CN204807637U - 用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，包括：两个直流电流传感器，其分别检测两个直流电源输出的电流并转换成电压信号；一个仪表放大器，其计算分别来自所述直流电流传感器的电压信号并输出差分电压信号；一个电压比较器模块，其将来自所述仪表放大器的差分电压信号与预定的窗口电压宽度进行比较；一个功率场效应管；和一个继电器；其中，在差分电压信号超出预定的窗口电压宽度的情况下，所述电压比较器模块触发所述功率场效应管来释放所述继电器，从而产生报警信号。本实用新型的监视报警装置可以对流经两个冗余二极管的电流进行实时比较，并在发生故障的情况下报警。

Description

用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置

技术领域

本实用新型涉及用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，尤其是在分散型控制***中用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置。

背景技术

分散型控制***(即DCS，英文全称DistributedControlSystem,)是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机***，其中控制***的直流电源既需要向控制***的控制器供电，又需要向现场大量的传感器分配访问电压或工作电压。发电厂一般使用双路冗余直流电源供电，以确保分散型控制***的稳定可靠运行，即所谓冗余供电的设计。如果其中一路直流电源发生故障，另外一路直流电源可以无扰地代替，使得分散型控制***的用电设备不会掉电，进而避免引起发电机组跳机。实现这种冗余电源无扰切换的电路一般采用两个二极管共阴极连接的方式：两个二极管的阳极分别连接两个直流电源的正极，而两个二极管的阴极并联后送入分散型控制***的用电设备的正端，两个直流电源的负极并联后送入分散型控制***的用电设备的负端。在正常情况下，上述两个二极管将分别承担约50％的负载电流。如果两个直流电源中的一个出现问题，由于二极管的单向导电特性以及二极管PN节等效电阻的非线性特性，流过两个二极管的电流将不再平衡。目前的这种设计，二极管能够在对应的直流电源出现故障的情况下将其断开，但只有在其中一路直流电源完全掉电的情况下才会发出报警信号。如果只是二极管出现故障或只是电流不平衡，则不会发出警报。这可能会致使分散型控制***在单路直流电源下运行太久，而未即时修复出现故障的另一路直流电源中的二极管，从而带来安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其可以对流经两个冗余二极管的电流进行实时比较，并在发生故障的情况下报警，从而提高双路冗余直流供电回路的可靠性和可维护性。本实用新型的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，包括：两个直流电流传感器，其分别检测两个直流电源输出的电流并转换成电压信号；一个仪表放大器，其计算分别来自所述直流电流传感器的电压信号并输出差分电压信号；一个电压比较器模块，其将来自所述仪表放大器的差分电压信号与预定的窗口电压宽度进行比较；一个晶体管或场效应管；和一个继电器；其中，在差分电压信号超出预定的窗口电压宽度的情况下，所述电压比较器模块触发所述晶体管或场效应管来释放所述继电器，从而产生报警信号。上述报警装置可以对二极管的电流进行实时比较，并在二极管出现故障或是电流不平衡的情况下输出干接点开关量信号来报警通知用户进行检查和维修。

依据本实用新型的一个方面，所述直流电流传感器检测两个所述直流电源输出的电流大小并按比例转换成电压信号后从其输出端输出，其供电端连接到一个直流稳压电源模块的输出正端，其地端连接工作电源的负极。所述仪表放大器的差分输入正端和差分输入负端分别连接所述直流电流传感器的输出端并将差分电压信号从其输出端输出，其参考电压端连接到一个基准电压源模块的稳压端。所述电压比较器模块的输入端连接所述仪表放大器的输出端，且其输出端连接所述功率场效应管的栅极并通过一个上拉电阻连接工作电源的正极。采用功率场效应管有利于增加监视报警装置的使用寿命。

依据本实用新型的另一方面，所述直流稳压电源模块为+24V转+5V的隔离电源模块，其输入正端连接工作电源的正极，其输入负端和输出负端同时连接到工作电源的负极。直流稳压电源模块为直流电流传感器提供电源。

