用于spd的電涌監(jiān)控裝置、智能spd及電涌保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域中設(shè)備或設(shè)施的防雷監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及用于SPD的電涌監(jiān)控裝置，具有這種電涌監(jiān)控裝置的智能sro及具有該智能spd的電涌保護(hù)系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電涌保護(hù)器或電涌保護(hù)裝置(Surge Protect1n Device)，以下簡(jiǎn)稱SPD，是電子設(shè)備雷電防護(hù)和防靜電中不可缺少的一種裝置/模塊。sro的作用是把串入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電電流或靜電泄放到大地，保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。但目前的大多數(shù)的sro僅僅由mov管、tvs管、氣體放電管等防浪涌元器件和脫扣指示機(jī)構(gòu)組成，除了脫扣指示并不能向外傳遞更多的信息。sro在線長時(shí)間運(yùn)行，在雷電沖擊和自然老化的作用下，其性能將逐漸下降甚至失效。如不能及時(shí)預(yù)防或排除失效的spd，將對(duì)配電系統(tǒng)、信號(hào)通訊系統(tǒng)帶來嚴(yán)重影響?；赟PD的重要性，為了進(jìn)一步提高SPD的安全性和可維護(hù)性，出現(xiàn)了帶監(jiān)控功能的SPD，但因現(xiàn)有SPD的監(jiān)控電路都需要外部供電，因此浪涌電流不可避免的從電源網(wǎng)絡(luò)竄入監(jiān)控電路，造成可靠性差；再與上位機(jī)通訊時(shí)需采用隔離電路隔離浪涌電流，現(xiàn)有技術(shù)采用光纖通訊完成隔離功能，但光纖通訊需要考慮信號(hào)的變換，光纖驅(qū)動(dòng)等問題，再加上光纖設(shè)備的安裝，調(diào)試，維護(hù)工作復(fù)雜，SPD的監(jiān)控設(shè)計(jì)電路復(fù)雜導(dǎo)致體積龐大和成本高，并且可靠性差而無法普及。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，體積小且可靠的用于SPD的電涌監(jiān)控裝置。
[0004]本發(fā)明通過感應(yīng)交變電磁場(chǎng)來獲得電路工作所需要的電能，采用了近距離無線通信技術(shù)(Near Field Communicat1n),以下簡(jiǎn)稱 NFC。
[0005]本發(fā)明所采用如下技術(shù)方案，構(gòu)造電涌保護(hù)裝置，包括:
[0006]電磁米集電路，用于米集電浪涌信號(hào)和感應(yīng)電浪涌信號(hào)的交變電磁場(chǎng)而輸出電倉泛;
[0007]第一 NFC單元，用于和外部讀寫器進(jìn)行NFC通訊并感應(yīng)來自所述讀寫器的交變電磁場(chǎng)而輸出電能；
[0008]第一處理單元，控制與所述第一 NFC單元的通訊，處理和計(jì)算所述電磁采集電路的采集數(shù)據(jù)并將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0009]穩(wěn)壓電路，分別與所述電磁采集電路和所述第一 NFC單元的電能輸出連接，用于將這兩路電能進(jìn)行混合，穩(wěn)壓和濾波輸出給所述第一 NFC單元和所述第一處理單元。
[0010]優(yōu)選的，所述電涌監(jiān)控裝置還包括:電流感應(yīng)器，用于檢測(cè)所述SPD的漏電流。
[0011]優(yōu)選的，所述電涌監(jiān)控裝置還包括:溫度感應(yīng)器，用于檢測(cè)所述SPD的工作溫度。
[0012]優(yōu)選的，所述電涌監(jiān)控裝置還包括:脫扣檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述sro是否脫扣。
[0013]優(yōu)選的，所述脫扣檢測(cè)模塊是溫度熔絲。
[0014]優(yōu)選的，所述電磁采集電路包括:LC振蕩電路，用于感應(yīng)電浪涌信號(hào)而輸出電能；電壓變換電路，用于將所述LC振蕩電路的輸出高電壓信號(hào)變換成低電壓信號(hào)；整流電路，用于將所述LC振蕩電路輸出的交流電變成直流電；限流電路，用于限制所述整流電路輸出的直流電的電流大?。粸V波電路，用于濾除所述LC振蕩電路輸出信號(hào)的交流分量。
