用于微机保护装置的电流信号输出电路和微机保护装置的制作方法

1.本发明涉及电力领域，尤其涉及一种用于微机保护装置的电流信号输出电路和微机保护装置。


背景技术：

2.随着我国电力系统的发展和微电子技术的进步，微机保护装置在发电领域的应用越来越广泛，集中控制系统对其发出信号的精度、响应速度、抗干扰能力等技术指标也逐渐提出更高的要求，而微机保护装置输出的信号精度、线性度、响应速度及稳定性也直接影响着电力系统的电力调节能力。
3.但是现有技术中的微机保护装置传输电流信号电路往往采用比较简单的工作原理，对温度变化、电磁干扰比较敏感，同时信号的精度和响应速度也比较差，经常导致电力系统控制失调，又因其响应速度慢，调节速度不能有效跟随电力需求变化快速调整，容易造成系统振荡，导致严重的停机事故。


技术实现要素：

4.基于以上问题，本发明提出一种用于微机保护装置的电流信号输出电路和微机保护装置，本发明解决了现有技术中的微机保护装置传输电流信号电路对温度变化、电磁干扰比较敏感，同时信号的精度和响应速度也比较差，经常导致电力系统控制失调，又因其响应速度慢，调节速度不能有效跟随电力需求变化快速调整，容易造成系统振荡，导致严重的停机事故的技术问题。
5.本发明提出一种用于微机保护装置的电流信号输出电路，包括：
6.输入电阻、信号放大器、采样电阻、差分电路和负反馈电阻；
7.输入电阻的一端连接外部待转换电压端，另一端连接信号放大器的反向输入端，信号放大器的输出端连接差分电路的同向输入端，采样电阻的两端分别接入差分电路的同向输入端和反向输入端，采样电阻接入反向输入端的一端同时为电流输出端，电流输出端连接外部供给电路，负反馈电阻的一端连接差分电路的输出端，另一端连接信号放大器的反向输入端；
8.信号放大器接收外部待转换电压端的电压信号并将电压信号放大，通过差分电路和负反馈电阻输出的电压信号输入到信号放大器的反向输入端形成负反馈电路，由于信号放大器的反向输入端的反馈电流值与输出端的电流值为反比例关系，所以信号放大器的输出电压跟随外部供给电路侧的电阻变化而自动调节，使得电流输出端的电流保持恒流特性。
9.此外，信号放大器的反向输入端与输出端之间接入电容。
10.此外，信号放大器为运算放大器。
11.此外，信号放大器的同向输入端接地。
12.此外，信号放大器的同向输入端串接接地电阻后接地。
13.此外，采样电阻的电流输出端与外部供给电路形成闭合回路。
14.此外，差分电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
15.第一电阻的两端分别连接信号放大器的输出端和运算放大器的正向输入端；
16.第二电阻的两端分别连接运算放大器的正向输入端和接地端；
17.第三电阻的两端分别连接电流输出端和运算放大器的反向输入端；
18.第四电阻的两端分别连接运算放大器的反向输入端和输出端。
19.此外，电流信号输出电路的电压放大倍数＝-(负反馈电阻/输入电阻)。
20.此外，外部供给电路的最大负载电阻为500欧姆。
21.本发明还提出一种微机保护装置，采用如上任一项所述的用于微机保护装置的电流信号输出电路。
22.本发明解决了现有技术中的微机保护装置传输电流信号电路对温度变化、电磁干扰比较敏感，同时信号的精度和响应速度也比较差，经常导致电力系统控制失调，又因其响应速度慢，调节速度不能有效跟随电力需求变化快速调整，容易造成系统振荡，导致严重的停机事故的技术问题。采用本发明提供的用于微机保护装置的电流信号输出电路能够使大幅提升微机保护装置电流输出信号级的工作性能指标，使信号精度、线性度、温度稳定性、响应速度、抗干扰能力等性能指标得到较大提升，对提高供电系统的保护精度，提高控制系统的准确度，减少控制失调导致的供电事故有着至关重要的作用。
附图说明
23.图1为本发明一个实施例提供的用于微机保护装置的电流信号输出电路的电路原理图。
具体实施方式
24.以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
25.参照图1，本发明提出一种用于微机保护装置的电流信号输出电路，包括：
26.输入电阻ri、信号放大器u1d、采样电阻r、差分电路和负反馈电阻rf；
27.输入电阻r1的一端连接外部待转换电压端in，另一端连接信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)，信号放大器u1d的输出端(引脚1)连接差分电路的同向输入端(引脚5)，采样电阻r的两端分别接入差分电路的同向输入端(引脚5)和反向输入端(引脚6)，采样电阻r接入反向输入端(引脚6)的一端同时为电流输出端out，电流输出端out连接外部供给电路，负反馈电阻rf的一端连接差分电路的输出端(引脚7)，另一端连接信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)；