依据本实用新型的再一方面，所述基准电压源模块的阳极连接到工作电源的负极，其阴极通过一个第五电阻和一个第六电阻连接到工作电源的正极，并通过一个第七电阻连接到工作电源的负极，一个第三电容与所述第六电阻和所述第七电阻并联。基准电压源模块与周边电阻、电容构成稳压电压源。该稳压电压连接到仪表放大器的参考电压端，作为仪表放大器输出电压允许摆幅的基准电压。

依据本实用新型的又一方面，所述直流电流传感器为霍尔传感器，两个所述直流电源的正端导线分别穿过两个霍尔传感器上的穿孔，通过检测导线上的电流来判断两个所述直流电源输出的电流。使用霍尔传感器作为电流测量的传感器和变送器可以无损无扰地检测导线内的直流电流。

依据本实用新型的又一方面，所述直流电流传感器为***式电流传感器。

依据本实用新型的又一方面，所述仪表放大器为单电源仪表放大器，而所述电压比较器模块为窗口电压比较器。

依据本实用新型的又一方面，所述电压比较器模块内部包含两个电压比较器，其第四引脚和第七引脚为输入端且彼此短接，其第一引脚和第二引脚为输出端且彼此短接。一个第一电阻、一个第二电阻和一个第三电阻依次串联在工作电源的正负极之间形成分压电路，其第六引脚连接到所述第二电阻的低电压侧，而其第五引脚连接到所述第二电阻的高电压侧。所述功率场效应管的栅极连接所述电压比较器模块的第一引脚和第二引脚，其源极连接所述继电器的线圈的负端，其漏极连接工作电源的负极。功率场效应管允许继电器长期带电。

依据本实用新型的又一方面，用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置还包括一个继流二极管，所述继流二极管的阳极连接所述继电器的源极，而其阴极连接工作电源的正极。采用继流二极管有利于抑制继电器线圈失电时产生的反向电压。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1是本实用新型的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置的电路示意图。

图1中元件符号说明：

A1、A2	直流电流传感器	C1、C2、C3	高频旁路电容
				U1	仪表放大器	Q1	晶体管或场效应管
U2	电压比较器	K1	继电器
				U3	直流稳压电源模块	VCC	工作电源的正极电压
U4	基准电压源模块	R4	窗口比较器输出上拉电阻
				R1、R2、R3	设定窗口电压的分压电阻	R5、R6、R7	基准电压源***电阻
D1	继流二极管	DA、DB	冗余二极管
				PA、PB	直流电源	Vout	直流电流传感器的输出端
Vr	基准电压	Va、Vb	电压信号
				U2A、U2B	电压比较器	Vo	输出电压
Vup	窗口电压上限	Vlow	窗口电压下限

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的位置关系，而非限定它们的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图1是本实用新型的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置的电路示意图，其中用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置包括：两个直流电流传感器A1、A2，其分别检测两个直流电源PA、PB输出的电流并转换成电压信号；一个仪表放大器U1，其计算分别来自直流电流传感器A1、A2的电压信号并输出差分电压信号；一个电压比较器模块U2，其将来自仪表放大器U1的差分电压信号与预定的窗口电压宽度进行比较；一个晶体管或场效应管Q1和一个继电器K1；其中，在差分电压信号超出预定的窗口电压宽度的情况下，电压比较器模块U2触发晶体管或场效应管Q1来释放继电器K1，从而产生报警信号。

直流电流传感器A1、A2检测两个直流电源PA、PB输出的电流大小并按比例转换成电压信号后从直流电流传感器A1、A2的输出端Vout输出。直流电流传感器A1、A2的供电端连接到直流稳压模块U3的输出正端。直流电流传感器A1、A2的地端GND连接工作电源的负极。直流电流传感器A1、A2分别检测流经冗余二极管DA和DB的电流，并将检测结果按比例线性地转换成电压信号Va和Vb。电压信号Va和Vb分别由直流电流传感器A1和A2的输出端Vout输出至仪表放大器U1的差分输入端2和3。在直流电流传感器A1、A2为霍尔传感器的情况下，两条直流电源PA、PB的正端导线分别穿过两个霍尔传感器上的穿孔，通过检测导线上的电流来判断两个直流电源PA、PB输出的电流。使用霍尔传感器作为电流测量的传感器和变送器可以无损无扰地检测导线内的直流电流。直流电流传感器A1、A2也可以为***式电流传感器。

