CN212257286U - 电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，包括比较器电压输入单元、三极管以及由继电器线圈和继电器双路开关构成的两路继电器，三极管控制继电器双路开关的电源开关，继电器线圈控制继电器双路开关的断开和闭合，两路继电器的第四引脚、第五引脚与第六引脚组成第一路继电器，第二引脚、第三引脚、第四引脚组成第二路继电器，两路继电器的第四引脚与第五引脚不用，第六引脚与第七引脚默认闭合，当三极管导通，两路继电器的第一引脚和第八引脚通电，第六引脚与第七引脚断开，第二引脚与第三引脚断开，主干线与用户电表断开。本实用新型具有电路结构简单，电表短路故障时可靠断开主线路，有效的保护主线路的安全的优点。

Description

电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路

技术领域

本实用新型涉及连接用户电表的线路故障警示装置的技术领域，具体涉及一种电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路的技术。

背景技术

随着社会经济水平的快速发展，不断上升的电力需求推动电力行业的发展，促进电网系统的全面升级。为提高电力行业的服务质量，为居民带来更好的用电体验，智能电网的建设也在快速进行。当前在智能电网建设中，低压集抄系统已经越来越成熟，已经在多个地方应用，实现智能远程抄表，有效的提高了抄表效率及电子化结算速率。但低压集抄系统仍然存在一些问题，在集抄系统中有时会出现RS485短路故障。当RS485的端口发生短路故障后，会导致这个RS485片区通讯瘫痪，目前没有可靠工具能够快速定位故障点，只能够通过二分断点法进行故障检测，需要一日，甚至更长的时间去排查和处理，这严重影响了电子化结算率，上线率。所述RS485为电缆线名称。

鉴于此，电表短路故障警示装置便被人们所重视起来，在实际当中，连接电表的线路发生短路故障时，监测到的微弱信号，经过差分放大后，隔离输出，再经过比较放大输出获得可靠的控制信号，该控制信号由于断开主线路、对短路处进行故障指示之用，因此如何获得可靠的控制信号，如何断开主线路，而且使电路结构简单，成为了必须要解决的技术问题，否则难以实现有效保护主线路的安全的目的。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，电路结构简单，可靠断开主线路，有效保护主线路的安全。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，其特征在于：所述电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路包括比较器电压输入单元、三极管、继电器线圈和继电器双路开关，继电器线圈和继电器双路开关集成构成两路继电器，所述两路继电器设有第一引脚和第八引脚为继电器线圈引脚，比较器电压输入单元与三极管的基极电路连接，所述三极管的发射极与两路继电器的第八引脚电连接，第一引脚接电源地，所述三极管为PNP三极管，用于控制5V电源导通从而控制所述继电器双路开关的电源开关，所述继电器线圈用于控制继电器双路开关的断开和闭合，所述两路继电器还设有第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚，所述第四引脚、第五引脚与第六引脚组成第一路继电器，所述第二引脚、第三引脚、第四引脚组成第二路继电器，所述两路继电器的第四引脚与第五引脚不用，第六引脚与第七引脚默认闭合，第二引脚与第三引脚默认闭合，第二引脚用于连接主干线第一接口，第三引脚用于连接用户电表第一接口，第六引脚用于连接主干线第二接口，第七引脚用于连接用户电表第二接口，当所述三极管导通，所述两路继电器的第一引脚和第八引脚通电，从而第六引脚与第七引脚断开，第二引脚与第三引脚断开，从而主干线与用户电表断开。

