專利名稱：易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流或直流電源產(chǎn)品的保護(hù)，特別是交流電源的綜合保護(hù)與監(jiān)控，屬 于電子控制技術(shù)領(lǐng)域。 背暴技術(shù)
目前使用較多的交流電源保護(hù)方式是相對獨(dú)立的過欠壓保護(hù)繼電器、過電流保護(hù) 繼電器、溫度保護(hù)繼電器、時間繼電器等，在電路的主回路中以串聯(lián)的形式控制電源 的輸出，其監(jiān)控技術(shù)也是采集不同的獨(dú)立單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立控制，這種保護(hù)與監(jiān)控 系統(tǒng)綜合成本高、性能一般、體積較大，保護(hù)參數(shù)不容易更改。
目前也有不少針對電源保護(hù)與監(jiān)控的技術(shù)方案，例如，專利94236177. 6多功能三 相電源保護(hù)器，是通過運(yùn)算放大器及分立元器件來實(shí)現(xiàn)，電路元器件多，設(shè)定與調(diào)試 復(fù)雜；專02119351. 7電源保護(hù)裝置，依據(jù)斷路控制信號切斷交流電源供電，具有突 波保護(hù)、漏電流保護(hù)與過電流保護(hù)的功能，保護(hù)功能較少；專利200410028099. 2系統(tǒng) 電源監(jiān)控裝置，是通過各單元的感應(yīng)電阻檢測負(fù)載電流并經(jīng)微控制器處理，確定電源 損耗是否超出默認(rèn)值，保護(hù)功能單一；專利200510123354. 6電源保護(hù)裝置及方法，需 要分別設(shè)置與電源被保護(hù)參數(shù)對應(yīng)的保護(hù)電路，使用多個電源保護(hù)裝置通過邏輯電路 控制電源的輸出。
綜述以上方案，存在以下不足 一是產(chǎn)品功能綜合性不強(qiáng)；二是保護(hù)參數(shù)更改不 方便；三是檢測的參數(shù)不全面，并且不能對多種情況進(jìn)行綜合考慮。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，它成為交流 電源或直流電源綜合保護(hù)與監(jiān)控的核心。通過使用該模塊并配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚?可提供電源的過電壓保護(hù)與恢復(fù)、欠電壓保護(hù)與恢復(fù)、瞬時過電流保護(hù)、穩(wěn)態(tài)過電流 保護(hù)、高溫保護(hù)與恢復(fù)、低溫保護(hù)與恢復(fù)、超頻率保護(hù)與恢復(fù)、低頻率保護(hù)與恢復(fù)、 各種延時保護(hù)，各種參數(shù)值為多少以及是否需要該項保護(hù)或恢復(fù)，均可由用戶通過計 算機(jī)方便地査看或重新配置，能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，通過輸 入接口提供的信號由智能單元經(jīng)過運(yùn)算、比較，由輸出接口提供綜合保護(hù)或旁路輸出 控制，通過指示單元指示各種工作狀態(tài)及故障狀態(tài)，通過通訊接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的査看或 重新配置以及對工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，其特征是包括以下硬件電路
電源為模塊提供直流工作電源；
智能單元[2]:內(nèi)含程序存儲器、非易失性可擦寫存儲器、AD轉(zhuǎn)換電路及控制 程序；
輸入接口 [3]:數(shù)字量或模擬量的輸入通道，與智能單元[2]相連；
輔助電路[6]:用于提供上電復(fù)位信號及ADC基準(zhǔn)電壓信號，與智能單元[2] 相連；
通訊接口 [7]:用于與外部通訊，與智能單元[2]相連；
輸出接口 [8]:用于輸出電源工作與保護(hù)的控制信號、旁路信號、告蒈信號， 與智能單元[2]相連。
輔助電路[6]能夠集成在智能單元[2]中。
本實(shí)用新型的工作原理本實(shí)用新型是按照上述構(gòu)思使用上述主要部件組合而成的。
利用高性能單片機(jī)作為智能單元，通過輸入接口提供的電壓、電流等模擬量信號 或數(shù)字信號由智能單元經(jīng)過轉(zhuǎn)換、運(yùn)算并與用戶配置的需要保護(hù)的項目、參數(shù)進(jìn)行比 較、分析，由輸出接口提供綜合保護(hù)或旁路輸出控制，通過指示單元指示各種工作狀 態(tài)及故障狀態(tài)，通過通訊接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的查看或重新配置以及對工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān) 視，用戶配置的參數(shù)存貯在非易失性可擦寫數(shù)據(jù)存儲器中。當(dāng)某電壓、電流或其它參 數(shù)的實(shí)時測量值進(jìn)入保護(hù)值范圍時，單片機(jī)便與存儲器中的該項目是否需要保護(hù)、 是否需要延時保護(hù)等信息進(jìn)行比較、分析，確定為給出保護(hù)信號時，單片機(jī)便通過 輸出接口執(zhí)行電源的關(guān)閉操作，即不將外部提供的交流電或直流電接入電源產(chǎn)品， 從而對電源產(chǎn)品實(shí)施保護(hù)；若此項保護(hù)屬于需要旁路操作的保護(hù)項目，則此時單片 機(jī)還將通過輸出接口將電源的輸入直接接至輸出，執(zhí)行旁路操作；若此項保護(hù)屬于 可恢復(fù)的保護(hù)項目，則此后單片機(jī)在檢測到實(shí)時測量值進(jìn)入恢復(fù)值范圍內(nèi)時，還會 通過輸出接口斷開旁路操作并將外部提供的交流電或直流電接入電源產(chǎn)品，從而開 啟電源恢復(fù)正常工作。
