CN114024313A - 一种电源分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源分配器，包括三个单相插座、星型开关电路、三角形开关电路及控制器。控制器用于根据电源分配器当前的三相电接线需求相应控制星型开关电路或三角形开关电路接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座。可见，本申请的电源分配器同时支持三角形接线方式和星型接线方式，并可根据电源分配器当前的三相电接线需求自动选用相应的接线方式，因此不必重新部署PDU，从而节约了部署时间，提高了部署效率。

Description

一种电源分配器

技术领域

本发明涉及数据中心领域，特别是涉及一种电源分配器。

背景技术

目前，数据中心都采用三相供电。三相电的接线方式分为三角形接法（Δ）和星型接法（Y）两种。如图1所示，为三角形接法，三角形接法即为各相电源或负载依次首尾相连，形成一个三角环。如图2所示，为星型接法，星型接法即为各相电源或负载的一端连接在一点，形成一个中性点，这种接法又称为三相三线制；如果从该中性点再引出一条中性线，则整个结构变为三相四线制。三角形接法由于各相首尾相连，所以只能存在一种电压，而星型接法允许对各相加上不同的电压。

在数据中心中，通常采用配电变压器结合PDU（Power Distribution Units，电源分配器）的方式向机架或机柜内的用电设备配电。配电变压器用于根据数据中心的配电需求将一次侧输入的三相电进行变压操作，并将变压后的三相电经二次侧输入至PDU。PDU分为三角形接法的PDU和星型接法的PDU两种，需提前根据数据中心对PDU的三相电接线需求部署相应接线的PDU。PDU用于将配电变压器二次侧的三相绕组按照自身接线方式相连接，并得到相应接线的三相电输出。可以理解的是，PDU输出的三相电即为三个单相电，每个单相电均可供符合此单相电电压的用电设备使用。需要说明的是，单个PDU只支持一种接线方式，所以如果数据中心对PDU的三相电接线需求改变，则需要重新部署相应接线的PDU，但是，重新部署PDU需改接电路的连接线，这并不容易实现，导致部署时间较长，部署效率较低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电源分配器，同时支持三角形接线方式和星型接线方式，并可根据电源分配器当前的三相电接线需求自动选用相应的接线方式，因此不必重新部署PDU，从而节约了部署时间，提高了部署效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电源分配器，包括：

三个单相插座；三个所述单相插座中任一目标单相插座均用于接入符合所述目标单相插座的电压的用电设备；

分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个所述单相插座连接的星型开关电路；

分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的三角形开关电路；

分别与所述星型开关电路和所述三角形开关电路连接的控制器，用于根据所述电源分配器当前的三相电接线需求相应控制所述星型开关电路或所述三角形开关电路接通，以将所述三相绕组按照符合所述三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将所述目标接线方式下的三相电一一供至三个所述单相插座。

可选地，所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述星型开关电路包括第一星型开关、第二星型开关、第三星型开关、第四星型开关、第五星型开关及第六星型开关；其中：

所述第一星型开关的第一端与所述a相绕组的第一端连接，所述a相绕组的第二端与所述a相插座的火线端子连接，所述第二星型开关的第一端与所述b相绕组的第一端连接，所述b相绕组的第二端与所述b相插座的火线端子连接，所述第三星型开关的第一端与所述c相绕组的第一端连接，所述c相绕组的第二端与所述c相插座的火线端子连接，所述第四星型开关的第一端与所述a相插座的零线端子连接，所述第五星型开关的第一端与所述b相插座的零线端子连接，所述第六星型开关的第一端与所述c相插座的零线端子连接，所述第一星型开关至所述第六星型开关的第二端相连接，所述第一星型开关至所述第六星型开关的控制端均与所述控制器连接，所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地；

则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求，则控制所述星型开关电路内六个星型开关均接通。

可选地，所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述三角形开关电路包括第一三角形开关、第二三角形开关、第三三角形开关、第四三角形开关、第五三角形开关及第六三角形开关；其中：

所述第一三角形开关的第一端分别与所述a相绕组的第二端、所述a相插座的火线端子及所述第六三角形开关的第一端连接，所述第一三角形开关的第二端与所述b相绕组的第一端连接，所述第二三角形开关的第一端分别与所述b相绕组的第二端、所述b相插座的火线端子及所述第四三角形开关的第一端连接，所述第二三角形开关的第二端与所述c相绕组的第一端连接，所述第三三角形开关的第一端分别与所述c相绕组的第二端、所述c相插座的火线端子及所述第五三角形开关的第一端连接，所述第三三角形开关的第二端与所述a相绕组的第一端连接，所述第四三角形开关的第二端与所述a相插座的零线端子连接，所述第五三角形开关的第二端与所述b相插座的零线端子连接，所述第六三角形开关的第二端与所述c相插座的零线端子连接，所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地；

则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求，则控制所述三角形开关电路内六个三角形开关均接通。

可选地，所述电源分配器还包括：

分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的电压电流检测电路，用于检测所述电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流；