所述比较器电压输入单元包括第六一芯片以及串联连接的第一四电阻和第一三电阻，第六一芯片为电压比较器，第六一芯片设有第三引脚为正相输入端，设有第二引脚为反相输入端，设有第一引脚为输出端，第一四电阻和第一三电阻的串联节点连接第六一芯片的第二引脚，第六一芯片的第一引脚经过第一五电阻与所述三极管的基极连接，所述第六一芯片输入无任何电平时，所述三极管的集电极和基极不导通，继电器线圈无电源5V供电，继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚脚导通；所述第六一芯片输入高电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致所述三极管的基极高电平，所述三极管的集电极和基极不导通，导致继电器线圈无电源5V供电，所述继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚导通；所述第六一芯片输入低电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致三极管的基极低电平，所述三极管的集电极和基极导通，导致继电器线圈电源5V供电，继电器线圈工作，继电器双路开关断开，所述两路继电器第六引脚与第七引脚不导通，第二引脚与第三引脚脚不导通。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型由于继电器驱动模块电路中包括比较器电压输入单元、三极管、继电器线圈和继电器双路开关，继电器线圈和继电器双路开关集成构成两路继电器，两路继电器的设计解决了同时断开主干线第一接口与主干线第二接口的目的，从而达到主干线与用户电表可靠断开的目的。

通过对比较器电压输入单元的设计，对于输入高电平、输入低电平以及无输入电平三种情况，做出可靠的信号处理与控制，使得两路继电器的动作精确无误。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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他的附图。

图1是本实用新型电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路的原理方框图；

图2是本实用新型电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路的电路原理图；

图3是本实用新型应用于电表RS485分支线短路故障警示装置的实施例电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、图2，本实用新型电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，包括比较器电压输入单元、三极管、继电器线圈和继电器双路开关，继电器线圈和继电器双路开关集成构成两路继电器，所述两路继电器设有第一引脚和第八引脚为继电器线圈引脚，比较器电压输入单元与三极管的基极电路连接，所述三极管的发射极与两路继电器的第八引脚电连接，第一引脚接电源地，所述三极管为PNP三极管，用于控制5V电源导通从而控制所述继电器双路开关的电源开关，所述继电器线圈用于控制继电器双路开关的断开和闭合，所述两路继电器还设有第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚，所述第四引脚、第五引脚与第六引脚组成第一路继电器，所述第二引脚、第三引脚、第四引脚组成第二路继电器，所述两路继电器的第四引脚与第五引脚不用，第六引脚与第七引脚默认闭合，第二引脚与第三引脚默认闭合，第二引脚用于连接主干线第一接口，第三引脚用于连接用户电表第一接口，第六引脚用于连接主干线第二接口，第七引脚用于连接用户电表第二接口，当所述三极管导通，所述两路继电器的第一引脚和第八引脚通电，从而第六引脚与第七引脚断开，第二引脚与第三引脚断开，从而主干线与用户电表断开。

比较器电压输入单元包括第六一芯片以及串联连接的第一四电阻和第一三电阻，第六一芯片为电压比较器，第六一芯片设有第三引脚为正相输入端，设有第二引脚为反相输入端，设有第一引脚为输出端，第一四电阻和第一三电阻的串联节点连接第六一芯片的第二引脚，第一四电阻和第一三电阻串联的节点电压为1V，第六一芯片的第一引脚经过第一五电阻与所述三极管的基极连接，所述第六一芯片输入无任何电平时，所述三极管的集电极和基极不导通，继电器线圈无电源5V供电，继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚脚导通；所述第六一芯片输入高电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致所述三极管的基极高电平，所述三极管的集电极和基极不导通，导致继电器线圈无电源5V供电，所述继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚导通；所述第六一芯片输入低电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致三极管的基极低电平，所述三极管的集电极和基极导通，导致继电器线圈电源5V供电，继电器线圈工作，继电器双路开关断开，所述两路继电器第六引脚与第七引脚不导通，第二引脚与第三引脚脚不导通。

本实用新型由于继电器驱动模块电路由比较器电压输入、三极管、继电器线圈、继电器双路开关组成，其基本原理是比较器电压输入低电平启动三极管，三极管导通电源给继电器线圈供电，继电器双路开关断开。

