专利名称：电压变化率检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压检测，特别是涉及一种电压变化率检测器。
背景技术：
工业电网中电压参数是实施自动控制及保护用电设备的重要依据。例如供 电设备(变压器、发电机等)输出电压大幅下降意味着过负载，乃至短路的发 生。另外，如果三相不平衡负载在中性线断路时，将出现某相电压升高并损坏 用电设备的结果。因此，提前检测到电压的异常变化至关重要。检测电压变化 即电压变化率(du/dt)检测。至今，尚未有专门的高精度电压变化率检测器 件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提 供一种可靠、准确的电压变化率检测器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现电压变化率检测器，其特征 在于，包括输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元、输出端口，所述的 输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元和输出端口相互连接；工业电网 中三相电压经输入端口给电压变换单元，电压变换单元将电压按比例变换成可 供信号处理输出单元处理的低电压信号，由信号处理输出单元对信号进行处理 运算后，将电压变化率信号经输出端口输出。
所述的输入端口包括三相电压输入端AIN、 BIN、 CIN以及零线端N;
所述的电压变换单元包括电压保护器件YA、 YB、 YC以及电压变换器T， 所述的电压变换器T包括环状的磁芯，该磁芯上绕有三组线圈，每组线圈分别 由一次线圈及二次线圈构成；
所述的信号处理输出单元包括16位的数字信号控制器、上电复位电路、 主振频率提供电路、工作状态指示电路；所述的上电复位电路、主振频率提供 电路和工作状态指示电路均与数字信号控制器连接；
4所述的输出端口包括模拟电压输出端口 ADO、 BDO、 CDO，三相电压变 化率的数字信号串行输出端口 SDI、 SDO，以及通讯端口TX、 RX。
所述的三相电压输入端AIN与电压保护器件YA的一端以及一次线圈TA1 的一端连接，电压保护器件YA的另一端以及一次线圈TA1的另一端均与零线 端N连接，同线圈组的TA2的一端与数字信号控制器的引脚2连接，其另一 端接地；所述的三相电压输入端BIN与电压保护器件YB的一端以及一次线圈 TBI的一端连接，电压保护器件YB的另一端以及一次线圈TBI的另一端均与 零线端N连接，同线圈组的TB2的一端与数字信号控制器的引脚3端连接， 其另一端接地；三相电压输入端CIN与电压保护器件YC的一端以及一次线圈 TC1的一端连接，电压保护器件YC的另一端以及一次线圈TC1的另一端均与 零线端N连接，同线圈组的TC2的一端与数字信号控制器的引脚4端连接， 其另一端接地。
所述的数字信号控制器的引脚5以及引脚24均接地，引脚17、引脚25与 + 5丫电压端连接，引脚16与一5V电压端连接，引脚23依次与电阻R3、 R4 串联后与模拟电压输出端口 ADO连接，电阻R4两端分别连接有电容C4、 C5， 电容C4、 C5均与一5V电压端连接，引脚21依次与电阻R5、 R6串联后与模 拟电压输出端口 BD0连接，电阻R6两端分别连接有电容C6、 C7，电容C6、 C7均与一5V电压端连接，引脚19依次与电阻R7、 R8串联后与模拟电压输出 端口CDO连接，电阻R8两端分别连接有电容C8、 C9，电容C8、 C9均与一 5V电压端连接，引脚14、 15分别与端口 SDI、 SDO连接，引脚8、 9分别与 通讯端口 TX、 RX连接。
所述的上电复位电路包括电容C1、电阻R1，电容C1和电阻R1的一端均 与5V电压源连接，电容C1的另一端接地，电阻R1的另一端与数字信号控制 器的引脚26连接。
所述的主振频率提供电路包括电容C2、 C2、晶振XT，电容C2、 C2的一 端均接地，其另一端分别于数字信号控制器的引脚6、 7连接，该引脚6、 7之 间连接有晶振XT。
所述的工作状态指示电路包括电阻R2、 LED指示灯，电阻R2的一端与数 字信号控制器的引脚ll连接，其另一端与LED指示灯连接后接地。所述的电压保护器件采用压敏电阻。
所述的磁芯采用超微晶材料，并采用环氧树脂封装。 与现有技术相比，本发明具有准确、可靠检测电压变化的优点。
图l为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，电压变化率检测器，包括输入端口、电压变换单元、信号处 理输出单元、输出端口，所述的输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元
和输出端口相互连接；工业电网中三相电压经输入端口给电压变换单元，电压 变换单元将电压按比例变换成可供信号处理输出单元处理的低电压信号，由信
号处理输出单元对信号进行处理运算后，将电压变化率信号经输出端口输出。
