CN101763158A - 机载设备计算机供电监控与隔离控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，包括与控制功能模块连接的采样电路和隔离电路；控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程；控制功能模块还与供电电源连接，并控制供电电源开启和关闭，采样电路由一个电阻网路组成，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样；隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET与二极管导通，在负载端建立输出电压；若检测到输出电压正常，控制功能模块中的控制电路输出驱动有源可控开关MOSFET导通。本发明能完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的控制过程，实现智能化切换监控和隔离。

Description

机载设备计算机供电监控与隔离控制系统
技术领域
本发明涉及一种供电监控与隔离控制系统，具体涉及一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统。
背景技术
在某机载设备计算机中，电源模块的主要功能是实现电源转换，将机上一次电源电压转换为计算机需要的各种直流电压。由于该系统高度综合化，信息处理量和数据处理量巨大，供电种类很多、功耗需求大。为了满足多种类、大功率、高可靠性需求，电源输出电流的矢量需引入监控与隔离技术。
所谓监控技术，是指对要控制、保护的电压状态进行实时检测，通过反馈环路与控制电路对受控电压实施调整、关闭动作。在监控机制中，常用是对电压进行监测，当电压超出设定的门限值时，将输出电压关闭，在这方面没有涉及对电流的监测。
所谓隔离技术，是指某供电回路出现故障为防止故障漫延，或其他相关电路出现故障时为防止被故障点损伤而采用的保护功能。常用的方式是用二极管隔离，但由于二极管导通时存在正向压降，功率损耗随着电流增加而线性增加。
二极管隔离法原理框图如图1所示，在正常工作时电流从供电电源流出，通过隔离二极管加到用电设备；在用电设备出现高电压故障时，由于隔离二极管的存在，高的故障电压不会蔓延到供电电源，从而保证了系统工作的可靠性。
在低压小电流应用中，通常为了降低功耗，选择肖特基二极管作为隔离器件。但是，在大电流应用时，该方案存在致命性的缺点，由于二极管导通时存在正向压降，功率损耗随着电流增加而线性增加，管子的温升随电流增加而增加，功率计算如公式1所示：
P＝I0×VF................................................(1)
式中：I0通过二极管的直流电流，单位(A)；
VF二极管的导通压降，单位(V)；
P二极管的功耗，单位(W)。
从(1)式可知，当管压降为0.7V，电流达到50A时，功耗P＝35W，供电电源输出电压为5V，供电回路的至少损耗掉14％的能量，需要更大体积的散热器，影响功率转换、传输效率。
在用电设备出现低阻故障时，该方案同样存在致命性的缺点，回路电流增加，隔离二极管无法起到隔离故障的目的，此时功耗会更大，故障可能会蔓延到供电电源端。
电压监控的原理框图如图2所示，电压采样监控电路并联在供电电源的输出端，通过采样电路实时监测，当被测电压低于设定值时，供电电源正常输出，当被测电压高于设定值时，控制电路关闭供电电源的输出，从而保证了系统工作的可靠性。但是，单独的电压监控无法满足对电流故障的的相关故障处理。
发明内容
本发明的目的在于一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其解决了背景技术中二极管隔离法存在的缺点和电压监控的不足的技术问题。
本发明的技术解决方案是：
一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，包括与控制功能模块连接的采样电路和隔离电路；所述控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程；所述控制功能模块还与供电电源连接，并控制供电电源开启和关闭，
其特殊之处在于：
所述采样电路由一个电阻网路组成，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样；
所述隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET与二极管导通，在负载端建立输出电压；若检测到输出电压正常，控制功能模块中的控制电路输出驱动有源可控开关MOSFET导通。
上述控制功能模块控制供电电源开启和关闭的实现是在控制功能模块内置一设定值，在正常供电状态时，电流不会高于设定值，供电电源保持开启；当用电设备故障，出现低阻状态时，电流信号高于设定值时，控制功能模块的控制电路发出关闭信号，将供电电源关闭。
上述进行电压采样的电阻为千欧级，其功耗为毫瓦级。
上述进行电流采样的电阻上得到的电流信号是一个矢量，它反映了电流的大小和方向。
上述进行电流采样的电阻为毫欧级，其导通的压降在毫伏级，其功耗在毫瓦级。
上述设定值为4.5伏。
本发明的优点在于：
1)采样电路由一个电阻网路组成，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样。电压采样电阻为千欧级，采样电阻的功耗为毫瓦级；
2)隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET体二极管导通，在负载端建立输出电压不但保留原方案的功能，同时改进高功耗等缺陷，可灵活应用于各种复杂供电环境；
3)控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程，实现智能化切换监控和隔离。
附图说明
图1为传统二极管隔离法示意图；
图2为电源监控原理框图；
图3为本发明系统控制原理框图；
图4为电阻网路组成示意图。
具体实施方式
如图3所示，一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，包括与控制功能模块连接的采样电路和隔离电路；控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程；控制功能模块还与供电电源连接，并控制供电电源开启和关闭，
采样电路由一个电阻网路组成，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样；
隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET与二极管导通，在负载端建立输出电压；若检测到输出电压正常，控制功能模块中的控制电路输出驱动有源可控开关MOSFET导通。
控制功能模块控制供电电源开启和关闭的实现是在控制功能模块内置一设定值，在正常供电状态时，电流不会高于设定值，供电电源保持开启；当用电设备故障，出现低阻状态时，电流信号高于设定值时，控制功能模块的控制电路发出关闭信号，将供电电源关闭。
具体地
1)采样电路
采样电路由一个电阻网路组成，如图4所示，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样。电压采样电阻为千欧级，根据公式2可知采样电阻的功耗为毫瓦级。
P = U 2 R . . . ( 2 )
电流采样电阻上得到的电流信号是一个矢量，他反映了电流的大小和方向。电流采样电阻为毫欧级，根据公式3可知电流采样电阻导通的压降在毫伏级，根据公式4可知电流采样电阻功耗在毫瓦级。对输出电压、功耗的损失很小。
U＝I×R.................................................(3)
P＝I2×R............................................(4)
假如输出为5V/20A，通过以上公式计算，电压采样电阻、电流采样电阻对输出电压、功率的影响很小(小于0.1％)。
2)隔离电路
隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET体二极管导通，在负载端建立输出电压。一旦检测到输出电压正常，控制功能模块的控制电路输出驱动有源可控开关MOSFET导通。由于MOSFET管的导通压降比二极管小得多，所以负载电流全部流过MOSFET管。MOSFET管的通态电阻约为2毫欧，假如输出为5V/20A，根据公式4计算可知，MOSFET管的功耗为0.8瓦，远小于采用二极管功耗(14瓦)。采用该方案不但保留原方案的功能，同时改进高功耗等缺陷，可灵活应用于各种复杂供电环境。
3)控制功能模块
控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程。
工作时，在供电电源正常输出时，采样电压高于设定值，如4.5伏时，有源可控开关MOSFET被打开，电源电压正常给用电设备供电；采样电压低于4.5伏时，有源可控开关MOSFET关闭，供电电源与用电设备隔离。
在供电电源给用电设备供电时，就有电流流过电流采样电阻，在正常供电状态时，电流不会高于设定值，当用电设备故障，出现低阻状态时，电流信号高于设定值时，控制电路发出关闭信号，将供电电源关闭，此时供电电源无输出，采样电压低于4.5伏，有源可控开关MOSFET关闭，供电电源与用电设备隔离。实现故障隔离并保护供电电源不受影响；在当用电设备故障，出现高电压时，电流信号反向，控制电路发出关闭信号，将供电电源关闭，进入过压保护状态。

