CN105656183A - 一种模块化的智能供配电装置 - Google Patents

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黄晨
孟镭
郝金杰
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Abstract

本发明属于供电技术领域，具体涉及一种模块化的智能供配电装置。一种具有热插拔功能的智能供配电系统，包括两路电源输出的6个通用电源模块和2个互为备份配电控制器，其中，6个电源模块分为两组，每组包括3个电源模块，配电控制器用于控制电源模块组的切换。本发明与现有技术相比的优点在于：提高了电源的可靠性、维修性、智能化，可以实现电源模块的热插拔，并具有并联冗余的功能，配电控制器具有不带电插拔功能，两个配电控制器具有互为备份功能，故可实现供配电系统的长时间不间断供电。

Description

一种模块化的智能供配电装置
技术领域
本发明属于供电技术领域，具体涉及一种模块化的智能供配电装置。
背景技术
作为武器系统重要的作战装备之一，对供配电系统性能要求较高，特别是对电源的高可靠性、维修性以及智能化提出了明确的要求。
现有技术中电源的缺陷主要集中在：1.电源模块不具有热插拔功能，一旦需要更换电源就必须对所有用电设备停电，及时只是更换一部分电源也是如此。2.电源没有冗余设计。一旦电源损坏，只能更换电源。
发明内容
本发明的技术解决问题是：通过具有的热插拔功能、并联冗余功能以及智能供配电，提高供电系统的可靠性，实现供电系统的长时间不间断供电以及智能化供电。
本发明的技术解决方案是：一种模块化的智能供配电装置，包括两路电源输出的6个通用电源模块和2个互为备份配电控制器，其中，6个电源模块分为两组，每组包括3个电源模块，配电控制器用于控制电源模块组的切换。
如上所述的一种模块化的智能供配电装置，其中，所述的电源模块包含输入整流滤波单元、缓启动单元、功率转换单元、状态上传单元、开关机控制单元、并联冗余单元、热插拔功能单元，其中整流滤波单元用于对电源滤波，缓启动单元用于启动缓冲，功率转换单元用于控制电源输出功率，状态上传单元用于向外部传输电源状态，开关机控制单元用于控制电源的导通和关闭，并联冗余单元为冗余设计用于电源模块中易坏件的备份，热插拔功能单元用于实现热插拔功能。
如上所述的一种模块化的智能供配电装置，其中，配电控制器包括：配电控制单元、电压电流采集单元、数字单元，其中配电控制单元用于进行电源模块选择，电压电流采集单元用于采集电源的电压电流信息，数字单元用于模拟和数字信号转换。
本发明与现有技术相比的优点在于：提高了电源的可靠性、维修性、智能化，可以实现电源模块的热插拔，并具有并联冗余的功能，配电控制器具有不带电插拔功能，两个配电控制器具有互为备份功能，故可实现供配电系统的长时间不间断供电。
附图说明
附图1为本发明具有热插拔功能的智能供配电技术的结构外形示意图；
附图2为本发明电源配电组合的热插拔连接器结构图；
附图3为本发明具有热插拔功能的智能供配电技术的电路结构图；
附图4为本发明电源模块缓启动电路原理图；
附图5为本发明具有热插拔功能的智能供配电系统并联冗余原理图；
附图6为本发明配电控制器中的电压电流采集单元的电路原理图；
附图7为本发明配电控制器中的数字单元电路结构图；
附图8为本发明配电控制器中的配电控制单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如附图1、附图2和附图3所示，本发明包含具有热插拔功能的电源模块1、配电控制器2以及内部电路：输出电压电流采集单元4、数字单元5、配电控制单元6。单相交流电源通过配电控制器2给电源模块1供电，经过电源模块1内部电路输入整流滤波单元将交流220V电压整流滤波为直流电压，然后经过功率转换单元转换为直流28V电压，给负载供电。电源模块1接受配电控制器2信号通过开关机控制单元控制电源模块开机和关机，开关机信号具有延时作用，当电源模块1完全插好后，开机信号将电源模块1打开，电源模块1的开关机状态通过状态上传单元将状态信号上传给配电控制器2。热插拔功能单元和并联冗余单元保证电源模块1在不断电插拔时正常工作，均衡输出电流。配电控制单元6对配电控制器2的交流输入进行通断控制，为电源模块1、数字单元5、输出电压电流采集单元4等电路供电；输出电压电流采集单元4采集电源模块1的输出电压和电流送给数字单元5；数字单元5接受远程网络信号，实现配电输出的接通及断开动作。同时，采集电源模块1的输出电压、输出电流，各路配电输出的状态以及6台电源模块1的工作状态上传给系统。
