一种智能电源的制作方法

文档序号:15019517发布日期:2018-07-25 00:22阅读:137来源:国知局

本实用新型涉及电源领域,具体涉及一种智能电源。



背景技术:

智能电源,又叫智能PDU、电源管理器、IP电源或机架式电源分配单元,同时兼具电源分配和管理功能,智能电源和普通电源排插相比,其优点主要表现在:设计安排更合理、品质和标准更严格、安全无故障、工作时间长、各类漏电、过电过载保护更优秀、插拔动作频繁而不易损坏、热升温小、安装更灵活方便,适合对用电要求很严格的行业客户使用,也从大大减少了普通电源排插的因接触不良、负荷小而造成的频繁断电、烧毁、火灾等安全隐患。

但是,现有智能电源的断路器一旦跳闸,系统将失去对电源的管理,不利于自动化控制,因此,如何使智能电源的断路器实现自动重合闸具有重大意义。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种智能电源,其通过在现有技术的基础上引入智能电源控制系统,智能电源控制系统用于控制断路器自动重合闸。本实用新型通过以下方案实现:

一种智能电源,包括依次连接的电源进线模块、断路器和插座,还包括用于控制断路器自动重合闸的智能电源控制系统,所述智能电源控制系统的输入端连接在电源进线模块与断路器相连的线路上,智能电源控制系统的输出端与断路器连接。

进一步地,所述智能电源控制系统包括依次连接的电能检测模块、第一电能管理模块、主控MCU和自动重合闸驱动模块,所述电能检测模块的输入端为智能电源控制系统的输入端,自动重合闸驱动模块的输出端为智能电源控制系统的输出端。

进一步地,所述电能检测模块包括电流检测模块,所述电流检测模块的电路包括电流互感器、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容;

所述电流互感器的一次侧线圈作为输入端串联在电源进线模块与断路器相连的线路上,二次侧线圈的两端与第一二极管的两端连接;

所述第一二极管的负极还同时与第一电阻和第三电阻的一端连接,所述第一二极管的正极还同时与第二电阻和第四电阻的一端连接;

所述第一电阻相对连接第一二极管的另一端与第二电阻相对连接第一二极管的另一端连接,且第一电阻相对连接第一二极管的另一端接地;

所述第三电阻相对连接第一二极管的另一端与第一电容的一端连接;

所述第四电阻相对连接第一二极管的另一端与第二电容的一端连接;

所述第一电容相对连接第三电阻的另一端与第二电容相对连接第四电阻的另一端连接;且第一电容相对连接第三电阻的另一端接地;

所述第一电容与第三电阻相连的一端为电流检测模块输出端的一端,第二电容与第四电阻相连的一端为流检测模块输出端的另一端。

进一步地,所述电能检测模块包括电压检测模块,所述电压检测模块包括电压互感器、与电压互感器一次侧线圈的一端依次串联的第五电阻、第六电阻和第七电阻,还包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第三电容和第四电容;

所述电压互感器的一次侧线圈相对连接第五电阻的另一端为电压检测模块输入端的一端,所述第七电阻相对连接第六电阻的另一端为电压检测模块输入端的另一端;

所述电压互感器二次侧线圈的一端同时与第八电阻和第十电阻的一端连接,电压互感器二次侧线圈的另一端同时与第九电阻和第十一电阻的一端连接;

所述第八电阻相对连接电压互感器的另一端与第九电阻相对连接电压互感器的另一端连接,且第八电阻相对连接电压互感器的另一端接地;

所述第十电阻相对连接电压互感器的另一端与第三电容的一端连接;

所述第十一电阻相对连接电压互感器的另一端与第四电容的一端连接;

所述第三电容相对连接第十电阻的另一端与第四电容相对连接第十一电阻的另一端连接;且第三电容相对连接第十电阻的另一端接地;

