本實(shí)用新型涉及一種斷相保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN202856311U公開(kāi)了一種自診斷斷相保護(hù)器，該產(chǎn)品的24V輸出電壓來(lái)自3個(gè)變壓器次級(jí)的串聯(lián)，變壓器需要較大體積。負(fù)載(即“三相道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)”)電流大小的變化對(duì)24V輸出的穩(wěn)定性與電壓值有很大影響，變壓器初級(jí)串聯(lián)在電機(jī)供電電路中，安裝麻煩，增加故障機(jī)率和危險(xiǎn)性，電源轉(zhuǎn)換部分為簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓電路，功耗大，穩(wěn)壓能力差，適應(yīng)電壓變化范圍小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提出一種冗余斷相保護(hù)器，靈敏度和可靠性更高。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種冗余斷相保護(hù)器，包括A、B兩路結(jié)構(gòu)完全相同的斷相保護(hù)模塊，每路斷相保護(hù)電路均包括MCU、直流基準(zhǔn)電壓、三相電流傳感單元、電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、AC/DC穩(wěn)壓電源、本地報(bào)警單元、工作電壓輸出單元，其中三相電流傳感單元獲得的電流經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)換單元形成電壓降，與所述直流基準(zhǔn)電壓疊加形成脈動(dòng)直流，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入MCU，MCU根據(jù)設(shè)定的閾值做出是否缺相的判斷，輸出相應(yīng)信號(hào)至本地報(bào)警單元和工作電壓輸出單元；另有一實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，主要由報(bào)警MCU、遠(yuǎn)程報(bào)警單元和輸出合并單元，報(bào)警MCU實(shí)時(shí)采集A、B兩路斷相保護(hù)模塊中所述本地報(bào)警單元的輸入信號(hào)，進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算后輸出信號(hào)至遠(yuǎn)程報(bào)警單元，輸出合并單元對(duì)A、B兩路斷相保護(hù)模塊中所述工作電壓輸出單元的輸出電壓進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算后輸出以驅(qū)動(dòng)負(fù)載繼電器。

在以上方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還進(jìn)一步作了如下優(yōu)化：

AC/DC穩(wěn)壓電源輸出兩種幅值的直流電壓，第一種分別提供給MCU和本地報(bào)警單元，第二種提供給工作電壓輸出單元。

A、B兩路斷相保護(hù)模塊中的AC/DC穩(wěn)壓電源取自不同的線電壓。

報(bào)警MCU由A、B兩路斷相保護(hù)模塊中的第一種直流電壓聯(lián)合供電。

每路斷相保護(hù)模塊有四個(gè)LED，分別指示兩種幅值的直流電壓、缺相和輸出狀態(tài)。

每路斷相保護(hù)模塊中的MCU均為一個(gè)片上系統(tǒng)，包含A/D、內(nèi)部時(shí)鐘、內(nèi)部復(fù)位和內(nèi)部看門(mén)狗。

輸出合并單元中，輸入的兩路工作電壓分別經(jīng)過(guò)防倒灌二極管后再進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

該冗余斷相保護(hù)器將兩路同構(gòu)的斷相檢測(cè)與時(shí)間控制集成到一起，由實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊監(jiān)督兩路斷相報(bào)警電路的工作，做出綜合判斷，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)LED和遠(yuǎn)程報(bào)警。

兩路斷相保護(hù)電路各自包括獨(dú)立的24V和5V直流電源、電流互感器、高性能MCU，該MCU含A/D、內(nèi)部時(shí)鐘、內(nèi)部復(fù)位、內(nèi)部看門(mén)狗等電路，是一個(gè)SOC(片上系統(tǒng))，采用16腳SOC封裝，因此外部電路簡(jiǎn)化，可靠性提高。

斷相檢測(cè)電路在硬件上將電流互感器感應(yīng)的電流轉(zhuǎn)為流過(guò)電阻上的電壓降，再與2.5V直流基準(zhǔn)電壓疊加形成脈動(dòng)直流，直接進(jìn)入MCU的A/D輸入端。軟件上采用數(shù)值積分算法計(jì)算一周期的平均電壓，根據(jù)預(yù)先測(cè)量得到的閾值做出是否缺相的判斷。算法抗干擾性能好，檢測(cè)靈敏，可以敏感0.3A-10A的負(fù)載電流。

兩路斷相檢測(cè)電路的輸出通過(guò)防倒灌二極管合并輸出，只要一路功能正常即可完成斷相保護(hù)功能。

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊采集四路直流電源和兩路斷相檢測(cè)電路的狀態(tài)，當(dāng)有參數(shù)異常時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)LED同步報(bào)警。為提高實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊報(bào)警電路可靠性，該模塊由兩路5V電源聯(lián)合供電，只要一路電源正常即可工作，兩路電源都失效則自動(dòng)報(bào)警。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型中AC/DC穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型中電流傳感、電流電壓轉(zhuǎn)換與A/D輸入部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a和圖4b分別為本實(shí)用新型中本地報(bào)警單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型中遠(yuǎn)程報(bào)警單元及其狀態(tài)指示的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)用新型中輸出合并單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，該冗余斷相保護(hù)器主要由A、B兩路結(jié)構(gòu)完全相同的斷相保護(hù)模塊和輸出合并、綜合報(bào)警電路組成。A、B兩路斷相保護(hù)模塊均是全功能的、且相對(duì)獨(dú)立，它包括三相電流傳感、電流/電壓轉(zhuǎn)換、直流基準(zhǔn)電壓疊加、A/D轉(zhuǎn)換與工作狀態(tài)判斷與轉(zhuǎn)換(可通過(guò)常規(guī)的軟件實(shí)現(xiàn))、寬范圍AC/DC穩(wěn)壓電源、本地報(bào)警、DC24V工作電壓輸出和工作時(shí)間選擇等幾個(gè)部分。兩路的交流工作電源取自不同的線電壓，以提高總體可靠性。