实现热插拔功能具体措施包括：a.在交流输入电路中增加了输入缓启动电路，能够将交流输入冲击电流抑制在可接受范围之内，保证在带电插拔时，连接器中交流输入接触件的电流应力满足器件的降额要求，保证可靠性，输入缓启动电路如附图4所示，缓启动电路由缓启动电阻R1、缓启动继电器K3、二极管V2，缓启动继电器的供电+12V和缓启动动作信号(SS)都是来自于配电控制器。在电源开机的初始时刻，交流电压整流后通过缓启动电阻R1给高压电容C1、C2充电，配电控制器检测到电源插接好信号后，延时300ms发出信号将缓启动继电器K3接通，将R1短接，交流电压通过K3闭合的触点给功率部分供电，电源缓启动过程完成。由于R1的抑制作用，减小了电源开机时对输入供电电路和电源中输入器件的电流冲击，同时也降低了电源在热插拔时对输入连接器中交流接触件的电流应力，提高了电源的可靠性；b.在电源输出端增加隔离二极管，隔离二极管可以保证电源的输出在接入输出直流母线时，其输出电容不会因输出直流母线上的电压对电容瞬间充电产生的冲击电流造成输出直流母线的电压跌落。当其中一台电源输出发生故障时，其输出电压降低，此时其输出隔离二极管承受反向电压截止，从而实现了故障电源与直流输出母线的隔离。c.开机信号增加时序电路，电源插接好后，配电控制单元检查到“电源插接好”信号后，通过缓启动与开关机控制电路分别延时后，先后发出缓启动和输出开机信号，电源的输出电压逐渐上升，当电源输出电压上升到使串联在输出端的隔离二极管正向偏置时，该电源才输出电流给负载。d.电源模块的接口使用了具有热插拔功能的连接器。
电源模块1并联冗余功能电路原理图如图5所示：电源完全相同，其中输出电流最大的作为主电源，主电源是随机的，其他作为从电源，从电源的输出电流跟随主电源的电流进行调整，从而实现电源间的并联均流。若任意一台发生故障，剩余的电源中输出电流最大的成为主电源，与另外电源进行均流，继续向负载供电。这种并联均流的工作方式可以实现“互为热备，同时输出”的要求。电源功率转换部分功率开关管的工作脉冲宽度是恒定的，控制开关频率即可控制电源的输出功率。多台电源输出并联，在输出电压保持恒定的情况下，可以通过控制电源的开关频率，使各电源的输出电流一致。通过在每个电源上设置一个均流信号端口，该端口可以接收或传输同步脉冲信号，所有电源均按照同步脉冲同频率工作。如图5所示，变压器T1的原边接到电源的均流端口，T1副边接到一起，通过T1实现同步脉冲信号的传输，输出电流最大的电源提供同步脉冲信号，从电源接受同步脉冲信号，调节电源开关频率与主电源的开关频率保持一致，从而，保证电源之间均流工作。
电源配电器中的电压电流采集单元4电路原理图如附图6所示：电压采集电路是由采样电路和信号隔离电路组成，采样电路包括采样放大电阻R1～R5、滤波电容C1、C2、运算放大器(N1)组成，信号传输电路包括放大比例电阻R6、R11、RP1、运算放大器N3、N4、隔离线性光耦N2、滤波电容C3～C6以及其它辅助器件。电压信号VO2通过采样放大电路将比例放大到50V：5V信号，然后经过信号隔离电路将VO2S信号按1：1的比例传输给数字单元上传给系统。电流采集电路实现机理同上。
电源配电器中的数字单元5电路结构图如附图7所示。数字单元5采用STM32系列32位ARM处理器为控制核心，配合模拟量采集、状态控制输出、状态信号采集电路和网络通信模块等电路，实现了电源配电组合数字化的状态控制和状态采集。
处理器通过网络通信模块实现与控制计算机的通讯，两者之间的信息交互采用以数据帧为基础的通信方式，实现电源配电组合的数字化配电控制和信息采集功能。当控制计算机需要控制电源配电组合时，将相应的控制命令封装成命令帧，通过网络接口发送到处理器。处理器在收到控制计算机的数据帧后对其进行解析、校验，得到正确的命令并执行命令所对应的控制功能；同时，处理器通过模拟量、状态信号采集电路采集电源配电组合内部电路状态信息，对其进行组帧处理后通过网络通信模块送到控制计算机。控制计算机在对收到的数据进行相应的解析后，得到电源配电组合当前的工作状态，并在计算机软件上进行显示。
电源配电器中的配电控制单元6电路原理图如附图8所示。配电控制单元电路包括光耦(V1)、二极管V2、V3、MOS管V4、继电器K1、电阻R1、R2、电容C1、C2。当手动开关或网络控制需要一路电源接通测控设备时，C-OC1为低电平，光耦V1导通，V4导通，继电器K1线圈带电，常开主触点K1B闭合，第一路电源与负载接通。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种模块化的智能供配电装置，其特征在于：包括两路电源输出的6个通用电源模块和2个互为备份配电控制器，其中，6个电源模块分为两组，每组包括3个电源模块，配电控制器用于控制电源模块组的切换。
2.如权利要求1所述的一种模块化的智能供配电装置，其特征在于：所述的电源模块包含输入整流滤波单元、缓启动单元、功率转换单元、状态上传单元、开关机控制单元、并联冗余单元、热插拔功能单元，其中整流滤波单元用于对电源滤波，缓启动单元用于启动缓冲，功率转换单元用于控制电源输出功率，状态上传单元用于向外部传输电源状态，开关机控制单元用于控制电源的导通和关闭，并联冗余单元为冗余设计用于电源模块中易坏件的备份，热插拔功能单元用于实现热插拔功能。
3.如权利要求2所述的一种模块化的智能供配电装置，其特征在于：配电控制器包括：配电控制单元、电压电流采集单元、数字单元，其中配电控制单元用于进行电源模块选择，电压电流采集单元用于采集电源的电压电流信息，数字单元用于模拟和数字信号转换。。
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