28.信号放大器u1d接收外部待转换电压端in的电压信号并将电压信号放大，通过差分电路和负反馈电阻rf输出的电压信号输入到信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)形成负反馈电路，由于信号放大器uid的反向输入端(引脚2)的反馈电流值与输出端(引脚1)的电流值为反比例关系，所以信号放大器u1d的输出电压跟随外部供给电路侧的电阻变化而自动调节，使得电流输出端out的电流保持恒流特性。
29.输入电阻ri为电流信号输出电路的输入电阻，信号放大器u1d接收输入的外部待转换电压端提供的电压信号，即微机保护装置提供的电压信号，并对电压进行放大处理。采样电阻r用于采样信号放大器u1d的输出电压。差分电路提供对输入电压进行差分，将差分后的电压经负反馈电阻rf传回到信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)，从而形成负反馈电路，由于信号放大器的反向输入端的反馈电流值与输出端的电流值为反比例关系，所以信号放大器u1d的输出电压跟随外部供给电路侧的电阻变化而自动调节，使得电流输出端out的电流保持恒流特性。
30.举例说明工作原理：当电流输出端out连接的外部供给电路的负载电阻发送变化时，比如变大，根据欧姆定律，则此时通过采样电阻的电流变小，当电流变小，则差分电路的输入电流变小，那么信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)的反馈电流值变小，而由于信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)的反馈电流值与输出端(引脚1)的电流值为反比例关系，则此时输出端(引脚1)的电流值反而增加，从而使流经采样电阻的电流变大，所以使采样电阻的电压增大，那么电流输出端out的电流也增大到与之前(外部供给电路的负载电阻发生变化之前)相同或者接近之前的电流值，从而实现了电流输出端的恒流特性。
31.本发明为保证整个回路的温度稳定性，采用了无晶体管的电流输出电路，使得负载造成的电流输出级温度漂移被差分电路内部的反馈回路补偿掉，克服了传统有晶体管输出电路温度漂移大的问题，同时因电路没有采用常规的晶体管输出形式，响应速度完全取决于差分电路本身的性能指标，可使响应速度提高到1ms以内。
32.同时，为克服外界及电源串入共模干扰，在取样回路中使用了差分采样结构，差分采样只放大差模信号(差模信号即高精密采样电阻r两端的电压差)，不会对共模干扰信号进行放大，有效地抑制了共模干扰对转换精度及线性度的影响，同时差分采样还具有克服温度漂移的特点，可有效克服温度变化带来的误差。
33.本发明解决了现有技术中的微机保护装置传输电流信号电路对温度变化、电磁干扰比较敏感，同时信号的精度和响应速度也比较差，经常导致电力系统控制失调，又因其响应速度慢，调节速度不能有效跟随电力需求变化快速调整，容易造成系统振荡，导致严重的停机事故的技术问题。采用本发明提供的用于微机保护装置的电流信号输出电路能够使大幅提升微机保护装置电流输出信号级的工作性能指标，使信号精度、线性度、温度稳定性、响应速度、抗干扰能力等性能指标得到较大提升，对提高供电系统的保护精度，提高控制系统的准确度，减少控制失调导致的供电事故有着至关重要的作用。
34.在其中的一个实施例中，信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)与输出端(引脚1)之间接入电容c1。电容c1为积分器，使输出端的电压信号降低变化频率。
35.在其中的一个实施例中，信号放大器u1d为运算放大器。
36.在其中的一个实施例中，信号放大器u1d的同向输入端(引脚3)接地。
37.在其中的一个实施例中，信号放大器u1d的同向输入端(引脚3)串接接地电阻后接地。为了保护信号放大器u1d，所以串接接地电阻。
38.在其中的一个实施例中，采样电阻r的电流输出端out与外部供给电路形成闭合回路。外部供给电路的另一端接地，所以与采样电阻r形成闭合回路。
39.在其中的一个实施例中，差分电路包括运算放大器u1a、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；
40.第一电阻r1的两端分别连接信号放大器u1d的输出端(引脚1)和运算放大器u1a的正向输入端(引脚5)；
41.第二电阻r2的两端分别连接运算放大器u1a的正向输入端(引脚5)和接地端；
42.第三电阻r3的两端分别连接电流输出端out和运算放大器u1a的反向输入端(引脚6)；
43.第四电阻r4的两端分别连接运算放大器u1a的反向输入端(引脚6)和输出端(引脚7)。
