本發(fā)明涉及低壓電器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)的智能直流控制器。

背景技術(shù)：

低壓電氣配電系統(tǒng)一般會出現(xiàn)過載、短路、接地等故障，這些故障對于線路和電源設(shè)備會造成極大的危害。目前作為配電保護(hù)用的低壓電氣設(shè)備都已實(shí)現(xiàn)智能型保護(hù)，其主要原理就是通過檢測電氣線路的電信號經(jīng)過控制模塊判別線路中是否有故障產(chǎn)生，若存在故障則發(fā)出指令使斷路器動作，從而實(shí)現(xiàn)其對配電系統(tǒng)的保護(hù)，其中核心部件就是控制器。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器和低壓斷路器。低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)起通斷控制及保護(hù)作用的重要電器，低壓斷路器是一種既有手動開關(guān)作用，又能自動進(jìn)行失壓、欠壓的電器。直流控制器是配套斷路器應(yīng)用于直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)。

直流控制器由于是直流電路，傳統(tǒng)的互感器不適用于直流電網(wǎng)中。傳統(tǒng)的互感器一般應(yīng)用于交流電網(wǎng)中，傳統(tǒng)的互感器線性規(guī)律比較差，需要內(nèi)部軟件來補(bǔ)償，在程序編寫上比較麻煩。根據(jù)交變的電流產(chǎn)生交變的磁場，交變的磁場又產(chǎn)生交變的電流的原理工作。而直流電網(wǎng)不同于交流電網(wǎng)，所以傳統(tǒng)互感器不適用于直流電網(wǎng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出一種高電氣隔離特性、抗靜電、耐高壓、精度高的應(yīng)用于直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)的智能直流控制器。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：應(yīng)用于直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)的智能直流控制器，所述智能直流控制器包括cpu、電壓采集模塊及電流采集模塊，所述cpu分別與所述電壓采集模塊和所述電流采集模塊電性連接，所述cpu對電壓采集模塊和電流采集模塊中的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時采集，當(dāng)所述cpu從采集到的信息判斷線路異常時，所述智能直流控制器通過控制所述cpu發(fā)出報(bào)警指示和脫扣指令使線路斷開。

優(yōu)選地，所述智能直流控制器還與一分流器或霍爾傳感器電性連接，所述cpu通過所述分流器對電路中的電流進(jìn)行采樣，然后通過線性光耦將采樣信號送到信號處理電路并傳給所述cpu進(jìn)行計(jì)算。

優(yōu)選地，所述智能直流控制器還與一線束連接，所述智能直流控制器通過線束直接與電網(wǎng)連接進(jìn)而對電路中的電壓進(jìn)行采樣，然后通過線性光耦將采樣信號送到信號處理電路并傳給所述cpu進(jìn)行計(jì)算。

優(yōu)選地，所述電流采集模塊包括電流采集電路，所述電流采集電路包括電流采樣電路包括正極輸入端input1、負(fù)極輸入端input2、正極輸出端vi+、負(fù)極輸出端vi-、線性光耦u1、壓敏電阻var1、雙向二極管d1、電感r1、電感r3、電阻r2、電阻r4、電容c1、電容c2，正極輸入端input1與壓敏電阻var1第一端、雙向二極管d1第一端、電感r1第一端電連接，電感r1第二端與電阻r2第一端電連接，電阻r2第二端與電阻r4第一端、電容c1第一端、線性光耦u1的2腳電連接，負(fù)極輸入端input2與壓敏電阻var1第二端、雙向二極管d1第二端、電感r3第一端電連接，電感r3第二端、電阻r4第二端、電容c1第二端以及線性光耦u1的3腳、4腳都接地，線性光耦u1的1腳與電源vdd2電連接，線性光耦u1的8腳與電源vdd1、電容c2第一端電連接，電容c2第二端、線性光耦u1的5腳都接地，線性光耦u1的7腳與正極輸出端vi+電連接，線性光耦u1的6腳與負(fù)極輸出端vi-電連接。

優(yōu)選地，所述電壓采集模塊包括電壓采集電路，所述電壓采樣電路包括正極輸入端uin1、負(fù)極輸入端uin2、正極輸出端uo+、負(fù)極輸出端uo-、線性光耦u1、雙向二極管d2、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電容c3，正極輸入端uin1與電阻r5第一端電連接，電阻r5的第二端與電阻r2的第一端、雙向二極管d2的第一端、電容c1的第一端、線性光耦的2腳電連接，負(fù)極輸入端uin2與電阻r6第二端電連接，電阻r6的第二端與電阻r7的第二端、雙向二極管d2的第二端、電容c3的第二端電連接，電容c3第二端以及線性光耦u1的3腳、4腳都接地，線性光耦u1的1腳與電源vdd2電連接，線性光耦u1的8腳與電源vdd1、電容c2第一端電連接，電容c2第二端、線性光耦u1的5腳都接地，線性光耦u1的7腳與正極輸出端vi+電連接，線性光耦u1的6腳與負(fù)極輸出端vi-電連接。

