CN220357203U - 基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其包括相互电性连接的网络变压器模块和待检测隔离开关模块，所述网络变压器模块包括初级网络变压器、次级网络变压器和信号放大器模块；所述初级网络变压器的第二输入管脚输入激励脉冲信号，所述待检测隔离开关模块的第一端与所述初级网络变压器的第四输出管脚连接，所述待检测隔离开关模块的第二端与所述次级网络变压器的第一输入管脚连接，所述初级网络变压器的第三输出管脚与所述次级网络变压器的第二输入管脚连接，所述次级网络变压器的第四输出管脚与所述信号放大器模块的输入端连接，所述信号放大器模块的输出端输出第一特征脉冲信号，实现小型化的元器件功能单元。

Description

基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件

技术领域

本实用新型涉及工业自动化技术领域，特别是涉及一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件。

背景技术

工业自动化领域中，隔离开关主要用于线路的关合开断，起到隔离电压的作用，是保证电力系统安全运行的重要设备。虽然隔离开关一般具备基于机械原理的辅助开关定位功能，但是大量存在使用电气隔离开关量检测的信号接口，在当前的开关量输入(DI)方案中，DI开关信号检测不是隔离的且需要电源，增加了成本、功耗和体积，同时传统的检测方案中，当多个设备需要检测到同一个开关时，由于DI输入设备内的电压不一致，不能与其他开关信号检测设备并接。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其包括相互电性连接的网络变压器模块和待检测隔离开关模块，所述网络变压器模块包括初级网络变压器、次级网络变压器和信号放大器模块；所述初级网络变压器的第二输入管脚输入激励脉冲信号，所述待检测隔离开关模块的第一端与所述初级网络变压器的第四输出管脚连接，所述待检测隔离开关模块的第二端与所述次级网络变压器的第一输入管脚连接，所述初级网络变压器的第三输出管脚与所述次级网络变压器的第二输入管脚连接，所述次级网络变压器的第四输出管脚与所述信号放大器模块的输入端连接，所述信号放大器模块的输出端输出第一特征脉冲信号，实现小型化的元器件功能单元。

优选地，所述网络变压器模块还包括第一滤波电路模块，所述初级网络变压器和所述次级网络变压器之间通过所述第一滤波电路模块进行连接。

优选地，所述第一滤波电路模块包括至少一个第一电容和至少一个第四电阻，所述第一电容的第一端与所述初级网络变压器的第三输出管脚连接，所述第一电容的第二端与所述第四电阻的第二端和所述次级网络变压器的第二输入管脚连接，所述第四电阻的第一端与所述次级网络变压器的第一输入管脚连接。

优选地，所述集成电路元器件还包括MCU控制单元模块，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号至所述初级网络变压器的第二输入管脚。

优选地，所述集成电路元器件还包括第一阻抗匹配电路模块，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号经过所述第一阻抗匹配电路模块至所述初级网络变压器的第二输入管脚。

优选地，所述第一阻抗匹配电路模块包括至少一个第一电阻，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端与所述初级网络变压器的第二输入管脚连接。

优选地，所述信号放大器模块包括三极管，所述三极管的基极与所述次级网络变压器的第四输出管脚连接，所述三极管的集电极输出第一特征脉冲信号，所述三极管的发射极接地。

优选地，所述信号放大器模块包括至少一个第二电阻、至少一个第二电容和至少一个第三电阻，所述第二电阻的第一端与所述次级网络变压器模块的第四输出管脚连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容的第一端和所述三极管的基极连接，所述三极管的集电极通过所述第三电阻上拉连接，所述第二电容的第二端接地。

