CN103454931A - 直流智能配电时序器 - Google Patents

Abstract

一种智能配电时序器，包括功率配电电路和控制电路。所述功率配电电路包括面板指示灯显示电路和功率继电器阵列组成，完成电源的输入和输出配置、面板显示；控制电路包括控制器、电压测量电路、电流测量电路、总线地址配置电路、数据存储电路、总线通信电路、供电电路及驱动控制电路。多台同类型智能时序器可在同一系统内串/并联工作。该时序器能实现接入主备两路直流电源的供电切换，实时监控车载仪器设备用电情况，满足直流用电负载的时序要求，提高配电操作的灵活性、可维修性和可靠性。

Description

直流智能配电时序器

技术领域

本发明属于车载供配电领域，涉及一种用于车载仪器设备的直流智能配电时序器。

背景技术

车载供配电系统为应急指挥车提供整车电源配送、监测和控制，是整车设备的核心产品之一。随着应急指挥车车载仪器设备增加，整个车载供配电系统的供电输入、供电方式及供电时序变得越来越复杂。为了满足各种车载仪器设备的供电和配电，车载供配电系统配有车载配电器，该配电器多为近程手动操作，操作不够灵活，无法进行远程操控，无法对输入、输出供电参数进行监测，无法满足仪器设备对各种工况时序需求，降低了车载配电的智能化和信息化。

发明内容

为取代常规的配电器，提高车载配电器的智能化、信息化、通用化和系列化，实时监控车载仪器设备用电情况，满足直流用电负载的时序要求，提高配电操作的灵活性、可维修性和可靠性。提供了一种多台同类型智能时序器可在同一系统内串/并联工作的直流智能配电时序器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种智能配电时序器，包括功率配电电路和控制电路，其特征是：所述功率配电电路包括面板指示灯显示电路和功率继电器阵列组成，完成电源的输入和输出配置、面板显示；控制电路包括控制器、电压测量电路、电流测量电路、总线地址配置电路、数据存储电路、总线通信电路、供电电路及驱动控制电路，其中所述电压测量电路包括主路电源输入电压测量电路和备路电源输入电压测量电路，所述电流测量电路包括输入电流测量电路和输出电流测量电路；其中：所述供电电路为其他电路供电；所述主路电源输入电压测量电路和备路电源输入电压测量电路实现主路和备路电源输入电压的采集及采集参数的标定；所述输入和输出电流测量电路实现主路和备路电源输入电流和各路配电输出电流的采集及采集参数的标定；所述总线通信电路利用总线定时上传采集的电压和电流，通过总线配置主路和备路电源输入切换模式、配电输出时序上电模式以及开机时序上电时间间隔；所述数据存储电路实现故障代码及采集参数标定值的存储；所述总线地址配置电路实现智能配电时序器本身的地址配置，并将该地址存入所述数据存储电路中，以实现多台同类型智能时序器在同一系统内的串/并联工作；所述驱动控制电路主要是根据解析的上位机指令及采集数据的分析情况，通过开关管驱动功率继电器阵列实现输出的配电；所述面板指示灯显示电路实现主路和备路电源输入、各路配电输出的指示。

所述控制器查询时序器自身总线节点；读取所述数据存储电路中参数标定值，监测电源的输入，并配置主备路供电，点亮相应的面板主备路电源输入指示灯；查询配电输出时序上电模式，配置相应供电输出，并监测相应配电输出参数，点亮面板相应供电输出指示灯；

当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动功率继电器快速切断该路供电，避免该路仪器设备遭受损坏，并通过所述总线通信电路将故障码上传给主机。

所述功率继电器阵列接收主路电源输入和备路电源输入，并完成电源的输出配置；所述功率继电器阵列实现主备路电源输入切换，包括自动和手动切换两种模式；其中自动切换模式下，如果所述电压测量电路检测到主备路电源输入同时在线时，采用主路供电，主路离线时自动切换至备路供电；手动模式下通过所述总线通信电路远程控制切换。

所述电压测量电路包括分压处理器、差分放大电路、跟随电路、滤波保护电路和处理器；所述电压测量电路将电压信号经分压处理后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器的模数转换模块，经处理后得到主备路电压。

所述电流测量电路包括分流器、差分放大电路、跟随电路、滤波保护电路和处理器；所述电流测量电路将电流经分流器转换为电压信号后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器的模数转换模块，经处理后得到所需的输入电流和配电输出电流。

所述驱动控制电路分为两种：主备路电源输入切换驱动控制电路和配电输出驱动控制电路，该两种电路采用相同结构，不同之处在于选用不同的开关管实现驱动。

所述两种驱动控制电路都包括光电耦合器、驱动保护电路和功率开关管；

时序器工作时，控制器根据上位机指令及采集数据的分析情况，按相应主备路输入模式、输出配电模式及时序要求，输出控制信号给光电耦合器，控制信号经隔离后送入驱动保护电路，最后控制功率开关管驱动功率继电器实现主备路电源输入切换和仪器设备的直流配电，同时驱动面板相应指示灯显示。