優(yōu)選地，所述智能直流控制器與一斷路器電性連接，所述智能直流控制器的輸入端與電網(wǎng)的輸出端相連接，所述斷路器的輸入端與電網(wǎng)的輸出端相連接。

本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：該直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)對于內(nèi)部檢測電路起到一個保護(hù)作用；采樣電路采用線性隔離光耦器件，并設(shè)計(jì)有防干擾保護(hù)元件，當(dāng)外部電路受到電擊或靜電干擾或當(dāng)信號通道受到干擾時，干擾信號不會串繞到內(nèi)部檢測電路中，保護(hù)內(nèi)部電路系統(tǒng)。線性光耦本身存在一個對電信號的隔離，具有隔離干擾信號的作用，精度比傳統(tǒng)的交流要高，且現(xiàn)有的線性規(guī)律比較好，比較平滑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能直流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明智能直流控制器、電流采集模塊和電壓采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明智能直流控制器的電流采樣電路；

圖4是本發(fā)明智能直流控制器的電壓采樣電路；

圖5是本發(fā)明智能直流控制器的modbus的通訊原理圖；

圖6是本發(fā)明智能直流控制器的can通訊原理圖；

圖7是本發(fā)明智能直流控制器的電源電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

如圖1和如圖2所示，應(yīng)用于直流電路控制保護(hù)系統(tǒng)的智能直流控制器，所述智能直流控制器1包括cpu2、電壓采集模塊3及電流采集模塊4。所述cpu2分別與所述電壓采集模塊3和所述電流采集模塊4電性連接，并可以設(shè)定電流保護(hù)參數(shù)。所述cpu2對電壓采集模塊和電流采集模塊中的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時采集，并與所設(shè)定保護(hù)參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)所述cpu2從采集到的信息判斷線路異常時，所述智能直流控制器1通過控制所述cpu2發(fā)出報(bào)警指示和脫扣指令使線路斷開。

具體地，所述cpu2實(shí)時采集線路電壓和電流信號對線路進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路異常，所述智能直流控制器1會進(jìn)入保護(hù)程序，并做出報(bào)警指示或發(fā)脫扣指令（分閘信號），使所述直流斷路器分閘，斷開電路以保護(hù)用電設(shè)備。所述智能直流控制器還與一分流器5或霍爾傳感器電性連接，所述cpu1通過所述分流器5對電路中的電流進(jìn)行采樣，然后通過線性光耦將采樣信號送到信號處理電路并傳給所述cpu進(jìn)行計(jì)算。

所述主控單元還與一分流器5或霍爾傳感器電性連接，所述分流器5為阻性很小的電阻，當(dāng)大電流時產(chǎn)生小電壓信號，即分流器是一個能夠通過極大電流的電阻，其直流電阻是嚴(yán)格調(diào)好串接在直流電路里，直流電流流過分流器，分流器兩端產(chǎn)生毫伏級直流電壓信號，采樣電路對該電壓信號進(jìn)行采集，經(jīng)cpu計(jì)算得到電路中電流值大小。采樣電路采用線性隔離光耦器件，并設(shè)計(jì)有防干擾保護(hù)元件，當(dāng)外部電路受到電擊或靜電干擾或當(dāng)信號通道受到干擾時，干擾信號不會串繞到內(nèi)部檢測電路中，以保護(hù)內(nèi)部電路系統(tǒng)正?？煽康墓ぷ?。該線性光耦對于內(nèi)部檢測電路起到一個保護(hù)作用，線性光耦本身存在一個對電信號的隔離，且可抗靜電或耐高壓，精度比傳統(tǒng)的交流要高，現(xiàn)有的線性規(guī)律比較好，比較平滑。

所述電流采集模塊4包括電流采集電路。如圖3所示為智能直流控制器電流采樣電路，電流采樣電路包括正極輸入端input1、負(fù)極輸入端input2、正極輸出端vi+、負(fù)極輸出端vi-、線性光耦u1、壓敏電阻var1、雙向二極管d1、電感r1、電感r3、電阻r2、電阻r4、電容c1、電容c2，正極輸入端input1與壓敏電阻var1第一端、雙向二極管d1第一端、電感r1第一端電連接，電感r1第二端與電阻r2第一端電連接，電阻r2第二端與電阻r4第一端、電容c1第一端、線性光耦u1的2腳電連接，負(fù)極輸入端input2與壓敏電阻var1第二端、雙向二極管d1第二端、電感r3第一端電連接，電感r3第二端、電阻r4第二端、電容c1第二端以及線性光耦u1的3腳、4腳都接地，線性光耦u1的1腳與電源vdd2電連接，線性光耦u1的8腳與電源vdd1、電容c2第一端電連接，電容c2第二端、線性光耦u1的5腳都接地，線性光耦u1的7腳與正極輸出端vi+電連接，線性光耦u1的6腳與負(fù)極輸出端vi-電連接。其中，var1為壓敏電阻，d1為瞬態(tài)抑制二極管，r1、r3為電感，r2、r4為分壓電阻，u1為線性光耦，vdd1和vdd2為u1的工作電源。分流器兩端出來的電壓信號通過input1和input2進(jìn)入電流采樣回路，然后經(jīng)r2、r4電阻分壓后，將r4電阻分壓得到的小電壓信號，送到線性光耦u1中，經(jīng)u1隔離后，將相同比例的小電壓信號送到信號處理電路中，然后cpu對信號處理電路中的模擬信號進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，計(jì)算得出線路中的真實(shí)電流值，判斷電路是否正常，做出相應(yīng)指示。

