故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路的制作方法

本发明是关于配电系统检测领域，特别是关于一种故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路。

背景技术：

故障指示器主要应用在供配电领域，安装在配电线路上，监测线路运行参数，检测和指示各类短路、接地故障，并向配电主站上送监测信息和故障检测数据。

目前的故障指示器的系统供电的来源通常有两个，一个是ct(电流互感器)，一个是后备电池(通常为非充电型锂电池)。一般在线路电流大于5a时，ct(电流互感器)通过配电线路取到的电能可以满足系统供电需求，系统由ct(电流互感器)供电；在线路电流小于5a时，ct(电流互感器)取电无法满足系统供电需求，需要由后备电池供电。后备电池容量有限，并且一般要求可以连续工作10年，所以在电池独立供电时，系统需要降低功耗，以满足电池的使用寿命。

故障指示器需要实时监测线路运行参数，检测和指示各类短路、接地故障，实时检测线路电流是其监测各种故障的重要手段，也是控制系统功耗的关键点。

目前ct(电流互感器)供电时，最常用的电流检测方式是通过ct(电流互感器)、信号调理电路、adc转换(模数转换器)芯片或者单片机的自带adc(模数转换器)对线路电流进行采样。电池独立供电时的采样电路与ct(电流互感器)供电时的采样电路为同一个采样电路，其通过降低adc的采样频率，mcu(单片机)的运行频率等手段降低功耗。这种方案的缺点是信号调理电路仍然需要使用电池供电，产生功耗，adc的采样频率和mcu运行频率虽然有所降低，但是整体功耗仍然偏高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路，其能够节约系统功耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路，该低功耗电流检测电路与电流互感器的副端相连，故障指示器电池单独供电模式下进行电流检测，其包括：桥式整流电路、第一晶体管、第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容、第二晶体管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三晶体管、第四晶体管、第六电阻、第一稳压二极管、第七电阻、第八电阻、第二稳压二极管。桥式整流电路的输入端与所述电流互感器的副边相连，所述桥式整流电路的直流负向输出端与地端相连；第一晶体管，其源极与所述桥式整流电路的直流正向输出端相连；第一电容的一端与所述第一晶体管的源极相连，所述第一电容的另一端与所述第一晶体管的栅极相连；第一电阻与所述第一电容并联；第二电阻的一端与所述第一晶体管的栅极相连；第二电容的一端与所述第一晶体管的漏极相连，所述第二电容的另一端与所述地端相连；第二晶体管的发射极与所述桥式整流电路的直流正向输出端相连；第三电阻的一端与所述第二晶体管的集电极相连；第四电阻的一端与所述第二晶体管的基极相连，所述第四电阻的另一端与所述第二电阻的另一端相连；第五电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第五电阻的另一端与所述地端相连；第三晶体管的发射极与所述桥式整流电路的直流正向输出端相连，所述第三晶体管的基极与所述第一晶体管的漏极相连；第四晶体管的发射极与所述地端相连，所述第四电阻的另一端还与所述第四晶体管的集电极相连；第六电阻的一端与所述第四晶体管的基极相连；第一稳压二极管的负极与所述第三晶体管的集电极相连，所述第一稳压二极管的正极与所述第六电阻的另一端相连；第七电阻的一端与所述第三晶体管的基极相连，所述第七电阻的另一端与所述地端相连；第八电阻的一端与所述第一稳压二极管的负极相连，所述第八电阻的另一端与所述地端相连；第二稳压二极管的负极与所述第三电阻的另一端相连，所述第二稳压二极管的正极与所述地端相连。

在本发明的一实施方式中，所述第一晶体管为pmos管，所述第二晶体管和所述第三晶体管均为pnp型晶体管，所述第四晶体管为npn型晶体管。

在本发明的一实施方式中，所述桥式整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管组成。

与现有技术相比，根据本发明的故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路，在故障指示器的电池单独供电模式时，电流检测电路仍采用ct供电的方式，在线路电流小于5a时，实时检测线路电流，在线路电流大于5a时，及时唤醒与之相连的mcu，并将ct产生的电流切换到电源部分。在电池单独供电模式，电流检测电路不采用电池供电，不消耗电池能量，整个故障指示器只有mcu消耗微小的休眠电流，可以极大地延长电池的使用寿命。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的故障指示器的整体电流检测电路。

图2是根据本发明一实施方式的故障指示器电池单独供电模式的电流检测电路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了能够节约系统功耗，本发明提出了一种故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路，不采用电池供电，不消耗电池能量，从而节约系统整体功耗。

图1是根据本发明一实施方式的故障指示器的整体电流检测电路。图1中虚线部分为ct供电模式下的电流检测电路，该部分系统供电经过稳压器ldo和二极管d6。另一部分是电池单独供电模式下的电流检测电路(即图2所示的部分)，该部分系统供电经过电池bat和二极管d5。在ct供电模式下，采用虚线框中的电路部分进行电流检测。具体而言，故障指示器通过ct供电模式采样电路将电流转换为电压输出给mcu的adc(模数转换器)，adc将模拟量转换数字量完成采样。本发明的重点在于图2所示的电池单独供电模式下的电流检测电路，该检测电路在电池单独供电模式时，电流检测电路仍采用ct供电的方式，可以节省电池电量，节约功耗。

