一种交流窜入直流监测电路及装置的制作方法

1.本发明涉及电流监测技术领域，特别是涉及一种交流窜入直流监测电路及装置。


背景技术：

2.发电厂的动力和电源系统包括交流系统和直流系统。直流系统是继电保护自动装置、信号装置和应急照明稳定的电源，是发电厂安全可靠运行的保障。由于发电厂直流系统设备负载众多，分支网络复杂，电缆较长，在实际运行中，容易出现交流窜入直流故障。交流窜入直流系统后，由于窜入的交流电压幅值高、功率大，通常会引起保护装置误动甚至烧坏微机保护装置，因此对于发电厂交流窜入直流的监测就显得格外重要。
3.现有技术中为了实现发电厂交流窜入直流的监测，一般是采用固定的监测报警装置，利用交流系统或直流系统为监测装置提供电源，利用隔直电容和隔离变压器及整流电路提取被监测直流系统中的交流成分，进而利用单片机或者数字信号处理器对直流系统中的交流成分进行分析。
4.现有技术中的检测报警装置需要直流系统或者交流系统提供电源，利用直流系统供电的监测装置在直流系统出现故障时无法提供准确的预警，利用交流系统供电的监测装置存在体积较大成本高的问题，并且监测装置不便于巡检人员随身携带。同时利用隔直电容检测法无法对直流系统进行分析监测，具有很大的局限性。
5.因此，如何提供一种利用简单电路，提高监测的稳定性，不依赖于外部直流系统或交流系统的供电电源，便于巡检人员进行监控的交流窜入直流监测电路，是本领域技术人员有待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种交流窜入直流监测电路，用以解决现有技术中交流窜入直流的监测装置体积较大，不便于巡检人员携带，以及需要依赖外部直流系统或交流系统的供电电源，导致监测效果局限的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供了一种交流窜入直流监测电路，包括电源单元、隔离电压采集单元、dsp单元和显示报警单元，所述电源单元分别连接所述隔离电压采集单元、所述dsp单元和所述显示报警单元，所述dsp单元分别连接所述隔离电压采集单元和所述显示报警单元，其中，
8.所述电源单元，用于将电池电压转换为控制电源，所述控制电源包括 3.3v数字电源、 3.3va模拟电源、vbias偏置电源和 3.3v＿iso隔离电源；
9.所述隔离电压采集单元，用于采集直流母线正极对大地的电压以及直流母线负极对大地的电压，将所述采集的直流母线正极对大地的电压和所述采集的直流母线负极对大地的电压分别转换为单端信号发送至所述dsp单元；
10.所述dsp单元，用于将接收的所述单端信号进行模数转换并对所述显示报警单元进行控制；
11.所述显示报警单元，用于显示所述dsp单元进行模数转换后的所述单端信号，并控制所述显示报警单元进行报警。
12.本发明还提供一种交流窜入直流监测装置，包括如上所述的交流窜入直流监测电路。
13.与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
14.本发明公开了一种交流窜入直流监测电路及装置，包括电源单元、隔离电压采集单元、dsp单元和显示报警单元，所述电源单元分别连接所述隔离电压采集单元、所述dsp单元和所述显示报警单元，所述dsp单元分别连接所述隔离电压采集单元和所述显示报警单元，其中，所述电源单元，用于将电池电压转换为控制电源，所述控制电源包括 3.3v数字电源、 3.3va模拟电源、vbias偏置电源和 3.3v＿iso隔离电源；所述隔离电压采集单元，用于采集直流母线正极对大地的电压以及直流母线负极对大地的电压，将所述采集的直流母线正极对大地的电压和所述采集的直流母线负极对大地的电压分别转换为单端信号发送至所述dsp单元；所述dsp单元，用于将接收的所述单端信号进行模数转换并对所述显示报警单元进行控制；所述显示报警单元，用于显示所述dsp单元进行模数转换后的所述单端信号，并控制所述显示报警单元进行报警，可以不依赖外部直流系统或交流系统的供电电源，提高监测的稳定性，减小监测装置体积，便于巡检人员携带。
