CN212210474U - 一种直流中压电力系统的电子测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直流中压电力系统的电子测控装置，包括电源电路、电流采样电路、主控电路、信号隔离电路和点火电路，电源电路包括连接电流采样电路和主控电路的第一供电支路、以及连接主控电路的电流采样电路，信号隔离电路包括第一、第二三极管和光耦，第一三极管基极连接主控电路、集电极连接光耦、发射极连接第三电阻后接地，第二三极管基极连接电源、集电极连接光耦、点火电路包括场效应管、点火储能电容和触发器支路，场效应管的栅极连接光耦的输出端、漏极连接智能熔断器的火工品，触发器支路连接火工品。本实用新型的有益效果：将点火电储能电容和开关管置于高压侧，信号隔离电路来实现电气隔离，安全可靠。

Description

一种直流中压电力系统的电子测控装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车智能熔断器技术领域，尤其涉及一种直流中压电力系统的电子测控装置。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，其电力系统在运行的过程中，遇到了如下瓶颈难题：正常工况下，百米加速可在3s内完成，使得其加速阶段的电流可高达800A，脉宽数十秒；故障工况下，当蓄电池处于低容量低温度状态时，短路电流峰值最小仅为1000A；两种工况之间极小的电流差异，需要使用智能熔断器电子测控装置进行短路保护，然而现有的智能熔断器电子测控装置中，因点火电路与火工品的做功器直接连接，而做功器与主回路是直接电气连接关系，存在安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种直流中压电力系统的电子测控装置。

本实用新型的实施例提供一种直流中压电力系统的电子测控装置，包括电源电路、电流采样电路、主控电路、信号隔离电路和点火电路，所述电源电路包括电源以及分别与所述电源连接的第一供电支路和第二供电支路，所述第一供电支路分别连接所述电流采样电路和所述主控电路，所述电流采样电路连接所述主控电路，所述信号隔离电路包括第一三极管、第二三极管和光耦，所述第一三极管的基极连接所述主控电路、集电极连接所述光耦的输入端、发射极连接第三电阻后接地，所述第二三极管的基极连接所述电源、集电极连接所述光耦的输入端、发射极接地，所述点火电路包括场效应管、点火储能电容和触发器支路，所述场效应管的栅极连接所述光耦的输出端、源极串接所述点火储能电容后接地、漏极连接智能熔断器的火工品，所述点火储能电容连接所述第二供电支路，所述触发器支路连接所述火工品，所述电流采样电路用于采集通过智能熔断器的电流并传递电流信号至所述主控电路，所述主控电路用于根据所述电流信号输出点火脉冲信号，所述信号隔离电路用于通过所述点火脉冲信号依次使所述第一三极管导通，所述光耦导通、所述场效应管导通；或通过所述电源导通，依次使所述第二三极管导通，所述光耦导通、所述场效应管导通，所述点火储能电容用于对所述火工品放电使其触发，所述触发器支路用于直接触发所述火工品。

进一步地，所述第一供电支路包括依次串接的第一二极管、热敏电阻、第一电感、第一三端稳压管，所述第一三端稳压管的输入端连接所述第一电感、输出端分别连接所述电流采样电路和所述主控电路、接地端接地，所述第一供电支路还包括瞬态电压抑制二极管、第一储能电容、第一电容和第二储能电容，所述瞬态电压抑制二极管一端连接于所述热敏电阻和所述第一电感之间、另一端接地，所述第一储能电容一端连接于所述第一电感和所述第一三端稳压管之间、另一端接地，所述第一电容与所述第一储能电容并联连接，所述第二电容一端连接所述第一三端稳压管的输出端，另一端接地，所述第二储能电容与所述第二电容并联。

进一步地，所述第二供电支路包括依次串接的第二三端稳压管、第三电感、隔离电源模块和第四电感，所述第二三端稳压管的输入端连接所述电源、输出端连接所述第三电感、接地端接地，所述隔离电源模块的输入端连接所述第三电感、输出端连接所述第四电感、两接地端接地，所述第二三端稳压管的输入端与接地端之间还并联第三电阻，所述第二三端稳压管的输出端与接地端之间还并联第三储能电容，所述隔离电源模块的输入端与接地端之间并联第五电容，所述隔离电源模块的输出端与接地端之间并联第六电容，所述第四电感连接所述点火电路。