所述总线通信电路为CAN总线通信电路。

所述数据存储电路选用铁电储存器。

有益效果：

本发明直流智能配电时序器，实现了主备路电源输入切换，包括自动和手动切换两种模式；实现了配电输出时序上电，包括开机时序上电和指令时序上电；实现了输入输出参数的实时监测及故障存储，提高了车载配电器的智能化、信息化、通用化和系列化。此外，通过拨码开关更改时序器节点CAN总线ID，实现多台同类型智能配电时序器可在同一系统内串/并联工作，提高了时序器的可扩展性和互换性。应用表明，直流智能配电时序器响应快，操控灵活，信号采集精度高，通用性好，为多路直流负载的分布式无人值守配电提供了一种新的有效解决方法。

附图说明

图1是智能配电时序器的总体示意图；

图2是主备路电源输入切换电路示意图；

图3是参数测量电路示意图；

图4是驱动控制电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的直流智能配电时序器主要包括功率配电电路和控制电路。功率配电电路完成电源的输入（2选1控制）和输出配置、面板显示，主要由面板指示灯显示电路和功率继电器阵列组成。控制电路包括主备路电源输入电压测量电路、输入和输出电流测量电路、总线地址配置电路、数据存储电路、CAN总线通信电路（其中CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称）、供电电路及驱动控制电路等，主要由控制器及其外围扩展电路组成。其中控制器可以是单片机（例如MC9S12系列的MC9S12D64）、微处理器或者CPU。

供电电路实现控制器内核及外围扩展器件的供电；主备路电源输入电压测量电路实现主备路电源输入电压的采集及采集参数的标定；输入和输出电流测量电路实现主备路电源输入电流和各路配电输出电流的采集及采集参数的标定；CAN总线通信电路主要是利用总线定时上传采集的电压和电流，通过总线配置主备路电源输入切换模式、配电输出时序上电模式以及开机时序上电时间间隔；数据存储电路选用铁电储存器，通过SPI总线接口扩展，实现故障代码及采集参数标定值的存储；总线地址配置电路主要是通过拨码开关实现智能配电时序器本身的地址配置，并将该地址存入铁电存储器，实现多台同类型智能时序器在同一系统内的串/并联工作，地址设置范围为1～255，地址0为广播地址，地址配置在出厂时完成；驱动控制电路主要是根据解析的上位机指令及采集数据的分析情况，通过开关管驱动功率继电器阵列实现输出的配电；面板指示灯显示电路主要实现主备路电源输入、各路配电输出的指示，以便用户对配电输出情况有直观了解。

车载供配电系统配有多个相同串/并联工作的直流智能配电时序器，通过设置时序器CAN总线节点对其进行区分。时序器上电后，控制器由供电电路将24V或12V直流转变为控制器可以承受的5V供电。时序器工作后，查询时序器自身CAN总线节点；读取铁电存取器参数标定值，监测电源的输入，并配置主备路供电，点亮面板主备路电源输入指示灯；查询配电输出时序上电模式，配置相应供电输出，并监测相应配电输出参数；点亮面板相应供电输出指示灯。当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动功率继电器快速切断该路供电，避免该路仪器设备遭受损坏，并通过CAN总线将故障码上传给主机，从而提高了车载仪器设备使用安全性。

图2是主备路电源输入切换电路示意图。如图2所示，主备路电源输入切换电路包括功率继电器、主备路电源输入电压测量电路、主备路输入驱动控制电路及配电输出。该电路实现主备路电源输入切换，包括自动和手动切换两种模式。自动切换模式下，时序器检测到主备路电源输入同时在线时，采用主路供电，主路离线时自动切换至备路供电。手动模式下通过CAN总线远程控制切换；实现配电输出时序上电，包括开机时序上电（负载接入即上电）和指令时序上电（通过CAN总线从远程主机获取上电指令后开始上电）。

图3是参数测量电路示意图。参数测量电路分为主路电源输入电压测量、备路电源输入电压测量、输入电流测量和配电输出电流测量。

其中电压测量电路采用差分调理电路方式实现，具体为：将差分调理电路的正向调理输入接至主或备路的正极，差分调理电路的负向调理输入接至主或备路的负极。电压测量电路将电压信号经分压处理后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器模数转换模块，经软件处理得到主备路电压。

电流测量电路采用小分流器并联代替霍尔电流传感器方式实现，此种方式下，将电流经分流器转换为电压信号后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器模数转换模块，经软件处理得到输入电流和配电输出电流。

图4是驱动控制电路示意图。驱动控制电路分为两种：主备路电源输入切换驱动控制电路和配电输出驱动控制电路，两部分电路采用相同结构，不同之处在于选用不同的开关管实现驱动。时序器工作时，控制器根据上位机指令及采集数据的分析情况，按相应主备路输入模式、输出配电模式及时序要求，输出控制信号给光电耦合器，控制信号经隔离后送入驱动保护电路，最后控制MOSFET功率开关管驱动功率继电器实现主备路电源输入切换和仪器设备的直流配电，同时驱动面板相应指示灯显示。