设于所述三相绕组与三个所述单相插座之间的连接线路上、且与所述控制器连接的保护开关电路；

所述控制器还用于当所述电源分配器的任一目标相的输入电压和/或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时，控制所述保护开关电路断开目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。

可选地，所述电压电流检测电路包括一一检测所述三相绕组输入的三个单相电的三个子检测电路及一一检测三个所述单相插座各自输出的单相电的三个子检测电路；每个所述子检测电路均包括：

电流感测元件，用于检测对应的目标单相电的电流信号；

与所述电流感测元件连接的第一差动放大器，用于将所述电流信号进行放大处理，得到电流放大信号；

电压感测元件，用于检测所述目标单相电的电压信号；

与所述电压感测元件连接的第二差动放大器，用于将所述电压信号进行放大处理，得到电压放大信号；

且所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述保护开关电路包括a相保护开关、b相保护开关及c相保护开关；其中：

所述a相保护开关的第一端与所述a相绕组的第二端连接，所述a相保护开关的第二端与所述a相插座的火线端子连接，所述b相保护开关的第一端与所述b相绕组的第二端连接，所述b相保护开关的第二端与所述b相插座的火线端子连接，所述c相保护开关的第一端与所述c相绕组的第二端连接，所述c相保护开关的第二端与所述c相插座的火线端子连接，所述a相保护开关、所述b相保护开关及所述c相保护开关的控制端均与所述控制器连接；

则所述控制器具体用于当所述目标单相电的电流放大信号和/或电压放大信号不满足预设安全标准时，控制所述目标单相电对应的保护开关断开。

可选地，所述控制器具体用于：

若所述目标相的输入电压持续大于预设第一高电压阈值的时间超过预设第一时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输入电压持续小于预设低电压阈值的时间超过预设第二时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输入电流持续大于预设第一高电流阈值的时间超过预设第三时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输出电压持续大于预设第二高电压阈值的时间超过预设第四时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输出电流持续大于预设第二高电流阈值的时间超过预设第五时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路。

可选地，所述控制器还用于：

计算所述目标相的输入电压和输入电流之间的第一相位角差θ₁，并基于所述第一相位角差计算所述目标相的输入功率因数COSθ₁；

将所述目标相的输入电压乘以所述目标相的输入电流后再乘以所述输入功率因数，得到所述目标相的输入功耗；

计算所述目标相的输出电压和输出电流之间的第二相位角差θ₂，并基于所述第二相位角差计算所述目标相的输出功率因数COSθ₂；

将所述目标相的输出电压乘以所述目标相的输出电流后再乘以所述输出功率因数，得到所述目标相的输出功耗。

可选地，所述控制器还包括：

与外部设备连接的通信接口；

所述控制器还用于通过所述通信接口与所述外部设备进行数据通信，以完成相应处理功能。

可选地，所述控制器还包括：

与显示器连接的扩展接口；

所述控制器还用于通过所述扩展接口控制所述显示器显示指定内容。

可选地，所述通信接口包括：

通过接入以太网与上位机实现远程通信的以太网接口；所述上位机用于通过所述以太网远程访问所述控制器，以获取所述控制器的相关控制信息；

与第一PC机连接的GUI接口；所述第一PC机用于通过所述GUI接口向所述控制器发送用户指令，以使所述控制器根据所述用户指令执行相应控制操作；

与第二PC机连接的串行通信接口；所述第二PC机用于通过所述串行通信接口对所述控制器的固件进行升级。

本发明提供了一种电源分配器，包括三个单相插座、星型开关电路、三角形开关电路及控制器。控制器用于根据电源分配器当前的三相电接线需求相应控制星型开关电路或三角形开关电路接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座。可见，本申请的电源分配器同时支持三角形接线方式和星型接线方式，并可根据电源分配器当前的三相电接线需求自动选用相应的接线方式，因此不必重新部署PDU，从而节约了部署时间，提高了部署效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种三角形接法的结构示意图；

图2为现有技术中一种星型接法的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电源分配器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种配电变压器一次侧的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电源分配器的具体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种配电变压器二次侧的三相绕组的电压电流检测电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种三个单相插座的电压电流检测电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种控制器驱动六个星型开关的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种控制器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种电源分配器的星型接法图；

图11为本发明实施例提供的一种电源分配器的三角形接法图；

图12为本发明实施例提供的一种电源分配器的星型接法A相保护图；

图13为本发明实施例提供的一种电源分配器的三角形接法B相保护图；

图14为本发明实施例提供的一种电源分配器的星型接法C相保护图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电源分配器，同时支持三角形接线方式和星型接线方式，并可根据电源分配器当前的三相电接线需求自动选用相应的接线方式，因此不必重新部署PDU，从而节约了部署时间，提高了部署效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种电源分配器的结构示意图。

