CN201004547Y - 易于配置的电源综合保护与监控模块 - Google Patents

Abstract

一种易于配置的电源综合保护与监控模块，它成为交流电源或直流电源综合保护与监控的核心。通过使用该模块并配以适当的***电路，便可提供电源的过电压保护与恢复、欠电压保护与恢复、瞬时过电流保护、稳态过电流保护、高温保护与恢复、低温保护与恢复、超频率保护与恢复、低频率保护与恢复、各种延时保护，各种参数值为多少以及是否需要该项保护或恢复，均可由用户通过计算机方便地查看或重新配置，能够通过网络实现远程控制或集中监控。

Description

易于配置的电源综合保护与监控模块

所属技术领域

本实用新型涉及交流或直流电源产品的保护，特别是交流电源的综合保护与监控，属于电子控制技术领域。

背景技术

目前使用较多的交流电源保护方式是相对独立的过欠压保护继电器、过电流保护继电器、温度保护继电器、时间继电器等，在电路的主回路中以串联的形式控制电源的输出，其监控技术也是采集不同的独立单元的数据进行独立控制，这种保护与监控***综合成本高、性能一般、体积较大，保护参数不容易更改。

目前也有不少针对电源保护与监控的技术方案，例如，专利94236177.6多功能三相电源保护器，是通过运算放大器及分立元器件来实现，电路元器件多，设定与调试复杂；专利02119351.7电源保护装置，依据断路控制信号切断交流电源供电，具有突波保护、漏电流保护与过电流保护的功能，保护功能较少；专利200410028099.2***电源监控装置，是通过各单元的感应电阻检测负载电流并经微控制器处理，确定电源损耗是否超出默认值，保护功能单一；专利200510123354.6电源保护装置及方法，需要分别设置与电源被保护参数对应的保护电路，使用多个电源保护装置通过逻辑电路控制电源的输出。

综述以上方案，存在以下不足：一是产品功能综合性不强；二是保护参数更改不方便；三是检测的参数不全面，并且不能对多种情况进行综合考虑。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种易于配置的电源综合保护与监控模块，它成为交流电源或直流电源综合保护与监控的核心。通过使用该模块并配以适当的***电路，便可提供电源的过电压保护与恢复、欠电压保护与恢复、瞬时过电流保护、稳态过电流保护、高温保护与恢复、低温保护与恢复、超频率保护与恢复、低频率保护与恢复、各种延时保护，各种参数值为多少以及是否需要该项保护或恢复，均可由用户通过计算机方便地查看或重新配置，能够通过网络实现远程控制或集中监控。

本实用新型的目的是这样实现的：易于配置的电源综合保护与监控模块，通过输入接口提供的信号由智能单元经过运算、比较，由输出接口提供综合保护或旁路输出控制，通过指示单元指示各种工作状态及故障状态，通过通讯接口实现参数的查看或重新配置以及对工作参数进行实时监测，其特征是包括以下硬件电路：

电源[1]：为模块提供直流工作电源；

智能单元[2]：内含程序存储器、非易失性可擦写存储器、AD转换电路及控制程序；

输入接口[3]：数字量或模拟量的输入通道，与智能单元[2]相连；

辅助电路[6]：用于提供上电复位信号及ADC基准电压信号，与智能单元[2]相连；

通讯接口[7]：用于与外部通讯，与智能单元[2]相连；

输出接口[8]：用于输出电源工作与保护的控制信号、旁路信号、告警信号，与智能单元[2]相连。

辅助电路[6]能够集成在智能单元[2]中。

本实用新型的工作原理：本实用新型是按照上述构思使用上述主要部件组合而成的。

利用高性能单片机作为智能单元，通过输入接口提供的电压、电流等模拟量信号或数字信号由智能单元经过转换、运算并与用户配置的需要保护的项目、参数进行比较、分析，由输出接口提供综合保护或旁路输出控制，通过指示单元指示各种工作状态及故障状态，通过通讯接口实现参数的查看或重新配置以及对工作参数进行实时监视，用户配置的参数存贮在非易失性可擦写数据存储器中。当某电压、电流或其它参数的实时测量值进入保护值范围时，单片机便与存储器中的该项目是否需要保护、是否需要延时保护等信息进行比较、分析，确定为给出保护信号时，单片机便通过输出接口执行电源的关闭操作，即不将外部提供的交流电或直流电接入电源产品，从而对电源产品实施保护；若此项保护属于需要旁路操作的保护项目，则此时单片机还将通过输出接口将电源的输入直接接至输出，执行旁路操作；若此项保护属于可恢复的保护项目，则此后单片机在检测到实时测量值进入恢复值范围内时，还会通过输出接口断开旁路操作并将外部提供的交流电或直流电接入电源产品，从而开启电源恢复正常工作。

单片机由辅助电路提供硬件复位等信号，通过编程接口进行编程，如果需要进一步扩展模块的功能，可通过功能扩展接口输入或输出数字量或模拟量信号，在软件的控制下实现模块功能的扩展。

通过输入接口提供的信号及智能单元的ADC电路，可以测量一些电压、电流等工作参数，通过温度传感器，可以测量模块的工作温度。这些工作参数与用户配置的相关的保护参数进行智能比较，然后通过输出接口给出工作信号、保护信号或旁路信号、告警信号。