所述第三电容与第十电阻相连的一端为电压检测模块输出端的一端,所述第四电容与第十一电阻相连的一端为压检测模块输出端的另一端。

进一步地,所述自动重合闸驱动模块的电路包括第一芯片、第一光电耦合器和第一接线端子;

所述第一芯片的第一引脚与第二引脚之间连接有第四二极管,第四二极管的正极与第二引脚连接,第四二极管的负极与第一引脚连接,第一引脚还连接有第一外接电源,第一芯片的第三引脚和第四引脚短接后与第一接线端子连接,第一芯片的第五引脚和第六引脚短接后依次串联有第十四电阻和第十五电阻,第十五电阻相对连接第十四电阻的另一端连接有第二外接电源;

所述第一光电耦合器的第一引脚串联有第十三电阻,第一光电耦合器的第二引脚接地,第一光电耦合器的第三引脚依次串联有第二二极管、第十二电阻和第三外接电源,第二二极管的正极和负极分别与第十二电阻和第一光电耦合器的第三引脚连接,第一光电耦合器的第三引脚和第四引脚之间连接有第三二极管,第三二极管的正极与第一光电耦合器的第四引脚连接,第三二极管的负极与第一光电耦合器的第三引脚连接,第三二极管的负极还与第四二极管的正极连接;

第十三电阻相对连接第一光电耦合器的另一端作为自动重合闸驱动模块的输入端,第一接线端子作为自动重合闸驱动模块的输出端。

进一步地,所述智能电源控制系统还包括自动重合闸反馈模块,所述自动重合闸反馈模块的输入端与断路器连接,自动重合闸反馈模块的输出端与主控MCU连接。

进一步地,所述自动重合闸反馈模块的电路包括第二光电耦合器和第二接线端子;

所述第二光电耦合器的第一引脚与第二接线端子之间依次串联有第十九电阻、第十七电阻、第十六电阻和第五二极管,所述第五二极管的正极与第二接线端子连接,第二接线端子作为自动重合闸反馈模块的输入端;

所述第二光电耦合器的第二引脚连接有第四外接电源;

所述第二光电耦合器的第三引脚连接有外接电源;

所述第二光电耦合器的第四引脚同时连接有第二十电阻的一端和第二十一电阻的一端,第二十电阻的另一端接地,第二十一电阻的另一端作为自动重合闸反馈模块的输出端;

所述自动重合闸反馈模块的电路还包括并联的第十八电阻和第五电容,并联后第十八电阻的一端与所述第二光电耦合器的第二引脚连接,并联后第十八电阻的另一端连接在第十七电阻和第十九电阻相连的线路上。

进一步地,所述断路器与插座之间串联有继电器,所述智能电源控制系统还包括通过总线与主控MCU连接的从控MUC和与从控MCU连接的第二电能管理模块,从控MCU还与继电器连接,第二电能管理模块通过电能检测模块与插座连接。

进一步地,所述电能检测模块为电流检测。

进一步的,所述智能电源还包括漏电流检测模块,所述漏电流检测模块的输入端连接在断路器与插座相连的线路上,漏电流检测模块的输出端与主控MCU连接。

本实用新型通过在现有技术的基础上引入智能电源控制系统,从而实现智能电源的断路器自动重合闸,具体地,智能电源控制系统通过电流检测模块、电压检测模块或自动重合闸反馈模块可以判断断路器是否断开、电路是否过压、欠压或是否过流,并将检测到的信号通过第一电能管理模块传给主控MCU,主控MCU根据接收到的信号控制断路器是否进行自动重合闸;另外,通过自动重合闸反馈模块可以判断在主控MCU发出断路器的相关动作信号后,断路器是否已响应动作,如果没有,主控MCU会根据自动重合闸反馈模块传送的信号再次发出相关动作信号,从而提高系统控制的准确率,因此,本实用新型可以提高对智能电源的管理,有利于系统自动化控制。