该电源分配器包括：

三个单相插座S；三个单相插座S中任一目标单相插座均用于接入符合目标单相插座的电压的用电设备；

分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个单相插座S连接的星型开关电路100；

分别与三相绕组和三个单相插座S连接的三角形开关电路200；

分别与星型开关电路100和三角形开关电路200连接的控制器300，用于根据电源分配器当前的三相电接线需求相应控制星型开关电路100或三角形开关电路200接通，以将三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。

具体地，本申请的电源分配器包括三个单相插座S、星型开关电路100、三角形开关电路200及控制器300，其工作原理为：

星型开关电路100分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个单相插座S连接。三角形开关电路200分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个单相插座S连接。控制器300根据电源分配器当前的三相电接线需求相应控制星型开关电路100或三角形开关电路200接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照符合三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将目标接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S，以为三个单相插座S各自接入的用电设备供电。

比如，控制器300在电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求时，控制星型开关电路100接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照星型接线方式相连接，并将星型接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。控制器300在电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求时，控制三角形开关电路200接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照三角形接线方式相连接，并将三角形接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。

需要说明的是，星型开关电路100和三角形开关电路200不同时接通。星型接线方式的优点在于允许对各相加上不同的电压，如常见的230/400V三相交流电，就是在中性点和任意一相上加上230V，余下的两相各加上400V的电压。三角形接法的优点在于即使三相中有一相失去作用，整个系统仍然可以运作（效率为原来的57.7%）。还需要说明的是，电源分配器有两种型号，分别为基本型电源分配器和智能型电源分配器（Smart PDU）。虽然两者均能够为机架或机柜内的关键设备提供可靠的配电，但Smart PDU提供更多功能，所以本申请采用Smart PDU进行改进。

另外，如图4所示，配电变压器一次侧的三相绕组的接线方式最好选用星型接线方式，具有如下优点：1）降低谐波电流，改善供电正弦波质量；2）零序阻抗小，提高单相短路电流，有利于切除单相接地故障；3）三相不平衡负荷情况下能充分利用变压器容量，同时降低变压器损耗等优点。

可见，本申请的电源分配器同时支持三角形接线方式和星型接线方式，并可根据电源分配器当前的三相电接线需求自动选用相应的接线方式，因此不必重新部署PDU，从而节约了部署时间，提高了部署效率。

在上述实施例的基础上：

请参照图5，图5为本发明实施例提供的一种电源分配器的具体结构示意图。

作为一种可选的实施例，三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个单相插座S包括a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc；星型开关电路100包括第一星型开关YSW1、第二星型开关YSW2、第三星型开关YSW3、第四星型开关YSW4、第五星型开关YSW5及第六星型开关YSW6；其中：

第一星型开关YSW1的第一端与a相绕组的第一端连接，a相绕组的第二端与a相插座Sa的火线端子连接，第二星型开关YSW2的第一端与b相绕组的第一端连接，b相绕组的第二端与b相插座Sb的火线端子连接，第三星型开关YSW3的第一端与c相绕组的第一端连接，c相绕组的第二端与c相插座Sc的火线端子连接，第四星型开关YSW4的第一端与a相插座Sa的零线端子连接，第五星型开关YSW5的第一端与b相插座Sb的零线端子连接，第六星型开关YSW6的第一端与c相插座Sc的零线端子连接，第一星型开关YSW1至第六星型开关YSW6的第二端相连接，第一星型开关YSW1至第六星型开关YSW6的控制端均与控制器300连接，a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc的地线端子均接地；

则控制器300具体用于若电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求，则控制星型开关电路100内六个星型开关均接通。

具体地，本申请的星型开关电路100包括第一星型开关YSW1、第二星型开关YSW2、第三星型开关YSW3、第四星型开关YSW4、第五星型开关YSW5及第六星型开关YSW6，其工作原理为：

控制器300在电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求时，控制第一星型开关YSW1、第二星型开关YSW2、第三星型开关YSW3、第四星型开关YSW4、第五星型开关YSW5及第六星型开关YSW6均接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照星型接线方式相连接（星形接线方式指将配电变压器二次侧的三相绕组的三相末端接在一起，三相首端为电源端，这时有两种电压等级，即线电压和相电压，且线电压等于相电压的约1.73倍，线电流等于相电流），并将星型接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。

作为一种可选的实施例，三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个单相插座S包括a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc；三角形开关电路200包括第一三角形开关ΔSW1、第二三角形开关ΔSW2、第三三角形开关ΔSW3、第四三角形开关ΔSW4、第五三角形开关ΔSW5及第六三角形开关ΔSW6；其中：