优选地，所述信号放大器模块还包括至少一个第三电容，所述第三电容的第一端与所述三极管的集电极连接，所述第三电容的第二端与所述三极管的发射极连接且接地。

优选地，所述初级网络变压器的第一输入管脚连接供电电压，所述次级网络变压器的第三输出管脚接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、基于网络变压器的隔离开关量检测方法包括：MCU控制单元模块的输出管脚输出一个激励脉冲信号；所述激励脉冲信号输入至初级网络变压器经过变压输出第一变压脉冲；所述第一变压脉冲输入至次级网络变压器经过变压输出第二变压脉冲；所述第二变压脉冲驱动信号放大器模块经过脉冲放大输出第一特征脉冲信号；所述第一特征脉冲信号输入至测量单元模块进行检测，判断待检测隔离开关量的状态，其中，所述初级网络变压器模块与所述次级网络变压器模块之间设置待检测隔离开关模块，实现隔离的DI开关信号检测，降低了成本、功耗和体积，同时，开关信号检测是隔离的，输入侧不需要隔离电源，可以与其他开关信号检测设备并接，实现方法是使用特征信号脉冲。

2、使用基于网络变压器的隔离开关量检测方法设计集成电路，并且进行应用封装为元器件产品，实现小型化的元器件功能单元。

3、使用基于网络变压器的隔离开关量检测方法进行多点并联电路，当需要并联接入至少两个测量单元模块检测同一待检测隔离开关量的状态时，所述待检测隔离开关模块的两端连接光耦模块的输入侧，其中，所述光耦模块包括隔离电源、光耦器和限流电路模块，光耦器输入侧的第一管脚连接一个隔离电源用于供电，所述光耦器输入侧的第二管脚连接限流电路模块，所述待检测隔离开关模块处于开路状态时，隔离电源的电流经过所述光耦器、限流电路模块、初级网络变压器、第一滤波电路模块形成回路；且所述限流电路模块的阻抗值大于网络变压器可以检测到的阻抗值，并联接入后，检测同一待检测隔离开关量的状态互不受影响，使用特征信号脉冲可以与其他开关信号检测设备并接，相互不影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是基于网络变压器的隔离开关量检测方法的第一实施例流程示意图；

图2是基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路结构示意图；

图3是基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件结构示意图；

图4是基于网络变压器的隔离开关量检测多点并联电路结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”“侧”等方位词是针对提供的附图作相对的位置说明，并不是用于描述实际产品特定顺序。

实施例一：

请参阅图1，图1为本发明基于网络变压器的隔离开关量检测方法的第一实施例流程示意图，本发明第一实施例提供一种基于网络变压器的隔离开关量检测方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤S100，MCU控制单元模块的输出管脚输出一个激励脉冲信号；

其中，MCU控制单元模块包括输出管脚，当需要检测隔离开关量输入(DI)的状态时，需要在MCU控制单元模块的输出管脚输出一个激励脉冲信号DI_PULSE，需要说明的是，该MCU控制单元模块包括单片机，本领域的技术人员可以根据实际产品的需求采取任意的微控制单元，在这里并不作限定和赘述。

步骤S200，所述激励脉冲信号输入至初级网络变压器经过变压输出第一变压脉冲；

其中，当激励脉冲信号输入至初级网络变压器经过变压输出第一变压脉冲之前，该激励脉冲信号还需要经过第一阻抗匹配电路模块进行信号增强，再输出至该初级网络变压器。

进一步地，本实施例一的第一阻抗匹配电路模块优选采用至少一个第一电阻，具体地，该激励脉冲信号经过第一电阻进行信号增强，再输出至该初级网络变压器。本实施例一也可以采用多个第一电阻进行串联或者并联，在这里不作限定，其电性效果与只有一个第一电阻的效果一致即可，即采用只有一个第一电阻的阻值和采用多个第一电阻串联或者并联的阻值是一样的。

步骤S300，所述第一变压脉冲输入至次级网络变压器经过变压输出第二变压脉冲；

其中，第一变压脉冲输入至次级网络变压器经过变压输出第二变压脉冲之前还包括：第一变压脉冲需要经过第一滤波电路模块进行滤出直流低频信号和干扰信号，再输出至所述次级网络变压器，也就是初级网络变压器和次级网络变压器是需要隔离的。

步骤S400，所述第二变压脉冲驱动信号放大器模块经过脉冲放大输出第一特征脉冲信号；

其中，由于激励脉冲信号分别经过初级网络变压器和次级网络变压器的两级变压后，会有存在信号衰减，因此，需要信号放大器模块对脉冲进行放大，获得输出的第一特征脉冲信号。

步骤S500，所述第一特征脉冲信号输入至测量单元模块进行检测，判断待检测隔离开关量的状态，其中，所述初级网络变压器模块与所述次级网络变压器模块之间设置待检测隔离开关模块，优选地，该待检测隔离开关模块为待检测隔离开关。