[0015]優(yōu)選的，所述第一處理單元包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述電壓變換電路，所述電流感應(yīng)器和所述溫度感應(yīng)器輸出的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)；輸入輸出模塊，用于接收所述脫扣檢測(cè)模塊的輸入信號(hào)；第一通訊接口，用于與所述第一 NFC單元通訊；微處理器，用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述輸入輸出模塊，所述第一通訊接口的工作，并將來自所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述輸入輸出模塊，所述第一通訊接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算；第一存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述輸入輸出模塊，所述第一通訊接口輸出的數(shù)據(jù)和所述微處理器的運(yùn)算結(jié)果。
[0016]優(yōu)選的，所述第一 NFC單元包括:天線電路，用于感應(yīng)和應(yīng)答來自所述外部讀寫器的電磁信號(hào)；第二通訊接口，用來與所述第一處理單元的通訊；第二存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述第二通訊接口接收的數(shù)據(jù)；RF電路，用于接收所述天線電路輸出的高頻信號(hào)，和發(fā)送所述第二存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)；電能輸出電路，用于將所述RF電路的輸出變換成直流電輸出；數(shù)字控制單元，用于控制所述RF電路和所述第二通訊接口的通訊，所述電能輸出電路的轉(zhuǎn)換。
[0017]本發(fā)明還提供一種智能SPD，其特征是:包括電涌保護(hù)裝置和所述電涌監(jiān)控裝置，所述電涌監(jiān)控裝置設(shè)于所述電涌保護(hù)裝置的殼體內(nèi)或者殼體外。
[0018]本發(fā)明還提供一種電涌保護(hù)系統(tǒng)，其特征是:包括:
[0019]所述智能SPD，用于監(jiān)測(cè)所述電涌保護(hù)裝置的各種電氣數(shù)據(jù)，并把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地；
[0020]讀寫器，用于讀取所述智能SPD的各種電氣數(shù)據(jù)；
[0021]交互終端，用于根據(jù)所述智能SPD監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，計(jì)算并評(píng)估所述智能SPD的性能，并將計(jì)算和評(píng)估結(jié)果發(fā)送給服務(wù)器；
[0022]服務(wù)器，用于存儲(chǔ)所述智能SPD的各種電氣數(shù)據(jù)、計(jì)算和評(píng)估結(jié)果。
[0023]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0024]1現(xiàn)有SPD中的監(jiān)控電路都需要外部供電，因此浪涌電流不可避免的從電源網(wǎng)絡(luò)竄入監(jiān)控電路，為了避免浪涌電流給監(jiān)控電路造成損壞，因此要設(shè)計(jì)浪涌電流防護(hù)電路，導(dǎo)致監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，成本極高；有時(shí)雷電的浪涌電流高達(dá)幾千安培，現(xiàn)有帶監(jiān)控功能的SPD中的監(jiān)控電路的浪涌電流防護(hù)電路根本無法防御如此大的浪涌電流，在大電流沖擊下會(huì)被損壞或疲勞而失效，因此可靠性大打折扣。極高的成本、可靠性差導(dǎo)致sro無法普及。本發(fā)明中的電涌監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)了無需單獨(dú)的電路提供工作電源，通過感應(yīng)來自讀寫器或者浪涌電流的交變電磁場(chǎng)來獲得電路工作所需要的電能，從而做到真正的獨(dú)立和隔離，極大的提聞了廣品可罪性。