如图2、图3所示，电路原理图中：+5V代表电源+5V；-5V代表电源-5V；GND代表电源地。

图2以及图3中引脚编号是依据行业惯用语言进行描述，如引脚1即第一引脚，引脚2即第二引脚，为节省篇幅，不一一列举；芯片编号同样是依据行业惯用语言进行描述，如U3即第三芯片，U5.1即第五一芯片。图中用户表接口即是用户电表接口。用户表为用户电表的简称。

图1与图2对应起来以及图3元器件说明：

比较器电压输入：上一级比较器输出的电压。

三极管：PNP三极管，控制5V电源导通。

继电器线圈：控制继电器双路开关的断开和闭合。

继电器双路开关即RELAY2，引脚2、引脚3、引脚4组成一路；引脚5、引脚6、引脚7组成一路。

U3即第三芯片：仪表运放，作用是放大输入差分信号；其中引脚2即第二引脚和引脚3即第三引脚为输入差分信号脚，引脚6即第六引脚为输出信号脚；引脚1即第一引脚和引脚8即第八引脚为放大引脚，串联电阻可以放大输出电压；引脚5即第五引脚为输入参考电压引脚，使引脚6即第六引脚输出更为准确。

R7即第七电阻：值为49.9KΩ/1％，连接在U3的引脚1和引脚3之间，使U3放大输出电压。

R12即第一二电阻：值为1KΩ，降低U3的引脚6输出的信号电流并且减少干扰。

U5称为第五芯片：双运算放大器(U5.1即第五一芯片和U5.2即第五二芯片)；U5.2即第五二芯片组成电压跟随器，增强U3的引脚6的输出电压驱动能力，减少干扰；U5.1即第五一芯片组成电压跟随器，连接U3的引脚5。

R8即第八电阻、R9即第九电阻：值为1KΩ，R8、R9串联节点为0V，并连接U5.1的引脚5，组成调零器，使U3的引脚5电压为0V。

R14即第一四电阻、R13即第一三电阻：值39KΩ、10KΩ，R14、R13串联的节点电压为1V。

U6称为第六芯片：电压比较器，该芯片只用了一个电压比较器U6.1即第六一芯片,U6.1的引脚3即第六一芯片的第三引脚为正相输入端，引脚2即第六一芯片的第二引脚为反相输入端，比较U5.2的1、2引脚的输出电压；U6.1的引脚1为输出端；R14、R13串联的节点电压连接U6.1的引脚2反相出入端，所以U6.1的引脚2反相输入端为1V；当U6.1的引脚3电压大于U6.1的引脚2的电压时，U6.1的引脚1输出高电平(不小于1.5V，不大于3.9V)；当U6.1的引脚3电压小于U6.1的引脚2的电压时，U6.1的引脚1输出低电平(不大于3.9V)。

R16即第一六电阻；值为4.7KΩ，上拉5V电压，使三极管Q2保持关断状态。

R15即第一五电阻：值3.6KΩ，降低电流的作用。

Q2即PNP三极管，作用是为控制RELAY2即两路继电器的电源开关。

RELAY2：两路继电器，型号HFD4/5-S，厂家厦门宏发开关设备；引脚1和引脚8为继电器线圈；引脚4、引脚5、引脚6为一路继电器，引脚2、引脚3、引脚4为第二路继电器；本原理图引脚4、引脚5引脚不用；默认引脚6和引脚7闭合、引脚2和引脚3闭合。工作原理，当Q2三极管开通，RELAY2的引脚1和引脚8通电，然后引脚6和引脚7断开、引脚2和引脚3断开，达到主干线和用户电表断开。

LED指示红灯，当Q2三极管开通就亮起。

R17第一七电阻：值为1KΩ，降低电流。

如图2，原理图工作原理：

情况1比较器电压输入无任何电平：由于R16即第一六电阻接5V电源并接在Q2的引脚2，所以三极管的引脚3和引脚1不导通，继电器线圈没有电源5V供电，继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所以继电器引脚6和引脚7导通，引脚2和引脚3导通。

