CN107064591A - 新型数字互感隔离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型数字互感隔离装置，涉及电力电子、电能表计量技术等领域。通过互感脉冲隔离器传输数字与时钟信号，传输电源能量信号。该装置及实现技术包括：被测信号的隔离、信号传感器采集转换电路与信号应用电路的隔离、信号的A/D转换和信号采集电路独立供电。被测信号可以为弱电或强电的电压电流等信号。本发明利用数字互感器传输数字信号，将被测信号在本地通过传感器与ADC转换电路完成模拟信号到数字信号转换，通过数字互感器向远端或应用端传输，解决了强电电压、电流等信号或工作环境恶劣的信号采集与隔离问题，同时采集转换电路不需要从被测信号取电或单独供电问题，简化系统设计，提高安全可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子、电能表计量技术等领域。具体涉及一种新型数字互感隔离装置。
背景技术
在电力传输计量系统中，线路中的电流大小差异较大，为便于测量、保护和控制需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压一般比较高。电流互感器(Currenttransformer简称CT)和电压互感器(Potential transformer简称PT)就起到电流电压变换和电气隔离作用。互感器根据电磁感应原理工作，一次绕组接被测电流的绕组,二次绕组接测量仪表。电磁感应中的励磁电流是误差的主要根源，加上互感器受到由于短路引起的巨大电流的热效应和电动力作用，增加了信号转换的误差,以及CT或PT的非线性特性，也会导致误差的增加，另外误差与一次回路电流及二次负载，电流电压的频率等因素存在关系。
目前，常见的信号采集与应用实际中，信号的采集与信号的处理电路没有隔离，或者采用光耦或变压器等传统的技术手段进行隔离。传统的互感器可以使一、二次侧相互隔离，从而提高使用的安全性，并增强应用电路的干扰能力。但是传统的互感器，当被测信号存在直流分量时，不仅会严重影响其计量精度，还会导致互感器发热。且隔离器件的非线性，也会导致被测信号传输到ADC采集时，增加测量结果的误差。被测信号如果通过电阻网络分压，避免电压、负载、频率和温度变化所引起的误差可以忽略不计，但是不能隔离强电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型数字互感隔离装置。
新型数字互感隔离装置，其实现内容包括：数字互感从端接口(1)、数字互感主端接口(10)、脉冲互感耦合线圈(9)、PLL与时钟恢复电路(2)、ADC转换器(3)、参考校正电压(4)、电源与复位(5)、被测信号(7)、信号增益调理(6)、电源供电信号(11)、时钟产生信号(12)、数据接收(13)、命令与数据发送(14)。
被测信号(7)通过信号增益调理(6)，将需要测量的强电信号或弱电需要隔离的信号进行信号整形调理，送到ADC转换器(3)，送入信号通过滤波整形等调理，再输入到ADC转换器(3)进行转换。
数字互感从端接口(1)可以接收数字互感主端接口(10)发送的电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。并将这些信号进行解析送入不同的电路进行处理。
PLL与时钟恢复电路(2)通过数字互感从端接口(1)的时钟信号进行时钟恢复和提取。并通过PLL进行时钟倍频，给信号传感器采集转换电路作为工作时钟。
电源与复位(5)通过数字互感从端接口(1)的电源能量信号进行提取整形为稳定的规范电源，给信号传感器采集转换电路作为工作电压。
ADC转换器(3)将被测信号(7)通过信号增益调理(6)输出的模拟信号进行A/D转换，将信号转为数字采样信号。
参考校正电压(4)为ADC转换器(3)工作提供高稳定和较高精度的参考电压。
数字互感主端接口(10)通过脉冲互感耦合线圈(9)，向数字互感从端接口(1)提供电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。
电源供电信号(11)提供电源能量信号，时钟产生信号(12)提供时钟信号。命令与数据发送(14)提供发送数据传输和数据接收(13)为接收到的被测信号采集数据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：常见的信号采集与应用实际中，信号的采集与信号的处理电路没有隔离，或者采用光耦或变压器等传统的技术手段进行隔离。传统的互感器可以使一、二次侧相互隔离，但是传统的互感器，当被测信号存在直流分量时，不仅会严重影响其计量精度，还会导致互感器发热。且隔离器件的非线性，也会导致被测信号传输到ADC采集时，增加测量结果的误差。被测信号如果通过电阻网络分压，避免电压、负载、频率和温度变化所引起的误差可以忽略不计，但是不能隔离强电。本发明采用数字信号传感器芯片的新型脉冲隔离互感器，实现信号采集电路与计量应用电路的隔离，模拟量转化为数字量传输等。采用内嵌数字信号处理集成电路，搭配脉冲隔离互感器，可以较好的处理信号采集与计量应用之间的隔离问题。此方法与技术兼具上述采样方式的优点，同时传感器采集电路不再从被测信号系统上取电，直接由电能计量电路中隔离取电，实现在采集物理量时，大大降低传感器电路影响被测信号，提高对物理信号采集的准确度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明新型数字互感隔离装置的整体结构示意图；
图2为本发明新型数字互感隔离装置的一实施例的示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术方案、创作特征更容易理解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参考图1，所述新型数字互感隔离装置，该装置包括：数字互感从端接口(1)、数字互感主端接口(10)、脉冲互感耦合线圈(9)、PLL与时钟恢复电路(2)和ADC转换器(3)；
其中，该装置工作中的参数和操作包括：参考校正电压(4)、电源与复位(5)、被测信号(7)、信号增益调理(6)、电源供电信号(11)、时钟产生信号(12)、数据接收(13)和命令与数据发送(14)。
