隔离式直流电压电流检测电路的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电压电流检测电路，更具体地说是指隔离式直流电压电流检测电路。


背景技术：

[0002]
高压直流电源又称直流高压电源，它是由交流市电或三相电输入，数千伏以上或数万伏以上直流电压输出的电源，输出功率数百瓦至数千瓦，一般可稳压或稳流。在实际使用过程中，通常会进行原副边隔离检测，以确保电源使用过程中的安全。
[0003]
目前通常采用分流器采样电源的充放电电流，以得到直流电压电流值，但是采用单独采用分流器进行采样则无法保证生产工人在接入差分线时的准确无误，容易造成人工失误，更加无法作为隔离式地采样电压和电流，导致产品的可靠性较低。
[0004]
因此，有必要设计一种新的电路，实现全隔离式地采样直流电压和电流，提高产品的可靠性。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供隔离式直流电压电流检测电路。
[0006]
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：隔离式直流电压电流检测电路，包括切换单元、控制单元、采样单元、储能单元以及泄放单元，所述切换单元与所述控制单元连接，所述切换单元分别与所述采样单元、储能单元以及泄放单元连接；所述控制单元，用于输出控制信号至切换单元；所述切换单元，用于根据控制信号切换自身的状态，以切换电池的工作状态；所述采样单元，用于与电池连接且采集电池的电流电压信号，以输入至控制单元；所述储能单元，用于储蓄电池的能量；所述泄放单元，用于泄放所述储能单元的能量。
[0007]
其进一步技术方案为：所述切换单元包括高频切换开关rly1。
[0008]
其进一步技术方案为：所述控制单元包括主控芯片以及状态控制子单元，所述主控芯片与所述状态控制子单元连接，所述状态控制子单元与所述切换单元连接，所述主控芯片与所述切换单元连接。
[0009]
其进一步技术方案为：所述状态控制子单元包括带铁芯电感线圈l1，所述带铁芯电感线圈l1还连接有电源，所述电源与所述主控芯片之间还连接有防反接二极管d11，所述主控芯片与所述带铁芯电感线圈l1之间还连接有滤波电容c18。
[0010]
其进一步技术方案为：所述泄放单元包括泄放电阻r100。
[0011]
其进一步技术方案为：所述控制单元通过后级差分放大单元与所述切换单元连接。
[0012]
其进一步技术方案为：所述后级差分放大单元包括差分放大器u29以及射极跟随器u57，所述差分放大器u29与所述切换单元连接，所述差分放大器u29的输出端与所述射极
跟随器u57的同相输入端连接，所述射极跟随器u57的输出端与所述主控芯片连接。
[0013]
其进一步技术方案为：所述采样单元包括分流子单元、与直流母线连接的接口j12以及接口j13；所述分流子单元分别与所述接口j12、接口j13以及所述主控芯片连接。
[0014]
其进一步技术方案为：所述分流子单元包括电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r508，所述电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r508并联。
[0015]
其进一步技术方案为：所述接口j12以及所述接口j13之间连接有滤波电容c7、c29、c32、c6、c31、c30，所述滤波电容c7、c29、c32、c6、c31、c30并联。
[0016]
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置切换单元、控制单元、采样单元、储能单元以及泄放单元，由控制单元驱动切换单元切换状态，当切换单元处于不同状态时，采样单元、储能单元以及泄放单元均处于不同状态，可利用采样单元进行电流电压采集，传输至控制单元，也可通过采样单元对储能单元进行充电蓄能，还可通过泄放单元将储能单元内的能量进行泄放，实现全隔离式地采样直流电压和电流，提高产品的可靠性。
[0017]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1为本实用新型具体实施例提供的隔离式直流电压电流检测电路的示意性框图；
[0020]
图2为本实用新型具体实施例提供的采样单元、储能单元、切换单元以及后级差分放大单元的具体电路原理图；
[0021]
图3为本实用新型具体实施例提供的状态控制子单元的的具体电路原理图。
