本發(fā)明屬于高壓直流發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)高壓直流發(fā)電機(jī)組的保護(hù)功能主要是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的過溫保護(hù)、超速保護(hù)電路以及發(fā)電機(jī)的輸出過壓保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)電路。保護(hù)功能少；保護(hù)方式單一；安全可靠性差；缺乏智能控制；而且不能對(duì)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中保護(hù)方式單一且安全可靠性差的問題。

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置，包括：處理器電路，分別與所述處理器電路連接的CAN總線電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、信號(hào)處理電路，以及用于給所述處理器電路、所述CAN總線電路和信號(hào)處理電路提供工作電源的電源電路；所述信號(hào)處理電路采集發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的信息，所述處理器電路對(duì)信息進(jìn)行分析處理，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)停止工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。

更進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理電路采集的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的信息包括：電壓、電流、轉(zhuǎn)速、壓力和溫度。

更進(jìn)一步地，所述處理器電路包括：處理器、處理器供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和仿真接口電路；所述處理器供電電路的輸入端與所述電源電路連接，所述處理器供電電路的輸出端與處理器連接；所述時(shí)鐘電路、所述復(fù)位電路和所述仿真接口電路分別與所述處理器連接；所述處理器還分別與所述CAN總線電路、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和所述信號(hào)處理電路連接。

更進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理電路包括：分別與所述處理器連接的模擬電流信號(hào)處理電路、模擬電壓信號(hào)處理電路、開關(guān)量輸入電路和開關(guān)量輸出電路。

更進(jìn)一步地，所述處理器為型號(hào)SM320F28335的DSP芯片。

更進(jìn)一步地，所述時(shí)鐘電路為非溫補(bǔ)貼片晶體。

更進(jìn)一步地，所述CAN總線電路包括CAN控制器、隔離收發(fā)電路和匹配電阻，用于實(shí)現(xiàn)處理器與上位機(jī)之間的CAN總線通訊。

本發(fā)明可對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等信息進(jìn)行采集、分析、處理，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(接觸器或繼電器)動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)，具有操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、體積小重量輕、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置的原理框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置中處理器供電電路的具體電路圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置中隔離收發(fā)電路的具體電路圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置中數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)電路的具體電路圖；

圖5本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置中模擬電流信號(hào)處理電路的具體電路圖；

圖6本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置中模擬電壓信號(hào)處理電路的具體電路圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置，具有多重保護(hù)方式，可應(yīng)用于直流發(fā)電機(jī)組。

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置，可對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等信息進(jìn)行采集、分析、處理，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(接觸器或繼電器)動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)，具有操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、體積小重量輕、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，上述應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置包括：處理器電路、CAN總線電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、信號(hào)處理電路和電源電路；處理器電路包括處理器、處理器供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和仿真接口電路；信號(hào)處理電路包括模擬電流信號(hào)處理電路、模擬電壓信號(hào)處理電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路。處理器電路與CAN總線電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、信號(hào)處理電路、電源電路相連；CAN總線電路與處理器電路、電源電路相連；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路與處理器電路相連；信號(hào)處理電路與處理器電路、電源電路相連；電源電路與處理器電路、CAN總線電路、信號(hào)處理電路相連。

處理器電路通過模擬電流信號(hào)處理電路、模擬電壓信號(hào)處理電路、開關(guān)量輸入電路采集發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等信息，處理器對(duì)信息進(jìn)行分析、處理，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過開關(guān)量輸出電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)停止工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，處理器可以采用TI公司DSP芯片SM320F28335。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，處理器供電電路可以采用LDO芯片LTPS70302，輸入電壓范圍為2.7V～6V，輸出電壓為1.22V～5.5V。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，時(shí)鐘電路可以采用非溫補(bǔ)貼片晶體。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，復(fù)位電路可以采用上電復(fù)位方式，選用國(guó)微電子的電源鍵控電路SM708S芯片實(shí)現(xiàn)。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，仿真接口電路主要實(shí)現(xiàn)DSP在線仿真和程序燒寫，DSP支持標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CAN總線電路主要包括CAN控制器、隔離收發(fā)電路及匹配電阻，實(shí)現(xiàn)處理器與上位機(jī)之間的CAN總線通訊。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路實(shí)時(shí)存儲(chǔ)所采集的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等數(shù)據(jù)。模擬電流信號(hào)處理電路可以采用處理器自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；用單運(yùn)放FXOP37A有效抑制共模電壓，保證運(yùn)算精度；采用雙運(yùn)放FX082組成兩級(jí)電壓跟隨器。