Claims (6)

1.一种机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，包括与控制功能模块连接的采样电路和隔离电路；所述控制功能模块完成对采样电路提供参数的判断处理和对隔离电路状态的的控制过程；所述控制功能模块还与供电电源连接，并控制供电电源开启和关闭，
其特征在于：
所述采样电路由一个电阻网路组成，通过并联在输出端口的电阻进行电压采样，通过串联在回路中的微电阻进行电流采样；
所述隔离电路采用有源可控开关MOSFET，在供电电源正常输出时，有源可控开关MOSFET与二极管导通，在负载端建立输出电压；若检测到输出电压正常，控制功能模块中的控制电路输出驱动有源可控开关MOSFET导通。
2.根据权利要求1所述机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其特征在于：所述控制功能模块控制供电电源开启和关闭的实现是在控制功能模块内置一设定值，在正常供电状态时，电流不会高于设定值，供电电源保持开启；当用电设备故障，出现低阻状态时，电流信号高于设定值时，控制功能模块的控制电路发出关闭信号，将供电电源关闭。
3.根据权利要求1或2所述机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其特征在于：所述进行电压采样的电阻为千欧级，其功耗为毫瓦级。
4.根据权利要求3所述机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其特征在于：所述进行电流采样的电阻上得到的电流信号是一个矢量，它反映了电流的大小和方向。
5.根据权利要求4所述机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其特征在于：所述进行电流采样的电阻为毫欧级，其导通的压降在毫伏级，其功耗在毫瓦级。
6.根据权利要求5所述机载设备计算机供电监控与隔离控制系统，其特征在于：所述设定值为4.5伏。
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