單片機(jī)由輔助電路提供硬件復(fù)位等信號，通過編程接口進(jìn)行編程，如果需要進(jìn)一 步擴(kuò)展模塊的功能，可通過功能擴(kuò)展接口輸入或輸出數(shù)字量或模擬量信號，在軟件 的控制下實(shí)現(xiàn)模塊功能的擴(kuò)展。
通過輸入接口提供的信號及智能單元的ADC電路，可以測量一些電壓、電流等 工作參數(shù)，通過溫度傳感器，可以測量模塊的工作溫度。這些工作參數(shù)與用戶配置 的相關(guān)的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行智能比較，然后通過輸出接口給出工作信號、保護(hù)信號或旁 路信號、告警信號。
通過通訊接口給單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令，可以方便地讀取或重新配置各種參數(shù)。 通訊方式可以是直接與單片機(jī)相連的方式，也可以是通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程 通訊方式。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果
(1) 將電源的綜合保護(hù)的核心部分獨(dú)立組成一個模塊，并采用了高性能單片機(jī) 通過軟件控制，因此產(chǎn)品的綜合性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，實(shí)際應(yīng)用中可以使用一種功能 或多種功能組合。
(2) 各種功能或保護(hù)參數(shù)易于配置，可以由用戶自己隨時方便地配置。
(3) 可以對電源的多種情況進(jìn)行綜合考慮。
(4) 可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中監(jiān)控。
(5) 由于采用非易失性可擦寫存儲器保存數(shù)據(jù)，配置的參數(shù)在斷電后仍然不會丟失。
(6) 具備完善的指示及告警功能。
(7) 通過功能擴(kuò)展接口，可以擴(kuò)展顯示或輸入輸出功能。
(8) 以此模塊為核心組成的電源保護(hù)系統(tǒng)綜合成本低、體積小、性能優(yōu)。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的電路原理方框圖。 圖2 是實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式

參看圖1,智能單元[2]分別與輸入接口 [3]、功能擴(kuò)展接口 [4]、編程接口 [5]、輔助電路[6]、通訊接口 [7]、輸出接口 [8]、指示單元[9]構(gòu)成電氣連接， 電源[1]為模塊提供直流工作電壓和電流，與相關(guān)的部分構(gòu)成電氣連接。智能單元 在上述相關(guān)電路及軟件的調(diào)度下，構(gòu)成了易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊。
參看圖2,作為交流電和24V直流電雙輸入的交直流綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，由 程序控制當(dāng)交流電正常時優(yōu)先使用交流電。電源[1]由插座CZ1、集成穩(wěn)壓塊U1、 電容C1、 C2、 C3組成，與電路的其它部分構(gòu)成電氣連接，為模塊的相關(guān)部分提供工 作電源。從CZ1輸入4 12V直流電壓，經(jīng)Ul(型號為LD1117S33C)穩(wěn)壓后輸出3. 3V，
為單片機(jī)及相關(guān)電路供電。
智能單元[2]由高速、高性能單片機(jī)U2構(gòu)成，型號為C8051F310,其內(nèi)部集 成有振蕩器、在系統(tǒng)可編程的FLASH存儲器、JTAG調(diào)試電路、溫度傳感器、多達(dá)21 路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)、四個通用16位定時器/計數(shù)器、硬件SMBus (12C兼容)、 UART串口、 PCA模塊等，它是本模塊的核心控制器件。
輸入接口 [3]提供交流輸入電信號的采樣，由插座CZ2及電容C6 C9組成， 它們與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。CZ2外部接電壓、電流、頻率等模擬量的調(diào)理信號， 通過單片機(jī)內(nèi)部的ADC電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便通過通訊接口監(jiān)視相關(guān)的數(shù)據(jù)，同
時根據(jù)配置的保護(hù)值或恢復(fù)值等參數(shù)確定是否應(yīng)給出保護(hù)信號或恢復(fù)信號，溫度測 量值來源于單片機(jī)內(nèi)置的溫度傳感器。電容C6 C9用于抗干擾濾波。
功能擴(kuò)展接口 [4]提供24V直流輸入電壓及電流的采樣與保護(hù)，并具有擴(kuò)展通