附图说明

图1为本实用新型的模块框图。

图2为本实用新型加入智能电源控制系统具体模块图的结构框图。

图3为电流检测模块的电路结构示意图。

图4为电压检测模块的电路结构示意图。

图5为自动重合闸驱动模块的电路结构示意图。

图6为自动重合闸反馈模块的电路结构示意图。

图7为本实用新型的结构示意图。

附图标记:T1—电流互感器,T2—电压互感器,Q1—第一光电耦合器,Q2—第二光电耦合器,J1—第一接线端子,J2—第二接线端子,K1—第一芯片,U1—第一外接电源,U2—第二外接电源,U3—第三外接电源,U4—第四外接电源,U5—第五外接电源,D1—第一二极管,D2—第二二极管,D3—第三二极管,D4—第四二极管,D5—第五二极管,C1—第一电容,C2—第二电容,C3—第三电容,C4—第四电容,R1—第一电阻,R2—第二电阻,R3—第三电阻,R4—第四电阻,R5—第五电阻,R6—第六电阻,R7—第七电阻,R8—第八电阻,R9—第九电阻,R10—第十电阻,R11—第十一电阻,R12—第十二电阻,R13—第十三电阻,R14—第十四电阻,R15—第十五电阻,R16—第十六电阻,R17—第十七电阻,R18—第十八电阻,R19—第十九电阻,R20—第二十电阻,R21—第二十一电阻。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案,下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例

如图1所示,本实施例提供一种智能电源,包括依次连接的电源进线模块、断路器、插座和用于控制断路器自动重合闸的智能电源控制系统,智能电源控制系统的输入端连接在电源进线模块与断路器相连的线路上,智能电源控制系统的输出端与断路器连接。

实际工作中,智能电源控制系统设置有驱动内部芯片工作的内部电源,其中,智能电源控制系统连接在电源进线模块与断路器相连的线路上的输入端为外部信号输入端,与内部电源连接的输入端为内部电源输入端。

如图2所示,本实施例中,智能电源控制系统包括依次连接的电能检测模块、第一电能管理模块、主控MCU和自动重合闸驱动模块,电能检测模块包括电流检测模块和电压检测模块,电流检测模块和电压检测模块的输入端分别连接在电源进线模块与断路器相连的线路上,电流检测模块和电压检测模块的输出端分别与第一电能管理模块连接,自动重合闸驱动模块的输出端为智能电源控制系统的输出端。为了更好地得到断路器自动重合闸情况,智能电源控制系统还包括自动重合闸反馈模块,自动重合闸反馈模块的输入端与断路器连接,自动重合闸反馈模块的输出端与主控MCU连接。其中,第一电能管理模块的芯片型号为ATT7053,主控MCU的芯片型号为STM32F103RE。

下面给出本实施例涉及到的各个模块的电路结构:

如图3所示,电流检测模块的电路包括电流互感器T1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2;电流互感器T1的一次侧线圈作为输入端串联在电源进线模块与断路器相连的线路上,二次侧线圈的两端与第一二极管D1的两端连接;第一二极管D1的负极还同时与第一电阻R1和第三电阻R3的一端连接,第一二极管D1的正极还同时与第二电阻R2和第四电阻R4的一端连接;第一电阻R1相对连接第一二极管D1的另一端与第二电阻R2相对连接第一二极管D1的另一端连接,且第一电阻R1相对连接第一二极管D1的另一端接地;第三电阻R3相对连接第一二极管D1的另一端与第一电容C1的一端连接;第四电阻R4相对连接第一二极管D1的另一端与第二电容C2的一端连接;第一电容C1相对连接第三电阻R3的另一端与第二电容C2相对连接第四电阻R4的另一端连接;且第一电容C1相对连接第三电阻(R3)的另一端接地;第一电容C1与第三电阻R3相连的一端为电流检测模块输出端的一端,第二电容C2与第四电阻R4相连的一端为流检测模块输出端的另一端。

