

另外，该装置有效实现更多手段辅助预判模块早期故障，确保了结果准确，方法简单可靠，现场易操作，声音指示直观，和主回路非接触式测量，可以保证人身及设备安全；该装置适用于现有220V、110V、48V直流系统，模块不分电压等级、厂家型号以及各种工作模式(硬开关、软开关、谐振式等等)，均可实现准确检测，易于推广；单元化电路设计，体积小巧成本低廉，组成灵活接线简单，安装方便。

【附图说明】

图1是本实用新型一种基于高频开关电源工作状态的声检装置实施例的原理图。

图2是本实用新型一种基于高频开关电源工作状态的声检装置实施例中拍频振荡器的电路原理图。

图3是本实用新型一种基于高频开关电源工作状态的声检装置实施例中音频放大驱动电路的电路原理图。

图4是本实用新型一种基于高频开关电源工作状态的声检装置实施例中电压放大输出电路的电路原理图。

【具体实施方式】

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限用于本实用新型。

参见图1，本实用新型的一种基于高频开关电源工作状态的声检装置包括输入回路10、与输入回路10电连接的主振混频电路20、与主振混频电路20电连接的拍频振荡器30以及输出回路40，拍频振荡器30用于生成频率与高频开关电源工作时产生的振荡频率相应的振荡信号，输入回路10检测高频开关电源的高频信号，主振混频电路20将输入回路10接收到的高频信号与拍频振荡器30产生的振荡信号进行混频，并输出差频后的音频信号至输出回路40。其中，主振混频电路20与输入回路10组成无线宽频谱接收电路。

本实施例的高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)是通过MOSFET或IGBT的高频工作的电源，其原理是将整流后的直流电逆变为高频交流电通过磁芯变压器输出，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小，开关频率一般控制在50-100kHz范围内才能实现高效率和小型化，这一频率具有通过功率管或变压器可辐射的特点。

本实施例的拍频振荡器30(BFO)是一种可产生声频的振荡器，常见在无线接收机中，可用来将高频的载波信号转换成可听见的声音信号，通过主振混频电路20将高频开关电源主振无法辨别的50-100kHz工作频率转换为人耳可闻的500Hz-10KHz范围的音频信号，在高频开关电源工作时聆听声音变化，加上现场经验积累，就能实现更多手段辅助状态检测，确保其测量结果准确，保障电力系统安全运行。

可见，高频开关电源辐射的是人不可闻的高频，所以输入回路10接收的也是高频信号，主振混频电路20产生一个放大高频的信号，拍频振荡器30产生另一个跟踪该信号频率的振荡信号，两者的差频是固定的可闻的音频，从而输出一低频的可闻的声音信号。其特点是高频放大不会因为接收频率的改变而改变电路的频率响应指标和灵敏度。其中，本实施例的主振混频电路20为本振混频电路，可以是市面上常规的几种混频电路。

参见图2，拍频振荡器30包括差动比较器U1，差动比较器U1的输出端与主振混频电路20电连接，差动比较器U1的同相输入端连接有晶体振荡器Y1，差动比较器U1的输出端连接有调节电阻R13。优选的，拍频振荡器30采用的核心器件是具有选通信号的差动比较器LM111，可以运行在更宽的电源电压适应不同等级模块，其输出兼容RTL、DTL和TTL以及MOS电路，驱动能力强，开关电压高达50V，电流高达50mA，以满足各种模式主振混频电路的接口要求。此外，高精度的1KHz晶体振荡器Y1接入差动比较器U1形成正反馈回路，起振可靠，稳定度好，接入不同本振频率的晶体可实现输出频率调节，通过选择不同的调节电阻R13数值实现输出幅值的调节。

在本实施例中，输入回路10包括多个感应天线以及RLC滤波电路，多个感应天线用于检测高频开关电源的高频信号，并产生一频率谐振信号，RLC滤波电路接收频率谐振信号。

在本实施例中，输出回路40包括分别与主振混频电路20电连接的电压放大输出电路41、音频放大驱动电路42。

参见图3，音频放大驱动电路42包括音频功率放大器U2以及扬声器BL，音频功率放大器U2的第一输入端连接至主振混频电路20，音频功率放大器U2的第二输入端接地，音频功率放大器U2的输出端连接至扬声器BL。优选的，音频功率放大器U2采用音频集成功放LM386，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，经过主振混频电路20混频过来(经分频检波处理)的音频信号通过音频集成功放LM386可放大1W功率到扬声器BL，完全满足现场需要，必要时可设置静音开关。