进一步地，所述电流采样电路包括A1324LUA-T线性霍尔传感器，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器具有三引脚，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器的引脚1连接所述第一供电支路、引脚2接地、引脚3连接智能熔断器后连接所述主控电路，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器的引脚1和引脚2之间并联第七电容。

进一步地，所述主控电路包括单片机，所述单片机为PIC16F18325单片机，所述单片机的引脚1连接所述第一供电电路，所述单片机的引脚11连接所述电流采样电路，所述单片机的引脚8和引脚9连接所述信号隔离电路。

进一步地，所述第一三极管的基极连接所述单片机的引脚8，所述第一三极管的发射极连接所述单片机的引脚9。

进一步地，所述触发器支路包括依次串接的第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述第三二极管与所述第五二极管的电流流向相同，所述第四二极管与所述第六二极管的电流流向相同，且所述第三二极管和所述第四二极管的电流流向相反，触发器具有两接线端，触发器的一接线端接入所述第三二极管与所述第五二极管之间，触发器的另一接线端接入所述第四二极管与所述第六二极管之间，所述火工品具有两接线端，所述火工品的一接线端接入所述第三二极管和所述第四二极管之间，所述火工品的另一接线端接入所述第五二极管和所述第六二极管之间。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的一种直流中压电力系统的电子测控装置，在满足点火电路的高输出能力的前提下，将点火电储能电容和开关管置于高压侧，由信号隔离电路来实现电源和触发信号的电气隔离，体积小，安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的原理框图；

图2是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的第一供电支路的电路图；

图3是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的第二供电支路的电路图；

图4是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的电流采样电路的电路图；

图5是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的主控电路的电路图；

图6是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的信号隔离电路的电路图；

图7是本实用新型一种直流中压电力系统的电子测控装置的点火电路的电路图。

图中：1-电源电路、101-第一供电支路、102-第二供电支路、2-电流采样电路、3-主控电路、4-信号隔离电路、5-点火电路、501-触发器支路、6-火工品、7-触发器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种直流中压电力系统的电子测控装置，包括电源电路1、电流采样电路2、主控电路3、信号隔离电路4和点火电路5。

请参考图2和3，具体的，所述电源电路1包括电源以及分别与所述电源连接的第一供电支路101和第二供电支路102。这里所述电源为具有四引脚的第一接线柱排针CON2LJQ。所述第一供电支路101包括依次串接的第一二极管D1、热敏电阻PTC、第一电感L1、第一三端稳压管W1，所述第一接线柱排针CON2 LJQ的引脚1连接所述第一二极管D1的正极，所述第一二极管D1的负极连接所述热敏电阻PTC，所述所述第一二极管D1实现防反接保护。所述第一接线柱排针CON2 LJQ的引脚2接地。所述第一三端稳压管W1的输入端连接所述第一电感L1、输出端分别连接所述电流采样电路2和所述主控电路3、接地端接地。所述第一三端稳压管W1型号为78L05，可适配较宽的输入电压范围(10V～33V)，以便兼容12VDC和24VDC这两种控制电源，降压稳压为5V电源后分别连接所述电流采样电路2和所述主控电路3供电。

请参考图2，所述第一供电支路101还包括瞬态电压抑制二极管TVS、第一储能电容EC1、第一电容C1和第二储能电容TC1，所述瞬态电压抑制二极管TVS负极连接于所述热敏电阻PTC和所述第一电感L1之间、正极接地。所述热敏电阻PTC与所述瞬态电压抑制二极管TVS构成浪涌保护电路，可以有效抑制类似于脉冲的干扰。所述热敏电阻PTC的电阻随温度升高而增加，当有脉冲干扰进入电源线路时，所述瞬态电压抑制二极管TVS会动作(即快速呈现为低阻值电阻)，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在所述瞬态电压抑制二极管TVS两端的箝制电压。所述热敏电阻PTC的动作速度慢于所述瞬态电压抑制二极管TVS，在大电流的作用下，所述热敏电阻PTC呈高阻，会断开后级电路，可以起到减少所述瞬态电压抑制二极管TVS泻流时间，保护所述瞬态电压抑制二极管TVS的功能。

