一种台区拓扑识别特征电流注入电路的制作方法

1.本实用新型涉及电网拓扑识别技术领域，具体涉及一种台区拓扑识别特征电流注入电路。


背景技术：

2.近年来，随着用电负荷的不断增加以及用户对电能质量要求的不断提高，电网公司更加迫切的需要了解台区配电网的电力连接情况，即台区配网的电力网络结构拓扑图。由于采用人工识别的拓扑识别方法不仅准确度低，且费时费力，为了获得更为准确可靠的台区配网电力网络拓扑结构图，越来越多的台区采用自动配网拓扑识别技术。
3.目前主流方案为采用基于特征电流注入方法来进行台区拓扑识别。注入信号电路中的微电流发送电路需要一个高压直流电源，通常由交流电整流获得，而信号驱动电路需要一个电压为12v左右、供电能力达到3ma以上的电源。传统电路中，由于电源电路和注入信号电路不在同一印制板上，或者由于电源电路中保护器件的限流作用无法提供高压直流电源，使得两套电源为独立式设计，两套电源电路需要分别设计整流电路，导致电路结构复杂，且独立设计的12v电源会增加整机空载功耗，通常此电源的空载功耗在0.6va以上。


技术实现要素：

4.本实用新型提出了一种台区拓扑识别特征电流注入电路，其目的是：改进特征电流注入电路的电源电路，解决传统电路中存在的电路结构复杂和空载功耗大的问题。
5.本实用新型技术方案如下：
6.一种台区拓扑识别特征电流注入电路，包括电源电路和注入信号电路，所述电源电路包括整流电路、保护电路和开关电源电路，所述整流电路的输入端与交流电源输入端相连接，整流电路的输出端作为电源电路的第一输出端vb ；整流电路的输出端依次通过所述保护电路和开关电源电路与所述电源电路的第二输出端vcc相连接。
7.所述注入信号电路包括顺次连接的隔离电路、信号驱动电路和微电流发送电路，电源电路的第一输出端vb 用于为所述微电流发送电路供电，电源电路的第二输出端vcc用于为所述隔离电路和信号驱动电路供电。
8.所述保护电路包括三端复合式热敏保护器rt2和止逆二极管v11，三端复合式热敏保护器rt2的第一接线端与所述电源电路的第一输出端vb 相连接，三端复合式热敏保护器rt2的第三接线端与接地端sgnd相连接，三端复合式热敏保护器rt2的第二接线端与所述止逆二极管v11的阳极相连接，止逆二极管v11的阴极通过电解电容c39与接地端sgnd相连接。
9.进一步地，所述整流电路的输入端的两个接线端子之间连接有压敏电阻rv2。
10.进一步地，所述开关电源电路包括变压器t1和电源控制芯片d3，变压器t1的初级线圈与保护电路的输出端相连接，变压器t1的初级线圈还与所述电源控制芯片d3相连接，用于触发电源控制芯片d3工作，变压器t1的次级线圈通过滤波电路与所述电源电路的第二输出端vcc相连接，电源电路的第二输出端vcc通过反馈电路与电源控制芯片d3的反馈端相
连接，用于使电源控制芯片d3根据反馈电压与采样电压的大小控制占空比。
11.进一步地，所述信号驱动电路包括第一三极管v6和第二三极管v8，第一三极管v6的基极通过电阻r8与所述信号驱动电路的输入端相连接，第一三极管v6的集电极与所述电源电路的第二输出端vcc相连接，第一三极管v6的集电极还通过电容c1与接地端sgnd相连接，第一三极管v6的发射极与第二三极管v8的发射极相连接，第二三极管v8的基极与所述信号驱动电路的输入端相连接，第二三极管v8的集电极与接地端sgnd相连接，第二三极管v8的基极与集电极之间连接有电阻r13；
12.第二三极管v8的发射极通过串联的二极管v9和电阻r7与所述信号驱动电路的输出端相连接，二极管v9的电流导通方向为电阻r7指向第二三极管v8的发射极，第二三极管v8的发射极还通过电阻r12与信号驱动电路的输出端相连接。
13.进一步地，所述微电流发送电路包括电阻r15、稳压二极管v10和mos管v5，电阻r15与稳压二极管v10并联后一端与所述微电流发送电路的输入端相连接，电阻r15与稳压二极管v10的另一并联端与接地端sgnd相连接，稳压二极管v10的电流导通方向为接地端sgnd指向所述微电流发送电路的输入端；所述mos管v5的门极与微电流发送电路的输入端相连接，mos管v5的漏极通过分压电阻与电源电路的第一输出端vb 相连接，mos管v5的源极通过电阻r17与接地端sgnd相连接。