具体而言，该低功耗电流检测电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、pnp型晶体管q3、电阻r7、电阻r8、稳压二极管zd1、电阻r6、npn型晶体管q4、电阻r4、pnp型晶体管q2、电阻r3、稳压二极管zd2、电阻r5、电阻r2、电阻r1、电容c1、p沟道mos管q1、电容c2。

d1、d2、d3、d4组成桥式整流电路，ct(电流互感器)原边的输入为线路电流iin，ct(电流互感器)副边的输出作为桥式整流电路的输入。

桥式整流电路的直流正向输出端为v1，直流负向输出端连接系统地。b1与q3的发射极相连接，q3的集电极与采样电阻r8的一端相连接，r8的另一端与系统地相连接，这样ct副边与桥式整流电路、q3和r8就构成了一个采样回路；q3的基极b2分别与q1的漏极b7、电阻r7的一端相连接，r7的另一端与系统地相连接，这样电阻r7、q1的漏极b7就共同组成了q3的控制部分。当q3为开通状态，ct副边输出的电流可以经q3在r8上产生采样电压。

b1与q1的源极相连，q1的漏极b7与c2的正极相连，c2的负极与系统地相连，这样ct副边与桥式整流电路、q1和c2就构成了一个电源回路；r1一端连接q1的源极，一端连接q1的栅极b5，c1与r1并联，q1的栅极与还与r2的一端相连接，r2的另一端连接q4的集电极b4，这样r1、c1、r2、q4的集电极b4就共同组成了q1的控制部分。

q3的集电极b3与稳压二极管zd1负极相连、zd1正极与电阻r6的一端相连，r6的另一端与q4的基极相连，q4的集电极b4与电阻r4的一端相连，r4的另一端与q2的基极相连，q2的发射极与桥式整流电路的直流正向输出端b1相连，q2的集电极与r3的一端相连，r3的另一端与稳压二极管zd2的负极b6相连，zd2的正极与系统地相连接，r5与zd2并联，zd2的负极b6连接mcu的可被唤醒的gpio。当q3集电极电压，也是采样电阻r8上的采样电压高于zd1的击穿电压与q4的开启电压vbe之和v1时，q4导通，q4的集电极b4输出为低电平，q2导通、q1导通；q2导通后，q2的集电极输出为高电平，这样可以将处于休眠模式的mcu唤醒；因为有r2、r1、c1组成的rc电路，q1的导通会比q2稍慢一些，这样可以确保mcu在被唤醒前，采样回路不受电源回路的影响。r3、zd2作用是在q2的集电极输出电压高于mcu的gpio口耐压时，将电压钳位，保护mcu的gpio口。r5的作用是在q2关闭时，保证mcu的gpio口为低电平。当q3集电极电压低于v1时，q4关闭，q2关闭、q1关闭。

ct副边的输出电流有两个回路，一个是由ct副边、桥式整流电路、q3、r8组成的采样回路；另一个是ct副边、桥式整流电路、q1、c2组成电源回路。当系统为电池单独供电且线路电流小于5a时，c2上的电压为0，q3导通，r8上的采样电压低于zd1的击穿电压与q4的开启电压vbe之和v1，q4关闭、q2关闭、q1关闭，采样回路开启，电源回路关闭，ct副边的输出电流流经采样回路，电流检测电路实时检测线路电流。当系统为电池单独供电且线路电流大于5a时，r8上的采样电压高于zd1的击穿电压与q4的开启电压vbe之和v1，q4导通，q2导通，mcu被唤醒；q1导通，q1的集电极输出为高电平，q3关闭，电源回路开启，采样回路关闭，至此，系统进入ct供电模式。

在电池单独供电模式，采样回路开启，电源回路关闭，能有效避免电源回路对采样回路的影响，提高采样精度。具体而言，若电源回路开启时，ct会通过q1给c2充电，这样会拉低电压v1，导致电流采样不准，本实施方式中关闭电源回路可以避免其对电流采样的影响。在ct供电模式，关闭该采样回路，可以避免不必要的能量消耗，故障指示器通过ct供电模式采样电路将电流转换为电压输出给mcu的adc(模数转换器)，adc将模拟量转换数字量，完成采样。如此系统的整体功耗得到了降低。

综上，本实施方式的故障指示器电池单独供电模式的低功耗电流检测电路，在电池单独供电模式时，电流检测电路仍采用ct供电的方式，在线路电流小于5a时，实时检测线路电流，在线路电流大于5a时，及时唤醒mcu，并将ct产生的电流切换到电源部分。在电池单独供电模式，电流检测电路不采用电池供电，不消耗电池能量，整个故障指示器只有mcu消耗微小的休眠电流，可以极大的延长电池的使用寿命。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。