所述第一储能电容EC1一端连接于所述第一电感L1和所述第一三端稳压管W1之间、另一端接地。所述第一电感L1与所述第一储能电容EC1构成π型滤波电路，进行滤除噪声，净化进入后端的所述第一三端稳压管W1。所述第一电容C1与所述第一储能电容EC1并联连接，所述第二电容C2一端连接所述第一三端稳压管W1的输出端，另一端接地，所述第二储能电容TC1与所述第二电容C2并联。

请参考图3，所述第二供电支路102包括依次串接的第二三端稳压管W2、第三电感C3、隔离电源模块P1和第四电感L4，所述第二三端稳压管W2的输入端连接所述第一接线柱排针CON2 LJQ的引脚3、输出端连接所述第三电感L3、接地端接地，所述隔离电源模块P1的输入端Vi+连接所述第三电感L3、输出端V0+连接所述第四电感L4、两接地端Vi-和V0-分别接地，所述第二三端稳压管W2的输入端与接地端之间还并联第三电容C3，所述第二三端稳压管W2的输出端与接地端之间还并联第三储能电容TC3，所述隔离电源模块P1的输入端Vi+与接地端Vi-之间并联第五电容C5，所述隔离电源模块P1的输出端V0+与接地端V0-之间并联第六电容C6，所述第四电感L4连接所述点火电路5。这里所述第二三端稳压管W2的型号为78L05，降压稳压为5V电源，作为隔离电源模块P1的输入电源。所述隔离电源模块P1为5V转24V的隔离升压电源，作为点火电路5中点火储能电容EC2的充电电源。

请参考图4，所述电流采样电路2包括A1324LUA-T线性霍尔传感器H1，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1具有三引脚，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1的引脚1连接所述第一供电支路101、引脚2接地、引脚3连接智能熔断器后连接所述主控电路3，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1的引脚1和引脚2之间并联第七电容C7。这里所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1的引脚3连接磁珠CZ，所述磁珠CZ接入智能熔断器后连接所述主控电路3，所述磁珠CZ还连接第八电容C8后接地，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1的引脚3还连接第九电容C9后接地。所述A1324LUA-T线性霍尔传感器H1可直接将所处位置磁感应强度B按照特定线性比例电压值输出，可测量正向或反向，其工作稳定范围达到-40℃至150℃，可满足汽车电气环境要求。

请参考图5，所述主控电路3包括单片机U1，所述单片机U1为PIC16F18325单片机，所述单片机U1具有14引脚，其引脚1连接所述第一供电电路101的所述第一三端稳压管W1的输出端，该引脚1还连接第十一电容C11后接地；所述单片机U1的引脚4与其引脚1之间还串联了第十三电阻R13和第十四电阻R14，且所述第第十三电阻R13和所述和第十四电阻R14之间连接第十二电容C12后接地；所述单片机U1的引脚12、13、14、1和4还分别连接第二接线柱排针CON5 PRG的引脚1～5；所述单片机U1的引脚3依次连接第一电阻R1和第二发光二极管LED2 RUN后接地；所述单片机U1的引脚10依次连接第十二电阻R12和第一发光二极管LEDRUN后接地；所述单片机U1的引脚11连接所述电流采样电路2的磁珠CZ，所述单片机U1的引脚8和引脚9连接所述信号隔离电路4。所述PIC16F18325单片机，减少PCB占空面积，温度等级-40℃至105℃，其I/O满足设计要求，其ROM留有足够裕量，外设特性满足设计需求。

请参考图6，所述信号隔离电路4包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和光耦OP1，所述第一三极管Q1的基极连接所述主控电路3，这里所述第一三极管Q1的基极串接第十八电阻R18后所述单片机U1的引脚8，所述第一三极管Q1的发射极串接第二电阻R2后连接所述单片机U1的引脚9。且所述第一三极管Q1的基极与发射极之间还并联第十九电阻R19，所述第一三极管Q1的发射极连接第三电阻R3后接地。

