CN115016585B - 一种程控直流电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及程控电源技术领域，特别是指一种程控直流电源系统。包括主功率电源、接口板和控制板，所述主功率电源包括若干DC‑DC隔离电源，每个所述DC‑DC隔离电源均连接有一个所述接口板，所述接口板连接所述控制板，所述接口板上设有微处理器和信号检测控制电路。在隔离电源和控制板之间设置了接口板，采用了分布式构架和模块化设计，控制板对接口板进行主从控制，这种主从设计增强电源内部的抗干扰，并提高传输速度，减小延迟，提高系统响应速度，提升用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及程控电源技术领域，特别是指一种程控直流电源系统。
背景技术
程控直流电源是一种基于开关电源AC-DC变换的主电路，并通过单片机或DSP进行控制的系统电源。
传统的程控直流电源，特别是带隔离的多路输出，大多采用控制板完成所有功能，导致控制板设计复杂，且一旦控制板发生故障，全部输出断电，可靠性低。
发明内容
针对现有技术中控制板设计复杂的问题，本发明提供一种程控直流电源系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种程控直流电源系统，包括主功率电源、接口板和控制板，所述主功率电源包括AC-DC隔离变换电源和若干DC-DC隔离电源，所述AC-DC隔离变换电源的输出端连接DC-DC隔离电源的输入端，每个所述DC-DC隔离电源的输出端均连接有一个所述接口板；所述接口板为基于微处理器的电路板，所述微处理器连接有检测电路、控制电路和调压电路；所述接口板的电路输入端连接所述DC-DC隔离电源的输出端，所述接口板的电路输出端连接输出端子或者航插；所述接口板的微处理器共同连接所述控制板。
进一步的，所述检测电路的信号输入端设置于所述主功率电源的各路输出端，所述检测电路的信号输出端连接到所述接口板的微处理器；所述检测电路包括输出电压检测电路、输出电流检测电路和温度检测电路，分别用于检测所述主功率电源输出过压、过流和过温情况。
进一步的，所述控制电路包括继电器控制电路，所述继电器控制电路信号输入端连接所述接口板的微处理器，所述继电器控制电路信号输出端连接所述主功率电源的各路输出端。
进一步的，所述调压电路的信号输入端连接所述接口板的微处理器，用于接收调压信号；所述调压电路的信号输入端和输出端之间设有运放积分电路，用于将所述调压信号转化为模拟电压；所述调压电路的输出端连接所述DC-DC隔离电源的反馈回路。
进一步的，所述DC-DC隔离电源的输出电压和模拟电压成线性关系。
进一步的，所述检测电路还包括高边电流检测电路，所述高边电流检测电路具体包括无感电阻、高精度运放和差分放大电路，所述无感电阻串联在每路电流输出电路上，通过高精度运放和差分放大电路后输出所测电流给所述接口板的微处理器。
进一步的，还包括风扇调速电路，所述温度检测电路的信号输入端安装在所述主功率电源上，所述温度检测电路的信号输出端连接所述风扇调速电路的信号输入端，所述风扇调速电路的信号输入端还连接所述输出电流检测电路，所述风扇调速电路的信号输出端连接风扇。
进一步的，所述控制板设置有通信电路，所述通信电路第一端用于连接用户系统，所述通信电路第二端用于连接接口板。
进一步的，所述控制板设置有显示驱动电路，所述显示驱动电路信号输入端连接所述控制板的微处理器，所述显示驱动电路信号输出端用于连接外部显示屏，实时显示各路电源的电压和电流信息。
进一步的，所述控制板设置有本地旋钮调压检测电路，所述本地旋钮调压检测电路的信号输入端用于连接按钮和旋钮，所述本地旋钮调压检测电路的信号输出端连接所述控制板的微处理器，用于通过按钮和旋钮，实现快速断电和本地旋钮调压。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