附图说明
15.图1示出了本发明实施例提出的一种交流窜入直流监测电路的结构示意图；
16.图2示出了本发明实施例中电源单元电路的结构示意图；
17.图3示出了本发明实施例中dsp单元、连接器j4相关接口电路的结构示意图；
18.图4示出了本发明实施例中隔离电压采集单元电路的结构示意图；
19.图5示出了本发明实施例中显示报警单元的显示单元、报警单元相关接口电路的结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.本技术实施例提供一种交流窜入直流监测电路，如图1所示，所述电路包括电源单元100、隔离电压采集单元200、dsp单元300和显示报警单元400，所述电源单元100分别连接所述隔离电压采集单元200、所述dsp单元300和所述显示报警单元400，所述dsp单元300分别连接所述隔离电压采集单元200和所述显示报警单元400。
22.其中，所述电源单元100，用于将电池电压转换为控制电源，所述控制电源包括 3.3v数字电源、 3.3va模拟电源、vbias偏置电源和 3.3v＿iso隔离电源；
23.为了保证隔离电压采集单元200、dsp单元300和显示报警单元400的用电，电源单元100将电池电压转换为控制电源，控制电源包括 3.3v数字电源、 3.3va模拟电源、vbias偏置电源和 3.3v＿iso隔离电源。
24.所述隔离电压采集单元200，用于采集直流母线正极对大地的电压以及直流母线负极对大地的电压，将所述采集的直流母线正极对大地的电压和所述采集的直流母线负极对大地的电压分别转换为单端信号发送至所述dsp单元300；
25.为了保证电压的采集与信号转换，隔离电压采集单元200分别采集直流母线正极/负极对大地的电压，并将采集的电压转换为单端信号发送至dsp单元300。
26.所述dsp单元300，用于将接收的所述单端信号进行模数转换并对所述显示报警单元400进行控制；
27.所述显示报警单元400，用于显示所述dsp单元300进行模数转换后的所述单端信号，并控制所述显示报警单元400进行报警。
28.为了保证电池电压到控制电源的转换，在本技术一些实施例中，所述电源单元100包括：
29.第一转换单元，用于将电池电压转换为 3.3v数字电源；
30.第二转换单元，用于将 3.3v数字电源转换为 3.3va模拟电源；
31.第三转换单元，用于将 3.3v数字电源转换为 3.3v＿iso隔离电源；
32.第四转换单元，用于将 3.3v数字电源转换为vbias偏置电源。
33.为了保证电池电压到各控制电源的转换，在本技术一些实施例中，如图2所示，所述第一转换单元包括电池bt、开关s1、电容c1、电容c2、电容c3和ldo电源芯片u1，其中，
34.电池bt的正极连接开关s1的一端，开关s1的另一端与电容c1的一端共接于ldo电源芯片u1的in引脚，电容c2的一端和电容c3的一端共接与于ldo电源芯片u1的out引脚，电池bt的负极、电容c1的另一端、ldo电源芯片u1的gnd引脚、电容c2的另一端和电容c3的另一端连接gnd接地端，从而实现电池电压到 3.3v数字电源的转换；
35.所述第二转换单元包括磁珠l1，磁珠l1的一端连接 3.3v数字电源，用于将 3.3v数字电源转换为 3.3va模拟电源；
36.所述第三转换单元包括电容c5、电容c6和隔离电源模块u3，其中，
37.隔离电源模块u3的vin引脚与电容c5的一端共接 3.3v数字电源，隔离电源模块u3的gndnc引脚与电容c5的另一端连接gnd接地端，隔离电源模块u3的 vo引脚与电容c6的一端共接 3.3v＿iso隔离电源，隔离电源模块u3的ov引脚与电容c6的另一端共接pe接地端，从而实现 3.3v数字电源到 3.3v＿iso隔离电源的转换；
38.所述第四转换单元包括电容c4、电阻r1、电阻r2、电阻r3和三端稳压器u2，其中，