所述第二三极管Q2的基极依次串接第二十一电阻R21、稳压二极管Z2和第二十电阻R20后连接所述第一接线柱排针CON2 LJQ的引脚4，所述稳压二极管Z2和所述第二十电阻R20之间还并联了串接的第二十二电阻R22和第四储能电容TC4；所述第二三极管Q2的基极还连接第二十三电阻R23后接地。所述第二三极管Q2的发射极接地。所述光耦OP1的输入端具有两接口，其中接口1串联第十六电阻R16后连接所述单片机的引脚1，其中接口2分别连接所述第一三极管Q1的集电极和所述第二三极管Q2的集电极。

请参考图7，所述点火电路5包括场效应管M1、点火储能电容EC2和触发器支路501。所述光耦OP1的输出端具有两接口，其中接口3接地，接口4连接所述场效应管M1的栅极。所述场效应管M1的源极分别连接第十五电阻R15和点火储能电容EC2，所述第十五电阻R15连接所述第四电感L4，所述点火储能电容EC2接地。所述场效应管M1的栅极和源极之间还并联了第十七电阻R17和第十三电容C13。智能熔断器智的火工品6具有两接线端，所述场效应管M1的漏极连接第二二极管D2后连接所述火工品6的接线端1，所述火工品6的接线端2接地。所述第二供电支路102通过限流电阻所述第十五电阻R15持续对所述点火储能电容EC2充电，确保该所述点火储能电容EC2一直处于储能状态。

当光耦OP1输入端有点火脉冲信号时，低导通电阻大电流的场效应管M1开通后，点火储能电容EC2瞬间对所述火工品6的起爆器放电。起爆器一般呈现为2Ω电阻，在10A阶跃电流的条件下其弧前时间为20us，考虑内部安装空间的因素，EC2取为100uF，其放电时间常数为200us，有足够的放电裕量。考虑温度范围适应性，选用固态电解电容。

所述触发器支路501包括依次串接的第三二极管D3、第四二极管D4、第六二极管D6和第五二极管D5，所述第三二极管D3与所述第五二极管D5的电流流向相同，所述第四二极管D4与所述第六二极管D6的电流流向相同，且所述第三二极管D3和所述第四二极管D4的电流流向相反，触发器7具有两接线端，触发器7的一接线端接入所述第三二极管D3与所述第五二极管D5之间，触发器7的另一接线端接入所述第四二极管D4与所述第六二极管D6之间，所述火工品6具有两接线端，所述火工品6的一接线端接入所述第三二极管D3和所述第四二极管D4之间，所述火工品6的另一接线端接入所述第五二极管D5和所述第六二极管D6之间。

本实用新型的一种直流中压电力系统的电子测控装置具有三种触发方式：

第一种为内部主控分断，具体为：所述电流采样电路2采集通过智能熔断器的电流并传递电流信号至所述主控电路3，所述主控电路3比较所述电流信号和预设的电流阈值，在所述电流信号大于所述电流阈值时输出点火脉冲信号，所述点火脉冲信号依次使所述第一三极管Q1导通，所述光耦OP1导通、所述场效应管M1导通，所述点火储能电容EC2用于对所述火工品6放电使其触发。

第二种为外部触发分断，具体为：通过所述第一接线柱排针CON2 LJQ的引脚4控制对所述第二三极管Q2通电，使所述第二三极管Q2通电、所述光耦OP1、所述场效应管M1依次导通，所述点火储能电容EC2用于对所述火工品6放电使其触发。外部触发采用RC充电时间常数作为延时参数，并使用稳压二极管Z2的电压幅值门限特点作为动作条件，构建成简单的纯电子延时电路，并直接驱动触发点火电路。无需单片机U1干预，提高外部触发的可靠性。

