一种支持量测单元即插即用的电路板的制作方法

1.本实用新型属于电力技术领域，更具体地说，涉及一种支持量测单元即插即用的电路板，它能够实现量测单元的即插即用，提高了智能量测开关中量测单元的互换性。


背景技术：

2.随着电网技术的不断发展，具有计量功能的电子式断路器成为一种新型的智能量测开关。量测开关可安装高精度的电流互感器和量测单元，以实现精益化的电量计算、运维管理和辅助通讯功能，目前已在国内不少省市得到了大量应用。智能量测开关的量测单元通常采用可插拔的设计，极大方便了现场的安装和使用。但是目前应用的量测单元可插拔的设计仍存在一些缺点，首先，不同的智能量测开关的计量互感器有不同的校准参数，造成互换性较差。另外，还存在未安装量测单元的情况下造成计量互感器开路的安全隐患。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种支持量测单元即插即用的电路板。本实用新型所采用的技术方案如下：
4.一种支持量测单元即插即用的电路板，包括单片机电路、即插即用接口j1及j2和接口p1/p2/p3/p4/p5，所述的单片机电路分别与温度采集电路、跳闸驱动电路、保护采集电路、双电源供电电路和即插即用接口j1及j2电性连接，保护互感器二次侧和电路板接口p1相连后电性连接保护采集电路，计量互感器二次侧与电路板接口p3相连后电性连接tvs保护电路，tvs保护电路电性连接即插即用接口j1，三相电压接入电路板接口p5，电路板接口p5电性连接即插即用接口j2，电路板接口p2分别电性连接热敏电阻和温度采集电路，电路板接口p4分别电性连接跳闸线圈和跳闸驱动电路；量测单元插接即插即用接口j1及j2。
5.优选的，包括计量互感器开路保护电路，所述的计量互感器开路保护电路由反串联的两只瞬态二极管tvs组成，a相计量互感器的cta_p、cta_n两端并联反串联的tvs1和tvs2，b相计量互感器的ctb_p、ctb_n两端并联反串联的tvs3和tvs4，c相计量互感器的ctc_p、ctc_n两端并联反串联的tvs5和tvs6。
6.优选的，所述的双电源供电电路包括保护互感器取电电路，所述的保护互感器取电电路，保护互感器二次侧ct_a、ct_b和ct_c分别电性连接全桥整流器q1a、q1b和q1c，q1a、q1b和q1c分别电性连接mosfet管q2漏极和单向二极管d2阳极，d2阴极经过z1稳压管、电阻r1、电阻r3串接后接地，q2栅极接至电阻r1和电阻r3连接点处，q2源极经过电阻r2后接地；电容c1并接在电阻r1和r3之间，电容c2并接在稳压管z1和电容c1之间；瞬态二极管d3一端接地，另一端分别电性连接即插即用接口j1及j2和单向二极管d1阳极；单向二极管d1和d2阴极共接后接至电容c3及电源芯片，电容c3另一端接地。
7.优选的，所述的即插即用接口j1及j2是单总线通讯接口。
8.优选的，计量互感器的校准系数保存在电路板中。
9.本实用新型的有益效果：
10.与现有装置相比，本实用新型具有计量互感器防开路保护功能；计量互感器的校准系数直接存储在电路板中，不会因为计量互感器的参数差异，造成计量电流的计算产生误差；量测单元和电路板之间具有单总线通讯接口，可以实现量测开关信息的传递和交互；具有双电源取电设计，在没有安装量测单元的情况下，也可以不影响智能量测开关电路板的供电和保护功能。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本技术保护范围之内的附图。
12.图1是本实用新型实施例的电路板的结构和原理框图；
13.图2是本实用新型实施例的计量互感器开路保护电路的结构示意图；
14.图3是本实用新型实施例的保护互感器取电电路的结构示意图。
具体实施方式
15.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
16.如图1所示，是本实用新型实施例的电路板的结构和原理框图。一种支持量测单元即插即用的电路板，电路板是安装在智能量测开关内部的一块电路板，它可以实现温度采集、过流保护、储存校准系数xc以及与量测单元进行通信。为了节约插口，设计了量测单元和电路板之间采用单总线接口进行通信；通过该接口，电路板的保护动作、保护电流数据、断路器壳架信息、断路器sn编码、上送校准系数等信息可以传递给量测单元，量测单元也可以给电路板发送校准系数、保护定值等信息。所述的电路板包括单片机电路、即插即用接口j1及j2和接口p1/p2/p3/p4/p5，所述的单片机电路是现有产品在此不再赘述，单片机用来存储信息数据、电流量采集计算、逻辑判断并输出跳闸信号、温度计算、单总线通信。单片机电路主要包括单片机u2、晶振g1、运行指示灯led1以及其它滤波电容等组成。
17.所述的单片机电路分别与温度采集电路、跳闸驱动电路、保护采集电路、双电源供电电路和即插即用接口j1及j2电性连接，所述的即插即用接口j1及j2是单总线通讯接口，即插即用接口j1及j2由接口j1及j2组成。即插即用接口j1及j2和接口p1/p2/p3/p4/p5具有电性连接，电路板的各个接口为母头插针，可以和外部公头插针接口电性连接。
