CN100391151C - 智能低电压检测远距离供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能低电压检测远距离供电系统，其包括相连接的局端开关电源和远端电源，该局端开关电源包括供电控制的CPU、电流电压取样电路，该电流电压取样电路用以监测远供电路的电压、电流以及平衡状况，该远端电源包括正弦波振荡电路，局端向远供线路输出低电压，当远供线路接有远端，该正弦波振荡电路启振，局端的电流取样电路将该远供线路上峰值为24mA，频率为80HZ的正弦波电流转变成正弦波电压，当该正弦波电压被检测到时，使CPU的RT_DETC引脚为低电平，CPU检测到该低电平则确认远端已联机，从而开始升高远供电压。本发明智能低电压检测远距离供电系统安全可靠，实用性强。
Description
【技术领域】
本发明是涉及一种供电系统，尤其是指一种通信设备等采用的智能检测的远距离供电系统。
【背景技术】
现在很多通信设备需要提供远距离供电源，如倍增设备、小灵通机站等，使用的通用办法就是：为了减少中继线上的电流，把供电电压进行倍压。但是维护人员在进行安装与维护时则有高压触电的隐忧，安全得不到保障。怎样提供一种安全可靠的供电方式，是要求提供远距离供电设备厂家力争突破的一项关键技术。
如图1所示的现有的远距离供电系统的原理框图，其中局端单元是由一组开关电源组成，第一个功能是提供本地工作电压，第二个功能是把低电压的馈电升至远供高电压，这个倍压的高电压就是远供电压，CPU通过一个I/O控制远供线上的一个开关管，对远供电源的进行开关控制，远端单元是一个普通的开关电源。当局端单元送的馈电大于远端开关电源的启动值后，远端单元启动，从而实现了远供。这样的远距离供电系统没有对远端负载进行探测，系统不管远端是否存在，上电之后马上给中继线上送一个已经倍压的高压直流电，当出现供电不平衡时，系统也不知道，这样安装人员在安装及维护时很容易触电，对操作的人员的安全没有保障。
因此，提供一种通信设备等采用的安全可靠的远距离供电系统实为必要。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种安全可靠的智能低电压检测远距离供电系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
提供一种智能低电压检测远距离供电系统，其包括相连接的局端开关电源和远端电源，该局端开关电源包括本地开关电源单元、远供开关电源单元、供电控制的CPU、电流电压取样电路。该本地开关电源单元为局端的CPU等外围设备提供5V低压电源，并为远供开关电源单元的控制芯片提供工作电压，该远供开关电源单元主芯片的反馈脚受反馈电压、CPU输出的PWM(脉宽调制，Pulse Width Modulation)电压控制信号共同控制，使得该远供电压可以从0V～±155V连续可调，该电压取样电路使CPU可以检测到远供A、B线上的电压，从而调整PWM占空比，电压取样电路还可以监测到远供电路的平衡状况，电流取样电路可以监测远供线路上的电流，从而实现对断路、短路、过流等异常情况的检测。电流取样后，通过锁像环电路、CPU的软件处理，可以识别出远供线路上的80Hz正弦波电流，实现与远端的握手，即建立连接。
局端自检结束后，向远供线路馈送48V电压，此时如果远供线路接有远端时，远端的正弦波振荡电路启振，从远供线路上吸收峰值24mA，频率为80Hz的正弦波电流，局端通过电流取样电路将该电流转变成一个正弦波电压，当该正弦波电压被检测到时，将CPU的RT_DETC引脚拉低，CPU通过检测该低电平确认远端已经联机，于是开始升高远供电压。该远端电源进一步包括稳压降压电路。
当远端没有连上远供线路时，该局端CPU若在一定时间内检测不到该正弦波电压，则关断远供电压，过大约六秒后再将远供电压升到48V重试连接。
当局端和远端连接成功，远端开关电源正常启动后，若远供线路断开，局端检测到远供电流为0，则关断远供电压，过一段时间后用48V低压重试联机。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