第一三角形开关ΔSW1的第一端分别与a相绕组的第二端、a相插座Sa的火线端子及第六三角形开关ΔSW6的第一端连接，第一三角形开关ΔSW1的第二端与b相绕组的第一端连接，第二三角形开关ΔSW2的第一端分别与b相绕组的第二端、b相插座Sb的火线端子及第四三角形开关ΔSW4的第一端连接，第二三角形开关ΔSW2的第二端与c相绕组的第一端连接，第三三角形开关ΔSW3的第一端分别与c相绕组的第二端、c相插座Sc的火线端子及第五三角形开关ΔSW5的第一端连接，第三三角形开关ΔSW3的第二端与a相绕组的第一端连接，第四三角形开关ΔSW4的第二端与a相插座Sa的零线端子连接，第五三角形开关ΔSW5的第二端与b相插座Sb的零线端子连接，第六三角形开关ΔSW6的第二端与c相插座Sc的零线端子连接，a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc的地线端子均接地；

则控制器300具体用于若电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求，则控制三角形开关电路200内六个三角形开关均接通。

具体地，本申请的三角形开关电路200包括第一三角形开关ΔSW1、第二三角形开关ΔSW2、第三三角形开关ΔSW3、第四三角形开关ΔSW4、第五三角形开关ΔSW5及第六三角形开关ΔSW6，其工作原理为：

控制器300在电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求时，控制第一三角形开关ΔSW1、第二三角形开关ΔSW2、第三三角形开关ΔSW3、第四三角形开关ΔSW4、第五三角形开关ΔSW5及第六三角形开关ΔSW6均接通，以将配电变压器二次侧的三相绕组按照三角形接线方式相连接（三角形接线方式指将配电变压器二次侧的三相绕组首尾互相连接，三个端点为电源端，这时只有一种电压等级，线电压等于相电压，线电流等于相电流的约1.73倍），并将三角形接线方式下的三相电一一供至三个单相插座S。

作为一种可选的实施例，电源分配器还包括：

分别与三相绕组和三个单相插座S连接的电压电流检测电路，用于检测电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流；

设于三相绕组与三个单相插座S之间的连接线路上、且与控制器300连接的保护开关电路；

控制器300还用于当电源分配器的任一目标相的输入电压和/或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时，控制保护开关电路断开目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。

进一步地，本申请的电源分配器还包括电压电流检测电路和保护开关电路，其工作原理为：

保护开关电路设于配电变压器二次侧的三相绕组与三个单相插座S之间的连接线路上。电压电流检测电路可检测电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流，并将电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流提供给控制器300。控制器300当电源分配器的任一相（称为目标相）的输入电压和/或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时，控制保护开关电路断开目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。

比如，控制器300当电源分配器的a相输入电压和/或a相输入电流和/或a相输出电压和/或a相输出电流不满足预设安全标准时，控制保护开关电路断开a相绕组与a相插座Sa之间的a相连接线路。控制器300当电源分配器的b相输入电压和/或b相输入电流和/或b相输出电压和/或b相输出电流不满足预设安全标准时，控制保护开关电路断开b相绕组与b相插座Sb之间的b相连接线路。控制器300当电源分配器的c相输入电压和/或c相输入电流和/或c相输出电压和/或c相输出电流不满足预设安全标准时，控制保护开关电路断开c相绕组与c相插座Sc之间的c相连接线路。

请参照图6及图7，图6为本发明实施例提供的一种配电变压器二次侧的三相绕组的电压电流检测电路的结构示意图；图7为本发明实施例提供的一种三个单相插座的电压电流检测电路的结构示意图。

作为一种可选的实施例，电压电流检测电路包括一一检测三相绕组输入的三个单相电的三个子检测电路及一一检测三个单相插座S各自输出的单相电的三个子检测电路；每个子检测电路均包括：

电流感测元件CS，用于检测对应的目标单相电的电流信号；

与电流感测元件CS连接的第一差动放大器A1，用于将电流信号进行放大处理，得到电流放大信号；

电压感测元件VS，用于检测目标单相电的电压信号；

与电压感测元件VS连接的第二差动放大器A2，用于将电压信号进行放大处理，得到电压放大信号；

且三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个单相插座S包括a相插座Sa、b相插座Sb及c相插座Sc；保护开关电路包括a相保护开关Breaker1、b相保护开关Breaker2及c相保护开关Breaker3；其中：

a相保护开关Breaker1的第一端与a相绕组的第二端连接，a相保护开关Breaker1的第二端与a相插座Sa的火线端子连接，b相保护开关Breaker2的第一端与b相绕组的第二端连接，b相保护开关Breaker2的第二端与b相插座Sb的火线端子连接，c相保护开关Breaker3的第一端与c相绕组的第二端连接，c相保护开关Breaker3的第二端与c相插座Sc的火线端子连接，a相保护开关Breaker1、b相保护开关Breaker2及c相保护开关Breaker3的控制端均与控制器300连接；

则控制器300具体用于当目标单相电的电流放大信号和/或电压放大信号不满足预设安全标准时，控制目标单相电对应的保护开关断开。

具体地，本申请的电压电流检测电路包括一一检测配电变压器二次侧的三相绕组输入的三个单相电的三个子检测电路（如图6所示）及一一检测三个单相插座S各自输出的单相电的三个子检测电路（如图7所示）；每个子检测电路均包括电流感测元件CS、第一差动放大器A1、电压感测元件VS及第二差动放大器A2；保护开关电路包括a相保护开关Breaker1、b相保护开关Breaker2及c相保护开关Breaker3，其工作原理为：