具体实施方式
[0022]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0027]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0028]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
[0029]
如图1～3所示的具体实施例，本实施例提供的隔离式直流电压电流检测电路，可以运用在所有隔离式直流电压电流检测过程中，如高压直流模块的原副边隔离检测、模拟和数字的隔离检测。解决原副边采样及模拟数字采样等隔离采样问题以及直流系统电流采样保护问题，提高产品可靠性。
[0030]
请参阅图1，上述的隔离式直流电压电流检测电路，包括切换单元10、控制单元20、采样单元30、储能单元40以及泄放单元50，所述切换单元10与所述控制单元20连接，所述切换单元10分别与所述采样单元30、储能单元40以及泄放单元50连接。
[0031]
控制单元20，用于输出控制信号至切换单元10；切换单元10，用于根据控制信号切换自身的状态，以切换电池的工作状态；采样单元30，用于与电池连接且采集电池的电流电压信号以输入至控制单元20；储能单元40，用于储蓄电池的能量；泄放单元50，用于泄放储能单元40的能量。
[0032]
在本实施例中，请参阅图2，上述的切换单元10包括高频切换开关rly1。
[0033]
将切换单元10自身状态划分为三个状态位，t0时刻，由控制单元20控制切换单元10停留在3状态位，以通过泄放单元50将储能单元40上的能量泄放完毕，在本实施例中，可根据实际的采样频率调整泄放单元50以及储能单元40对应的数值；t1时刻，当需要检测直流母线电流和电压的时候，控制单元20控制切换单元10切换到1位状态；电池通过采样单元30对储能单元40进行充电，通过采样单元30转换出来的最大电压值即75mv与储能单元40的容值得出一个合理的时间；以保证让储能单元40上的电压完全等于采样单元30两端的电压；t2时刻，当t1时刻顺利完成时，通过控制单元20控制切换单元10到2位状态；因储能单元
40两端电压不会突变，采样单元30的输入端是高阻态，故储能单元40两端的电压等于采样单元30两端的电压，将电源的信号送到采样单元30处理后，送到控制单元20，即可得到一个准确的电流值；t3时刻，完成t2时刻后，需要控制切换单元10到3状态位，通过泄放单元50将储能单元40上的能量泄放完成，以保证下一次采集的准确性。以上四个时刻为一个采集周期，实际应用中，由于市场上分流器采样或电阻采样出来的电压信号在mv级，都非常小，因此，选取的储能单元40也较小，能够保证快速充满并维持到t2时刻，控制单元20读取数据即可， 泄放单元50也较小，能够快速的泄放储能单元40上的能量，可以有效保证数据的采样频率。利用切换单元10切换电池的不同状态，以实现全隔离电压和电流的采样，实现全隔离式地采样直流电压和电流，提高产品的可靠性。
[0034]
在一实施例中，上述的高频切换开关rly1可以为继电器或高频切换器件。
[0035]
在一实施例中，控制单元20包括主控芯片以及状态控制子单元，主控芯片与状态控制子单元连接，状态控制子单元与切换单元10连接，主控芯片与切换单元10连接。状态控制子单元可接收来自主控芯片的控制信号，以切换高频切换开关rly1的状态。
[0036]
在本实施例中，上述的主控芯片的型号为但不局限于hip630x。
[0037]
在一实施例中，请参阅图3，上述的状态控制子单元包括带铁芯电感线圈l1，带铁芯电感线圈l1还连接有电源，电源与主控芯片之间还连接有防反接二极管d11，主控芯片与带铁芯电感线圈l1之间还连接有滤波电容c18。
[0038]
具体地，上述的电源与带铁芯电感线圈l1之间还连接有电阻r142。
[0039]
通过主控芯片控制带铁芯电感线圈l1的通电和断电情况，由此改变带铁芯电感线圈l1内部的磁铁的磁性，由于磁铁磁性的改变会导致高频切换开关rly1的状态发生变化，由此切换整个电路的状态。
[0040]
在一实施例中，上述的泄放单元50包括泄放电阻r100。泄放电阻r110的阻值为249ohms，能够快速的泄放储能单元40上的能量，可以有效保证数据的采样频率。
[0041]
在一实施例中，请参阅图2，上述的控制单元20通过后级差分放大单元与切换单元10连接。后级差分放大单元可以将采集到的电压电流信号进行放大后输入值主控芯片进行分析等处理。
[0042]
