一、はじめに
蓄電池は直流電源を提供する常用装置として、その応用はますます広くなり、特に電力自動化設備、軌道交通、通信、オフライン式太陽光発電システム及び軍用などの無停電電力を要求する分野である。蓄電池の電圧及び充放電電流は蓄電池の性能を反映する重要な指標であり、同時に充放電の重要な判断パラメータでもあるため、その電圧と電流に対するモニタリングは蓄電池の合理的な充放電*の一環であり、伝統的な検出方法は電圧計などのツールを用いて電圧値を測定した後、充電パラメータを調整し、記録の人為誤差が大きい、リアルタイム性が悪い、精度が悪い、記録が科学的ではない、検出コストが高いなどの問題がある。マイコン技術の導入はバッテリー充放電監視システムの段階的なインテリジェント化を促し、バッテリーの動作状態のリアルタイム監視を実現した。しかし、地電位干渉信号、充電電源に導入される交流干渉信号などの存在により、MCUリセット、誤収集信号、さらには直接マスターチップを焼却することが多いため、力を与える信号分離干渉防止方案を選択する必要がある。次の案では、広州金升陽製造の採用方法を詳しく紹介します。アイソレーショントランスミッタモジュールは干渉信号を隔離し、信号を変換し、監視システムの安定性と信頼性を高める方法を実現する。
二、隔離トランスミッタの概要
アイソレーショントランスミッタモジュールは、入力された非標準工業信号分離を電磁分離方式を用いて標準工業信号に変換する信号処理モジュールである。金升陽隔離トランスミッタモジュールはモジュール化された小体積設計を採用し、ユーザーはいかなる周辺回路を加えなくても直接使用でき、ユーザーの回路設計を簡略化し、PCBの空間利用率を高め、またユーザーが故障原因の分析とメンテナンスを容易にした。モジュール内部に電磁分離技術を採用しているため、光結合分離よりも優れた温度漂白特性、線形度、精度、変換速度と寿命を有する。モジュールの信号入力と信号出力、電源入力と隔離電源出力（オプション）は互いに隔離され、隔離耐圧値は2500 VDCに達し、干渉信号を効果的に隔離することができる。市販のアイソレータに比べてより小さい体積、より安いコスト、より高い集積度を持ち、PCB板に直接溶接することができ、信号収集と制御システムの設計と設置を大幅に簡略化し、システム全体の安定性と信頼性を高めた。
製品の特徴：
調整なしで直接使用可能
モジュール化&小容量
極低温フロート（35 PPM/℃）
高精度レベル&高線形度（0.1%F.S.）
高分離（入出力電源両端間2500 VDC/60 s）
高信頼性（MTBF>50万時間）
工業級（動作温度範囲：-25℃～71℃）
三、隔離トランスミッタの原理ブロック図の紹介
アイソレーショントランスミッタ測定された電気信号を、互いに電気的に分離された電気信号を線形スケールで出力することができる電気デバイスである。図2に示すように、隔離変換モジュールは4つの部分に分けられ、電源入力部分、隔離電源出力部分（クライアントオプション）、信号入力部分、信号出力部分。その動作原理は、まず測定信号を半導体装置で変調変換し、それから信号変圧器を通じて電磁分離変換を行い、それから出力端で必要な信号に変換すると同時に、分離後の信号の給電電源を分離処理し、電源端、分離電源出力端、信号入力端と信号出力端の2つの間の電気分離を保証し、それによって信号干渉を効果的に分離し、マスターチップを安定して信頼性のある動作を可能にする。
四、電池充放電監視システムにおける隔離トランスミッタの応用
バッテリの電力量が十分である場合、その後段の直流負荷に直接電力を供給し、バッテリの電力供給電圧と電流は電力量の消費に伴って徐々に低下し、zui低限度まで低下した後も電力量が補充されない場合、バッテリは過放電によって損傷しやすい、一方、バッテリの電力量が不足した後に充電器がバッテリを充電すると、バッテリ電圧は電力量の補充に伴って徐々に上昇し、バッテリ電圧が制限値に達した後も充電を停止しないと、バッテリは過充電によって損傷しやすくなる。そのため、バッテリーの電圧と電流のリアルタイム高精度の監視は*必要であり、そうしないとバッテリーは過充電や過放電によって損傷しやすい。
次の図3は私たちが設計したバッテリ充放電監視システムの回路ブロック図であり、主に充電器、電源回路、バッテリ、直流負荷、電圧と電流サンプリング回路、EMC回路、分離トランスミッタ、MCU、表示回路、警報回路などで構成されている。次に、各セクションの役割について詳細に説明します。
4.1制御回路の給電方式