以用于检测配电变压器二次侧的a相绕组输入的a相电的子检测电路为例，电流感测元件CS检测a相绕组输入的a相电的电流信号，并将a相电的电流信号输入至第一差动放大器A1；第一差动放大器A1将a相电的电流信号进行放大处理，得到a相电流放大信号，并将a相电流放大信号提供给控制器300（如MCU(Microcontroller Unit，微处理器)，经ADC(Analog-to-digital converter，模拟数字转换器)接口接收检测信号）；电压感测元件VS检测a相绕组输入的a相电的电压信号，并将a相电的电压信号输入至第二差动放大器A2；第二差动放大器A2将a相电的电压信号电压信号进行放大处理，得到a相电压放大信号，并将a相电压放大信号提供给控制器300；控制器300当a相电流放大信号和/或a相电压放大信号不满足预设安全标准时，控制a相保护开关Breaker1断开。需要说明的是，其余子检测电路的检测原理类似，本申请在此不再赘述。

另外，每个子检测电路还可包括与电压感测元件VS并联的电阻R1及瞬态二极管TVS，还可包括设于第一差动放大器A1和第二差动放大器A2的输入端的电阻R2、R3、R4、R5；其中，电阻R1用于匹配输入阻抗，提高测量精度；瞬态二极管TVS用于抗雷击；电阻R2、R3、R4、R5用于限流。

更具体地，本申请的星型开关电路100、三角形开关电路200及保护开关电路内各开关均可以有三种选择：继电器、电磁接触开关及IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极电晶体）开关。

继电器也称电驿，是一种电子控制组件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关，故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁接触开关顾名思义就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推或拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路。电磁开关在各行业有广泛的应用，最常见的是工业领域的接触器。电磁开关是起动机上的控制开关，是起动机（直流电动机、传动啮合机构、电磁开关）三大部件之一，其工作原理是线圈通电后产生电磁吸力，使活动铁芯移动，从而一方面拉动传动啮合机构使起动机小齿轮前移与发动机飞轮齿圈啮合，另一方面推动开关触点接通，使直流电动机通电运转，从而带动发动机启动。

IGBT开关是半导体器件的一种，主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制。传统的BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）导通电阻小，但是驱动电流大，而MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管）的导通电阻大，却有着驱动电流小的优点。IGBT正是结合了这两者的优点：不仅驱动电流小，导通电阻也很低。

继电器及电磁接触开关一般是由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的，有机械运动，含运动零件，有触点，开关时有火花，因此反应速度较慢且寿命较短。IGBT开关可以视为固态继电器的一种，固态继电器是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与电磁继电器本质上相同的功能。固态继电器是一种全部由固态电子组件组成的无触点开关组件，它利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的隔离，利用大功率三极体、功率场效应管、单向可控硅或双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点、无火花地接通和断开被控电路。固态继电器敏捷度高，控制功率小，寿命比较高，可靠性好，切换速度可达到几毫秒至几微妙。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的溘然间断，从而减小了开关瞬态效应。因此，本申请开关优选IGBT开关。

如图8所示，控制器（如MCU）通过IGBT驱动电路生成六路PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）信号一一至六个IGBT开关（这里指星型开关），以驱动六个IGBT开关的接通情况。当六个IGBT开关接通时，配电变压器二次侧的三相绕组按照星型接线方式相连接。电压电流检测电路可检测配电变压器二次侧的各相绕组输入的电压/电流信号，并将检测的电压/电流信号反馈至MCU。MCU根据反馈的电压/电流信号调整IGBT驱动电路生成的PWM信号，以使配电变压器二次侧的各相绕组输入目标电压/电流信号。

作为一种可选的实施例，控制器300具体用于：

若目标相的输入电压持续大于预设第一高电压阈值的时间超过预设第一时间，则控制保护开关电路断开目标连接线路；

若目标相的输入电压持续小于预设低电压阈值的时间超过预设第二时间，则控制保护开关电路断开目标连接线路；

若目标相的输入电流持续大于预设第一高电流阈值的时间超过预设第三时间，则控制保护开关电路断开目标连接线路；

若目标相的输出电压持续大于预设第二高电压阈值的时间超过预设第四时间，则控制保护开关电路断开目标连接线路；

若目标相的输出电流持续大于预设第二高电流阈值的时间超过预设第五时间，则控制保护开关电路断开目标连接线路。

具体地，控制器300对任一目标相的输入输出是否正常的判断标准如下：

1）输入判断标准：

①若目标相的输入电压大于预设第一高电压阈值（如目标相的输入标称电压的110％），且持续大于预设第一高电压阈值的时间超过预设第一时间（如20ms），视为目标相的输入OVP（Over Voltage Protection，过电压保护），则控制保护开关电路断开目标相对应的保护开关，目标相的单相插座没有输出。