44.r4为差分电路中的负反馈电阻，r4的接入使差分电路中有了负反馈回路。本实施里中采用无晶体管的电流输出电路，差分电路中的负反馈回路能够补偿外部供电电路的负载造成的电流输出级温度漂移，克服了传统有晶体管输出电路温度漂移大的问题。
45.在其中的一个实施例中，电流信号输出电路的电压放大倍数＝-(负反馈电阻/输入电阻)。电流信号输出电路的电压放大倍数取决于负反馈电阻与输入电阻的比值，所以可以根据需求设计二者的比值。
46.在其中的一个实施例中，外部供给电路的最大负载电阻为500欧姆。
47.本发明还提出一种微机保护装置，采用用于微机保护装置的电流信号输出电路。
48.用于微机保护装置的电流信号输出电路，包括：
49.输入电阻ri、信号放大器u1d、采样电阻r、差分电路和负反馈电阻rf；
50.输入电阻r1的一端连接外部待转换电压端in，另一端连接信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)，信号放大器u1d的输出端(引脚1)连接差分电路的同向输入端(引脚5)，采样电阻r的两端分别接入差分电路的同向输入端(引脚5)和反向输入端(引脚6)，采样电阻r接入反向输入端(引脚6)的一端同时为电流输出端out，电流输出端out连接外部供给电路，负反馈电阻rf的一端连接差分电路的输出端(引脚7)，另一端连接信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)；
51.信号放大器u1d接收外部待转换电压端in的电压信号并将电压信号放大，通过差分电路和负反馈电阻rf输出的电压信号输入到信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)形成负反馈电路，由于信号放大器uid的反向输入端(引脚2)的反馈电流值与输出端(引脚1)的电流值为反比例关系，所以信号放大器u1d的输出电压跟随外部供给电路侧的电阻变化而自动调节，使得电流输出端out的电流保持恒流特性。
52.输入电阻ri为电流信号输出电路的输入电阻，信号放大器u1d接收输入的外部待转换电压端提供的电压信号，即微机保护装置提供的电压信号，并对电压进行放大处理。采样电阻r用于采样信号放大器u1d的输出电压。差分电路提供对输入电压进行差分，将差分后的电压经负反馈电阻rf传回到信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)，从而形成负反馈电路，由于信号放大器的反向输入端的反馈电流值与输出端的电流值为反比例关系，所以信号放大器u1d的输出电压跟随外部供给电路侧的电阻变化而自动调节，使得电流输出端out的电流保持恒流特性。
53.举例说明工作原理：当电流输出端out连接的外部供给电路的负载电阻发送变化时，比如变大，根据欧姆定律，则此时通过采样电阻的电流变小，当电流变小，则差分电路的输入电流变小，那么信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)的反馈电流值变小，而由于信号放大器u1d的反向输入端(引脚2)的反馈电流值与输出端(引脚1)的电流值为反比例关系，
则此时输出端(引脚1)的电流值反而增加，从而使流经采样电阻的电流变大，所以使采样电阻的电压增大，那么电流输出端out的电流也增大到与之前(外部供给电路的负载电阻发生变化之前)相同或者接近之前的电流值，从而实现了电流输出端的恒流特性。
54.本发明为保证整个回路的温度稳定性，采用了无晶体管的电流输出电路，使得负载造成的电流输出级温度漂移被差分电路内部的反馈回路补偿掉，克服了传统有晶体管输出电路温度漂移大的问题，同时因电路没有采用常规的晶体管输出形式，响应速度完全取决于差分电路本身的性能指标，可使响应速度提高到1ms以内。
55.同时，为克服外界及电源串入共模干扰，在取样回路中使用了差分采样结构，差分采样只放大差模信号(差模信号即高精密采样电阻r两端的电压差)，不会对共模干扰信号进行放大，有效地抑制了共模干扰对转换精度及线性度的影响，同时差分采样还具有克服温度漂移的特点，可有效克服温度变化带来的误差。
56.本发明解决了现有技术中的微机保护装置传输电流信号电路对温度变化、电磁干扰比较敏感，同时信号的精度和响应速度也比较差，经常导致电力系统控制失调，又因其响应速度慢，调节速度不能有效跟随电力需求变化快速调整，容易造成系统振荡，导致严重的停机事故的技术问题。采用本发明提供的用于微机保护装置的电流信号输出电路能够使大幅提升微机保护装置电流输出信号级的工作性能指标，使信号精度、线性度、温度稳定性、响应速度、抗干扰能力等性能指标得到较大提升，对提高供电系统的保护精度，提高控制系统的准确度，减少控制失调导致的供电事故有着至关重要的作用。
57.以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。