制御回路の給電電源は、金昇陽社製のAC-DCモジュール電源LH 05-10 B 05を選択し、隔離トランスミッタモジュール、ADコンバータ、MCU、LCDなどに給電した。このモジュールは5 V、1 Aを出力し、給電電圧と電力要求を満たし、入力電圧範囲、交直流両用、低消費電力、率、高信頼性、安全隔離などの利点を有する。製品の安全性と信頼性、EMCの性能は良好で、EMCと安全規格はIEC 61000、UL 60950とIEC 60950の標準を満たし、UL、CEなどの多種の認証を取得する。
4.2電圧、電流サンプリング回路方案
蓄電池電圧のモニタリングについては、一般的な蓄電池電圧は24 Vと12 Vなどがあることを知っています。電圧信号の収集を容易にするために、分圧方式を採用して蓄電池電圧を0 ~ 5 Vの範囲内に下げ、信号処理を容易にしました。充放電電流の監視には、分流器を充放電回路に直列に接続し、分流器は放電電流をミリボルトの電圧信号に変換し、信号処理を容易にします。
4.3 EMC回路方案
EMC回路の設計は、信号分離処理においてzuiが軽視しがちであり、極めて重要な部分であることが多い。工業現場における電力網におけるEMC環境は極めて劣悪であり、バッテリーグループが充電器や直流負荷と直接同じ回線などを介して接続されているため、電源回路の干渉信号（例えばサージ干渉）が信号回路とともに後段信号処理回路に結合され、信号処理装置が故障したり破損したりすることが知られている。したがって、干渉信号を吸収するために、信号分離の前にEMC回路を追加する必要があります。
4.4信号隔離方案
実際の用途では、バッテリを充電して放電する際に信号を分離しないと、電源回路の干渉信号が信号通路を通じて後段のMCUに直接伝送され、MCUの恒常的な信号損失やハングアップを招くことが分かった。従来の信号分離方式には2種類があり、電磁分離と光結合分離があり、光結合分離はその反応速度が遅く、伝送精度が高くないため、監視システムをリアルタイムで高精度にバッテリー電圧と放電電流を監視することができないため、電磁分離方式を選択する必要があり、ここでは金昇陽社製の分離トランスミッタモジュールを選択して干渉信号を分離し、信号を変換することを実現した。
蓄電池電圧監視回路では、入力された0 ~ 5 Vサンプリング信号を分離して0 ~ 3 Vに変換し、後段のADC収集を容易にするために、分離トランスミッタモジュールT 6 S 6 D-3を選択した。蓄電池の充電と放電回路は同じ線路を採用しているので、蓄電池の放電回路では、シャントが収集した電圧信号は正負であり、私たちが選択した金昇陽会社の隔離トランスミッタモジュールTM 6 S 6 AP-3は、-100 mVから+100 mVの範囲で変化した信号線形を0 ~ 3 Vの電圧信号に変換して、その後のADCが直接収集することができる。
この2つのモジュールを選択する利点は、1つは、信号入力と後段サンプリング回路の高度な電気的隔離（隔離電圧は2500 VDC/60 S）を実現でき、前段回路の干渉信号を効果的に隔離でき、後端装置の正常な動作に影響を与えないようにすること、次に、このモジュールの伝送の精度は0.1%F.Sであり、12ビットADCの高精度なサンプリング要求を満たし、バッテリーの動作状態を正確に監視することができる、再び、隔離トランスミッタはモジュール化設計を採用し、いかなる周辺デバイスも必要とせず、ADが収集しにくい信号（例えば0 ~ 5 V、-100 mV ~+100 mV）から収集しやすい信号（0 ~ 3 V）まで隔離して転送することができ、回路設計を大幅に簡略化した。
4.5データ処理、障害アラーム、ステータス表示
データ処理は高精度ADCを集積したMCUを採用し、状態表示は7段共陰極回路デジタル管を採用し、主に現在収集された電圧値を表示し、警報情報を表示する。電圧が設定値を下回っている場合と設定を超えている場合に音アラームが発生します。
五、小結
蓄電池は国の省エネ・環境保護への大量投入によって急速な発展を遂げ、新型蓄電池も次々と出現し、蓄電池の充放電と科学管理に対してより高い要求を提出し、リアルタイムで蓄電池の仕事の状況を理解する必要があり、それによって科学的かつ合理的な管理が蓄電池の利用効率と使用寿命を高める必要があり、これも蓄電池監視システムの応用を促進した。しかし、さまざまな応用現場の電源回路における干渉信号の存在により、システム全体がリアルタイム、正確、信頼性のあるバッテリーの動作状況を監視することができず、さらには後付けの高価な計器設備を損傷して計り知れない損失をもたらす可能性がある。金昇陽会社が製造した隔離トランスミッタモジュールは高隔離、高精度&線形度、高信頼性と低温漂などの特性を持ち、有効な隔離干渉信号、変送信号を持つことができ、システム動作の安定性と信頼性を高めた。