情况2比较器电压输入高电平:比较器电压输入高电平经过R15限流到达Q2的引脚2，导致Q2的引脚2高电平，所以三极管的引脚3和引脚1不导通，导致继电器线圈没有电源5V供电，所以继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，继电器引脚6和引脚7导通，引脚2和引脚3导通。

情况3比较器电压输入低电平:比较器电压输入低电平经过R15限流到达Q2的引脚2，导致Q2的引脚2低电平，所以三极管的引脚3和引脚1导通，导致继电器线圈电源5V供电，所以继电器线圈工作，继电器双路开关断开，继电器引脚6和引脚7不导通，引脚2和引脚3不导通。

如图3，电表RS485分支线短路故障警示装置，除了包括本实用新型电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，还包括差分放大器模块、电压比较器模块、警示灯模块和电源模块，电源模块将市电220V转为5V稳压电源供电。其中差分放大器模块的输出端与电压比较器模块的输入端连接，电压比较器模块的输出端分为两路，一路与所述三极管的基极连接，另一路与警示灯模块连接，所述三极管的集电极连接5V电源，差分放大器模块的输入差分信号端与RS485分支线接口连接，所述差分放大器模块及电压比较器模块对电表RS485分支线情况进行实时监测，在出现短路时，驱动两路继电器断开RS485主干线，并亮起LED警示灯进行警示。电压比较器模块即是前述比较器电压输入单元。

图3中差分放大器模块包括差分放大处理单元、单端信号隔离输出单元以及输出单端信号调零电路，输出单端信号调零电路与差分放大处理单元进行电路连接用于输出直流信号调零，差分放大处理单元包括第三芯片，所述第三芯片主要通过运算放大器构成一差分放大器，所述第三芯片设有输入差分信号脚、输出信号脚，输入差分信号脚形成所述差分放大器模块的输入差分信号端，输出信号脚形成所述差分放大器模块的输出端；所述单端信号隔离输出单元包括第五二芯片，第五二芯片为一电压跟随器，第五二芯片设有正极输入端、负极输入端以及输出端，所述第五二芯片的输出端与第五二芯片的负极输入端连接构成隔离后信号输出端，所述电压比较器模块包括第六一芯片以及串联连接的第一四电阻和第一三电阻，第六一芯片为一电压比较器，第六一芯片设有第三引脚为正相输入端，设有第二引脚为反相输入端，设有第一引脚为输出端，第一四电阻和第一三电阻的串联节点连接第六一芯片的第二引脚，第一四电阻和第一三电阻的串联节点的节点电压为1V，所述差分放大处理单元的第三芯片的输入差分信号脚与RS485分支线接口连接，差分放大处理单元的第三芯片的输出信号脚通过第一二电阻与单端信号隔离输出单元的第五二芯片的正极输入端连接，单端信号隔离输出单元的第五二芯片的隔离后信号输出端与所述电压比较器模块的第六一芯片的正相输入端连接，第六一芯片的输出端与PNP三极管进行电路连接，所述PNP三极管的发射极与警示灯模块连接，所述差分放大处理单元检测用户电表两端，当用户电表两端无短路时产生电压，此时差分放大处理单元把用户电表两端的电压放大到最高3.7V给所述电压比较器模块，当电压比较器模块检测到输入电压大于阈值1V时输出高电平，不驱动PNP三极管，不驱动警示灯模块；当用户电表两端短路时，差分放大处理单元检测用户电表两端短路时，差分放大处理单元两端也短路，此时差分放大处理单元直接输出低电平给电压比较器模块，电压比较器模块设置输入电压阈值大于1V时输出高电平，小于1V时输出低电平，此时电压比较器模块输出低电平，电压比较器模块输出低电平直接使能所述PNP三极管驱动警示灯模块使LED警示灯亮起。第三芯片设有第二引脚和第三引脚构成所述输入差分信号脚，设有第六引脚构成所述输出信号脚，设有第一引脚和第八引脚构成放大信号引脚，第一引脚和第八引脚之间串联有第七电阻用于放大输出电压，第七电阻用于放大倍数调节，设有第五引脚构成输入参考电压引脚，使第六引脚输出更为准确。