39.三端稳压器u2的第一端、电阻r1的一端、电阻r2的一端、电容c4的一端共接vbias偏置电源，电阻r1的另一端连接 3.3v数字电源，电阻r2的另一端与电阻r3的一端共接于三端稳压器u2的第二端，三端稳压器u2的第三端、电阻r3的另一端和电容c4的另一端连接gnd接地端，从而实现 3.3v数字电源到vbias偏置电源的转换。
40.为了保证dsp单元300将接收隔离电压采集单元200发送的电压单端信号进行模数转换以及对显示报警单元400的控制，在本技术一些实施例中，如图3、图4和图5所示，所述dsp单元包括数字信号处理器u8、晶振y1、电容c13、电容c15、电容c16、电容c24、电容c25和电阻r12，其中，
41.数字信号处理器u8的vdd引脚接 3.3v数字电源，数字信号处理器u8的vss引脚连接gnd接地端，数字信号处理器u8的vdda引脚和varef引脚共接 3.3va模拟电源，数字信号
处理器u8的vssa引脚、电容c15的一端和晶振y1的一端共接gnd接地端，电容c15的一端与晶振y1的一端共接于数字信号处理器u8的x1引脚，电容c15的另一端连接gnd接地端，电容c16的一端与晶振y1的另一端共接于数字信号处理器u8的x2引脚，电容c16的另一端连接gnd接地端，从而实现时钟电路的组成。
42.电阻r12的一端接 3.3v数字电源，电阻r12的另一端与电容c13的一端共接于数字信号处理器u8的rstn引脚，电容c13的另一端连接gnd接地端，从而实现上电复位电路的组成。
43.数字信号处理器u8的adc1引脚和adc2引脚分别连接隔离电压采集单元，从而实现电压单端信号的接收。
44.数字信号处理器u8的csn/sclk/simo/somi/gpio1/gpio2/gpio3/gpio4引脚连接显示报警单元，数字信号处理器u8的gpio0引脚连接显示报警单元的报警电路，电容c24的一端连接 3.3v数字电源，电容c24的另一端连接gnd接地端，电容c25的一端连接 3.3va模拟电源，电容c25的另一端连接gnd接地端，从而实现对模数转换后的电压单端信号进行显示和控制显示报警单元400进行报警。
45.在本实施例中，晶振y1、电容c15/c16组成时钟电路，电阻r12和电容c13组成上电复位电路，电容c24/c25为电源去耦电容。
46.为了可靠的进行采集电压的模数转换，在本技术一些实施例中，如图3所示，所述dsp单元300还包括：
47.连接器j4，连接器j4包括电阻r27，其中，
48.连接器j4的1引脚连接数字信号处理器u8的tms引脚，连接器j4的2引脚与电阻r27的一端共接于数字信号处理器u8的trstn引脚，连接器j4的3引脚连接数字信号处理器u8的tdi引脚，连接器j4的4引脚、8引脚、10引脚、12引脚和电阻r27的另一端共接gnd接地端，连接器j4的5引脚连接 3.3v数字电源，连接器j4的7引脚连接数字信号处理器u8的tdo引脚，连接器j4的9引脚和11引脚共接于数字信号处理器u8的tck引脚。
49.在本实施例中，连接器j4为jtag调试接口。
50.为了保证采集直流母线正极/负极对大地的电压，并将采集的电压转换为单端信号，所述隔离电压采集单元200包括：
51.第一采集单元，用于采集直流母线正极对大地的电压并将采集到的电压转换为单端信号；
52.第二采集单元，用于采集直流母线负极对大地的电压并将采集到的电压转换为单端信号；
53.接地单元，用于连接pe接地端。
54.为了保证采集直流母线正极/负极对大地的电压，并将采集的电压转换为单端信号，在本技术一些实施例中，如图3和图4所示，所述第一采集单元，包括直流母线正极对大地的插拔式接线端子连接器x1、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r13、电阻r14、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c14、第一隔离放大器u4和第一运算放大器u5，其中，