本发明的智能低电压检测远距离供电系统是通过握手信息来判断远端单元的存在，系统开始提供一个低电压进行探测，当探测到远端单元的存在后，才在CPU的控制下骤步地把电压升到所需要的高压电源。如果远端单元没有连接好，局端探测不到远端单元的存在，中继线上只存在一个低的安全电压，这样起到了安全保护的作用。系统同时提供供电不平衡检测，当A/B线上的电压对地不平衡时，系统能自动检测到，十分安全可靠，实用性强。
【附图说明】
图1是现有的远距离供电系统的原理框图；
图2是本发明智能低电压检测远距离供电系统的局端结构框图；
图3是本发明智能低电压检测远距离供电系统的远端结构框图；
图4是本发明智能低电压检测远距离供电系统的局端握手电路图；
图5是本发明智能低电压检测远距离供电系统的远端握手电路图；
图6是本发明智能低电压检测远距离供电系统的电流取样部分电路图；
图7是本发明智能低电压检测远距离供电系统的电压取样部分电路图；
图8是本发明智能低电压检测远距离供电系统的局端电压电位图；
图9是本发明智能低电压检测远距离供电系统的电压-工作状态图；
图10是本发明智能低电压检测远距离供电系统局端与远端相连接的结构框图。
【具体实施方式】
请参照图2、图3以及图10，本发明智能低电压检测远距离供电系统包括相连接的局端开关电源和远端电源，该局端开关电源包括本地开关电源单元、远供开关电源单元、供电控制的CPU、电流电压取样电路。该本地开关电源单元通过低压变换滤波处理，为局端的CPU等外围设备提供5V低压电源，并为远供开关电源单元的控制芯片提供工作电压。
该远供开关电源单元控制芯片的反馈脚受反馈电压、CPU输出的PWM电压控制信号共同控制，使得该远供电压可以从0V～±155V连续可调。该电流电压取样电路连接在远供线上，取样通过信号放大、判断处理反馈至远供开关电源单元，使CPU可以检测到远供A、B线上的电压，从而调整PWM占空比，电压取样电路还可以监测到远供电路的平衡状况，电流取样电路可以监测远供线路上的电流，从而实现对断路、短路、过流等异常情况的检测。电流取样后，通过锁像环电路、CPU的软件处理，可以识别出远供线路上的80Hz正弦波电流，实现与远端的握手，即建立连接。
请一并参阅图6和图7，线路电流取样部分电路，远供高压由L5-10和R27引入，远供环路电流在R51上被取样送入TR1进行电平平移(由相对HGND的电平平移到相对+3.3V的电平)平移之后的电平送入CPU的AD引脚和后续带通放大及锁相环电路。局端电压取样检测部分，远供AB线由2个620K和一个8.20K电阻分压后通过送入CPU的AD脚。
远端结构中高压端通过低压稳压电路连接压控恒流源以及正弦波振荡。请一并参阅图8，局端自检结束后，向远供线路馈送48V电压，此时如果远供线路接有远端时，远端的正弦波振荡电路启振，从远供线路上吸收峰值24mA，频率为80Hz的正弦波电流，局端通过电流取样电路将该电流转变成一个正弦波电压，当该正弦波电压被检测到时，将CPU的RT_DETC引脚拉低，CPU通过检测该低电平确认远端已经联机，于是开始升高远供电压。该远端电源进一步包括稳压降压电路。
请参阅图9，当远端没有连上远供线路时，该局端CPU若在一定时间内检测不到该正弦波电压，则关断远供电压，过大约六秒后再将远供电压升到48V重试连接。
当局端和远端连接成功，远端开关电源正常启动后，若远供线路断开，局端检测到远供电流为0，则关断远供电压，过一段时间后用48V低压重试联机。
请一并参考图4和图5，当局端远端握手成功，远端开关电源正常启动后，输入直流电压经Q3和18V稳压管D5及三极管Q1和D1组成的稳压降压电路后，启动UC3843。进入正常工作后，偏置绕组L204的供电电路开始工作，偏置绕组的输出经二极管D117整流、C601滤波后输出12V电压，高于自供电电压，使二极管U3停止，启动电路停止工作。偏置绕组为UC3843(IC301)提供工作电压(12V)，变换器进入正常工作，在PWM脉宽调制方式下，各路次级绕组的输出经过各路的二极管整流、LC型滤波器滤波后，产生各路的直流输出电压。+12.6V输出的电压由电阻器分压后，与可稳压源TL431(U103)中的2.5V参考电压比较，然后通过光耦合器反馈到UC3843的脚2，控制脉冲的占空比，稳定+12.6V输出。
其中的UC3843应用电路有几处不同常规：