通过通讯接口给单片机发送相应的指令，可以方便地读取或重新配置各种参数。通讯方式可以是直接与单片机相连的方式，也可以是通过有线网络或无线网络远程通讯方式。

本实用新型的优点及效果：

(1)将电源的综合保护的核心部分独立组成一个模块，并采用了高性能单片机通过软件控制，因此产品的综合性强，应用范围广，实际应用中可以使用一种功能或多种功能组合。

(2)各种功能或保护参数易于配置，可以由用户自己随时方便地配置。

(3)可以对电源的多种情况进行综合考虑。

(4)可以方便地进行远程监控、集中监控。

(5)由于采用非易失性可擦写存储器保存数据，配置的参数在断电后仍然不会丢失。

(6)具备完善的指示及告警功能。

(7)通过功能扩展接口，可以扩展显示或输入输出功能。

(8)以此模块为核心组成的电源保护***综合成本低、体积小、性能优。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理方框图。

图2是实施例的电路原理图。

具体实施方式

参看图1，智能单元[2]分别与输入接口[3]、功能扩展接口[4]、编程接口[5]、辅助电路[6]、通讯接口[7]、输出接口[8]、指示单元[9]构成电气连接，电源[1]为模块提供直流工作电压和电流，与相关的部分构成电气连接。智能单元在上述相关电路及软件的调度下，构成了易于配置的电源综合保护与监控模块。

参看图2，作为交流电和24V直流电双输入的交直流综合保护与监控模块，由程序控制当交流电正常时优先使用交流电。电源[1]由插座CZ1、集成稳压块U1、电容C1、C2、C3组成，与电路的其它部分构成电气连接，为模块的相关部分提供工作电源。从CZ1输入4～12V直流电压，经U1(型号为LD1117S33C)稳压后输出3.3V，为单片机及相关电路供电。

智能单元[2]由高速、高性能单片机U2构成，型号为C8051F310，其内部集成有振荡器、在***可编程的FLASH存储器、JTAG调试电路、温度传感器、多达21路的模数转换电路(ADC)、四个通用16位定时器/计数器、硬件SMBus(I2C兼容)、UART串口、PCA模块等，它是本模块的核心控制器件。

输入接口[3]提供交流输入电信号的采样，由插座CZ2及电容C6～C9组成，它们与单片机构成电气连接。CZ2外部接电压、电流、频率等模拟量的调理信号，通过单片机内部的ADC电路转换为数字量，以便通过通讯接口监视相关的数据，同时根据配置的保护值或恢复值等参数确定是否应给出保护信号或恢复信号，温度测量值来源于单片机内置的温度传感器。电容C6～C9用于抗干扰滤波。

功能扩展接口[4]提供24V直流输入电压及电流的采样与保护，并具有扩展通讯功能，由插座CZ3组成，与单片机构成电气连接。24V直流输入电压及电流的采样信号分别从CZ3的第3、4引脚输入，经单片机运算、分析、比较后，由CZ3的第5、6引脚分别输出24V直流输入的保护信号及24V电源故障告警信号，在单片机软件的调度下，交流电正常时，优先使用交流电，此时单片机控制24V电源不被接入。单片机通过CZ3的7、8引脚与外部通讯，将相关数据输出到LCD或LED显示，或进行其它的输入输出操作。

编程接口[5]由插座CZ4、电阻R3组成，与单片机构成电气连接。单片机通过此接口进行仿真、编程操作，如果通过独立的设备对智能单元[2]编程，则此接口可以省略。

辅助电路[6]由电阻R1、R2、电容C4、C5、稳压二极管D1组成，与单片机构成电气连接。R2、C4组成开机复位电路，R1、D1、C5组成稳压电路，为单片机ADC提供电压基准。

通讯接口[7]由插座CZ5组成，与单片机构成电气连接。CZ5的第2、3引脚分别为数据接收引脚和数据发送引脚，第1、4引脚为通讯用电源。单片机通过此接口与计算机串口或SMS/GPRS模块连接，以便通过计算机直接监控或无线远程监控。

输出接口[8]由插座CZ6组成，与单片机构成电气连接。单片机通过此接口引脚1输出正常工作及执行保护动作的外部功率继电器或无触点开关控制信号，引脚2输出旁路信号，引脚3输出蜂鸣器告警信号。

指示单元[9]由发光二极管D2～D12以及与其串联的电阻R4～14组成，与单片机构成电气连接。D2为旁路工作指示；D3为正常工作指示，正常工作时外部功率继电器或无触点开关闭合；D4为故障指示，检测到任何故障时此指示灯均会点亮；D5为过压保护指示；D6为欠压保护指示；D7为瞬时过电流保护指示；D8为稳态过电流保护指示；D9为超频率保护指示；D10为频率低保护指示；D11为高温保护指示；D12为低温保护指示。

Claims (2)

1、易于配置的电源综合保护与监控模块，通过输入接口提供的信号由智能单元经过运算、比较，由输出接口提供综合保护或旁路输出控制，通过指示单元指示各种工作状态及故障状态，通过通讯接口实现参数的查看或重新配置以及对工作参数进行实时监测，其特征是包括以下硬件电路：

电源[1]：为模块提供直流工作电源；

智能单元[2]：内含程序存储器、可擦写数据存储器、AD转换电路及控制程序；

输入接口[3]：数字量或模拟量的输入通道，与智能单元[2]相连；

辅助电路[6]：用于提供上电复位信号及ADC基准电压信号，与智能单元[2]相连；

通讯接口[7]：用于与外部通讯，与智能单元[2]相连；

输出接口[8]：用于输出电源工作与保护的控制信号、旁路信号、告警信号，与智能单元[2]相连。

2、根据权利要求1所述的易于配置的电源综合保护与监控模块，其特征是辅助电路[6]能够集成在智能单元[2]中。

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