电参数检测电路及电量隔离变送器的制作方法

1.本实用新型涉及电信号检测领域，更具体地说，涉及一种电参数检测电路及电量隔离变送器。


背景技术：

2.一般大型的设备，由于用电存在不稳定因素，导致设备在使用过程中有可能会烧坏。隔离变送器是将交直流电压、电流、频率、热电阻等信号按线性比例转换成互相电隔离的电压、电流信号或数字编码信号的测量装置，通过将隔离变送器安装到设备中，可获得设备的电参数，从而提前采取保护措施。
3.由于目前设备的类型越来越多，其应用环境也越来越复杂，这使得隔离变送器的工作环境中存在较多干扰源，这些干扰源将导致隔离变送器的检测结果可能出现较大误差，从而导致设备损坏。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述隔离变送器因干扰而导致检测结果出现误差的问题，提供一种电参数检测电路及电量隔离变送器。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电参数检测电路，应用于电量隔离变送器，所述电参数检测电路包括预处理单元、信号采集单元、数据运算单元、通信输出单元以及电源转换单元，且所述预处理单元、信号采集单元、数据运算单元及通信输出单元依次电性连接；所述电源转换单元包括输入端子组、降压芯片组以及输出端子组，所述输入端子组包括正输入端子和负输入端子，且所述电源转换单元通过所述正输入端子连接供电电源的正极、通过负输入端子连接供电电源的负极，所述降压芯片组经由无源滤波器及电路保护元件与所述输入端子组电性连接，所述输出端子组与所述降压芯片组电性连接并分别为所述信号采集单元、数据运算单元、通信输出单元供电。
6.作为本实用新型的进一步改进，所述供电电源为12v或24v直流电源，所述电路保护元件包括贴片电解电容，且所述贴片电解电容的两端分别与正输入端子和负输入端子电性连接。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述电路保护元件包括过流保护元件，且所述过流保护元件连接在正输入端子和无源滤波器之间。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述电路保护元件包括过压保护元件，所述过压保护元件位于过流保护元件的后级，且所述过压保护元件的两端分别与正输入端子和负输入端子电性连接。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述无源滤波器包括滤波电感、滤波电容以及防反二极管，所述滤波电感经由所述防反二极管与所述降压芯片组的电压输入端电性连接，所述滤波电容位于所述防反二极管的后级，且所述滤波电容的两端分别与正输入端子和负输入端子电性连接。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述降压芯片组包括降压滤波芯片，且所述降压滤波芯片的电压输入端经由所述无源滤波器与正输入端子电性连接。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述降压芯片组包括电压转换芯片，所述输出端子组包括第一接口芯片和第二接口芯片，所述电压转换芯片经由第一接口芯片与所述降压滤波芯片的电压输出端电性连接，所述第二接口芯片的输入端与所述电压转换芯片的输出端电性连接，且所述输出端子组通过第一接口芯片为通信输出单元供电，所述输出端子组通过第二接口芯片为信号采集单元和数据运算单元供电。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述电参数检测电路还包括由所述第二接口芯片供电的数据存储单元，且所述数据存储单元与数据运算单元电性连接。
13.本实用新型还提供一种电量隔离变送器，包括控制电路板，且所述控制电路板上集成有如上所述的电参数检测电路。
14.本实用新型具有以下有益效果：通过在电源转换单元内增加无源滤波器及电路保护元件，可避免因干扰而导致内部各单元供电不稳定，使得电参数检测电路能够稳定工作，进而避免检测结果出现误差。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例提供的电参数检测电路的电路结构示意图；
16.图2是使用本实用新型实施例提供的电参数检测电路的电量隔离变送器的示意图；
17.图3是本实用新型实施例提供的电参数检测电路中电源转换单元的电路拓扑图；
18.图4是本实用新型实施例提供的电参数检测电路中预处理单元的电路拓扑图；
19.图5是本实用新型实施例提供的电参数检测电路中信号采集单元的电路拓扑图；
20.图6是本实用新型实施例提供的电参数检测电路中数据运算单元的电路拓扑图；
21.图7是本实用新型实施例提供的电参数检测电路中通信输出单元的电路拓扑图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.如图1所示，是本实用新型实施例提供的电参数检测电路的电路结构示意图，该电参数检测电路可应用于如图2所示的电量隔离变送器，并用于检测待测线路的电压、电流等电参数。本实施例的电参数检测电路包括预处理单元11、信号采集单元12、数据运算单元13、通信输出单元14以及电源转换单元15，上述预处理单元11、信号采集单元12、数据运算单元13、通信输出单元14以及电源转换单元15可集成到一个或多个电性连接的印刷线路板(pcb)，具体地，预处理单元11、信号采集单元12、数据运算单元13、通信输出单元14以及电源转换单元15分别可由通过印刷线路板上的线路相连的多个电子元器件构成。
24.在本实施例中，预处理单元11的输入端连接到电量隔离变送器内的电压采集电路(例如分压电阻)和电流采集电路(例如霍尔传感器)，并用于来自输入端的电压和电流信号进行隔离、取样、滤波等处理。该预处理单元11的输出端与信号采集单元12的输入端电性连