MCU(C)監(jiān)視A、B兩路斷相保護(hù)模塊的工作狀態(tài)，在出現(xiàn)缺相、斷電、邏輯錯(cuò)誤等情況下產(chǎn)生遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)。MCU(C)的直流工作電源由A、B兩模塊的DC5V綜合提供，只要有一路正常就能保證工作。

A、B兩路的DC24V工作電壓輸出以邏輯“或”的關(guān)系合并，只要有一路邏輯正常即能保證驅(qū)動(dòng)負(fù)載繼電器。

兩路邏輯功能都正常時(shí)，電路正常工作，無(wú)本地和遠(yuǎn)程報(bào)警。

一路正常一路異常時(shí)，有遠(yuǎn)程和一路本地報(bào)警，電路可正常工作，時(shí)間不限。

兩路都異常，有兩路本地報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警，電路不工作。

以下具體介紹各個(gè)主要部分的電路設(shè)計(jì)和特點(diǎn)：

一、寬范圍輸入雙路輸出穩(wěn)壓電源

如圖2所示，該部分電路由傳統(tǒng)工頻電源變壓器、全橋整流器、電容濾波器和LM317線性穩(wěn)壓集成電路組成。傳統(tǒng)工頻電源變壓器、全橋整流器、電容濾波器構(gòu)成的AC/DC降壓整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)電源高次諧波不敏感，抗過(guò)載能力強(qiáng)，特別適合鐵路復(fù)雜的電氣環(huán)境。LM317線性穩(wěn)壓集成電路應(yīng)用成熟，有完善的保護(hù)功能，輸入電壓范圍大于78XX系列三端固定穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓性能好于78XX系列三端固定穩(wěn)壓器，抗過(guò)載能力強(qiáng)，因此可實(shí)現(xiàn)寬范圍電壓輸入，經(jīng)實(shí)測(cè)輸入在AC220V-440V范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出波動(dòng)小于0.2V，若放寬對(duì)輸出波動(dòng)要求，輸入電壓范圍可擴(kuò)大。DC5V用DC24V轉(zhuǎn)DC5V開(kāi)關(guān)電源模塊產(chǎn)生。由于其轉(zhuǎn)換效率高，減小了LM317負(fù)載電流。

二、電流傳感、電流電壓轉(zhuǎn)換與A/D輸入

如圖3所示，電流互感器感應(yīng)的電流轉(zhuǎn)為流過(guò)電阻上的電壓降，這個(gè)電壓是交流電壓，無(wú)法直接輸入MCU。將其與2.5V直流基準(zhǔn)電壓疊加形成脈動(dòng)直流，就可直接進(jìn)入MCU的A/D輸入端了。軟件上采用數(shù)值積分算法計(jì)算一周期的平均電壓，根據(jù)預(yù)先測(cè)量得到的閾值做出是否缺相的判斷。算法抗干擾性能好，檢測(cè)靈敏，可以敏感0.5A-10A的負(fù)載電流。改變軟件就可改變電流敏感范圍和大小。軟件上采用數(shù)值積分算法計(jì)算一周期的平均電壓，根據(jù)預(yù)先測(cè)量得到的閾值做出是否缺相的判斷。

三、MCU

所選MCU含A/D、內(nèi)部時(shí)鐘、內(nèi)部復(fù)位、內(nèi)部看門(mén)狗等電路，是一個(gè)SOC(片上系統(tǒng))，不用任何外部元件就可運(yùn)行程序。采用16腳SOC封裝，因此體積小，外部電路簡(jiǎn)化，可靠性提高。

四、報(bào)警與工作狀態(tài)指示

如圖4a、圖4b和圖5所示，A、B兩路斷相保護(hù)模塊每路有4個(gè)LED，分別指示DC5V、DC24V、缺相和輸出狀態(tài)。LEDBJ與遠(yuǎn)程報(bào)警繼電器同步工作，指示有遠(yuǎn)程報(bào)警。

五、時(shí)間選擇與輸出24V工作電壓的合并

如圖6所示，兩路斷相保護(hù)模塊的輸出通過(guò)防倒灌二極管合并輸出，只要一路功能正常即可完成斷相保護(hù)功能。通過(guò)開(kāi)關(guān)S1B選擇輸出時(shí)間是9S或30S。

六、提高電源可靠性的其他措施

A、B兩路斷相保護(hù)模塊的AC電源取自不同的線電壓，例如模塊A用B、C相，則模塊B就用A、B相。如果假設(shè)線電壓380V，當(dāng)缺A相時(shí)，模塊A電壓正常；當(dāng)缺C相時(shí)，模塊B電壓正常；當(dāng)缺B相時(shí)，模塊A和B電壓為220V，還可以工作。

報(bào)警MCU(C)由兩路5V電源聯(lián)合供電，只要一路電源正常即可工作，兩路電源都失效則自動(dòng)報(bào)警。

輸出電路由兩路DC24V聯(lián)合供電，只要一路正常即可工作(圖6)。Vback反映負(fù)載電流情況，有異常則報(bào)警(比如開(kāi)關(guān)管損壞)。