仪表放大器U1的差分输入正端3和差分输入负端2分别连接到直流电流传感器A1、A2的输出端Vout，其参考电压端5连接到一个基准电压源模块U4的稳压端3。仪表放大器U1接成一个增益为1的差分放大器，其输出端6的电压输出值Vo＝1*(Vb-Va)+Vr，其中Vr为基准电压并由基准电压源模块U4的稳压端3引出至仪表放大器U1的参考电压引脚5。基准电压源模块U4可以为TL431型基准电压源，并可以调节。通过选择第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值可以调整Vr的取值，Vr的计算公式为Vr＝2.5+(2.5/R7)*R6。基准电压源模块U4与第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第三电容C3构成稳压电压源。该稳压电压连接到仪表放大器的参考电压端，作为仪表放大器输出电压允许摆幅的基准电压。直流稳压电源模块U3的作用是将+24V电压转换为+5V电压，从而为霍尔传感器A1和A2提供电源。

电压比较器模块U2的输入端连接仪表放大器U1的输出端6，且其输出端连接功率场效应管Q1的栅极并通过一个上拉电阻R4连接工作电源的正极。功率场效应管允许继电器长期带电。电压比较器模块U2内部包含两个电压比较器U2A、U2B，其中电压比较器模块U2的第四引脚4和第七引脚7为输入端且彼此短接，而电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2为输出端且彼此短接。一个第一电阻R1、一个第二电阻R2和一个第三电阻R3依次串联在工作电源的正负极之间形成分压电路。电压比较器模块U2的第六引脚6连接到第二电阻R2的低电压侧，而电压比较器模块U2的第五引脚5连接到第二电阻R2的高电压侧。电压比较器模块U2(例如为LM339型电压比较器芯片)是一个四电压比较器集成电路，其中电压比较器模块U2中的两个比较器U2A和U2B组合成一个窗口电压比较器。仪表放大器U1(例如为AD620型仪表放大器)的输出电压Vo连接到电压比较器模块U2的输入端，即电压比较器模块U2的第四引脚4和第七引脚7。当输出电压Vo的电压值落在窗口电压上限Vup和下限Vlow之间时，电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2输出高电平。反之，电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2输出低电平。当恰当选择Vr的电压值的时候，可以保证冗余的两路直流电源正常工作时输出电压Vo落在窗口电压内。

功率场效应管Q1的栅极连接电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2，其源极连接继电器K1的线圈的负端，其漏极连接工作电源的负极。电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2连接到N沟道功率场效应管Q1(例如为IRF510型功率场效应管)的栅极，用来驱动继电器K1动作。当冗余的两个直流电源PA、PB均正常时，Vlow<Vo<Vup，电压比较器模块U2的第一引脚1和第二引脚2为高电平(+24V)，功率场效应管Q1的栅极电压超过门限电压(+2V)导通，继电器线圈得电，继电器K1输出状态正常信号；反之，如果Vlow>Vo或者Vup<Vo，继电器线圈失电，继电器K1输出故障信号。窗口电压上限Vup和下限Vlow由三个电阻分压确定，通过匹配第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的阻值可以改变窗口电压上限Vup和下限Vlow的值，使得Vr-Vlow＝Vup-Vr。此外，因为电压比较器模块U2的输出端是集电极开路门输出，必须连接第四电阻R4至工作电源的正极才能正常输出高低电平信号。继流二极管D1的阳极连接继电器K1的源极，而继流二极管D1的阴极连接工作电源的正极。继流二极管D1用于抑制继电器线圈失电时产生的反向电压。