若待检测隔离开关闭合，则在MCU控制单元模块的输出管脚发送一个短的激励脉冲信号DI_PULSE，则该激励脉冲信号DI_PULSE经过初级网络变压器、第一滤波电路模块、次级网络变压器，驱动信号放大器模块发送一个第一特征脉冲信号，则测量单元模块可以在信号放大器模块的输出端检测到第一特征脉冲信号DI_IN。

因此，使用上述基于网络变压器的隔离开关量检测方法，实现隔离的DI开关信号检测，降低了成本、功耗和体积。

实施例二：

参照图2基于上述实施例一的方法，本发明的第二实施例提供一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路，其包括相互电性连接的网络变压器模块和待检测隔离开关模块S1，网络变压器模块包括初级网络变压器U1、次级网络变压器U2和信号放大器模块，初级网络变压器U1的第二输入管脚输入激励脉冲信号DI_PULSE，待检测隔离开关模块S1的第一端与初级网络变压器U1的第四输出管脚连接，待检测隔离开关模块S1的第二端与次级网络变压器U2的第一输入管脚连接，初级网络变压器U1的第三输出管脚与次级网络变压器U2的第二输入管脚连接，次级网络变压器U2的第四输出管脚与信号放大器模块的输入端连接，信号放大器模块的输出端输出第一特征脉冲信号DI_IN，集成电路执行权方法的步骤。

进一步地，初级网络变压器U1的第一输入管脚连接供电电压，次级网络变压器U2的第三输出管脚接地。

网络变压器模块还包括第一滤波电路模块，初级网络变压器U1和次级网络变压器U2之间通过第一滤波电路模块进行连接，就是初级网络变压器U1和次级网络变压器U2是隔离的。具体地，第一滤波电路模块包括至少一个第一电容C1和至少一个第四电阻R4，第一电容C1的第一端与初级网络变压器U1的第三输出管脚连接，第一电容C1的第二端与第四电阻R4的第二端和次级网络变压器U2的第二输入管脚连接，第四电阻R4的第一端与次级网络变压器U2的第一输入管脚连接。该第一电容C1主要滤出直流和低频信号，第四电阻R4主要用于滤出干扰信号。

需要说明的是，第一滤波电路模块中可以有多个第一电容C1和多个第四电阻R4进行串联或并联，只要其效果与上述一个第一电容C1和一个第四电阻R4一样即可，本领域的技术人员可以进行串联或并联实施，因此不作限定和赘述。

集成电路元器件还包括MCU控制单元模块和第一阻抗匹配电路模块，MCU控制单元模块输出激励脉冲信号DI_PULSE经过第一阻抗匹配电路模块至初级网络变压器U1的第二输入管脚。具体地，第一阻抗匹配电路模块包括至少一个第一电阻R1，MCU控制单元模块输出激励脉冲信号DI_PULSE至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端与初级网络变压器U1的第二输入管脚连接。

信号放大器模块包括三极管Q1、至少一个第二电阻R2、至少一个第二电容C2、至少一个第三电阻R3和至少一个第三电容C3，三极管Q1的基极与次级网络变压器U2的第四输出管脚连接，三极管Q1的集电极输出第一特征脉冲信号DI_IN，第二电阻R2的第一端与次级网络变压器U2模块的第四输出管脚连接，第二电阻R2的第二端与第二电容C2的第一端和三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极通过第三电阻R3上拉连接，第二电容C2的第二端接地，第三电容C3的第一端与三极管Q1的集电极连接，第三电容C3的第二端与三极管Q1的发射极连接且接地。由于激励脉冲信号DI_PULSE分别经过初级网络变压器U1和次级网络变压器U2的两级变压后，会有存在信号衰减，因此，需要信号放大器模块对脉冲进行放大，获得输出的第一特征脉冲信号DI_IN。