在一实施例中，请参阅图2，上述的后级差分放大单元包括差分放大器u29以及射极跟随器u57，差分放大器u29与切换单元10连接，差分放大器u29的输出端与射极跟随器u57的同相输入端连接，射极跟随器u57的输出端与主控芯片连接。
[0043]
射极跟随器u57将交流电流放大，以提高整个放大电路的带负载能力。实际电路中，一般用作输出级或隔离级，其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用它连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。
[0044]
在本实施例中，上述的差分放大器u29的同相输入端通过电阻r37与高频切换开关rly1的第9端脚连接，差分放大器u29的反相输入端通过电阻r38与高频切换开关rly1的第10端脚连接，另外，差分放大器u29的同相输入端通过电阻r53接地，差分放大器u29的反相输入端通过电阻r54与差分放大器u29的输出端连接。
[0045]
在本实施例中，上述的射极跟随器u57的同相输入端通过电阻r381与差分放大器u29的输出端连接，射极跟随器u57的反相输入端通过电阻r383接地，另外，射极跟随器u57
的同相输入端通过电阻r427接地，射极跟随器u57的反相输入端通过电阻r428与射极跟随器u57的输出端连接，射极跟随器u57的输出端通过电阻r413与主控芯片连接，所述电阻r413与主控芯片之间还连接有一端接地的滤波电容c249，滤波电容c249可以实现滤波的效果。
[0046]
在一实施例中，请参阅图2，上述的采样单元30包括分流子单元、与直流母线连接的接口j12以及接口j13；分流子单元分别与接口j12、接口j13以及主控芯片连接。
[0047]
在本实施例中，上述的分流子单元包括电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r508，电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r508并联。
[0048]
高频切换开关rly1的公共端连接储能电容c55， 高频切换开关rly1的4端脚与8端脚为采集接收状态1位；可以采集电压或者电流，其中，（电压可通过分压后再采集进来，电流通过电阻分流器产生电压降采样进来。高频切换开关rly1的9端脚以及10端脚为状态2位；高频切换开关rly1的3端脚以及7端脚为状态3位。
[0049]
在本实施例中，上述的直流母线与电池的正极以及负极进行连接，且接口j12以及接口j13之间连接有滤波电容c7、c29、c32、c6、c31、c30，滤波电容c7、c29、c32、c6、c31、c30并联。且上述的接口j13与电池的负极之间还连接有电阻r4、r5，电阻r4、r5并联连接。
[0050]
主控芯片输入信号，更改带铁芯电感线圈l1的磁性，以使得高频切换开关rly1工作在不同的状态位；通过状态1位给储能电容c55充电，当储能电容c55充满时；切换到状态2位把信号传送到后级差分放大单元；再切换到状态3位，将储能电容c55电压进行泄放。依此为一个周期进行隔离采样，适当调整储能电容c55和泄放电阻r100可以改变采样频率。通过以上3个状态的轮流切换，及储能电容c55的储能和泄放电阻r100的泄放，可以很好的实现全隔离电压电流采样，以此解决了变电站直流系统的电流采样保护问题以及电源模块内部的隔离采样问题，充分推动行业内新技术应用。
[0051]
控制单元20输出控制信号至切换单元10；切换单元10根据控制信号切换自身的状态，以切换电池的工作状态；根据电池的工作状态，以使采样单元30与电池连接且采集电池的电流电压信号；根据电池的工作状态，以使储能单元40储蓄电池的能量；根据电池的工作状态，以使泄放单元50泄放储能单元40的能量。
[0052]
上述的隔离式直流电压电流检测电路，通过设置切换单元10、控制单元20、采样单元30、储能单元40以及泄放单元50，由控制单元20驱动切换单元10切换状态，当切换单元10处于不同状态时，采样单元30、储能单元40以及泄放单元50均处于不同状态，可利用采样单元30进行电流电压采集，传输至控制单元20，也可通过采样单元30对储能单元40进行充电蓄能，还可通过泄放单元50将储能单元40内的能量进行泄放，实现全隔离式地采样直流电压和电流，提高产品的可靠性。
[0053]
上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。