第一、在隔离电源和控制板之间设置了接口板，采用了分布式构架和模块化设计，控制板对接口板进行主从控制，这种主从设计增强电源内部的抗干扰，并提高传输速度，减小延迟，提高系统响应速度，提升用户体验。
第二、板间通信采用RS485，而不是传统的I2C通信，增强板间信号传输的可靠性，避免远程命令信号受到干扰，使系统响应速度快，调压精准。
第三、继电器控制电路保证用户负载的安全性和高可靠性要求；高边电流检测电路提高输出电流测量精度；远程调压电路实现精准调压且调压线性，避免调压过程产生的过冲或者响应慢的问题；温度检测电路以及风扇调速电路增强程控电源的可靠性，并减小噪声，系统性能进一步提升。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明提出的三路隔离输出的程控直流电源系统框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示，一种程控直流电源系统，包括主功率电源、控制板以及接口板。
主功率电源实现单相交流到直流28V变换。主功率电源为AC-DC隔离变换电源以及三个DC-DC隔离电源，每个DC-DC隔离电源均连接有一个接口板。AC-DC隔离变换电源内置千瓦级AC-DC变换电路，输出48V。三个DC-DC隔离电源分别内置相互隔离的DC-DC变换电路，连接在AC-DC隔离变换电源之后，实现三路独立输出。DC-DC隔离电源通过各自的接口板连接到程控电源的输出端子或者航插，最后接到用户负载，电压在20到36V可调，电流为16A。
接口板是基于微处理器的信号检测和信号控制的电路板，主要包括输出电压检测电路、输出电流检测电路、远程调压电路、风扇调速电路、温度检测电路、继电器控制电路等。
继电器控制电路通过继电器控制直流输出，如果各路电源内部出现故障，如输出过压、过流、过温等，接口板能快速检测，先断开继电器，然后断开主功率电源输出，保证用户负载的安全性和高可靠性要求。
远程调压电路通过运放积分电路以及DC-DC隔离电源的反馈回路实现远程调压功能。远程调压的控制方法具体为：
从控制板发出远程调压指令；接口板的微处理器解析远程调压指令，发出对应频率的PWM调压信号；通过运放积分电路，将PWM调压信号变换成模拟电压；将模拟电压叠加在DC-DC隔离电源的反馈回路上，实现输出电压调节。
最终得到DC-DC隔离电源的输出电压和模拟电压成线性关系。通过接口板的TRIM端对三路DC-DC隔离电路的反馈环路进行调整，实现同时对三路输出进行远程调压。模拟电压为1.17V时，输出电压最大为36V；模拟电压为0.84V时，输出电压为额定电压32V；模拟电压为0.65V时，输出电压最小为22V。调压精度高，响应快且调压线性，避免调压过程产生的过冲或者响应慢的问题。
在输出电流检测电路上，为了进一步提高输出电流检测精度，本申请中采用高边电流采样方法，设计了高边电流检测电路。具体包括阻值为2毫欧姆(mohm)的无感电阻，将无感电阻串联在每路输出，输出电流在分流用的无感电阻上产生压降，通过高精度运放和差分放大电路，保证输出电流测量精度为0.1％。
设置温度检测电路以及风扇调速电路，采用变速风扇控制来改善散热效率，进一步提高程控电源的可靠性。温度检测电路具体为安装在主功率电源的NTC测温电路。风扇调速电路根据测得温度以及检测的各路输出电流，动态调整风扇转速。调速的算法为：针对每路输出，获取当前工况下输出电流，对应电流风扇转速；获取同一时间测量的最大温度，对应查找出最大温度风扇转速；然后取两个转速的最大值作为最终的当前风扇转速。这种算法考虑每路输出的实际情况，既考虑最大电流输出满载运行的实际工况，也兼顾非满载情况下电源内部因异常造成功率器件温度升高的情况，从而提高程控电源的运行效率，降低风扇噪声，增强系统可靠性。
