一种用于高压大电流特种电源的温度检测装置的制作方法

本实用新型涉及特种电源技术领域，特别涉及一种用于高压大电流特种电源的温度检测装置。

背景技术：

电源系统中，温度的测量都是靠人工手持红外测温仪抽查，但是IGBT是组成电源功率模块的核心器件，电容组是电源储能模块，其温度的变化能反应电源的工作状态，实时监测这二者的温度能够提前预知电源是否发生故障，避免造成大的事故，损坏电源。因此在一些安全和精度要求比较高的场合，需要能够实时检测电源系统重要部件的散热情况，但对于高压电源，主回路的电压通常会达到上千甚至几千伏，与控制回路之间会有较大的悬浮电压，对于直接检测主回路中的IGBT和电容组的温度造成了困难。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种用于高压大电流特种电源的温度检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案具体如下：

一种用于高压大电流特种电源的温度检测装置，包括模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块、模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块、单片机最小系统、数码管温度显示模块、串口转光纤接口电路模块、光纤接口转RS485模块、报警输出模块、IGBT内部的NTC、电容内部K型热电偶，所述单片机最小系统分别与模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块、模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块、数码管温度显示模块、串口转光纤接口电路模块和报警输出模块连接，所述串口转光纤接口电路模块通过光纤与上一级控制器PLC的光纤接口转RS485模块连接，所述模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块与主回路中的IGBT内部的NTC连接，所述模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块与主回路中的电容内部K型热电偶连接。

所述IGBT内部的NTC为8路IGBT内部的NTC，所述电容内部K型热电偶为16路电容内部K型热电偶。

所述单片机最小系统的单片机型号为宏晶科技的STC12C5A56S2，晶振选用外部晶振，频率为11.0592MHz，使用外部复位按钮。

所述数码管温度显示模块（104）选用74HC245高速CMOS总线缓冲器驱动6位数码管，选用74HC138高速COMS译码器进行数码管地址的选择。

所述串口转光纤接口电路模块（105）使用AVAGO安捷伦公司的ST型光纤接收器HFBR2412和光纤发送器HFBR1414，HFBR1414由TI公司的高速大电流外设驱动器SN75451B来驱动。

所述光纤接口转RS485模块（106）使用AVAGO安捷伦公司的ST型光纤接收器HFBR2412和光纤发送器HFBR1414，RS485电平转换芯片使用MAX485E,光纤发送器HRBR1414由PHILIPS公司的74F3037三态与非门驱动。

所述报警输出模块（107）使用发光二极管和扬声器进行报警，并设置有开关量输出端子驱动继电器动作从而断开相关器件实现线路的保护。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型能够实时监控多路多种类型的电源重要部件的温度信息，实现提前预知电源是否发生故障，避免造成大的事故，损坏电源。并且采用光纤进行通信，对高压主回路和控制操作回路进行了完全隔离，保护了实验操作人员的人生安全和设备安全

2.模拟量通道选择及高压线性隔离电路用于将8路IGBT内部的NTC温度采集信号进行通道选取并进行光电隔离，由于主回路路存在上千甚至几千伏的悬浮高压，因此需要进行主回路与检测电路的隔离，选择VISHAY公司的IL300-F-X009高精度线性模拟光耦器件对主回路的高压信号进行光电隔离，主回路有多路NTC温度采集信号，若对每一路信号进行光电隔离，则需要多个IL300-F-X009芯片，增加了成本和电路复杂度，因此用多路模拟量通道选择芯片74HC4051（8路模拟量开关选择器件）对8路NTC温度采集到的电压信号进行选择，后级只需要一个IL300-F-X009芯片即可。8路模拟量通道选择芯片74HC4051的地址信号经由光耦器件ILQ615隔离后由单片机控制。

3.模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路用于将16路K型热电偶温度采集信号进行通道选取，并经K型热电偶数字转换芯片MAX6675将模拟量电压信号转换成数字信号，由于K型热电偶有正负极之分，本实用新型采用两片74HC4067（16路模拟量开关选择器件）并联选取K型热电偶温度采集信号，16路模拟量通道选择芯片的地址信号经由光耦器件ILQ615隔离后由单片机控制。