訊功能，由插座CZ3組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。24V直流輸入電壓及電流的采 樣信號分別從CZ3的第3、 4引腳輸入，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算、分析、比較后，由CZ3的第 5、 6引腳分別輸出24V直流輸入的保護(hù)信號及24V電源故障告警信號，在單片機(jī)軟 件的調(diào)度下，交流電正常時，優(yōu)先使用交流電，此時單片機(jī)控制24V電源不被接入。 單片機(jī)通過CZ3的7、 8引腳與外部通訊，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出到LCD或LED顯示，或進(jìn) 行其它的輸入輸出操作。
編程接口 [5]由插座CZ4、電阻R3組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。單片機(jī)通 過此接口進(jìn)行仿真、編程操作，如果通過獨(dú)立的設(shè)備對智能單元[2]編程，則此接 口可以省略。
輔助電路[6]由電阻R1、 R2、電容C4、 C5、穩(wěn)壓二極管Dl組成，與單片機(jī)構(gòu) 成電氣連接。R2、 C4組成開機(jī)復(fù)位電路，Rl、 Dl、 C5組成穩(wěn)壓電路，為單片機(jī)ADC 提供電壓基準(zhǔn)。
通訊接口 [7]由插座CZ5組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。CZ5的第2、 3引腳 分別為數(shù)據(jù)接收引腳和數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，第l、 4引腳為通訊用電源。單片機(jī)通過此接 口與計算機(jī)串口或SMS/GPRS模塊連接，以便通過計算機(jī)直接監(jiān)控或無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。
輸出接口 [8]由插座CZ6組成，與單片機(jī)構(gòu)成電氣連接。單片機(jī)通過此接口引 腳1輸出正常工作及執(zhí)行保護(hù)動作的外部功率繼電器或無觸點(diǎn)開關(guān)控制信號，引腳 2輸出旁路信號，引腳3輸出蜂鳴器告警信號。
指示單元[9]由發(fā)光二極管D2 D12以及與其串聯(lián)的電阻R4 14組成，與單 片機(jī)構(gòu)成電氣連接。D2為旁路工作指示；D3為正常工作指示，正常工作時外部功率 繼電器或無觸點(diǎn)開關(guān)閉合；D4為故障指示，檢測到任何故障時此指示燈均會點(diǎn)亮； D5為過壓保護(hù)指示；D6為欠壓保護(hù)指示；D7為瞬時過電流保護(hù)指示；D8為穩(wěn)態(tài)過
電流保護(hù)指示；D9為超頻率保護(hù)指示；D10為頻率低保護(hù)指示；Dll為高溫保護(hù)指示；
D12為低溫保護(hù)指示。
權(quán)利要求1、易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，通過輸入接口提供的信號由智能單元經(jīng)過運(yùn)算、比較，由輸出接口提供綜合保護(hù)或旁路輸出控制，通過指示單元指示各種工作狀態(tài)及故障狀態(tài)，通過通訊接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的查看或重新配置以及對工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，其特征是包括以下硬件電路電源[1]為模塊提供直流工作電源；智能單元[2]內(nèi)含程序存儲器、可擦寫數(shù)據(jù)存儲器、AD轉(zhuǎn)換電路及控制程序；輸入接口[3]數(shù)字量或模擬量的輸入通道，與智能單元[2]相連；輔助電路[6]用于提供上電復(fù)位信號及ADC基準(zhǔn)電壓信號，與智能單元[2]相連；通訊接口[7]用于與外部通訊，與智能單元[2]相連；輸出接口[8]用于輸出電源工作與保護(hù)的控制信號、旁路信號、告警信號，與智能單元[2]相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，其特征是輔助 電路[6]能夠集成在智能單元[2]中。
專利摘要一種易于配置的電源綜合保護(hù)與監(jiān)控模塊，它成為交流電源或直流電源綜合保護(hù)與監(jiān)控的核心。通過使用該模塊并配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，便可提供電源的過電壓保護(hù)與恢復(fù)、欠電壓保護(hù)與恢復(fù)、瞬時過電流保護(hù)、穩(wěn)態(tài)過電流保護(hù)、高溫保護(hù)與恢復(fù)、低溫保護(hù)與恢復(fù)、超頻率保護(hù)與恢復(fù)、低頻率保護(hù)與恢復(fù)、各種延時保護(hù)，各種參數(shù)值為多少以及是否需要該項保護(hù)或恢復(fù)，均可由用戶通過計算機(jī)方便地查看或重新配置，能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
文檔編號H02H3/06GK201004547SQ200720033340
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者涂金龍 申請人:涂金龍