14.相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
15.（1）通过保护电路的保护作用，使得经整流电路整流后输出的电压vb 用于后级输出12v电源的同时可以作为高压直流电源为微电流发送电路供电，打破了传统技术方案中的独立式电源设计，省去了一套整流电路，降低了外围电路复杂度，节省了器件，缩小了占用空间，降低了成本，且有效避免了独立式电源设计存在的空载功耗大的问题；
16.（2）信号驱动电路中的推挽电路和快关慢开设计，避免了mos管因瞬间开关引起的震荡，同时降低了mos管的开关损耗；
17.（3）微电流发送电路中的稳压二极管设计实现了电路的限流保护。
附图说明
18.图1为电源电路的结构示意图；
19.图2为整流电路及保护电路的结构示意图；
20.图3为开关电源电路的结构示意图；
21.图4为注入信号电路的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：
23.如图1，一种台区拓扑识别特征电流注入电路，包括电源电路和注入信号电路，所述电源电路包括整流电路1-1、保护电路1-2和开关电源电路1-3，所述整流电路1-1的输入端与交流电源输入端ua_in、un_in相连接，整流电路1-1的输出端作为电源电路的第一输出端vb ；整流电路1-1的输出端依次通过所述保护电路1-2和开关电源电路1-3与所述电源电路的第二输出端vcc相连接。
24.具体地，如图2，所述整流电路1-1的输入端的两个接线端子之间连接有压敏电阻
rv2，所述压敏电阻rv2用于浪涌保护。压敏电阻rv2的型号为s14k510。
25.所述保护电路1-2包括三端复合式热敏保护器rt2和止逆二极管v11，三端复合式热敏保护器rt2的第一接线端与所述电源电路的第一输出端vb 相连接，三端复合式热敏保护器rt2的第三接线端与接地端sgnd相连接，三端复合式热敏保护器rt2的第二接线端与所述止逆二极管v11的阳极相连接，止逆二极管v11的阴极通过电解电容c39与接地端sgnd相连接。三端复合式热敏保护器rt2的型号为mz11-06e151-251rm/10d391，止逆二极管v11的型号为em520ag，电解电容c39的规格为450v/10uf。
26.如图3，所述开关电源电路1-3包括变压器t1和电源控制芯片d3，变压器t1的第一初级线圈（5脚和7脚）与保护电路1-2的输出端相连接，变压器t1的第二初级线圈（8脚和9脚）经二极管v28整流和电阻r30限流后与所述电源控制芯片d3的电源端vdd相连接，电源控制芯片d3的开关输出端sw与变压器t1的第一初级线圈（5脚和7脚）相连接，5脚和7脚之间并联有电阻r20、电阻r6、电容c18和二极管v7组成的emi吸收电路1-3-1；变压器t1的次级线圈（1脚和3脚）通过滤波电路1-3-2与所述电源电路的第二输出端vcc相连接，输出12v直流电源；电源电路的第二输出端vcc通过反馈电路1-3-3与电源控制芯片d3的反馈端comp相连接，电源控制芯片d3的采集端cs通过限流电阻r3与接地端sgnd相连接，电源控制芯片d3根据反馈电压与采样电压的大小控制占空比。电源控制芯片d3的型号为8235t。
27.所述电源电路接入单相交流电后，首先通过压敏电阻rv2进行浪涌保护，再通过二极管v1、v2、v3、v4组成的全波整流电路1-1进行整流，得到直流电压vb ，vb 为后级开关电源提供直流电压的同时也作为所述微电流注入电路的高压直流电源。vb 连接保护电路1-2后作为开关电源的初级电源，三端复合式热敏保护器rt2对后级开关电源电路1-3起到过压、过流、短路保护作用。由于特征电流发送时会瞬间拉低vb 电压，止逆二极管v11可防止电流倒灌造成电容c39上的电压跌落，从而防止影响开关电源电路1-3工作，同时有效保证特征电流注入电力线。