参见图4，电压放大输出电路41包括第一运算放大器U3、第二运算放大器U4以及第三运算放大器U5，第一运算放大器U3、第二运算放大器U4的同相输入端连接至主振混频电路20，第一运算放大器U3的反相输入端连接至第二运算放大器U4的反相输入端，第一运算放大器U3的输出端连接至第三运算放大器U5的反相输入端，第二运算放大器U4的输出端连接至第三运算放大器U5的同相输入端，第三运算放大器U5的输出端输出交流电压有效平均值放大输出信号。优选的，电压有效平均值放大部分采用双运算放大器LM358，该放大器内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用。可见，电压放大输出电路41的电路结构为可调增益的缓变直流信号同相放大电路，低漂移，驱动能力强，其输出电平和各类指示仪表相互兼容，便于输出交流电压有效平均值放大输出信号至各类指示仪表。

在本实施例中，拍频振荡器30以500Hz和10KHz之间的频率振荡。其中，拍频振荡器30是采用晶体稳频，输出频率、幅值可设定的拍频振荡器，频率范围为500Hz-10KHz。

在本实施例中，感应天线采用小型中波磁棒天线。可见，输入回路10的接收天线采用小型环形天线靠近待测充电机检查，其直径10cm，以满足小型化、防止设备干扰、提高电磁兼容性的设计要求。

由此可见，本实用新型提供的声检装置利用高频开关电源工作时固有的频率辐射，采用输入回路10接收高频开关电源的高频信号，主振混频电路20分析其充电模块主振频率、稳定性、谐波分量以及主开关管脉冲电流信号等，并产生一个放大高频信号，拍频振荡器30产生一个跟踪该信号频率的振荡信号，主振混频电路20将放大高频信号和振荡信号混频后输出一低频的可闻的声音信号发送到输出回路40。

所以，该声检装置可以实现直流屏高频整流电源故障预判的目的，防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险；可以解决以往需停电才能检测模块的问题，在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠；丰富了直流系统维护内容和参数，对于进一步重点监护提供定量依据；可以预判模块早期故障，消除了可能的隐患，防止了事故扩大，减少设备损失，可使相关的直流维护工作安全有序的进行，有效降低了维护成本；

另外，该装置有效实现更多手段辅助预判模块早期故障，确保了结果准确，方法简单可靠，现场易操作，声音指示直观，和主回路非接触式测量，可以保证人身及设备安全；该装置适用于现有220V、110V、48V直流系统，模块不分电压等级、厂家型号以及各种工作模式(硬开关、软开关、谐振式等等)，均可实现准确检测，易于推广；单元化电路设计，体积小巧成本低廉，组成灵活接线简单，安装方便。

作为优选，拍频振荡器30可输出到音频变压器，通过耦合作用实现和主振混频电路20的无线连接，既增加了装置的灵活性，又能适应不同模式的现有无线宽频谱接收电路。

作为优选，感应天线采用小型中波磁棒天线，以达到缩小体积、提高接收灵敏度、增加方向性抗干扰的目的。

作为优选，输出回路40输出的音频信号除了通过扬声器BL播放人工辨别外，还可结合单片机智能处理，对特征波形进行采集、存储、标记和数据库操作，实现更高级的智能化自动处理。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高频开关电源工作状态的声检装置，其特征在于，包括：

输入回路、与所述输入回路电连接的主振混频电路、与所述主振混频电路电连接的拍频振荡器以及输出回路，所述拍频振荡器用于生成频率与高频开关电源工作时产生的振荡频率相应的振荡信号，所述输入回路检测高频开关电源的高频信号，所述主振混频电路将所述输入回路接收到的高频信号与所述拍频振荡器产生的振荡信号进行混频，并输出差频后的音频信号至所述输出回路；

所述拍频振荡器包括差动比较器，所述差动比较器的输出端与所述主振混频电路电连接，所述差动比较器的同相输入端连接有晶体振荡器，所述差动比较器的输出端连接有调节电阻。

2.根据权利要求1所述的声检装置，其特征在于：

所述输入回路包括多个感应天线以及RLC滤波电路，多个所述感应天线用于检测高频开关电源的高频信号，并产生一频率谐振信号，所述RLC滤波电路接收所述频率谐振信号。

3.根据权利要求1所述的声检装置，其特征在于：

所述输出回路包括分别与所述主振混频电路电连接的电压放大输出电路、音频放大驱动电路。

4.根据权利要求3所述的声检装置，其特征在于：

所述电压放大输出电路包括第一运算放大器、第二运算放大器以及第三运算放大器，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述主振混频电路，所述第一运算放大器的反相输入端连接至所述第二运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第三运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的输出端连接至所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的输出端输出交流电压有效平均值放大输出信号。

5.根据权利要求3所述的声检装置，其特征在于：

所述音频放大驱动电路包括音频功率放大器以及扬声器，所述音频功率放大器的第一输入端连接至所述主振混频电路，所述音频功率放大器的第二输入端接地，所述音频功率放大器的输出端连接至所述扬声器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的声检装置，其特征在于：

所述拍频振荡器以500Hz和10KHz之间的频率振荡。

7.根据权利要求2所述的声检装置，其特征在于：

所述感应天线采用小型中波磁棒天线。

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