18.保护互感器二次侧和电路板接口p1相连后电性连接保护采集电路。计量互感器二次侧与电路板接口p3相连后电性连接tvs保护电路，tvs保护电路电性连接接口j1，接口j1可以实现电路板和量测单元之间的三相电流信息、通信以及电源供电。三相电压接入电路板接口p5，电路板接口p5电性连接接口j2，通过电路板接口p5及接口j2可以将三相电压信息传递给量测单元，同时接口j1和j2也起到了固定量测单元的作用。电路板接口p2分别电性连接热敏电阻和温度采集电路，通过热敏电阻和温度采集电路可以将温度信息转换为电压信息传递给单片机电路；电路板接口p4分别电性连接跳闸线圈和跳闸驱动电路，单片机
电路发出跳闸控制信号，通过跳闸驱动电路和跳闸线圈实现量测开关的跳闸控制。
19.计量互感器直接接入接口p3，为了防止在量测单元不插入的情况下计量互感器开路，本实用新型的电路板上设计了计量互感器开路保护电路，受构图的限定，图1中没有示出计量互感器开路保护电路。如图2所示，是本实用新型实施例的计量互感器开路保护电路的结构示意图。在电路板上将每路计量互感器的输出端都设计了瞬态二极管tvs作为保护电路。由于计量互感器输出的信号为交流信号，计量互感器开路保护电路主要由反串联的两只瞬态二极管tvs组成，a相计量互感器的cta_p、cta_n两端并联了反串联的tvs1和tvs2，b相计量互感器的ctb_p、ctb_n两端并联了反串联的tvs3和tvs4，c相计量互感器的ctc_p、ctc_n两端并联了反串联的tvs5和tvs6。这样，在量测单元没有安装时，可以防止计量互感器开路引起的高压放电，造成设备损害，甚至威胁到人身安全。图2中的即插即用接口，就是即插即用接口j1及j2。
20.计量互感器开路保护电路的保护原理是：在计量互感器二次侧开路情况下，二次侧会输出高压信号。当电压超过tvs击穿电压时，tvs导通，将计量互感器开路造成的能量泄放掉。当安装量测单元时，tvs与量测单元内部的采样电阻形成并联，由于采样电阻两端的电压不会超过tvs的击穿电压，也不会对计量准确度造成影响。
21.量测单元作为一种即插即用的模块，其计量精度受到量测单元内部采样电阻和计量互感器的个体差异影响，因此在出厂时需进行校准，并将校准的数据存储作为运行时的计算依据。当量测单元在某量测开关上进行校准后，若更换到其它量测开关上时，由于不同量测开关的计量互感器的内部阻抗参数存在个体差异，会严重影响其计量精度。为了解决这个问题，在校准时分两步进行：第一步，将对量测单元进行校准，用标准源向量测单元输入标准的ma级电流信号，此时的校准是针对量测单元内部的采样电阻，此时校准的系数xa保存在量测单元内部的存储器中；第二步，将量测单元插入量测开关，用标准源向计量互感器输入标准电流，此时的校准是针对量测单元的采样电阻和计量互感器，此时校准的系数为xb，再将计量互感器的校准系数xc＝xb/xa的计算结果保存在量测开关的电路板中。
22.在正常运行时，量测单元首先从电路板中读取校准系数xc，然后再乘上自己的xa得到匹配的系数xb，此系数就是实际使用的电流计算系数，这样就满足了即插即用情况下的不同量测单元之间的计量系数自动适配的要求。
23.智能量测开关的电路板具有双电源设计，正常情况下，电路板的电源由量测单元送来的12v_in提供，如果智能量测开关没有安装量测单元，那么电路板会失去供电，造成过流保护失效。因此设计了一种在量测单元未安装情况下的保护互感器取电电路，用于备用供电。如图3所示，是本实用新型实施例的保护互感器取电电路的结构示意图。图3中的即插即用接口，就是即插即用接口j1及j2。所述的保护互感器取电电路，保护互感器二次侧ct_a、ct_b和ct_c分别电性连接全桥整流器q1a、q1b和q1c，q1a、q1b和q1c分别电性连接mosfet管q2漏极和单向二极管d2阳极，d2阴极经过z1稳压管、电阻r1、电阻r3串接后接地，q2栅极接至电阻r1和电阻r3连接点处，q2源极经过电阻r2后接地。电容c1并接在电阻r1和r3之间，电容c2并接在稳压管z1和电容c1之间。瞬态二极管d3一端接地，另一端分别电性连接即插即用接口j1及j2和单向二极管d1阳极。单向二极管d1和d2阴极共接后接至电容c3及电源芯片，电容c3另一端接地。
24.该保护互感器取电电路从保护互感器二次侧ct_a、ct_b、ct_c取电，保护互感器二
次侧的输出电压经过q1a、q1b、q1c全桥整流器后，由稳压管z1、电阻r1、电阻r3生成高压泄放控制信号，此信号控制mosfet管q2导通，通过r2及时释放掉高压能量，从而达到稳定c2电容器两端电压的作用。在稳压管z1和mosfet管q2的共同作用下，在一个工频周期内，mosfet管q2会反复导通，为了降低q2的导通，降低mosfet损坏的风险，设计一个c1并联在r1和r2两端，通过c1对开通信号进行滤波，削弱了q2栅极的电压毛刺，也降低了q2的开关频率和开关损耗。来自量测单元的直流和保护互感器取电的直流两路电源在汇总时，都各经过d1、d2单向二极管，目的是保证路两路电源之间不会短路，最后将汇总的电源经过电源芯片转换为单片机工作所需工作电压。d3是一只瞬态二极管tvs，可以作为量测单元带电插拔时的静电保护。