需要说明的是，本发明采用的信号放大器模块还可以是其他具有信号放大功能的元器件，在这里仅是说明技术方案并不作限定。

实施例三：

参照图3，基于上述实施例二，本发明的第三实施例提供一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，该集成电路元器件与上述实例二的区别是：将实例二的集成电路进行应用设计封装为元器件产品，实现小型化的元器件功能单元。

参照图4，基于实施例一的变形例，其与实施例一的区别在于：

当需要并联接入至少两个测量单元模块检测同一待检测隔离开关量的状态时，待检测隔离开关模块S1的两端连接光耦模块的输入侧，其中，光耦模块包括隔离电源U4、光耦器U3和限流电路模块，光耦器U3输入侧的第一管脚连接一个隔离电源U4用于供电，光耦器U3输入侧的第二管脚连接限流电路模块。

当待检测隔离开关模块S1处于开路状态时，隔离电源U4的电流经过光耦器U3、限流电路模块、初级网络变压器U1、第一滤波电路模块形成回路；

且限流电路模块的阻抗值大于网络变压器可以检测到的阻抗值，并联接入后，检测同一待检测隔离开关量的状态互不影响。

实施例四：

基于实施例一、实施例二和变形例，本发明第四实施例提供一种基于网络变压器的隔离开关量检测多点并联电路，其与实施例一和实施例二的区别在于：多点并联电路包括电性相互连接的网络变压器模块、待检测隔离开关模块S1和至少一个光耦模块；网络变压器模块包括初级网络变压器U1、次级网络变压器U2和信号放大器模块；

初级网络变压器U1的第二输入管脚输入激励脉冲信号DI_PULSE，待检测隔离开关模块S1的第一端与初级网络变压器U1的第四输出管脚和至少一个光耦模块的输入侧的第二管脚连接，待检测隔离开关的第二端与次级网络变压器U2的第一输入管脚和至少一个光耦模块的输入侧的第一管脚连接，初级网络变压器U1的第三输出管脚与次级网络变压器U2的第二输入管脚连接，次级网络变压器U2的第四输出管脚与信号放大器模块的输入端连接，信号放大器模块的输出端输出第一特征脉冲信号DI_IN，光耦模块的输出侧输出第二特征脉冲信号DI_IN。

光耦模块包括光耦器U3、隔离电源U4和限流电路模块，光耦器U3的第一管脚与隔离电源U4的正极连接，光耦器U3的第二管脚与限流电路模块连接，光耦器U3的第三管脚输出第二特征脉冲信号DI_IN。一般情况下，隔离电源U4采用24V。

限流电路模块包括至少一个第五电阻R5，第五电阻R5的第二端与光耦器U3的第二管脚连接，第五电阻R5的第一端与待检测隔离开关模块S1的第一端连接，隔离电源U4的负极与待检测隔离开关模块S1的第二端连接。该限流电路模块也可以采用多个第一电阻R1进行串联或者并联，在这里不作限定，其电性效果与只有一个第五电阻R5的效果一致即可，即采用只有一个第五电阻R5的阻值和采用多个第五电阻R5串联或者并联的阻值是一样的。一般情况下，该第五电阻R5的阻值大于1K欧姆，此时，当待检测隔离开关开路时，隔离电源U4的电流经过光耦器U3、限流电路模块、初级网络变压器U1、第一滤波电路模块形成回路；第一电容C1可以隔离开直流，不会有电流通路，且第五电阻R5的阻值远大于网络变压器可以检测到的阻值，所以并联接入后，光耦模块方案和网络变压器模块方案检测同一待检测隔离开关量的状态互不受到影响，利用第一特征脉冲信号DI_IN和第二特征脉冲信号DI_IN闭环检测的方法，可以与其他DI检测设备并接，实现多个测量单元可以并联，解决传统方案不能并联的弊端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、基于网络变压器的隔离开关量检测方法包括：MCU控制单元模块的输出管脚输出一个激励脉冲信号；所述激励脉冲信号输入至初级网络变压器经过变压输出第一变压脉冲；所述第一变压脉冲输入至次级网络变压器经过变压输出第二变压脉冲；所述第二变压脉冲驱动信号放大器模块经过脉冲放大输出第一特征脉冲信号；所述第一特征脉冲信号输入至测量单元模块进行检测，判断待检测隔离开关量的状态，其中，所述初级网络变压器模块与所述次级网络变压器模块之间设置待检测隔离开关模块，实现隔离的DI开关信号检测，降低了成本、功耗和体积，同时，开关信号检测是隔离的，输入侧不需要隔离电源，可以与其他开关信号检测设备并接，实现方法是使用特征信号脉冲。