模擬電壓信號(hào)處理電路可以采用處理器自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；用單運(yùn)放FXOP37A構(gòu)成電壓跟隨器，采用差分式放大電路降低電壓至3V以下，再通過FX082雙運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器連接到處理器。

開關(guān)量輸入電路可以采用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離。

開關(guān)量輸出電路可以采用固體繼電器實(shí)現(xiàn)。

電源電路可以采用新雷能的DPBL16低噪聲系列電源模塊，寬輸入電壓范圍，輸出電壓為+5V、±15V。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

圖1為本發(fā)明原理示意圖，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下：

本發(fā)明提供的應(yīng)用于高壓直流發(fā)電機(jī)組的多重保護(hù)裝置包括：處理器電路1、CAN總線電路2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路3、信號(hào)處理電路4和電源電路5；處理器電路1包括處理器1a、處理器供電電路1b、時(shí)鐘電路1c、復(fù)位電路1d、仿真接口電路1e；信號(hào)處理電路包括模擬電流信號(hào)處理電路4a、模擬電壓信號(hào)處理電路4b、開關(guān)量輸入電路4c、開關(guān)量輸出電路4d。

處理器選用TI公司DSP芯片SM320F28335。該芯片基于CMOS工藝，主頻高達(dá)150MHz，具有高性能32位CPU和哈佛總線架構(gòu)，512KB閃存和68KB RAM，完全滿足保護(hù)裝置需要。同時(shí)具備6通道DMA處理器，16位/32位外部接口(2M×16尋址范圍)，18路PWM輸出，6路事件捕捉輸入，16路定時(shí)器，16通道12位A/D，2路McBSP，1路I2C，3路SCI，1路SPI，2路CAN，1路16位/32位外部存儲(chǔ)總線等外設(shè)接口。處理器的通訊接口可將信息發(fā)送到外部的顯示終端上進(jìn)行顯示。

處理器供電電路選用LDO芯片LTPS70302來(lái)實(shí)現(xiàn)，見圖2所示，LTPS70302有兩路獨(dú)立輸出：輸入電壓范圍為2.7V～6V，輸出電壓范圍為1.22V～5.5V，其中VOUT1輸出額定電流為1A，VOUT2輸出額定電流為2A。

VOUT1和VOUT2輸出電壓可調(diào)，其輸出電壓由電阻R29、R33、R37、R39和基準(zhǔn)電壓決定，VOUT1＝Vref(1+R29/R33)，VOUT2＝Vref(1+R37/R39)，基準(zhǔn)電壓Vref為1.224V，R33、R39手冊(cè)推薦為30.1kΩ。VOUT1輸出電壓為3.3V，則其配置電阻為50.052kΩ，取標(biāo)準(zhǔn)電阻49.9kΩ；VOUT2輸出電壓為1.9V，則其配置電阻為16.624kΩ，取標(biāo)準(zhǔn)電阻16.9kΩ。為保證1.9V先于3.3V上電，其SEQ管腳置高，可使1.9V先于3.3V上電。該芯片自帶復(fù)位輸出電路，能夠監(jiān)測(cè)VOUT2的輸出電平，復(fù)位寬度為120ms，滿足DSP復(fù)位要求。

時(shí)鐘電路對(duì)時(shí)鐘的溫度漂移要求不高，因此選用非溫補(bǔ)貼片晶體，晶體型號(hào)為J JA120-30-C27-B4-H。

復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位，上電復(fù)位電路采用國(guó)微電子的電源鍵控電路SM708S芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片適合應(yīng)用于5V或者3V的供電系統(tǒng)中，典型的復(fù)位閾值電壓為2.93V，復(fù)位延遲時(shí)間為200ms，滿足DSP的復(fù)位要求，同時(shí)該電路也實(shí)現(xiàn)了外擴(kuò)FLASH的上電復(fù)位功能。

仿真接口電路主要實(shí)現(xiàn)DSP在線仿真和程序燒寫，DSP支持標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口。

