本發(fā)明涉及信號采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直流電壓采集裝置。
背景技術(shù)：
配電自動化系統(tǒng)是一種可以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實時方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動化系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)一般需要采集交流兩信號和直流量信號。
傳統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)直流電壓采集器是將直流信號通過信號采集電路處理后輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，配電自動化系統(tǒng)的處理器通過讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的直流電壓采集器只是簡單地進(jìn)行信號采集和轉(zhuǎn)化，容易受環(huán)境因素的影響，在較惡劣的戶外環(huán)境下無法可靠運(yùn)行，存在采集可靠性低的缺點(diǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對上述問題，提供一種采集可靠性高的直流電壓采集裝置。
一種直流電壓采集裝置，包括電源電路、信號采集電路、控制器和通信電路，
所述電源電路包括EMC防護(hù)電路和隔離模塊，所述EMC防護(hù)電路連接電源接入端和所述隔離模塊，所述隔離模塊連接所述控制器；所述EMC防護(hù)電路接收外部電源從所述電源接入端輸入的電源電壓并輸出至所述隔離模塊，所述EMC防護(hù)電路用于對流經(jīng)的電源電壓進(jìn)行電磁兼容防護(hù)，所述隔離模塊接收所述電源電壓，并輸出供電電壓至所述控制器；
所述信號采集電路包括分壓采樣電路和隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述分壓采樣電路連接直流電壓接入端和所述隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述控制器；所述分壓采樣電路用于對所述直流電壓接入端輸入的直流電壓進(jìn)行分壓采樣，得到采樣電壓并輸出至所述隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于對所述采樣電壓進(jìn)行隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換得到電壓數(shù)據(jù)，并將所述電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至所述控制器；
所述通信電路包括連接所述控制器的隔離通信器，所述控制器通過所述隔離通信器輸出所述電壓數(shù)據(jù)。
上述直流電壓采集裝置，EMC防護(hù)電路對流經(jīng)的電源電壓進(jìn)行電磁兼容防護(hù)，隔離模塊接收電源電壓，并輸出供電電壓至控制器。分壓采樣電路對直流電壓接入端輸入的直流電壓進(jìn)行分壓采樣，得到采樣電壓并輸出至隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器對采樣電壓進(jìn)行隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換得到電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，控制器通過隔離通信器輸出電壓數(shù)據(jù)。通過對接入的電源電壓進(jìn)行電磁兼容防護(hù)，且電源電路、信號采集電路以及通信電路均采用隔離設(shè)計，以使電源電壓輸入、直流電壓的采集和輸出相互隔離，減少環(huán)境對電壓采集的干擾，以確保直流電壓采集裝置在惡劣環(huán)境下仍能可靠運(yùn)行，電壓采集可靠性高。
附圖說明
圖1為一實施例中直流電壓采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
在一個實施例中，一種直流電壓采集裝置，適用于配電自動化系統(tǒng)。如圖1所示，上述裝置包括電源電路100、信號采集電路200、控制器300和通信電路400。
電源電路100包括EMC(Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容)防護(hù)電路110和隔離模塊120，EMC防護(hù)電路110連接電源接入端和隔離模塊120，隔離模塊120連接控制器300。EMC防護(hù)電路110接收外部電源從電源接入端輸入的電源電壓并輸出至隔離模塊120，EMC防護(hù)電路110用于對流經(jīng)的電源電壓進(jìn)行電磁兼容防護(hù)，隔離模塊120接收電源電壓，并輸出供電電壓至控制器。具體地，隔離模塊120可為DC/DC隔離模塊，對接收的電源電壓進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換得到供電電壓。本實施例中，DC/DC隔離模塊輸出正5伏的供電電壓至控制器300。
信號采集電路200包括分壓采樣電路210和隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220，分壓采樣電路210連接直流電壓接入端和隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220，隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220連接控制器300。分壓采樣電路110用于對直流電壓接入端輸入的直流電壓進(jìn)行分壓采樣，得到采樣電壓并輸出至隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220，隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220用于對采樣電壓進(jìn)行隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換得到電壓數(shù)據(jù)，并將電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器300。隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220的具體類型并不唯一，本實施例中，隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220為AD7402芯片。