三个接口板通过内部RS485总线连接到控制板上。
控制板是基于微处理器或者DSP的主控电路板，主要包括RS485硬件电路、CAN通信电路、OLED显示驱动电路、本地旋钮调压检测电路等。用于完成本地控制和远程调压命令的解析和生成控制信号，在发生故障时能及时断开故障回路所在的功率输出，并告警指示。
RS485硬件电路对外通过外部RS485与用户系统侧通信，下发指令和上发响应；对内与接口板通过内部RS485进行通信，能增强传输线的抗干扰能力，并进行主从控制，实现一对多的控制和响应，外部远程调压和内部总线控制采用一个控制方式，简化系统设计，增强电源内部的抗干扰，并提高传输速度，减小延迟，提高系统响应速度，提升用户体验。
CAN通信电路通过外部CAN与用户系统侧通信，下发指令和上发响应。
OLED显示驱动电路用于连接外部的OLED显示屏，通过OLED显示屏将三路电源的电压和电流信息实时显示出来，并满足电压和电流的精度要求。
本地旋钮调压检测电路结合外面板上设计的按钮和旋钮，实现快速断电和本地旋钮调压。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种程控直流电源系统，其特征在于，包括主功率电源、接口板和控制板，所述主功率电源包括AC-DC隔离变换电源和若干DC-DC隔离电源，所述AC-DC隔离变换电源的输出端连接DC-DC隔离电源的输入端，每个所述DC-DC隔离电源的输出端均连接有一个所述接口板；所述接口板为基于微处理器的电路板，所述微处理器连接有检测电路、控制电路和调压电路；所述接口板的电路输入端连接所述DC-DC隔离电源的输出端，所述接口板的电路输出端连接输出端子或者航插；所述接口板的微处理器共同连接所述控制板；
所述检测电路的信号输入端设置于所述主功率电源的各路输出端，所述检测电路的信号输出端连接到所述接口板的微处理器；所述检测电路包括输出电压检测电路、输出电流检测电路和温度检测电路，分别用于检测所述主功率电源输出过压、过流和过温情况；
所述控制电路包括继电器控制电路，所述继电器控制电路信号输入端连接所述接口板的微处理器，所述继电器控制电路信号输出端连接所述主功率电源的各路输出端；
所述调压电路的信号输入端连接所述接口板的微处理器，用于接收调压信号；所述调压电路的信号输入端和输出端之间设有运放积分电路，用于将所述调压信号转化为模拟电压；所述调压电路的输出端连接所述DC-DC隔离电源的反馈回路；
所述检测电路还包括高边电流检测电路，所述高边电流检测电路具体包括无感电阻、高精度运放和差分放大电路，所述无感电阻串联在每路电流输出电路上，所述高精度运放和差分放大电路与接口板电连接；
还包括风扇调速电路，所述温度检测电路的信号输入端安装在所述主功率电源上，所述温度检测电路的信号输出端连接所述风扇调速电路的信号输入端，所述风扇调速电路的信号输入端还连接所述输出电流检测电路，所述风扇调速电路的信号输出端连接风扇；
所述控制板设置有通信电路，所述通信电路第一端用于连接用户系统，所述通信电路第二端用于连接接口板；
所述控制板设置有显示驱动电路，所述显示驱动电路信号输入端连接所述控制板的微处理器，所述显示驱动电路信号输出端用于连接外部显示屏，实时显示各路电源的电压和电流信息；
所述控制板设置有本地旋钮调压检测电路，所述本地旋钮调压检测电路的信号输入端用于连接按钮和旋钮，所述本地旋钮调压检测电路的信号输出端连接所述控制板的微处理器，用于通过按钮和旋钮，实现快速断电和本地旋钮调压；
所述控制板之间通过RS485进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种程控直流电源系统，其特征在于，所述DC-DC隔离电源的输出电压和模拟电压成线性关系。
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