1)MOSFET的驱动，用1K电阻(R38)并一个反向二极管(D17)。用较大的栅极驱动电阻可以有效地降低MOSFET开通时的尖峰电压，但是同时由于栅极电压上升沿变缓，导致MOSFET的损耗加大，效率有一定下降。实际调试中的数据也对此现象有所映证。
反馈形式，反馈电路中T1～4、5绕组只是一个自举绕组，在电路启振后为IC16和IC17提供工作电压，T1～8，10为12V绕组，整流滤波后通过R58、TR7、TR8组成的电路反馈回U5。TR7、TR8构成一个典型镜像恒流源，恒流电流为12V/12K约1mA，由于R48上电流很小，R60和R62上的压降为2.30V左右，该电压即从12V所取的反馈电压送入U5-2对脉宽进行调制。该电路在TR7、TR8特性一致的情况下可以取得很好的反馈效果，而且克服了输出电压参考点GND、U5工作电压参考点-48V电位不等带来的困难。
从CPU出来的PWM信号通过R73引入，经过TR10，TR11驱动之后在C45处被滤波，形成受占空比控制的电压，该电压范围应为-48V～-43V，此电压与D11正极的电位差在R18上被取样，送入U6的2脚控制U6的输出PWM占空比，形成反馈。
因此CPU通过控制PWM的占空比就可以改变远供输出电压。
如果由于某种原因导致CPU输出PWM占空比过高，远供高压会过压，这会对通讯线路造成伤害，必须采用某种机制进行失效保护，图中TR3～TR6组成的电路即可实现这种功能，当PWM占空比过高时，C33上的电压将会降低，导致TR5截至，TR6导通，PWM电压信号被TR6旁路，形成对整体电路的保护。
MOSFET的驱动同样采用了与本地电源部分相同的反向二极管+电阻的形式，C48+R86可以吸收高反压保护D50。
电源部分U968及外围电路组成典型的BUCK降压变换，产生CPU等外围电路所需的5V电压。LM2671-M5是高效的DC/DC转换器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，本领域中的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变更均包括在本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智能低电压检测远距离供电系统，其包括相连接的局端开关电源和远端电源，其特征在于，该局端开关电源包括供电控制的CPU、电流电压取样电路，该电流电压取样电路用以监测远供电路的电压、电流以及平衡状况，该远端电源包括正弦波振荡电路，局端向远供线路输出低电压，当远供线路接有远端，该正弦波振荡电路启振，局端的电流取样电路将该远供线路上峰值为24mA，频率为80HZ的正弦波电流转变成正弦波电压，当该正弦波电压被检测到时，使CPU的RT_DETC引脚为低电平，该CPU检测到该低电平则确认远端已联机，从而开始升高远供电压。
2.如权利要求1所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，局端开关电源包括本地开关电源单元和远供开关电源单元，本地开关电源单元为局端的CPU以及远供开关电源单元的控制芯片提供工作电压。
3.如权利要求2所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，该远供开关电源单元控制芯片的反馈脚受反馈电压、CPU输出的PWM电压控制信号共同控制，使得该远供电压连续可调。
4.如权利要求3所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，该远端电源进一步包括稳压降压电路。
5.如权利要求1所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，该局端CPU若在一定时间内检测不到该正弦波电压，则关断远供电压。
6.如权利要求1所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，当局端和远端连接成功，远端开关电源正常启动后，若远供线路断开，局端检测到远供电流为0，则关断远供电压。
7.如权利要求5或6所述的智能低电压检测远距离供电系统，其特征在于，局端在一定时间后再向远供线路提供低电压，尝试重新连接远端。
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