上述设计中通过脉冲互感耦合线圈(9)将数字互感从端接口(1)和数字互感主端接口(10)连接起来。其中数字互感从端接口(1)、PLL与时钟恢复电路(2)、ADC转换器(3)、参考校正电压(4)、电源与复位(5)和信号增益调理(6)为被测信号采集转换电路。
数字互感主端接口(10)、电源供电信号(11)、时钟产生信号(12)、数据接收(13)和命令与数据发送(14)为信号应用计量等电路部分。通过前端的信号采集转换电路来获取被测信号的采集数字值。
被测信号(7)通过信号增益调理(6)将需要测量的强电信号或弱电需要隔离的信号进行信号整形调理，送到ADC转换器(3)，送入信号需要通过滤波整形等调理才能送入ADC处理。
其中数字互感从端接口(1)可以接收数字互感主端接口(10)发送的电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。并将这些信号进行解析送入不同的电路进行处理。
PLL与时钟恢复电路(2)通过数字互感从端接口(1)的时钟信号进行时钟恢复和提取。并通过PLL进行时钟倍频，给信号传感器采集转换电路作为工作时钟。
电源与复位(5)通过数字互感从端接口(1)的电源能量信号进行提取整形为稳定的规范电源，给信号传感器采集转换电路作为工作电压。
ADC转换器(3)将被测信号(7)通过信号增益调理(6)输出的模拟信号进行A/D转换，将信号转为数字采样信号。参考校正电压(4)为ADC转换器(3)工作提供高稳定和较高精度的参考电压。
数字互感主端接口(10)通过脉冲互感耦合线圈(9)，向数字互感从端接口(1)提供电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。电源供电信号(11)提供电源能量信号，时钟产生信号(12)提供时钟信号。命令与数据发送(14)提供发送数据传输和数据接收(13)为接收到的被测信号采集数据。
本发明利用数字互感器传输数字信号，将被测信号在本地通过传感器与ADC转换电路完成模拟信号到数字信号转换，通过数字互感器向远端或应用端传输，解决了强电电压、电流等信号或工作环境恶劣的信号采集与隔离问题，同时采集转换电路不需要从被测信号取电或单独供电问题，简化系统设计，提高安全可靠性。
图2为本发明的一则实施例的示意图。HG002(S102)与HG001(S103)构成一对数据采集与使用。HG001(S103)为数据使用计量端。HG002(S102)为数据采集端，对电压和电流进行采集。通过脉冲隔离互感器(S101)，将数据发给HG001(S103)端。HG001(S103)通过计量器件，将接收的电压电流数据计算得到一系列的电能参数指标。
HG001(S103)同时为HG002(S102)提供电源能量信号，HG002(S102)能获取隔离的电源。这样HG002(S102)的采样电路不需要额外从被测电路中获取电源、减小对被测信号的影响。
以上显示和所述仅是对本发明的基本原理和主要特征和实施方式的描述，本行业的技术人员应该了解。本发明不受上述实施例的限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域的技术工程人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，都落入本发明的权利要求书确定的保护范围之内。
Claims (9)
1.新型数字互感隔离装置，其特征在于，该装置包括：数字互感从端接口(1)、数字互感主端接口(10)、脉冲互感耦合线圈(9)、PLL与时钟恢复电路(2)和ADC转换器(3)；
其中，该装置工作中的参数和操作包括：
参考校正电压(4)、电源与复位(5)、被测信号(7)、信号增益调理(6)、电源供电信号(11)、时钟产生信号(12)、数据接收(13)和命令与数据发送(14)。
2.根据权利要求1所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，被测信号(7)通过信号增益调理(6)将需要测量的强电信号或弱电需要隔离的信号进行信号整形调理，送到ADC转换器(3)，送入信号通过滤波整形等调理，再输入到ADC转换器(3)进行转换。
3.根据权利要求1所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，数字互感从端接口(1)可以接收数字互感主端接口(10)发送的电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。并将这些信号进行解析送入不同的电路进行处理。
4.根据权利要求1或3所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，PLL与时钟恢复电路(2)通过数字互感从端接口(1)的时钟信号进行时钟恢复和提取。并通过PLL进行时钟倍频，给信号传感器采集转换电路作为工作时钟。
5.根据权利要求1或3所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，电源与复位(5)通过数字互感从端接口(1)的电源能量信号进行提取整形为稳定的规范电源，给信号传感器采集转换电路作为工作电压。
6.根据权利要求1所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，ADC转换器(3)将被测信号(7)通过信号增益调理(6)输出的模拟信号进行A/D转换，将信号转为数字采样信号。
7.根据权利要求1或6所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，参考校正电压(4)为ADC转换器(3)工作提供高稳定和较高精度的参考电压。
8.根据权利要求1所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，数字互感主端接口(10)通过脉冲互感耦合线圈(9)，向数字互感从端接口(1)提供电源能量信号，时钟信号和控制命令信号。
9.根据权利要求1所述的新型数字互感隔离装置，其特征在于，电源供电信号(11)提供电源能量信号，时钟产生信号(12)提供时钟信号。命令与数据发送(14)和数据接收(13)提供数据传输。
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