在电流检测模块的电路中,第一二极管D1为瞬态抑制二极管,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力,可以对电路起到很好的保护作用。本电路检测模块采用电流互感器T1为传感器件采样,检测范围:0~40A/(0~20A),变比1000:1,输出电流0~40mA/(0~20mA),输出精度0.1%,温度范围-40℃~+85℃。系统可以根据电流检测模块检测到的电流分析负载异常情况,从而作为分闸、合闸的判断依据。

如图4所示,电压检测模块的电路包括电压互感器T2、与电压互感器T2一次侧线圈的一端依次串联的第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7,还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第三电容C3和第四电容C4;电压互感器T2的一次侧线圈相对连接第五电阻R5的另一端为电压检测模块输入端的一端,第七电阻R7相对连接第六电阻R6的另一端为电压检测模块输入端的另一端;电压互感器T2二次侧线圈的一端同时与第八电阻R8和第十电阻R10的一端连接,电压互感器T2二次侧线圈的另一端同时与第九电阻R9和第十一电阻R11的一端连接;第八电阻R8相对连接电压互感器T2的另一端与第九电阻R9相对连接电压互感器T2的另一端连接,且第八电阻R8相对连接电压互感器T2的另一端接地;第十电阻R10相对连接电压互感器T2的另一端与第三电容C3的一端连接;第十一电阻R11相对连接电压互感器T2的另一端与第四电容C4的一端连接;第三电容C3相对连接第十电阻R10的另一端与第四电容C4相对连接第十一电阻R11的另一端连接;且第三电容C3相对连接第十电阻R10的另一端接地;第三电容C3与第十电阻R10相连的一端为电压检测模块输出端的一端,第四电容C4与第十一电阻R11相连的一端为压检测模块输出端的另一端。

在电压检测模块的电路中,第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7用于限流,使输入到传感器件电压互感器T2的输入电流小于2mA,电压互感器T2的变比为1000:1000,输出电流为0~2mA,输出精度为0.1%,温度范围-40℃~+85℃。系统根据电压检测模块检测供电电压大小,分析电压是否过压、欠压,然后根据过欠压情况作为分闸、合闸的判断依据。

如图5所示,自动重合闸驱动模块的电路包括第一芯片K1、第一光电耦合器Q1和第一接线端子J1;第一芯片K1的第一引脚与第二引脚之间连接有第四二极管D4,第四二极管D4的正极与第二引脚连接,第四二极管D4的负极与第一引脚连接,第一引脚还连接有第一外接电源U1,第一芯片K1的第三引脚和第四引脚短接后与第一接线端子J1连接,第一芯片K1的第五引脚和第六引脚短接后依次串联有第十四电阻R14和第十五电阻R15,第十五电阻R15相对连接第十四电阻R14的另一端连接有第二外接电源U2;第一光电耦合器Q1的第一引脚串联有第十三电阻R13,第一光电耦合器Q1的第二引脚接地,第一光电耦合器Q1的第三引脚依次串联有第二二极管D2、第十二电阻R12和第三外接电源U3,第二二极管D2的正极和负极分别与第十二电阻R12和第一光电耦合器Q1的第三引脚连接,第一光电耦合器Q1的第三引脚和第四引脚之间连接有第三二极管D3,第三二极管D3的正极与第一光电耦合器Q1的第四引脚连接,第三二极管D3的负极与第一光电耦合器Q1的第三引脚连接,第三二极管D3的负极还与第四二极管D4的正极连接;第十三电阻R13相对连接第一光电耦合器Q1的另一端作为自动重合闸驱动模块的输入端,第一接线端子J1作为自动重合闸驱动模块的输出端。其中,第一芯片K1的型号为JQX-115F,第一光电耦合器Q1的型号为TLP621。