25.本实用新型实施例的一种支持量测单元即插即用的电路板，具有以下优点：
26.1)电路板设计有计量互感器开路保护电路，当未安装量测单元时，可以防止计量互感器开路引起高压放电，避免设备损坏，甚至影响人身安全。
27.2)量测单元的校准数据分为两部分存储，一部分存储在量测单元中，另一部分存储在电路板的单片机电路中。当不同的量测单元互相更换在同一量测开关时，能够自动适应和匹配相应的互感器参数差异和量测开关的采样电阻差异。
28.3)量测单元和电路板之间具有单总线通信接口，可以实现电路板的保护动作信号、保护电流、壳架信息、sn编码等信息的传递。
29.4)电路板具有双电源设计，一路电源通过量测单元进行供电，另一路电源从保护互感器取电得到，以保证没有插入量测单元情况下的供电，确保电路板的保护功能不受影响。
30.本实用新型实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。
31.最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：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，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种支持量测单元即插即用的电路板，其特征在于，包括单片机电路、即插即用接口j1及j2和接口p1/p2/p3/p4/p5，所述的单片机电路分别与温度采集电路、跳闸驱动电路、保护采集电路、双电源供电电路和即插即用接口j1及j2电性连接，保护互感器二次侧和电路板接口p1相连后电性连接保护采集电路，计量互感器二次侧与电路板接口p3相连后电性连接tvs保护电路，tvs保护电路电性连接即插即用接口j1，三相电压接入电路板接口p5，电路板接口p5电性连接即插即用接口j2，电路板接口p2分别电性连接热敏电阻和温度采集电路，电路板接口p4分别电性连接跳闸线圈和跳闸驱动电路；量测单元插接即插即用接口j1及j2。2.根据权利要求1所述的一种支持量测单元即插即用的电路板，其特征在于，包括计量互感器开路保护电路，所述的计量互感器开路保护电路由反串联的两只瞬态二极管tvs组成，a相计量互感器的cta_p、cta_n两端并联反串联的tvs1和tvs2，b相计量互感器的ctb_p、ctb_n两端并联反串联的tvs3和tvs4，c相计量互感器的ctc_p、ctc_n两端并联反串联的tvs5和tvs6。3.根据权利要求1所述的一种支持量测单元即插即用的电路板，其特征在于，所述的双电源供电电路包括保护互感器取电电路，所述的保护互感器取电电路，保护互感器二次侧ct_a、ct_b和ct_c分别电性连接全桥整流器q1a、q1b和q1c，q1a、q1b和q1c分别电性连接mosfet管q2漏极和单向二极管d2阳极，d2阴极经过z1稳压管、电阻r1、电阻r3串接后接地，q2栅极接至电阻r1和电阻r3连接点处，q2源极经过电阻r2后接地；电容c1并接在电阻r1和r3之间，电容c2并接在稳压管z1和电容c1之间；瞬态二极管d3一端接地，另一端分别电性连接即插即用接口j1及j2和单向二极管d1阳极；单向二极管d1和d2阴极共接后接至电容c3及电源芯片，电容c3另一端接地。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种支持量测单元即插即用的电路板，其特征在于，所述的即插即用接口j1及j2是单总线通讯接口。5.根据权利要求1-3任一项所述的一种支持量测单元即插即用的电路板，其特征在于，计量互感器的校准系数保存在电路板中。

技术总结
本实用新型属于电力领域，涉及一种支持量测单元即插即用的电路板，包括单片机电路、即插即用接口J1及J2和接口P1/P2/P3/P4/P5，单片机电路与温度采集电路、跳闸驱动电路、保护采集电路、双电源供电电路和即插即用接口J1及J2电性连接，保护互感器二次侧和电路板接口P1相连后电性连接保护采集电路，计量互感器二次侧与电路板接口P3相连后电性连接TVS保护电路，TVS保护电路电性连接接口J1，三相电压接入电路板接口P5，电路板接口P5电性连接接口J2，电路板接口P2分别电性连接热敏电阻和温度采集电路，电路板接口P4分别电性连接跳闸线圈和跳闸驱动电路。本实用新型实现量测单元的即插即用，提高了量测单元的互换性。提高了量测单元的互换性。提高了量测单元的互换性。


技术研发人员：曹文华 薛铭 李圣 周国超 卢佳南 孙建萍 赵普
受保护的技术使用者：山东电工电气集团新能科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/8/13