通信電路400包括連接控制器300的隔離通信器410，控制器300通過隔離通信器410輸出電壓數(shù)據(jù)。隔離通信器410的具體類型也不唯一，本實施例中隔離通信器410為隔離RS485通信器，傳輸速率高、通信距離遠(yuǎn)。具體地，隔離RS485通信器可采用ADM2483芯片。隔離通信器410具體可連接配電自動化系統(tǒng)的主處理器，隔離通信器410將電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至配電自動化系統(tǒng)的主處理器，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)集中采集控制。
上述直流電壓采集裝置，通過對接入的電源電壓進(jìn)行電磁兼容防護(hù)，且電源電路100、信號采集電路200以及通信電路400均采用隔離設(shè)計，以使電源電壓輸入、直流電壓的采集和輸出相互隔離，以確直流電壓采集裝置在惡劣環(huán)境下仍能可靠運(yùn)行，采集可靠性高。
在一個實施例中，EMC防護(hù)電路110包括壓敏電阻、第一共模電感、第二共模電感、第一瞬態(tài)二極管、極性電容和非極性電容。
壓敏電阻一端連接電源接入端的正極DC+，另一端連接電源接入端的負(fù)極DC-。第一共模電感和第二共模電感串聯(lián)，第一共模電感另一端連接電源接入端的正極DC+，第二共模電感的另一端連接隔離模塊120。第一瞬態(tài)二極管、極性電容和非極性電容并聯(lián)后一端連接第一共模電感和第二共模電感的公共端，另一端連接電源接入端的負(fù)極DC-。
具體地，壓敏電阻為額定電壓68V的電阻，第一共模電感為47uH電感，第二共模電感為4.7uH電感。第一瞬態(tài)二極管為額定電壓50V的瞬態(tài)二極管，極性電容為220μF/50V的電容，非極性電容為1μF/50V的電容。
在一個實施例中，電源電路100還包括開關(guān)組件130，EMC防護(hù)電路110通過開關(guān)組件130連接電源接入端，開關(guān)組件130連接控制器300?？刂破?00在檢測到外部電源的正負(fù)極反接時控制開關(guān)組件130斷開。在外部電源正負(fù)反接時開關(guān)組件130斷開，后續(xù)電路處于斷電狀態(tài)，從而保證裝置不受損壞，提高了直流電壓采集裝置的使用安全性。
具體地，在一個實施例中，開關(guān)組件130包括第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2，第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2的控制端均連接控制器300，第一開關(guān)管Q1的第一端連接電源接入端的正極DC+，第一開關(guān)管Q1的第二端連接EMC防護(hù)電路110。第二開關(guān)管Q2的第一端連接電源接入端的負(fù)極DC-，第二開關(guān)管Q2的第二端連接EMC防護(hù)電路110。具體地，第一開關(guān)管Q1的第一端和第二開關(guān)管Q2的第二端分別連接EMC防護(hù)電路11中壓敏電阻的兩端。
第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2具體可以是三極管或MOS(metal oxide semiconductor，金屬絕緣體半導(dǎo)體)管，本實施例中第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2均為MOS管，以第一開關(guān)管Q1為例，MOS管的柵極作為第一開關(guān)管Q1的控制端，可以是將MOS管的源極作為第一開關(guān)管Q1的第一端，MOS管的漏極作為第一開關(guān)管Q1的第二端；也可以是MOS管的漏極作為第一開關(guān)管Q1的第一端，MOS管的源極作為第一開關(guān)管Q1的第二端。
在一個實施例中，繼續(xù)參照圖1，分壓采樣電210包括第一功率電阻R1和第二功率電阻R2，第一功率電阻R1和第二功率電阻R2串聯(lián)且公共端連接隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220，第一功率電阻R1的另一端連接直流電壓接入端的正極，第二功率電阻R2的另一端連接直流電壓接入端的負(fù)極。通過第一功率電阻R1和第二功率電阻R2對直流電壓接入端輸入的直流電壓進(jìn)行采樣得到采樣電壓并輸送至離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220。
本實施例中，第一功率電阻R1的功率電阻值大于第二功率電阻R2的率電阻值，采用大功率電阻+小功率電阻分壓方案進(jìn)行分壓采樣。具體地，第一功率電阻R1為56KΩ/2W的電阻，第二功率電阻R2為560Ω/0.5W的電阻。
在一個實施例中，信號采集電路200還包括限流保護(hù)器件230，分壓采樣電路210通過限流保護(hù)器件230連接隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220。通過限流保護(hù)器件230進(jìn)行限壓保護(hù)，避免電壓過高損壞隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220，提高了直流電壓采集裝置的使用安全性。
限流保護(hù)器件230的具體類型并不唯一，本實施例中，限流保護(hù)器件230為穩(wěn)壓二極管，具體可采用1N4148穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管的陰極連接分壓采樣電路210和隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器220的公共端，穩(wěn)壓二極管的陽極連接直流電壓接入端的負(fù)極。
在一個實施例中，通信電路400還包括連接隔離通信器410的安規(guī)保護(hù)電路420，安規(guī)保護(hù)電路420接收隔離通信器410輸出的電壓數(shù)據(jù)并輸出，安規(guī)保護(hù)電路420用于對流經(jīng)的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行串口電磁兼容防護(hù)。通過對隔離通信器410輸出的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行串口電磁兼容防護(hù)，進(jìn)一步提高了直流電壓采集裝置的電壓采集可靠性。
具體地，在一個實施例中，安規(guī)保護(hù)電路420包括連接隔離通信器410的第二瞬態(tài)二極管和瞬態(tài)二極管陣列。瞬態(tài)二極管陣列可采用標(biāo)準(zhǔn)電容瞬態(tài)二極管陣列，本實施例中，第二瞬態(tài)二極管為SMBJ6.8CA瞬態(tài)二極管，瞬態(tài)二極管陣列為SLVU2.8-4瞬態(tài)二極管陣列。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。