第三种为触发器7触发分断，具体为：在触发器7熔断的时候，直接产生几十伏电压作用到火工品6两端点火，使所述火工品6触发。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：包括电源电路、电流采样电路、主控电路、信号隔离电路和点火电路，所述电源电路包括电源以及分别与所述电源连接的第一供电支路和第二供电支路，所述第一供电支路分别连接所述电流采样电路和所述主控电路，所述电流采样电路连接所述主控电路，所述信号隔离电路包括第一三极管、第二三极管和光耦，所述第一三极管的基极连接所述主控电路、集电极连接所述光耦的输入端、发射极连接第三电阻后接地，所述第二三极管的基极连接所述电源、集电极连接所述光耦的输入端、发射极接地，所述点火电路包括场效应管、点火储能电容和触发器支路，所述场效应管的栅极连接所述光耦的输出端、源极串接所述点火储能电容后接地、漏极连接智能熔断器的火工品，所述点火储能电容连接所述第二供电支路，所述触发器支路连接所述火工品，所述电流采样电路用于采集通过智能熔断器的电流并传递电流信号至所述主控电路，所述主控电路用于根据所述电流信号输出点火脉冲信号，所述信号隔离电路用于通过所述点火脉冲信号依次使所述第一三极管导通，所述光耦导通、所述场效应管导通；或通过所述电源导通，依次使所述第二三极管导通，所述光耦导通、所述场效应管导通，所述点火储能电容用于对所述火工品放电使其触发，所述触发器支路用于直接触发所述火工品。

2.如权利要求1所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述第一供电支路包括依次串接的第一二极管、热敏电阻、第一电感、第一三端稳压管，所述第一三端稳压管的输入端连接所述第一电感、输出端分别连接所述电流采样电路和所述主控电路、接地端接地，所述第一供电支路还包括瞬态电压抑制二极管、第一储能电容、第一电容、第二储能电容和第二电容，所述瞬态电压抑制二极管一端连接于所述热敏电阻和所述第一电感之间、另一端接地，所述第一储能电容一端连接于所述第一电感和所述第一三端稳压管之间、另一端接地，所述第一电容与所述第一储能电容并联连接，所述第二储能电容一端连接所述第一三端稳压管的输出端，另一端接地，所述第二储能电容与所述第二电容并联。

3.如权利要求1所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述第二供电支路包括依次串接的第二三端稳压管、第三电感、隔离电源模块和第四电感，所述第二三端稳压管的输入端连接所述电源、输出端连接所述第三电感、接地端接地，所述隔离电源模块的输入端连接所述第三电感、输出端连接所述第四电感、两接地端接地，所述第二三端稳压管的输入端与接地端之间还并联第三电阻，所述第二三端稳压管的输出端与接地端之间还并联第三储能电容，所述隔离电源模块的输入端与接地端之间并联第五电容，所述隔离电源模块的输出端与接地端之间并联第六电容，所述第四电感连接所述点火电路。

4.如权利要求1所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述电流采样电路包括A1324LUA-T线性霍尔传感器，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器具有三引脚，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器的引脚1连接所述第一供电支路、引脚2接地、引脚3连接智能熔断器后连接所述主控电路，所述A1324LUA-T线性霍尔传感器的引脚1和引脚2之间并联第七电容。

5.如权利要求1所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述主控电路包括单片机，所述单片机为PIC16F18325单片机，所述单片机的引脚1连接所述第一供电电路，所述单片机的引脚11连接所述电流采样电路，所述单片机的引脚8和引脚9连接所述信号隔离电路。

6.如权利要求5所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述第一三极管的基极连接所述单片机的引脚8，所述第一三极管的发射极连接所述单片机的引脚9。

7.如权利要求1所述的一种直流中压电力系统的电子测控装置，其特征在于：所述触发器支路包括依次串接的第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述第三二极管与所述第五二极管的电流流向相同，所述第四二极管与所述第六二极管的电流流向相同，且所述第三二极管和所述第四二极管的电流流向相反，触发器具有两接线端，触发器的一接线端接入所述第三二极管与所述第五二极管之间，触发器的另一接线端接入所述第四二极管与所述第六二极管之间，所述火工品具有两接线端，所述火工品的一接线端接入所述第三二极管和所述第四二极管之间，所述火工品的另一接线端接入所述第五二极管和所述第六二极管之间。

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