所述的输入端口包括三相电压输入端AIN、 BIN、 CIN以及零线端N;所 述的电压变换单元包括电压保护器件YA、 YB、 YC以及电压变换器T，所述 的电压变换器T包括环状的磁芯，该磁芯上绕有三组线圈，每组线圈分别由一 次线圈及二次线圈构成；所述的信号处理输出单元包括16位的数字信号控制 器、上电复位电路、主振频率提供电路、工作状态指示电路；所述的上电复位 电路、主振频率提供电路和工作状态指示电路均与数字信号控制器连接；所述 的输出端口包括模拟电压输出端口 ADO、 BDO、 CDO，三相电压变化率的数 字信号串行输出端口 SDI、 SDO，以及通讯端口 TX、 RX;所述的三相电压输 入端AIN与电压保护器件YA的一端以及一次线圈TA1的一端连接，电压保 护器件YA的另一端以及一次线圈TA1的另一端均与零线端N连接，同线圈组 的TA2的一端与数字信号控制器的引脚2连接，其另一端接地；所述的三相电 压输入端BIN与电压保护器件YB的一端以及一次线圈TB1的一端连接，电压 保护器件YB的另一端以及一次线圈TB1的另一端均与零线端N连接，同线圈 组的TB2的一端与数字信号控制器的引脚3端连接，其另一端接地；三相电压 输入端CIN与电压保护器件YC的一端以及一次线圈TC1的一端连接，电压保护器件YC的另一端以及一次线圈TC1的另一端均与零线端N连接，同线圈组 的TC2的一端与数字信号控制器的引脚4端连接，其另一端接地；所述的数字 信号控制器的引脚5以及引脚24均接地，引脚17、引脚25与+ 5V电压端连 接，引脚16与一5V电压端连接，引脚23依次与电阻R3、 R4串联后与模拟电 压输出端口 ADO连接，电阻R4两端分别连接有电容C4、 C5，电容C4、 C5 均与一5V电压端连接，引脚21依次与电阻R5、 R6串联后与模拟电压输出端 口BDO连接，电阻R6两端分别连接有电容C6、 C7，电容C6、 C7均与一5V 电压端连接，引脚19依次与电阻R7、 R8串联后与模拟电压输出端口 CDO连 接，电阻R8两端分别连接有电容C8、 C9，电容C8、 C9均与一5V电压端连 接，引脚14、 15分别与端口SDI、 SD0连接，引脚8、 9分别与通讯端口TX、 RX连接；所述的上电复位电路包括电容C1、电阻R1，电容C1和电阻R1的 一端均与5V电压源连接，电容C1的另一端接地，电阻R1的另一端与数字信 号控制器的引脚26连接；所述的主振频率提供电路包括电容C2、 C2、晶振 XT，电容C2、 C2的一端均接地，其另一端分别于数字信号控制器的引脚6、 7 连接，该引脚6、 7之间连接有晶振XT;所述的工作状态指示电路包括电阻 R2、 LED指示灯，电阻R2的一端与数字信号控制器的引脚11连接，其另一 端与LED指示灯连接后接地；所述的电压保护器件采用压敏电阻；所述的磁芯 采用超微晶材料，并采用环氧树脂封装。 其中
1.电压变换部分由YA， YB， YC及T组成。YA， YB， YC为电压保护 器件，保护本模块不受超电压的损坏。T为专门设计制作的变换器，将工业电 网中三相电压按比例变换成可供芯片处理的低电压信号。
变换器T的磁芯采用超微晶材料制成。超微晶材料制作变换器有着独特的 优异性
a) 非常低的铁损，非常高的饱和磁通密度，足够高的磁导率。
b) 工作温度高，在-40。C +12(TC范围内，特性不随温度变化。
c) 磁芯由环氧树脂封装，具有较高的机械强度。
变换器T的线圈参数经过优化设计。 一次线圈具有良好的绝缘性能，最佳 的电流密度，较小的占用体积； 一次线圈和二次线圈具有良好的匹配。这样保证了在环境温度变化并电压大幅度、急剧变化时输出信号不失真、 无滞后。
2.信号运算、处理和输出部分，由IC、 C1 C9， R1 R8、 XT和LED 组成。其中IC为16位数字信号控制器(DSC)，对输入的模拟信号进行A/D转 换，变化率du/dt运算和转换输出。其输出方式有三种
a) 通过SDI、 SDO 口将变化率du/dt的数字信号串行输出给其它器件。
b) 通过TX、 RX 口与其它设备进行通讯。
c) 经D/A变换输出模拟电压信号。
IC具有12位A/D转换能力，其分辨率为1/4096;最小50ns运算时间， 16位数字处理能力，高阶数字滤波器，保证了足够高的精度。IC具有足够多 的EEPROM，即使停电，数据仍可保存。
其中变化率du/dt运算采用基于泰勒级数的离散数值微分。 电容C1、电阻R1为上电复位电路，电容C2、 C3和晶振XT供给IC主振 频率。
电阻R2和发光二极管LED指示工作状态。
高精度电压变化率检测模块封装成一个整体器件，引脚为标准2.54mm脚 距，以便于使用。
权利要求
1. 电压变化率检测器，其特征在于，包括输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元、输出端口，所述的输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元和输出端口相互连接；工业电网中三相电压经输入端口给电压变换单元，电压变换单元将电压按比例变换成可供信号处理输出单元处理的低电压信号，由信号处理输出单元对信号进行处理运算后，将电压变化率信号经输出端口输出。