55.连接器x1的一端连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端、电阻r10的一端、电阻r7的一端和电容c11的一端共接于第一隔离放大器u4的
vinp引脚，电阻r10的另一端与电阻r13的一端共接连接器x2，电阻r13的另一端与电容c11的另一端共接于第一隔离放大器u4的vinn引脚和gnd1引脚，从而实现直流母线正极对大地电压分压取样。
56.电容c8的一端连接连接器x2的一端，电容c8的另一端与第一隔离放大器u4的vdd1引脚共接 3.3v＿iso隔离电源，第一隔离放大器u4的vdd2引脚与电容c9的一端共接 3.3va模拟电源，电容c9的另一端连接gnd接地端，第一隔离放大器u4的voutp引脚连接电阻r8的一端，电阻r8的另一端、电阻r5的一端、电容c7的一端共接vbias偏置电源，电阻r8的另一端、电阻r5的另一端和电容c7的另一端共接于第一运算放大器u5的正极，第一运算放大器u5的v 极与电容c10的一端共接 3.3va模拟电源，电容c10的另一端连接gnd接地端，第一隔离放大器u4的voutn引脚连接电阻r11的一端，电阻r11的另一端、电阻r14的一端和电容c14的一端共接于第一运算放大器u5的负极，第一运算放大器u5的v－极连接gnd接地端，第一运算放大器u5的一端、电阻r14的另一端和电容c14的另一端共接于电阻r9的一端，从而实现叠加偏置的差分放大电路，将差分信号调理成单端信号。
57.电阻r9的另一端与电容c12的一端共接于dsp单元的adc1引脚，电容c12的另一端连接gnd接地端，从而实现将单端信号送至dsp单元300。
58.在本实施例中，电阻r4/r6/r10将直流母线正极对地电压分压取样，经过电阻r7/r13和电容c11滤波后送至第一隔离放大器u4，电容c8/c9分别为第一隔离放大器u4两侧的电源去耦电容，电阻r8/r5/r11/r14、电容c7/c14和偏置电压vbias、第一运算放大器u5组成叠加偏置的差分放大电路，将差分信号调理成单端信号，再经过电阻r9和电容c12的低通滤波器后送至dsp的模数转换引脚adc1。
59.所述第二采集单元，包括直流母线负极对大地的插拔式接线端子连接器x3、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r25、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、第二隔离放大器u6和第二运算放大器u7，其中，
60.连接器x3的一端连接电阻r15的一端，电阻r15的另一端连接电阻17的一端，电阻17的另一端、电阻r21的一端、电阻r18的一端和电容c21的一端共接于第二隔离放大器u6的vinp引脚，电阻r21的另一端与电阻r23的一端共接连接器x3，电阻r23的另一端与电容c21的另一端共接于第二隔离放大器u6的vinn引脚和gnd1引脚，从而实现直流母线负极对大地电压分压取样。
61.电容c18的一端连接连接器x2的一端，电容c18的另一端与第二隔离放大器u6的vdd1引脚共接 3.3v＿iso隔离电源，第二隔离放大器u6的vdd2引脚与电容c19的一端共接 3.3va模拟电源，电容c19的另一端连接gnd接地端，第二隔离放大器u6的voutp引脚连接电阻r19的一端，电阻r19的另一端、电阻r16的一端和电容c17的一端共接vbias偏置电源，电阻r19的另一端、电阻r16的另一端和电容c17的另一端共接于第二运算放大器u7的正极，第二运算放大器u7的v 极与电容c20的一端共接 3.3va模拟电源，电容c20的另一端连接gnd接地端，第二隔离放大器u6的voutn引脚连接电阻r22的一端，电阻r22的另一端、电阻r25的一端和电容c23的一端共接于第二运算放大器u7的负极，第二运算放大器u7的v－极连接gnd接地端，第二运算放大器u7的一端、电阻r25的另一端和电容c23的另一端共接于电阻r20的一端，从而实现叠加偏置的差分放大电路，将差分信号调理成单端信号。