②若目标相的输入电压小于预设低电压阈值（如目标相的输入标称电压的90％），且持续小于预设低电压阈值的时间超过预设第二时间（如20ms），视为目标相的输入UVP（Under Voltage Protection，欠电压保护），则控制保护开关电路断开目标相对应的保护开关，目标相的单相插座没有输出。

③若目标相的输入电流大于预设第一高电流阈值（如目标相的输入标称电流的120％），且持续大于预设第一高电流阈值的时间超过预设第三时间（如20ms），视为目标相的输入OCP（Over Current Protection，过电流保护），则控制保护开关电路断开目标相对应的保护开关，目标相的单相插座没有输出。

2）输出判断标准：

①若目标相的输出电压大于预设第二高电压阈值（如250Vac），且持续大于预设第二高电压阈值的时间超过预设第四时间（如20ms），视为目标相的输出OVP，则控制保护开关电路断开目标相对应的保护开关，目标相的单相插座没有输出。

②若目标相的输出电流大于预设第二高电流阈值（如10A），且持续大于预设第二高电流阈值的时间超过预设第五时间（如20ms），视为目标相的输出OCP，则控制保护开关电路断开目标相对应的保护开关，目标相的单相插座没有输出。

作为一种可选的实施例，控制器300还用于：

计算目标相的输入电压和输入电流之间的第一相位角差θ₁，并基于第一相位角差计算目标相的输入功率因数COSθ₁；

将目标相的输入电压乘以目标相的输入电流后再乘以输入功率因数，得到目标相的输入功耗；

计算目标相的输出电压和输出电流之间的第二相位角差θ₂，并基于第二相位角差计算目标相的输出功率因数COSθ₂；

将目标相的输出电压乘以目标相的输出电流后再乘以输出功率因数，得到目标相的输出功耗。

进一步地，在电压电流检测电路的信号检测下，控制器300还可计算任一目标相的输入功耗和输出功耗，目标相的输入功耗的计算过程包括：计算目标相的输入电压V_in和输入电流I_in之间的第一相位角差θ₁，并将第一相位角差θ₁的余弦COSθ₁作为目标相的输入功率因数，然后将目标相的输入电压V_in乘以目标相的输入电流I_in后再乘以输入功率因数COSθ₁，得到目标相的输入功耗P_in，即P_in=V_in*I_in *COSθ₁。同理，目标相的输出功耗的计算过程包括：计算目标相的输出电压V_out和输出电流I_out之间的第二相位角差θ₂，并将第二相位角差θ₂的余弦COSθ₂作为目标相的输出功率因数，然后将目标相的输出电压V_out乘以目标相的输出电流I_out后再乘以输出功率因数COSθ₂，得到目标相的输出功耗P_out，即P_out=V_out*I_out*COSθ₂。

请参照图9，图9为本发明实施例提供的一种控制器的结构示意图。

作为一种可选的实施例，控制器300还包括：

与外部设备连接的通信接口301；

控制器300还用于通过通信接口301与外部设备进行数据通信，以完成相应处理功能。

进一步地，本申请的控制器300还包括通信接口301，通信接口301与外部设备连接，控制器300可通过通信接口301与外部设备进行数据通信，以完成相应处理功能。

作为一种可选的实施例，控制器300还包括：

与显示器连接的扩展接口302；

控制器300还用于通过扩展接口302控制显示器显示指定内容。

进一步地，本申请的控制器300还包括扩展接口302，扩展接口302与显示器连接，控制器300可通过扩展接口302控制显示器显示指定内容。

更具体地，控制器300通过拓展接口驱动一款8bit数据总线的LCD（如LiquidCrystal Display，液晶显示器）屏幕，并同步支持GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）的基础绘图操作。

作为一种可选的实施例，通信接口301包括：

通过接入以太网与上位机实现远程通信的以太网接口；上位机用于通过以太网远程访问控制器300，以获取控制器300的相关控制信息；

与第一PC机连接的GUI接口；第一PC机用于通过GUI接口向控制器300发送用户指令，以使控制器300根据用户指令执行相应控制操作；

与第二PC机连接的串行通信接口；第二PC机用于通过串行通信接口对控制器300的固件进行升级。

具体地，控制器300的通信接口301包括以太网接口（如RJ45接口，支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，常见的RJ45接口有两类：用于以太网网卡的DTE(Data TerminalEquipment，数据终端设备)类型、用于路由器以太网接口的DTE类型，通过一组隔离变压器将RJ45脚位接入控制器通信脚位）、GUI接口及串行通信接口（如RS232接口），其工作原理为：

以太网接口通过接入以太网与上位机实现远程通信，上位机可通过以太网远程访问控制器300，以获取控制器300的相关控制信息（如日志、事件、警报、通知等），也可通过以太网向控制器300下发控制指令，以使控制器300根据控制指令执行相应控制操作。