由上述描述可知，如果双路冗余直流供电回路的任意一路出现故障导致两路电流值相差变大时，两个直流电流传感器A1、A2输出的电压差的绝对值|Vb-Va|将变大，从而导致电压比较器模块U2的被比较电压Vo＝1*(Vb-Va)+Vr更加偏离Vr。在Vo超出窗口电压上限Vup或下限Vlow的情况下，窗口输出电平翻转，最终导致继电器K1动作报警。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，包括：

两个直流电流传感器(A1、A2)，其分别检测两个直流电源(PA、PB)输出的电流并转换成电压信号；

一个仪表放大器(U1)，其计算分别来自所述直流电流传感器(A1、A2)的电压信号并输出差分电压信号；

一个电压比较器模块(U2)，其将来自所述仪表放大器(U1)的差分电压信号与预定的窗口电压宽度进行比较；

一个晶体管或场效应管(Q1)；和

一个继电器(K1)；

其中，在差分电压信号超出预定的窗口电压宽度的情况下，所述电压比较器模块(U2)触发所述晶体管或场效应管(Q1)来释放所述继电器(K1)，从而产生报警信号。

2.如权利要求1所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，

所述直流电流传感器(A1、A2)检测两个所述直流电源(PA、PB)输出的电流大小并按比例转换成电压信号后从其输出端(Vout)输出，其供电端连接到一个直流稳压电源模块(U3)的输出正端，其地端(GND)连接工作电源的负极；

所述仪表放大器(U1)的差分输入正端(3)和差分输入负端(2)分别连接所述直流电流传感器(A1、A2)的输出端(Vout)并将差分电压信号从其输出端(6)输出，其参考电压端(5)连接到一个基准电压源模块(U4)的稳压端(3)；

所述电压比较器模块(U2)的输入端连接所述仪表放大器(U1)的输出端(6)，且其输出端连接所述功率场效应管(Q1)的栅极并通过一个上拉电阻(R4)连接工作电源的正极。

3.如权利要求2所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述直流稳压电源模块(U3)为+24V转+5V的隔离电源模块，其输入正端连接工作电源的正极，其输入负端和输出负端同时连接到工作电源的负极。

4.如权利要求2或3所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述基准电压源模块(U4)的阳极(2)连接到工作电源的负极，其阴极(1)通过一个第五电阻(R5)和一个第六电阻(R6)连接到工作电源的正极，并通过一个第七电阻(R7)连接到工作电源的负极，一个第三电容(C3)与所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)并联。

5.如权利要求2所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述直流电流传感器(A1、A2)为霍尔传感器，两个所述直流电源(PA、PB)的正端导线分别穿过两个霍尔传感器上的穿孔，通过检测导线上的电流来判断两个所述直流电源(PA、PB)输出的电流。

6.如权利要求2所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述直流电流传感器(A1、A2)为***式电流传感器。

7.如权利要求2所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述仪表放大器(U1)为单电源仪表放大器，而所述电压比较器模块(U2)为窗口电压比较器。

8.如权利要求4所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，所述电压比较器模块(U2)内部包含两个电压比较器(U2A、U2B)，其第四引脚(4)和第七引脚(7)为输入端且彼此短接，其第一引脚(1)和第二引脚(2)为输出端且彼此短接，一个第一电阻(R1)、一个第二电阻(R2)和一个第三电阻(R3)依次串联在工作电源的正负极之间形成分压电路，其第六引脚(6)连接到所述第二电阻(R2)的低电压侧，而其第五引脚(5)连接到所述第二电阻(R2)的高电压侧；

所述功率场效应管(Q1)的栅极连接所述电压比较器模块(U2)的第一引脚(1)和第二引脚(2)，其源极连接所述继电器(K1)的线圈的负端，其漏极连接工作电源的负极。

9.如权利要求8所述的用于双路冗余直流供电回路的监视报警装置，其特征在于，还包括一个继流二极管(D1)，所述继流二极管(D1)的阳极连接所述继电器(K1)的源极，而其阴极连接工作电源的正极。