2. 根据权利要求1所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的输入 端口包括三相电压输入端(AIN)、 (BIN)、 (CIN)以及零线端(N);所述的电压变换单元包括电压保护器件(YA)、 (YB)、 (YC)以及电压变换器 (T)，所述的电压变换器(T)包括环状的磁芯，该磁芯上绕有三组线圈，每组线 圈分别由一次线圈及二次线圈构成；所述的信号处理输出单元包括16位的数字信号控制器、上电复位电路、 主振频率提供电路、工作状态指示电路；所述的上电复位电路、主振频率提供 电路和工作状态指示电路均与数字信号控制器连接；所述的输出端口包括模拟电压输出端口(ADO)、 (BDO)、 (CDO)，三相电压 变化率的数字信号串行输出端口(SDI)、 (SDO)，以及通讯端口(TX)、 (RX)。
3. 根据权利要求2所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的三相 电压输入端(AIN)与电压保护器件(YA)的一端以及一次线圈(TA1)的一端连接， 电压保护器件(YA)的另一端以及一次线圈(TA1)的另一端均与零线端(N)连接， 同线圈组的CTA2)的一端与数字信号控制器的引脚(2)连接，其另一端接地；所 述的三相电压输入端(BIN)与电压保护器件(YB)的一端以及一次线圈(TB1)的一 端连接，电压保护器件(YB)的另一端以及一次线圈(TB1)的另一端均与零线端 (N)连接，同线圈组的(TB2)的一端与数字信号控制器的引脚(3)端连接，其另一 端接地；三相电压输入端(CIN)与电压保护器件(YC)的一端以及一次线圈(TC1) 的一端连接，电压保护器件(YC)的另一端以及一次线圈(TC1)的另一端均与零 线端(N)连接，同线圈组的(TC2)的一端与数字信号控制器的引脚(4)端连接，其 另一端接地。
4. 根据权利要求3所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的数字 信号控制器的引脚(5)以及引脚(24)均接地，引脚(17)、引脚(25)与+ 5V电压端 连接，引脚(16)与一5V电压端连接，引脚(23)依次与电阻(R3)、 (R4)串联后与 模拟电压输出端口(ADO)连接，电阻(R4)两端分别连接有电容(C4)、 (C5)，电容 (C4)、 (C5)均与一5V电压端连接，引脚(21)依次与电阻(R5)、 (R6)串联后与模 拟电压输出端口(BDO)连接，电阻(R6)两端分别连接有电容(C6)、 (C7)，电容 (C6)、 (C7)均与一5V电压端连接，引脚(19)依次与电阻(R7)、 (R8)串联后与模 拟电压输出端口(CDO)连接，电阻(R8)两端分别连接有电容(C8)、 (C9)，电容 (C8)、 (C9)均与—5V电压端连接，引脚(14)、 (15)分别与端口(SDI)、 (SDO)连接， 引脚(8)、 (9)分别与通讯端口(TX)、 (RX)连接。
5. 根据权利要求4所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的上电 复位电路包括电容(C1)、电阻(R1)，电容(C1)和电阻(R1)的一端均与5V电压源 连接，电容(C1)的另一端接地，电阻(R1)的另一端与数字信号控制器的引脚(26) 连接。
6. 根据权利要求5所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的主振 频率提供电路包括电容(C2)、 (C2)、晶振(XT)，电容(C2)、 (C2)的一端均接地， 其另一端分别于数字信号控制器的引脚(6)、 (7)连接，该引脚(6)、 (7)之间连接 有晶振(XT)。
7. 根据权利要求6所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的工作 状态指示电路包括电阻(R2)、 LED指示灯，电阻(R2)的一端与数字信号控制器 的引脚(ll)连接，其另一端与LED指示灯连接后接地。
8. 根据权利要求3所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的电压 保护器件采用压敏电阻。
9. 根据权利要求2所述的电压变化率检测器，其特征在于，所述的磁芯 采用超微晶材料，并采用环氧树脂封装。
全文摘要
本发明涉及电压变化率检测器，包括输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元、输出端口，所述的输入端口、电压变换单元、信号处理输出单元和输出端口相互连接；工业电网中三相电压经输入端口给电压变换单元，电压变换单元将电压按比例变换成可供信号处理输出单元处理的低电压信号，由信号处理输出单元对信号进行处理运算后，将电压变化率信号经输出端口输出。与现有技术相比，本发明具有准确、可靠检测电压变化的优点。
文档编号G01R19/12GK101446602SQ200710171178
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者胡正业 申请人:上海精益电器厂有限公司