总之，本发明公开了一种多台同类型智能时序器可在同一系统内串/并联工作的直流智能配电时序器。该时序器能实现接入主备两路直流电源（AC/DC、蓄电池）的供电切换，在市电、发电机、UPS馈电的情况下，自动切换至蓄电池供电，实现蓄电池应急供电；实现包括开机时序上电（负载接入即上电）和指令时序上电（通过CAN总线从远程主机获取上电指令后开始上电）的功能。此外，时序器兼容12V直流和24V直流的供电分配，是车载供配电系统的重要产品。

以上所述的实施例，只是本发明的优选的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能配电时序器，包括功率配电电路和控制电路，其特征是：

所述功率配电电路包括面板指示灯显示电路和功率继电器阵列组成，完成电源的输入和输出配置、面板显示；

控制电路包括控制器、电压测量电路、电流测量电路、总线地址配置电路、数据存储电路、总线通信电路、供电电路及驱动控制电路，其中所述电压测量电路包括主路电源输入电压测量电路和备路电源输入电压测量电路，所述电流测量电路包括输入电流测量电路和输出电流测量电路；其中：

所述供电电路为其他电路供电；

所述主路电源输入电压测量电路和备路电源输入电压测量电路实现主路和备路电源输入电压的采集及采集参数的标定；

所述输入和输出电流测量电路实现主路和备路电源输入电流和各路配电输出电流的采集及采集参数的标定；

所述总线通信电路利用总线定时上传采集的电压和电流，通过总线配置主路和备路电源输入切换模式、配电输出时序上电模式以及开机时序上电时间间隔；

所述数据存储电路实现故障代码及采集参数标定值的存储；

所述总线地址配置电路实现智能配电时序器本身的地址配置，并将该地址存入所述数据存储电路中，以实现多台同类型智能时序器在同一系统内的串/并联工作；

所述驱动控制电路主要是根据解析的上位机指令及采集数据的分析情况，通过开关管驱动功率继电器阵列实现输出的配电；

所述面板指示灯显示电路实现主路和备路电源输入、各路配电输出的指示。

2.根据权利要求1所述的智能配电时序器，其特征是：所述控制器查询时序器自身总线节点；读取所述数据存储电路中参数标定值，监测电源的输入，并配置主备路供电，点亮相应的面板主备路电源输入指示灯；查询配电输出时序上电模式，配置相应供电输出，并监测相应配电输出参数，点亮面板相应供电输出指示灯；

当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动功率继电器快速切断该路供电，避免该路仪器设备遭受损坏，并通过所述总线通信电路将故障码上传给主机。

3.根据权利要求1或2所述的智能配电时序器，其特征是：所述功率继电器阵列接收主路电源输入和备路电源输入，并完成电源的输出配置；所述功率继电器阵列实现主备路电源输入切换，包括自动和手动切换两种模式；其中自动切换模式下，如果所述电压测量电路检测到主备路电源输入同时在线时，采用主路供电，主路离线时自动切换至备路供电；手动模式下通过所述总线通信电路远程控制切换。

4.根据权利要求1或2所述的智能配电时序器，其特征是：所述电压测量电路包括分压处理器、差分放大电路、跟随电路、滤波保护电路和处理器；所述电压测量电路将电压信号经分压处理后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器的模数转换模块，经处理后得到主备路电压。

5.根据权利要求1或2所述的智能配电时序器，其特征是：所述电流测量电路包括分流器、差分放大电路、跟随电路、滤波保护电路和处理器；所述电流测量电路将电流经分流器转换为电压信号后，送入差分放大电路，经跟随电路和滤波保护电路，送入处理器的模数转换模块，经处理后得到所需的输入电流和配电输出电流。

6.根据权利要求1或2所述的智能配电时序器，其特征是：所述驱动控制电路分为两种：主备路电源输入切换驱动控制电路和配电输出驱动控制电路，该两种电路采用相同结构，不同之处在于选用不同的开关管实现驱动。

7.根据权利要求1或2所述的智能配电时序器，其特征是：所述两种驱动控制电路都包括光电耦合器、驱动保护电路和功率开关管；

时序器工作时，控制器根据上位机指令及采集数据的分析情况，按相应主备路输入模式、输出配电模式及时序要求，输出控制信号给光电耦合器，控制信号经隔离后送入驱动保护电路，最后控制功率开关管驱动功率继电器实现主备路电源输入切换和仪器设备的直流配电，同时驱动面板相应指示灯显示。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的智能配电时序器，其特征是：所述总线通信电路为CAN总线通信电路。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的智能配电时序器，其特征是：所述数据存储电路选用铁电储存器。

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