在自动重合闸驱动模块的电路中,第二二极管D2为发光二极管,第二外接电源U2为220V交流电,第三外接电源U3为12V直流电,第一外接电源U1为12V直流电,作为线圈控制电压,重合闸控制采用继电器JQX-115F作为220VAC控制信号输出,输出能力220VAC/16A,隔离电压能力5KV,温度范围-40℃~+70℃,动作时间≤12ms,释放时间≤5ms,吸合电压≤75%,释放电压≥10%,功耗0.4W,每天10次动作,使用寿命可达27年;可以有效的实现隔离保护和控制要求。TLP621光耦作为次级隔离保护电路,并将输入电压,即主控MCU的3.3V控制电压转,换成12V电压控制继电器工作。双重隔离电路的设计保证了交流220V侧电压和控制信号的良好隔离。经实验验证,本控制电路可以通过交流3KV的安全耐压实验,保证了电路的可靠性。

如图6所示,自动重合闸反馈模块的电路包括第二光电耦合器Q2和第二接线端子J2;第二光电耦合器Q2的第一引脚与第二接线端子J2之间依次串联有第十九电阻R19、第十七电阻R17、第十六电阻R16和第五二极管D5,第五二极管D5的正极与第二接线端子J2连接,第二接线端子J2作为自动重合闸反馈模块的输入端;第二光电耦合器Q2的第二引脚连接有第四外接电源U4;第二光电耦合器Q2的第三引脚连接有外接电源U5;第二光电耦合器Q2的第四引脚同时连接有第二十电阻R20的一端和第二十一电阻R21的一端,第二十电阻R20的另一端接地,第二十一电阻R21的另一端作为自动重合闸反馈模块的输出端;自动重合闸反馈模块的电路还包括并联的第十八电阻R18和第五电容C5,并联后第十八电阻R18的一端与所述第二光电耦合器Q2的第二引脚连接,并联后第十八电阻R18的另一端连接在第十七电阻R17和第十九电阻R19相连的线路上。其中,第二光电耦合器Q2的型号为TLP621。

自动重合闸反馈模块采用TLP621光电耦合器作为隔离转换电路,TLP621具有高隔离电压的特点,隔离电压高达5KV,光耦工作温度范围:-55℃~+100℃,最大导通时间3us,最大关断时间3us,性能优良,可以很好的实现隔离保护和信号反馈要求。当反馈信号,即输入端电压,为220VAC时,反馈电压经整流、降压后,可以使隔离光耦TLP621导通,转换为3.3V的反馈信号到单片机处理;重合闸反馈信号为0V时,反馈到单片机的电压为0V。其中,第四外接电源U4为220VAC,第五外接电源U5为3.3V直流电压。

本实施例中,为了对智能电源的电能进行更好地分配,在断路器与插座之间串联有继电器,其中,智能电源控制系统还包括通过总线与主控MCU连接的从控MUC和与从控MCU连接的第二电能管理模块,从控MCU还与继电器连接,第二电能管理模块通过电能检测模块与插座连接,电能检测模块为电流检测。其中,第二电能管理模块的芯片型号为ATT7053,从控MCU的型号为STM32F103C8,总线为RS-485或CAN-BUS。

如图7所示,为了更好地对智能电源进行保护,本实施例还包括漏电流检测模块,漏电流检测模块的输入端连接在断路器与插座相连的线路上,漏电流检测模块的输出端与主控MCU连接。本实施例在断路器与继电器相连的线路上还设置有防雷器。

为了更好地完善本实施例的外部功能,主控MCU还连接按钮、蜂鸣器、指示灯和LED显示装置,同时,主控MCU还设置有时钟芯片RTC、通信接口和外部传感器信号输入接口,从控MCU连接有指示灯。

本实施例中,电源进线模块为单相三线进线,插座为4个并行的单相三孔插座,每一个单相三孔插座与单相三线进线对应连接,每一个单相三孔插座与单相三线进线的一条线路上串联有一个继电器。

以上仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制,本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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