其中差分放大处理单元还包括输出单端信号调零电路，输出单端信号调零电路包括第五一芯片，第五一芯片为一电压跟随器，用于连接第三芯片的第五引脚，所述第五一芯片的正极输入端连接有第八电阻与第九电阻，第八电阻的一端连接正电压，第八电阻的另一端与第九电阻的一端连接并且一起连接在第五一芯片的正极输入端，第九电阻的另一端连接负电压，第八电阻、第九电阻串联节点为0V组成调零器，使第三芯片的第五引脚电压为0V。

当用户电表AB两端短路时，差分发大器模块检测用户电表AB两端短路时，差分放大器两端也短路，此时差分放大器直接输出低电平(-1V～0.5V)给电压比较器模块，电压比较器设置输入电压阈值大于1V时输出高电平，小于1V时输出低电平，所以电压比较器输出低电平，电压比较器输出低电平直接使能PNP三极管驱动两路继电器触点，其中两路继电器默认是闭合的，使其开启，这样可以达到保护主干线RS485，同时PNP三极管驱动警示灯闪亮。电源模块从电表的交流220V端取电，转换成直流5V电源，即图中所示220V转5V稳压，供各模块电源使用。图中是用来用户电表AB的简称即用户表AB字样。

需要声明的是，上述具体实施方式仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，其特征在于：所述电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路包括比较器电压输入单元、三极管、继电器线圈和继电器双路开关，继电器线圈和继电器双路开关集成构成两路继电器，所述两路继电器设有第一引脚和第八引脚为继电器线圈引脚，比较器电压输入单元与三极管的基极电路连接，所述三极管的发射极与两路继电器的第八引脚电连接，第一引脚接电源地，

所述三极管为PNP三极管，用于控制5V电源导通从而控制所述继电器双路开关的电源开关，所述继电器线圈用于控制继电器双路开关的断开和闭合，所述两路继电器还设有第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚，所述第四引脚、第五引脚与第六引脚组成第一路继电器，所述第二引脚、第三引脚、第四引脚组成第二路继电器，所述两路继电器的第四引脚与第五引脚不用，第六引脚与第七引脚默认闭合，第二引脚与第三引脚默认闭合，第二引脚用于连接主干线第一接口，第三引脚用于连接用户电表第一接口，第六引脚用于连接主干线第二接口，第七引脚用于连接用户电表第二接口，当所述三极管导通，所述两路继电器的第一引脚和第八引脚通电，从而第六引脚与第七引脚断开，第二引脚与第三引脚断开，从而主干线与用户电表断开。

2.根据权利要求1所述的电表短路故障警示装置中的继电器驱动模块电路，其特征在于：所述比较器电压输入单元包括第六一芯片以及串联连接的第一四电阻和第一三电阻，第六一芯片为电压比较器，第六一芯片设有第三引脚为正相输入端，设有第二引脚为反相输入端，设有第一引脚为输出端，第一四电阻和第一三电阻的串联节点连接第六一芯片的第二引脚，第六一芯片的第一引脚经过第一五电阻与所述三极管的基极连接，

所述第六一芯片输入无任何电平时，所述三极管的集电极和基极不导通，继电器线圈无电源5V供电，继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚导通；所述第六一芯片输入高电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致所述三极管的基极高电平，所述三极管的集电极和基极不导通，导致继电器线圈无电源5V供电，所述继电器线圈不工作，继电器双路开关闭合，所述两路继电器第六引脚与第七引脚导通，第二引脚与第三引脚导通；所述第六一芯片输入低电平时，经过第一五电阻限流到达所述三极管的基极，导致三极管的基极低电平，所述三极管的集电极和基极导通，导致继电器线圈电源5V供电，继电器线圈工作，继电器双路开关断开，所述两路继电器第六引脚与第七引脚不导通，第二引脚与第三引脚脚不导通。

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