2、使用基于网络变压器的隔离开关量检测方法设计集成电路，并且进行应用封装为元器件产品，实现小型化的元器件功能单元。

3、使用基于网络变压器的隔离开关量检测方法进行多点并联电路，当需要并联接入至少两个测量单元模块检测同一待检测隔离开关量的状态时，所述待检测隔离开关模块的两端连接光耦模块的输入侧，其中，所述光耦模块包括隔离电源、光耦器和限流电路模块，光耦器输入侧的第一管脚连接一个隔离电源用于供电，所述光耦器输入侧的第二管脚连接限流电路模块，所述待检测隔离开关模块处于开路状态时，隔离电源的电流经过所述光耦器、限流电路模块、初级网络变压器、第一滤波电路模块形成回路；且所述限流电路模块的阻抗值大于网络变压器可以检测到的阻抗值，并联接入后，检测同一待检测隔离开关量的状态互不受影响，使用特征信号脉冲可以与其他开关信号检测设备并接，相互不影响。

以上所述仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述集成电路元器件包括相互电性连接的网络变压器模块和待检测隔离开关模块，所述网络变压器模块包括初级网络变压器、次级网络变压器和信号放大器模块；

所述初级网络变压器的第二输入管脚输入激励脉冲信号，所述待检测隔离开关模块的第一端与所述初级网络变压器的第四输出管脚连接，所述待检测隔离开关模块的第二端与所述次级网络变压器的第一输入管脚连接，所述初级网络变压器的第三输出管脚与所述次级网络变压器的第二输入管脚连接，所述次级网络变压器的第四输出管脚与所述信号放大器模块的输入端连接，所述信号放大器模块的输出端输出第一特征脉冲信号，实现小型化的元器件功能单元。

2.根据权利要求1所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述网络变压器模块还包括第一滤波电路模块，所述初级网络变压器和所述次级网络变压器之间通过所述第一滤波电路模块进行连接。

3.根据权利要求2所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述第一滤波电路模块包括至少一个第一电容和至少一个第四电阻，所述第一电容的第一端与所述初级网络变压器的第三输出管脚连接，所述第一电容的第二端与所述第四电阻的第二端和所述次级网络变压器的第二输入管脚连接，所述第四电阻的第一端与所述次级网络变压器的第一输入管脚连接。

4.根据权利要求3所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述集成电路元器件还包括MCU控制单元模块，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号至所述初级网络变压器的第二输入管脚。

5.根据权利要求4所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述集成电路元器件还包括第一阻抗匹配电路模块，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号经过所述第一阻抗匹配电路模块至所述初级网络变压器的第二输入管脚。

6.根据权利要求5所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述第一阻抗匹配电路模块包括至少一个第一电阻，所述MCU控制单元模块输出激励脉冲信号至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端与所述初级网络变压器的第二输入管脚连接。

7.根据权利要求1所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述信号放大器模块包括三极管，所述三极管的基极与所述次级网络变压器的第四输出管脚连接，所述三极管的集电极输出第一特征脉冲信号，所述三极管的发射极接地。

8.根据权利要求7所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述信号放大器模块包括至少一个第二电阻、至少一个第二电容和至少一个第三电阻，所述第二电阻的第一端与所述次级网络变压器模块的第四输出管脚连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容的第一端和所述三极管的基极连接，所述三极管的集电极通过所述第三电阻上拉连接，所述第二电容的第二端接地。

9.根据权利要求8所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述信号放大器模块还包括至少一个第三电容，所述第三电容的第一端与所述三极管的集电极连接，所述第三电容的第二端与所述三极管的发射极连接且接地。

10.根据权利要求1所述的基于网络变压器的隔离开关量检测集成电路元器件，其特征在于：所述初级网络变压器的第一输入管脚连接供电电压，所述次级网络变压器的第三输出管脚接地。