所述智能直流控制器1還與一線束連接，所述智能直流控制器1通過線束直接與電網(wǎng)連接進(jìn)而對電路中的電壓進(jìn)行采樣，然后通過線性光耦將采樣信號送到信號處理電路并傳給所述cpu進(jìn)行計(jì)算。所述線性光耦用于將輸入信號和輸出信號進(jìn)行隔離，所述線性光耦本身存在一個對電信號的隔離。

所述電壓采集模塊3包括電壓采集電路，如圖4所示為電壓采樣電路，所述電壓采樣電路包括正極輸入端uin1、負(fù)極輸入端uin2、正極輸出端uo+、負(fù)極輸出端uo-、線性光耦u1、雙向二極管d2、電阻r5、電阻r6、電阻r7、電容c3，正極輸入端uin1與電阻r5第一端電連接，電阻r5的第二端與電阻r2的第一端、雙向二極管d2的第一端、電容c1的第一端、線性光耦的2腳電連接，負(fù)極輸入端uin2與電阻r6第二端電連接，電阻r6的第二端與電阻r7的第二端、雙向二極管d2的第二端、電容c3的第二端電連接，電容c3第二端以及線性光耦u1的3腳、4腳都接地，線性光耦u1的1腳與電源vdd2電連接，線性光耦u1的8腳與電源vdd1、電容c2第一端電連接，電容c2第二端、線性光耦u1的5腳都接地，線性光耦u1的7腳與正極輸出端vi+電連接，線性光耦u1的6腳與負(fù)極輸出端vi-電連接。其中，d2為瞬態(tài)抑制二極管，將受保護(hù)的線路中的電壓直接通過導(dǎo)線引到控制器上相應(yīng)端子（uin+和uin-），通過采樣電路中的r5、r6、r7分壓電阻，將r7電阻上的小電壓信號通過隔離線性光耦送到信號處理電路，然后cpu對信號處理電路中的模擬信號進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，計(jì)算得出線路中的真實(shí)電壓值，判斷電路是否正常，做出相應(yīng)指示。

將受保護(hù)的線路中的電壓直接通過導(dǎo)線引到控制器上相應(yīng)端子uin+和uin—，通過采樣電路中的r1、r2、r3分壓電阻，將小電壓信號通過隔離線性光耦送到信號處理電路，然后經(jīng)所述cpu計(jì)算做出判斷。所述智能直流控制器與一斷路器6電性連接，所述智能直流控制器的輸入端與電網(wǎng)的輸出端相連接，所述斷路器的輸入端與電網(wǎng)的輸出端相連接。

圖5、圖6為控制器的通訊原理圖，具體地，圖5為modbus的通訊原理圖，圖6為can通訊原理圖，操作人員可以通過通訊將控制器工作運(yùn)行狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，操作人員無需到現(xiàn)場就可以了解線路及控制器的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)操作人員讀取數(shù)據(jù)時，cpu接受到指令，然后將需要讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊芯片，經(jīng)通訊芯片轉(zhuǎn)換后發(fā)送到操作人員。通訊芯片可以將控制器內(nèi)部電路與外部通訊線路進(jìn)行隔離，保證外部干擾不會對內(nèi)部線路造成破壞。

芯片在該電路中起判斷作用，假設(shè)正常工作時，芯片檢測到的是1.5v小電壓，當(dāng)電源電路發(fā)生短路這時電流比較大，芯片檢測到的不是1.5v小電壓可能是3v電壓，控制器進(jìn)入保護(hù)程序做出脫扣指令，磁通彈出去閘刀分開，保護(hù)了用電設(shè)備，芯片發(fā)出脫扣指令，脫扣通過磁通使斷路器分閘，分閘后，斷路器斷開。

圖7是智能直流控制器電源電路圖，外部交流經(jīng)整流橋db1后變成脈沖直流，再經(jīng)電源芯片u1和電感l(wèi)1，得到想要的電壓信號，該電源電路可接交流電源，也可接直流電源，并可為內(nèi)部電路提供大功率電源，保證電路的正常工作。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。