GUI接口与第一PC（Personal Computer，个人计算机）机连接，第一PC机可通过GUI接口向控制器300发送用户指令，以使控制器300根据用户指令执行相应控制操作。比如，第一PC机可通过GUI接口向控制器300发送包含目标显示内容的显示指令，以使控制器300根据显示指令控制显示器显示目标显示内容。

串行通信接口与第二PC机连接，第二PC机可通过串行通信接口对控制器300的固件进行升级。

另外，控制器300还可包括EEPROM（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，电子抹除式可复写唯读记忆体）303，控制器300可将各相输入输出电压/电流/功率及PDU接线状态存放至EEPRM 303中，还可将EEPRM 303中存放的内容显示在LCD屏幕上。控制器300还可与一些功能开关连接，不同功能开关导通，显示器需显示不同显示内容，则控制器300可根据功能开关的导通情况控制显示器显示相应显示内容。控制器300还可与指示灯连接，控制器300可在任一目标相的输入电压过压或输入电压欠压或输入电流过流或输出电压过压或输出电流过流时，控制指示灯亮，以起到报警作用。

综上，给出一种星型接法状态、三角形接法状态及保护状态的控制实例：

如图10所示，为电源分配器的星型接法图，此时控制器将YSW1~YSW6启动持续接通、ΔSW1~ΔSW6开路（因开路未显示在图10）、Breaker1~Breaker3都保持接通，当有保护时才断开。

如图11所示，为电源分配器的三角形接法图，此时控制器将YSW1~YSW6开路（因开路未显示在图11）、ΔSW1~ΔSW6启动持续接通、Breaker1~Breaker3都保持接通，当有保护时才断开。

如图12所示，为电源分配器的星型接法A相保护图，此时控制器将YSW1~YSW6启动持续接通、ΔSW1~ΔSW6开路（因开路未显示在图12）、Breaker1保护断开、Breaker2和Breaker3都保持接通。

如图13所示，为电源分配器的三角形接法B相保护图，此时控制器将YSW1~YSW6开路（因开路未显示在图13）、ΔSW1~ΔSW6启动持续接通、Breaker2保护断开、Breaker1和Breaker3都保持接通。

如图14所示，为电源分配器的星型接法C相保护图，此时控制器将YSW1~YSW6启动持续接通、ΔSW1~ΔSW6开路（因开路未显示在图14）、Breaker3保护断开、Breaker1和Breaker2都保持接通。

需要说明的是，电源分配器的星型接法及三角形接法的各相保护原理类似，本申请在此不再全部叙述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电源分配器，其特征在于，包括：

三个单相插座；三个所述单相插座中任一目标单相插座均用于接入符合所述目标单相插座的电压的用电设备；

分别与配电变压器二次侧的三相绕组和三个所述单相插座连接的星型开关电路；

分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的三角形开关电路；

分别与所述星型开关电路和所述三角形开关电路连接的控制器，用于根据所述电源分配器当前的三相电接线需求相应控制所述星型开关电路或所述三角形开关电路接通，以将所述三相绕组按照符合所述三相电接线需求的目标接线方式相连接，并将所述目标接线方式下的三相电一一供至三个所述单相插座。

2.如权利要求1所述的电源分配器，其特征在于，所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述星型开关电路包括第一星型开关、第二星型开关、第三星型开关、第四星型开关、第五星型开关及第六星型开关；其中：

所述第一星型开关的第一端与所述a相绕组的第一端连接，所述a相绕组的第二端与所述a相插座的火线端子连接，所述第二星型开关的第一端与所述b相绕组的第一端连接，所述b相绕组的第二端与所述b相插座的火线端子连接，所述第三星型开关的第一端与所述c相绕组的第一端连接，所述c相绕组的第二端与所述c相插座的火线端子连接，所述第四星型开关的第一端与所述a相插座的零线端子连接，所述第五星型开关的第一端与所述b相插座的零线端子连接，所述第六星型开关的第一端与所述c相插座的零线端子连接，所述第一星型开关至所述第六星型开关的第二端相连接，所述第一星型开关至所述第六星型开关的控制端均与所述控制器连接，所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地；

则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为星型接线需求，则控制所述星型开关电路内六个星型开关均接通。

3.如权利要求1所述的电源分配器，其特征在于，所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述三角形开关电路包括第一三角形开关、第二三角形开关、第三三角形开关、第四三角形开关、第五三角形开关及第六三角形开关；其中：

所述第一三角形开关的第一端分别与所述a相绕组的第二端、所述a相插座的火线端子及所述第六三角形开关的第一端连接，所述第一三角形开关的第二端与所述b相绕组的第一端连接，所述第二三角形开关的第一端分别与所述b相绕组的第二端、所述b相插座的火线端子及所述第四三角形开关的第一端连接，所述第二三角形开关的第二端与所述c相绕组的第一端连接，所述第三三角形开关的第一端分别与所述c相绕组的第二端、所述c相插座的火线端子及所述第五三角形开关的第一端连接，所述第三三角形开关的第二端与所述a相绕组的第一端连接，所述第四三角形开关的第二端与所述a相插座的零线端子连接，所述第五三角形开关的第二端与所述b相插座的零线端子连接，所述第六三角形开关的第二端与所述c相插座的零线端子连接，所述a相插座、所述b相插座及所述c相插座的地线端子均接地；