CAN總線電路主要包括CAN控制器、隔離收發(fā)電路及匹配電阻，實(shí)現(xiàn)處理器與上位機(jī)之間的CAN總線通訊。CAN總線協(xié)議采用CAN2.0B協(xié)議。DSP處理器TMS320F28335PGFA自帶兩路增強(qiáng)型CAN模塊(eCAN)，該模塊與CAN2.0B完全兼容，支持高達(dá)1Mbps的通信速率，可以滿足系統(tǒng)需要。隔離收發(fā)電路采用隔離收發(fā)一體模式，通過帶隔離的收發(fā)器ISO1050DUB來(lái)實(shí)現(xiàn)。該芯片支持3.3V和5V的處理器電平輸出，具有2500VRMS的隔離能力，支持CAN2.0B的傳輸。隔離收發(fā)電路如圖3所示，其中R68、R70為總線匹配電阻。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)所采集的轉(zhuǎn)速、電壓、電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)電路選用國(guó)微電子型號(hào)為SM29LV160的FLASH，其容量為16M，滿足保護(hù)裝置要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路如圖4所示。

模擬電流信號(hào)處理電路采用處理器自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬電流信號(hào)處理電路如圖5所示，信號(hào)FA1為電流傳感器輸出模擬電流信號(hào)，最大電流可達(dá)80mA，流經(jīng)并聯(lián)的電阻R53和R54后產(chǎn)生的最大電壓為8V。運(yùn)放N12、電阻R50、R51、R57、R59組成差分式放大電路，由于R59/R57＝R50/R51，則輸出電壓VOUT＝VIN·(R59/R57)，設(shè)VIN為最大值8V時(shí)，則VOUT為2.9V。該電路中選用了高精度、共模抑制比高達(dá)120dB的單運(yùn)放FXOP37A，有效抑制了共模電壓，保證了運(yùn)算精度。雙運(yùn)放FX082與電阻R49、R52和R58以及電阻R48、R55和R60組成兩級(jí)電壓跟隨器，每一級(jí)的放大倍數(shù)為-1。電壓跟隨器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)，該電路中選用了高輸入阻抗的JFET型運(yùn)算放大器FX082，主要起緩沖、隔離提高帶載能力的作用。硅開關(guān)二極管BD7000在電路中主要起鉗位作用，將模擬信號(hào)的電壓鉗制在3V以內(nèi)，確保DSP內(nèi)部ADC模塊能正常接收模擬信號(hào)。

模擬電壓信號(hào)處理電路采用處理器自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模擬電壓信號(hào)范圍為0～4V，該模擬信號(hào)處理電路如圖6所示。FV1先經(jīng)過單運(yùn)放FXOP37A構(gòu)成的電壓跟隨器，然后采用差分式放大電路降低電壓范圍至3V以下，再通過由FX082雙運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器連接至處理器。

開關(guān)量輸入電路采用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離，光電耦合器選用771所的光電耦合器OC322F來(lái)實(shí)現(xiàn)，該光電耦合器為CSOP8雙通道光耦，其輸入端為砷化鎵紅外發(fā)光二極管，輸出端為硅光電三極管，DIP金屬陶瓷封裝，可與國(guó)外同類產(chǎn)品互換。

開關(guān)量輸出電路采用固體繼電器實(shí)現(xiàn)，開關(guān)量輸出電路采用固體繼電器實(shí)現(xiàn)，選用891廠的固體繼電器JGC-17M，該繼電器具有4組常開觸點(diǎn)，負(fù)載為4A，場(chǎng)效應(yīng)管輸出，體積小、耐振動(dòng)、抗沖擊，工作溫度范圍-55℃～105℃，輸入工作電壓為+5V，輸入電流為8.3mA(+5V時(shí))，輸出端電壓可達(dá)60V。固體繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(接觸器和繼電器)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流發(fā)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。

電源電路采用新雷能的DPBL16低噪聲系列，4:1輸入電壓范圍(9V～36V)，內(nèi)置加強(qiáng)濾波電路、低紋波輸出噪聲，帶輸出過流、短路保護(hù)。電源模塊輸出電壓為+5V、±15V。在電源輸入端增加了整流二極管，主要用來(lái)抑制外部瞬間干擾，也可用來(lái)防止電源極性反接。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。