4.数码管温度显示模块由六位共阳极数码管组成，其中两位用来显示温度通道号，四位用来显示温度值，通道号和温度值的显示方式为循环滚动显示。

5.串口转光纤接口电路模块用于将单片机串口的TTL电平信号转换成光信号，通过光纤进行信号的传输。

6.光纤接口转RS485模块用于将光纤接口的光信号转换为上位控制器或主控制器可以接受的RS485信号。

7.报警输出模块用于发出声光报警或驱动相应继电器动作。

8.模拟量通道选择及高压线性隔离电路（101）使用运放LM224A对8路NTC温度采集电路的电压信号进行滤波放大处理，然后送到8路模拟量开关选择器件74HC4051，选通其中一路信号经IL300-F-X009高精度线性模拟光耦器件隔离后送到单片机的AD转换通道P1.6。

9.本实用新型对于需要检测温度的高压大电流特种电源，不仅会将温度实时显示，还会将温度信息上传到上位控制器或者主控制器，本实用新型中上位控制器采用RS485接口，作为主站，单片机作为从站，二者之间的通信采用MODBUS协议，主站采用查询的方式向从站发送命令数据帧，从站接受到命令数据帧后，向主站回送温度信息数据帧。为了实现单片机和上位控制器的电气隔离，采用光纤通信。

附图说明

图1是本实用新型的原理图。

其中，101、模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块，102、模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块，103、单片机最小系统，104、数码管温度显示模块，105、串口转光纤接口电路模块，106、光纤接口转RS485模块，107、报警输出模块，108、IGBT内部的NTC，109、电容内部K型热电偶。

具体实施方式

如图1所示，一种用于高压大电流特种电源的温度检测装置，包括模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块101、模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块102、单片机最小系统103、数码管温度显示模块104、串口转光纤接口电路模块105、光纤接口转RS485模块106、报警输出模块107、IGBT内部的NTC108、电容内部K型热电偶109，单片机最小系统103分别与模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块101、模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块102、数码管温度显示模块104、串口转光纤接口电路模块105和报警输出模块107连接，串口转光纤接口电路模块105通过光纤与上一级控制器PLC的光纤接口转RS485模块106连接，模拟量通道选择及高压线性隔离电路模块101与主回路中的IGBT内部的NTC108连接，模拟量通道选择及K型热电偶数字转换器电路模块102与主回路中的电容内部K型热电偶109连接，IGBT内部的NTC108为8路IGBT内部的NTC，电容内部K型热电偶109为16路电容内部K型热电偶，单片机最小系统103的单片机型号为宏晶科技的STC12C5A56S2，晶振选用外部晶振，频率为11.0592MHz，使用外部复位按钮，数码管温度显示模块104选用74HC245高速CMOS总线缓冲器驱动6位数码管，选用74HC138高速COMS译码器进行数码管地址的选择，串口转光纤接口电路模块105使用AVAGO安捷伦公司的ST型光纤接收器HFBR2412和光纤发送器HFBR1414，HFBR1414由TI公司的高速大电流外设驱动器SN75451B来驱动，光纤接口转RS485模块106使用AVAGO安捷伦公司的ST型光纤接收器HFBR2412和光纤发送器HFBR1414，RS485电平转换芯片使用MAX485E,光纤发送器HRBR1414由PHILIPS公司的74F3037三态与非门驱动，报警输出模块107使用发光二极管和扬声器进行报警，并设置有开关量输出端子驱动继电器动作从而断开相关器件实现线路的保护

本实用新型在工作时：

A、IGBT的温度检测利用集成在IGBT内部的热敏电阻NTC实现，在IGBT的内部，NTC已经做了绝缘处理，根据NTC的热量消耗特性，可以使用模拟方法获得NTC测量的温度，即把NTC作为分压电路的一部分来实现，根据NTC的特性，可以得到计算相应温度的数学公式，然后使用单片机在软件程序中做简单求解即可；

B、电容组的K型热电偶温度检测，为了实时测量电容组的温度，定制了一批将K型热电偶集成到电容内部的电容，通过检测K型热电偶的温度得到电容组的温度。本实用新型采用美国MAXIM公司生产的带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测功能的串行K型热电偶模数转换器，实现电容组温度的精确测量。

C、温度显示模块用来显示IGBT温度和电容组的温度，其中两位数码管显示温度的标号，01～08表示IGBT1～IGBT8的温度，09～19表示电容组1～电容组11的温度，四位用来显示温度值，能显示0.0～999.9℃的温度，包括一位小数。

D、串口转光纤接口电路模块（105）用于将单片机串口的TTL电平信号转换成光信号，通过光纤进行信号的传输，而光纤接口转RS485模块（106）用于将光纤接口的光信号转换为上位控制器或主控制器可以接受的RS485信号。本实用新型中利用光线传输的信号包括温度通道号，温度值以及报警信息。

E、报警输出模块（107），在测量到的温度值超过报警值时，可选择是否发出声光报警或是跳闸进行相应的保护动作。