则所述控制器具体用于若所述电源分配器当前的三相电接线需求为三角形接线需求，则控制所述三角形开关电路内六个三角形开关均接通。

4.如权利要求1-3任一项所述的电源分配器，其特征在于，所述电源分配器还包括：

分别与所述三相绕组和三个所述单相插座连接的电压电流检测电路，用于检测所述电源分配器的各相输入电压、各相输入电流、各相输出电压及各相输出电流；

设于所述三相绕组与三个所述单相插座之间的连接线路上、且与所述控制器连接的保护开关电路；

所述控制器还用于当所述电源分配器的任一目标相的输入电压和/或输入电流和/或输出电压和/或输出电流不满足预设安全标准时，控制所述保护开关电路断开目标相绕组与目标相插座之间的目标连接线路。

5.如权利要求4所述的电源分配器，其特征在于，所述电压电流检测电路包括一一检测所述三相绕组输入的三个单相电的三个子检测电路及一一检测三个所述单相插座各自输出的单相电的三个子检测电路；每个所述子检测电路均包括：

电流感测元件，用于检测对应的目标单相电的电流信号；

与所述电流感测元件连接的第一差动放大器，用于将所述电流信号进行放大处理，得到电流放大信号；

电压感测元件，用于检测所述目标单相电的电压信号；

与所述电压感测元件连接的第二差动放大器，用于将所述电压信号进行放大处理，得到电压放大信号；

且所述三相绕组包括a相绕组、b相绕组及c相绕组；三个所述单相插座包括a相插座、b相插座及c相插座；所述保护开关电路包括a相保护开关、b相保护开关及c相保护开关；其中：

所述a相保护开关的第一端与所述a相绕组的第二端连接，所述a相保护开关的第二端与所述a相插座的火线端子连接，所述b相保护开关的第一端与所述b相绕组的第二端连接，所述b相保护开关的第二端与所述b相插座的火线端子连接，所述c相保护开关的第一端与所述c相绕组的第二端连接，所述c相保护开关的第二端与所述c相插座的火线端子连接，所述a相保护开关、所述b相保护开关及所述c相保护开关的控制端均与所述控制器连接；

则所述控制器具体用于当所述目标单相电的电流放大信号和/或电压放大信号不满足预设安全标准时，控制所述目标单相电对应的保护开关断开。

6.如权利要求4所述的电源分配器，其特征在于，所述控制器具体用于：

若所述目标相的输入电压持续大于预设第一高电压阈值的时间超过预设第一时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输入电压持续小于预设低电压阈值的时间超过预设第二时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输入电流持续大于预设第一高电流阈值的时间超过预设第三时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输出电压持续大于预设第二高电压阈值的时间超过预设第四时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路；

若所述目标相的输出电流持续大于预设第二高电流阈值的时间超过预设第五时间，则控制所述保护开关电路断开所述目标连接线路。

7.如权利要求4所述的电源分配器，其特征在于，所述控制器还用于：

计算所述目标相的输入电压和输入电流之间的第一相位角差θ₁，并基于所述第一相位角差计算所述目标相的输入功率因数COSθ₁；

将所述目标相的输入电压乘以所述目标相的输入电流后再乘以所述输入功率因数，得到所述目标相的输入功耗；

计算所述目标相的输出电压和输出电流之间的第二相位角差θ₂，并基于所述第二相位角差计算所述目标相的输出功率因数COSθ₂；

将所述目标相的输出电压乘以所述目标相的输出电流后再乘以所述输出功率因数，得到所述目标相的输出功耗。

8.如权利要求1-3任一项所述的电源分配器，其特征在于，所述控制器还包括：

与外部设备连接的通信接口；

所述控制器还用于通过所述通信接口与所述外部设备进行数据通信，以完成相应处理功能。

9.如权利要求8所述的电源分配器，其特征在于，所述控制器还包括：

与显示器连接的扩展接口；

所述控制器还用于通过所述扩展接口控制所述显示器显示指定内容。

10.如权利要求8所述的电源分配器，其特征在于，所述通信接口包括：

通过接入以太网与上位机实现远程通信的以太网接口；所述上位机用于通过所述以太网远程访问所述控制器，以获取所述控制器的相关控制信息；

与第一PC机连接的GUI接口；所述第一PC机用于通过所述GUI接口向所述控制器发送用户指令，以使所述控制器根据所述用户指令执行相应控制操作；

与第二PC机连接的串行通信接口；所述第二PC机用于通过所述串行通信接口对所述控制器的固件进行升级。

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