28.如图4，所述注入信号电路包括顺次连接的隔离电路2-1、信号驱动电路2-2和微电流发送电路2-3，电源电路的第一输出端vb 为所述微电流发送电路2-3供电，电源电路的第二输出端vcc为所述隔离电路2-1和信号驱动电路2-2供电。电路工作过程中，cpu芯片发出控制信号，通过光耦隔离后驱动mos管，产生特征电流信号并馈送到电力线。
29.具体地，所述隔离电路2-1包括光耦e2，光耦e2的输入端正极与信号发生端tp_pwm相连接，光耦e2的输入端负极通过电阻r11接地，光耦e2的输入端正极与输入端负极之间连接有电阻r9，光耦e2的输出端集电极与所述电源电路的第二输出端vcc相连接，光耦e2的输出端发射极与所述隔离电路2-1的输出端相连接。光耦e2的型号为el816。
30.所述信号驱动电路2-2包括第一三极管v6和第二三极管v8，第一三极管v6的基极通过电阻r8与所述信号驱动电路2-2的输入端相连接，第一三极管v6的集电极与所述电源电路的第二输出端vcc相连接，第一三极管v6的集电极还通过电容c1与接地端sgnd相连接，第一三极管v6的发射极与第二三极管v8的发射极相连接，第二三极管v8的基极与所述信号驱动电路2-2的输入端相连接，第二三极管v8的集电极与接地端sgnd相连接，第二三极管v8的基极与集电极之间连接有电阻r13。第二三极管v8的发射极通过串联的二极管v9和电阻r7与所述信号驱动电路2-2的输出端相连接，二极管v9的电流导通方向为电阻r7指向第二三极管v8的发射极，第二三极管v8的发射极还通过电阻r12与信号驱动电路2-2的输出端相
连接。第一三极管v6的型号为l2sc1623rlt1g，第二三极管v8的型号为l2sa812rlt1g，二极管v9的型号为1n4148w。
31.电阻r8、电阻r13、第一三极管v6和第二三极管v8构成推挽电路，保证mos管驱动门极可靠，并有足够的驱动能力，且拉高和拉低时的驱动能力是不同的。
32.电阻r7的阻值为5.1欧姆，电阻r12的阻值为51欧姆。二极管v9、电阻r7和电阻r12使得高电平时驱动mos管打开的串接电阻为51欧姆，低电平驱动mos管关断的串接电阻为5.1欧姆，由于mos管门极分布电容的存在，实现了快关慢开，在避免mos管因瞬间开关引起震荡的同时降低了mos管开关损耗。
33.所述微电流发送电路2-3包括电阻r15、稳压二极管v10和mos管v5，电阻r15与稳压二极管v10并联后一端与所述微电流发送电路2-3的输入端相连接，电阻r15与稳压二极管v10的另一并联端与接地端sgnd相连接，稳压二极管v10的电流导通方向为接地端sgnd指向所述微电流发送电路2-3的输入端；所述mos管v5的门极与微电流发送电路2-3的输入端相连接，mos管v5的漏极通过分压电阻与电源电路的第一输出端vb 相连接，mos管v5的源极通过电阻r17与接地端sgnd相连接。稳压二极管v10的型号为lbzt52c15t1g，mos管v5的型号为bl3n150。
34.电阻r15和稳压二极管v10构成mos管的门极保护电路1-2，防止电流过大时烧坏电路或者mos管。具体地，设计电压vcc为12v，mos管的v
gs
导通电压最大为5v，理论上当电路平衡时电阻r17上的压降为12-5=7v，则电阻r17上的电流为7
÷
24=292ma。当电阻r17上电流增大时，电压增大，v
gs
减小，mos管上的v
ds
压降增大，降低发送电流；反之当电阻r17上电流减小时，电压降低，v
gs
增大，从而mos管上的v
ds
压降减小，增大发送电流，从而实现恒流发送。稳压二极管v10的电压值为15v，可以保证电阻r17上电压和v
gs
之和小于15v，从而实现限流保护。
35.分压电阻r4、r5、r16采用r1225封装宽体2w/3w贴片电阻、三个电阻串联方式，节省了硬件成本和电路空间。传统的线绕电阻尺寸大，价格高，封装为rx21封装，即使整形立焊，所需空间也很大，而插件功率电路封装为to220封装，不仅尺寸大，价格也高，使用贴片r1225封装电阻大大降低了电路成本。