接，并将经过隔离、取样、滤波后的电压和电流信号输出到信号采集单元12。具体地，预处理单元11可采用如图4所示的拓扑电路，该拓扑电路属于本领域的习知技术，在此不再赘述。
25.信号采集单元12用于对预处理单元11的各路电压输出信号进行采集，并将相应的电压模拟量转换成数字信号后通信过spi总线输出。具体地，信号采集单元12的输出端与数据运算单元13的输入端电性连接，并通过spi总线将数字信号输出。结合图5所示，在本实用新型的一个实施例中，信号采集单元12可采用深圳市锐能微科技有限公司的rn8209d电能计量芯片，从而可使得其输出的数字信号的精度较高。当然，在实际应用中，信号采集单元12也可采用任意其他结构的拓扑电路，只要能实现模拟量至数字量的转换即可。
26.数据运算单元13通过spi总线读取信号采集单元12的输出数据，并将这些数据计算转换输出为usart接口数据。该数据运算单元13的输出端与通信输出单元14的输入端电性连接，并将usart接口数据输出到通信输出单元14。结合图6所示，在本实用新型的一个实施例中，数据运算单元13可由stc15f48s2单片机及对应的外围电路构成。当然，在实际应用中，数据运算单元13也可采用其他单片机，只要能执行对应的数据转换即可。此外，数据运算单元13还可通过led显示运行状态。
27.通信输出单元14主要用于将数据运算单元13的usart接口数据转换为rs485接口数据(或rs232接口数据)，从而可将上述数据通过rs485接口(或rs232接口)输出到上位机。在本实用新型的一个实施例中，结合图7所示，通信输出单元14可包括adm2483隔离收发器，通过该隔离收发器，可提供输出信号的抗干扰能力，并将emc等级提高到国标4级，同时使得通信输出单元14可兼容rs232、ttl等数据输出方式。
28.电源转换单元15用于将输入的不同电源转换为信号采集单元12、数据运算单元13、通信输出单元14正常工作所需的3.3v、
±
5v电源电压。该电源转换单元15具体可包括输入端子组、降压芯片组以及输出端子组，其中输入端子组包括正输入端子和负输入端子，电源转换单元15通过正输入端子连接供电电源的正极、通过负输入端子连接供电电源的负极，且降压芯片组经由无源滤波器及电路保护元件与输入端子组电性连接；输出端子组与降压芯片组电性连接并分别为所述信号采集单元12、数据运算单元13、通信输出单元14供电。
29.上述电参数检测电路通过在电源转换单元15内增加无源滤波器及电路保护元件，可避免因干扰而导致内部各单元供电不稳定，使得电参数检测电路能够稳定工作，进而避免检测结果出现误差。
30.在本实用新型的一个实施例中，结合图3所示，电源转换单元15可通过连接端子tmo1与供电电源连接，连接端子tmo1包括正输入端子tm5和负输入端子tm6，且上述供电电源可以为12v或24v直流电源。相应地，电路保护元件具体可包括贴片电解电容rvt，其中贴片电解电容rvt用于提供4kv浪涌保护，无源滤波器则可对输入电压进行滤波以滤除干扰信号。上述贴片电解电容rvt的两端分别与正输入端子tm5和负输入端子tm6电性连接；无源滤波器则连接在贴片电解电容rvt的后级，即连接在贴片电解电容rvt和降压芯片组之间。
31.上述电路保护元件还可包括过流保护元件f1，该过流保护元件f1具体可采用熔断器，且该过流保护元件f1连接在正输入端子和无源滤波器之间。电路保护元件还可包括过压保护元件tvs1，该过压保护元件tvs1具体可采用稳压二极管。上述过压保护元件tvs1位于过流保护元件f1的后级，且过压保护元件tvs1的两端分别与正输入端子tm5和负输入端
子tm6电性连接。
32.上述无源滤波器包括滤波电感l2、滤波电容e4以及防反二极管d2，其中滤波电感l2经由防反二极管d2与降压芯片组的电压输入端电性连接，滤波电容e4位于防反二极管d2的后级，且滤波电容e4的两端分别与正输入端子tm5和负输入端子tm6电性连接。上述防反二极管d2可防电压反接。
33.优选地，上述电源转换单元15的降压芯片组包括降压滤波芯片u2，且降压滤波芯片u2的电压输入端经由无源滤波器与正输入端子tm5电性连接。该降压滤波芯片u2可将来自连接端子tmo1的12v或24v直流电压进行降压滤波成直流5v，并供给后级电路。
34.电源转换单元15的降压芯片组除了包括降压滤波芯片u2外，还可包括电压转换芯片u1，相应地，输出端子组包括第一接口芯片mk1和第二接口芯片mk2，其中电压转换芯片u1经由第一接口芯片mk1与降压滤波芯片u2的电压输出端电性连接，第二接口芯片mk2的输入端与电压转换芯片u1的输出端电性连接，且输出端子组通过第一接口芯片mk1为通信输出单元14供电，输出端子组通过第二接口芯片u2为信号采集单元12和数据运算单元13供电。第一接口芯片mk1可将降压滤波芯片u2输出的5v直流电压隔离转换成直流5v电压，其隔离耐压2500v；第一接口芯片mk1隔离后的电压经电压转换芯片u1转换成3.3v后，由第二接口芯片mk2供后端的信号采集单元12和数据运算单元13使用。
35.在上述电参数检测电路中，还可包括一个第二接口芯片mk2供电的数据存储单元，该数据存储单元与数据运算单元13电性连接，并存储数据运算单元13提供的相关使用数据。数据存储单元存储运算器的数据属于本领域的习知技术，在此不再赘述。
36.结合图2所示，本实用新型还提供一种电量隔离变送器，该电量隔离变送器包括外壳20以及位于外壳20内的控制电路板，且控制电路板上集成有如上所述的电参数检测电路。此外，外壳20上具有供待侧线路穿过的通孔201、用于连接供电电源的接口21(即图3中的连接端子tmo1)以及用于进行状态指示的led灯22等。
37.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。