62.电阻r20的另一端与电容c22的一端共接于dsp单元的adc2引脚，电容c22的另一端连接gnd接地端，从而实现将单端信号送至dsp单元300。
63.在本实施例中，电阻r15/r17/r21将直流母线负极对地电压分压取样，经过电阻r18/r23和电容c21滤波后送至第二隔离放大器u6，电容c18/c19分别为第二隔离放大器u6两侧的电源去耦电容，电阻r19/r16/r22/r25、电容c17/c23和偏置电压vbias、第二运算放大器u7组成叠加偏置的差分放大电路，将差分信号调理成单端信号，再经过电阻r20和电容c22的低通滤波器后送至dsp的模数转换引脚adc2。
64.接地单元，包括插拔式接线端子连接器x2，用于连接pe接地端。
65.为了保证显示单元400显示dsp单元300模数转换后的单端信号以及控制报警，所述显示报警单元400包括：
66.显示单元，用于显示直流母线正极对大地以及直流母线负极对大地的电压波形、故障代码、日期及电池电量；
67.报警单元，用于当存在故障时进行报警。
68.为了保证显示单元400显示dsp单元300模数转换后的单端信号以及控制报警，在本技术一些实施例中，如图4和图5所示，所述显示单元包括显示屏u9和电容c26，其中，
69.显示屏u9的csn/sclk/si/so/io1/io2/io3/io4引脚分别连接所述dsp单元的数字信号处理器u8的csn/sclk/simo/somi/gpio1/gpio2/gpio3/gpio4引脚，电容c26的一端与显示屏u9的一端共接 3.3v数字电源，电容c26的另一端与显示屏u9的另一端共接gnd接地端，从而实现显示直流母线正极对大地以及直流母线负极对大地的电压波形、故障代码、日期及电池电量。
70.所述报警单元包括电阻r24、电阻r26、三极管q1、续流二极管d1和蜂鸣器ls1，其中，
71.电阻r24的一端连接dsp单元的数字信号处理器u8的gp100引脚，电阻r24的另一端与电阻r26的一端共接于三极管q1的第一端，电阻r26的另一端连接gnd接地端，三极管q1的第二端连接gnd接地端，三极管q1的第三端与续流二极管d1的一端共接于蜂鸣器ls1的一端，续流二极管d1的另一端与蜂鸣器ls1的另一端连接 3.3v数字电源，从而实现当存在故障时，控制显示报警单元400进行报警。
72.在本实施例中，电容c26为显示屏u9的电源去耦电容，电阻r24/r26、三极管q1、续流二极管d1和蜂鸣器ls1组成报警电路。
73.本发明还提供了一种交流窜入直流的监测装置，该装置应用上述的交流窜入直流监测电路。
74.通过应用以上技术方案，交流窜入直流监测电路及装置，包括电源单元、隔离电压采集单元、dsp单元和显示报警单元，所述电源单元分别连接所述隔离电压采集单元、所述dsp单元和所述显示报警单元，所述dsp单元分别连接所述隔离电压采集单元和所述显示报警单元，其中，所述电源单元，用于将电池电压转换为控制电源，所述控制电源包括 3.3v数字电源、 3.3va模拟电源、vbias偏置电源和 3.3v＿iso隔离电源；所述隔离电压采集单元，用于采集直流母线正极对大地的电压以及直流母线负极对大地的电压，将所述采集的直流母线正极对大地的电压和所述采集的直流母线负极对大地的电压分别转换为单端信号发送至所述dsp单元；所述dsp单元，用于将接收的所述单端信号进行模数转换并对所述显示
报警单元进行控制；所述显示报警单元，用于显示所述dsp单元进行模数转换后的所述单端信号，并控制所述显示报警单元进行报警，可以不依赖外部直流系统或交流系统的供电电源，提高监测的稳定性，减小监测装置体积，便于巡检人员携带。
75.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。