[0025]2現(xiàn)有SPD的監(jiān)控電路因需外部供電，導(dǎo)致浪涌電流竄入監(jiān)控電路，因而在與上位機(jī)通訊時(shí)需采用隔離電路隔離浪涌電流，現(xiàn)有技術(shù)采用光纖通訊，很好的隔離了浪涌電流竄入上位機(jī)。光纖通訊需考慮信號(hào)的變換，光纖驅(qū)動(dòng)等問題，再加上光纖設(shè)備的安裝，調(diào)試，維護(hù)工作復(fù)雜，因而成本很高。而本發(fā)明的智能sro只需配備一個(gè)帶NFC單元的讀寫器，就可讀寫電涌監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)，讀寫器的無線通訊模塊或者有線通訊模塊將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，非常簡(jiǎn)單便捷的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的上傳，成本低且方便。
[0026]3本專利的智能SPD，電涌監(jiān)控裝置電路簡(jiǎn)潔，用最常見的SMT加工工藝就可做到PCB板尺寸在10mmX20mm以內(nèi)，保守的PCB厚度在1.6臟，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控裝置的小型化，大大節(jié)省了空間，電涌監(jiān)控裝置只需在已有sro中近距離安裝或者插入sro的殼體內(nèi)，無需重新接線，也無需任何改造工作，就可使已有sro帶監(jiān)控功能，變成“智能”spd。這是現(xiàn)有技術(shù)中大體積的監(jiān)控電路遠(yuǎn)無法做到的。
【【附圖說明】】
[0027]圖1實(shí)施例一中的電涌監(jiān)控裝置電路原理圖；
[0028]圖2實(shí)時(shí)例一中的電磁采集電路電磁頻率響應(yīng)曲線圖；
[0029]圖3實(shí)施例一中的電涌保護(hù)系統(tǒng)組成框圖；
[0030]說明書附圖標(biāo)記說明:
[0031]1-電磁采集電路；2_第一 NFC單元；3_第一處理單元；4_穩(wěn)壓電路；5_電流感應(yīng)器；6_溫度感應(yīng)器；7_脫扣檢測(cè)模塊；
【【具體實(shí)施方式】】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]如圖1至圖2，本實(shí)施例中的電涌監(jiān)控裝置包括電磁采集電路1 ;第一 NFC單元2 ;第一處理單元3 ;穩(wěn)壓電路4 ;電流感應(yīng)器5 ;溫度感應(yīng)器6 ;脫扣檢測(cè)模塊7。
[0034]電磁米集電路1，用于米集電浪涌信號(hào)和感應(yīng)電浪涌信號(hào)的交變電磁場(chǎng)而輸出電能；其電能輸出端連接穩(wěn)壓電路4的輸入端；電磁采集電路1包括LC振蕩電路，電壓變換電路，整流電路，限流電路，濾波電路。
[0035]LC振蕩電路，用于感應(yīng)電浪涌信號(hào)而輸出電能；是由電感L2構(gòu)成的感性支路和電容C1與電阻R1串聯(lián)構(gòu)成的容性支路并聯(lián)組成，是一種并聯(lián)型帶通諧振電路。因?yàn)橐纬梢欢◣挼闹C振電路，電感的品質(zhì)因素Q值不能選取太高，L2的Q值大約為400100kHz，因?yàn)橥ǔｋ娙莸腝值很高，所以電路需要加入電阻R1用來調(diào)節(jié)電容C1的Q值。當(dāng)L2 = ImH, R1=2 Ω，Cl = 4.7nF,該電路主要針對(duì)雷電頻譜優(yōu)化設(shè)計(jì)而成，是一個(gè)帶通電磁接收器，其電磁頻率的響應(yīng)如圖2，從圖2可見，所述LC振蕩電路的電路帶寬在±3dB大約為2.6kHz?1.6MHz,而雷電主要能量的頻譜段在幾千赫茲到幾百千赫茲，雷電的頻譜落在了其帶通范圍之內(nèi)。
[0036]電壓變換電路，用于將所述LC振蕩電路的輸出高電壓信號(hào)變換成低電壓信號(hào)，其輸出端連接下述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；本實(shí)施例中通過電阻R2和R3構(gòu)成的串聯(lián)電路降壓，降壓比大約是12:2.5，電阻R3上的電壓輸出到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。電壓變換電路也可以采用變壓器將高電壓變換成低電壓。
[0037]整流電路，用于將所述LC振蕩電路輸出的交流電變成直流電；其中二極管D1起整流作用，其正極連接LC振蕩電路的輸出端。
[0038]限流電路，用于限制所述整流電路輸出的直流電的電流大?。黄渲须娮鑂4起限流作用。
[0039]濾波電路，用于濾除所述LC振蕩電路輸出信號(hào)的交流分量。由電容C2，C3實(shí)現(xiàn)濾波。
[0040]第一 NFC單元2，用于和外部讀寫器進(jìn)行NFC通訊并感應(yīng)來自所述讀寫器的交變電磁場(chǎng)而輸出電能；其電能輸出端連接穩(wěn)壓電路4的輸入端；第一 NFC單元2包括天線電路，第二通訊接口，第二存儲(chǔ)器，RF電路，電能輸出電路和數(shù)字控制單元。
[0041]天線電路，用于感應(yīng)和應(yīng)答來