CN115129136B - 一种智能机载vpx电源以及计算机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能机载VPX电源以及计算机，包括智能管理模块、电源输入模块、电源输出模块以及电源变换模块，所述电源输入模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，所述电源输出模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，其中：所述电源输入模块，用于处理外部输入的电压；所述电源变换模块，用于将输入的电压进行转换；所述电源输出模块，用于控制输出的电压；所述智能管理模块，用于采集并处理电气参数及环境参数，并根据所采集的电气参数及环境参数进行智能推理并输出状态信息，将所述状态信息发送至信息处理系统，以及接收并执行所述信息处理系统的指令。

Description

一种智能机载VPX电源以及计算机

技术领域

本申请属于机载VPX电源及智能管理技术，特别涉及一种具有智能管理的机载电源领域的VPX电源以及计算机。

背景技术

目前计算机的架构大多为CPCI架构，随着技术的发展，逐渐向高密度、小型化、抗震性能等方面更具优势的VPX架构发展。由于整个计算机架构的改变，配套电源板也由CPCI电源向VPX电源转变。

随着机载设备网络化、信息化、体系化、平台化的快速发展，机载设备需要纳入整个机载平台电子信息系统，然而现有的VPX电源，并未针对机载环境而做出针对性的改变，且并未融入整个机载平台电子信息系统中，尤其是在人员舱和设备舱隔离的情况下，更加难以做到对机载VPX电源的监控，加大了对机载VPX电源的操控与管理难度。

因此，需要一种新型的机载VPX电源系统，能够解决上述问题。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种智能机载VPX电源，内部设置的智能管理模块能够对机载VPX电源进行智能化管理，能够将机载VPX电源融入整个机载平台电子信息系统中，提升机载设备信息化水平，并实现远程传输系统，将机载VPX电源透明融入机载平台电子信息系统；具有网络远程管理、遥控等功能，实现设备舱无人化操控与管理；采用独立供电设计，主电源故障时，智能管理模块仍能正常工作，保证机载VPX电源对机载平台电子信息系统透明化。

本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明提供了一种智能机载VPX电源，包括智能管理模块、电源输入模块、电源输出模块以及电源变换模块，所述电源输入模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，所述电源输出模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，其中：

所述电源输入模块，用于处理外部输入的电压；

所述电源变换模块，用于将输入的电压进行转换；

所述电源输出模块，用于控制输出的电压；

所述智能管理模块，用于采集并处理电气参数及环境参数，并根据所采集的电气参数及环境参数进行智能推理并输出状态信息，将所述状态信息发送至信息处理系统，以及接收并执行所述信息处理系统的指令。

优选地，所述智能管理模块包括中央处理单元、电气参数采集单元、环境参数采集单元、数据通讯接口单元以及电源输出控制单元，其中：

所述电气参数采集单元，至少用于采集输入电压、输出电压、输入电流以及输出电流；

所述环境参数采集单元，至少用于采集周边环境的温度、湿度以及核心区域的温度；

所述数据通讯接口单元，用于与信息处理系统连接，至少包括以太网通讯接口以及IPMB总线结构；

所述电源输出控制单元，用于控制所述电源输出模块所输出的电压。

优选地，所述智能管理模块还包括数据记录单元，所述数据记录单元包括存储器，至少用于记录本智能机载VPX电源的加电时间、环境参数以及控制数据。

优选地，所述电源输入模块包括浪涌抑制电路以及输入滤波电路，外部输入电源连接所述浪涌抑制电路的输入端，所述浪涌抑制电路的输出端连接所述输入滤波电路，所述输入滤波电路的输出端连接所述电源变换电路。

优选地，还包括独立电源模块，所述独立电源模块连接至所述输入滤波电路并为所述智能管理模块供电。

优选地，浪涌抑制电路包括串联的MOS管、钳位电路以及支撑电容，所述MOS管的栅极通过采样控制电路连接所述钳位电路的输入端，与所述MOS管并联有软起电路。

优选地，与所述MOS管串联连接有二极管。

优选地，所述采样控制电路包括软起控制单元以及驱动电路，所述软起控制单元连接所述驱动电路，所述驱动电路连接至所述MOS管的栅极。

优选地，所述电源输出模块包括输出滤波电路以及输出控制电路，所述输出滤波电路的输入端连接至所述电源变换模块，所述输出滤波电路的输出端连接所述输出控制电路，所述输出控制电路与所述智能管理模块电连接。

另一方面，本发明还提供了一种机载计算机，包括上述任一项所述的智能机载VPX电源。

本发明的智能机载VPX电源，能够将机载VPX电源融入整个机载平台电子信息系统中，进一步提升机载设备信息化水平，将机载VPX电源电气参数及环境参数信息化，设计并实现远程传输系统，将机载VPX电源透明融入机载平台电子信息系统；具有网络远程管理、遥控等功能，实现设备舱无人化操控与管理；采用独立供电设计，主电源故障时，智能管理模块仍能正常工作，保证机载VPX电源对机载平台电子信息系统透明化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中一种智能机载VPX电源的硬件结构框图；

图2为本申请一实施例中智能管理模块的电路结构框图；

图3为本申请一实施例中浪涌抑制电路的电路结构框图；

图4为本申请一实施例中输入滤波电路的电路结构示意图；

图5为本申请一实施例中输出滤波电路的电路结构示意图；

图6为本申请一实施例中电源变换模块的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明的智能机载VPX电源硬件结构框图，包括智能管理模块10、电源输入模块20、电源输出模块40以及电源变换模块30，外接电源通过连接端口P0连接至电源输入模块20，电源输入模块20处理外部输入的电压后，将电流传输至电源变换模块30以及智能管理模块10，电源变换模块30对处理后的电压进行转换，以匹配计算机的输入电压和电流后，传输至电源输出模块40，智能管理模块10控制电源输出模块40通过输出端口P1输出电压。

其中智能管理模块10作为整个机载VPX电源的核心部件，用于采集并处理电气参数及环境参数，并根据所采集的电气参数及环境参数进行智能推理并输出状态信息，将状态信息发送至信息处理系统，以及接收并执行所述信息处理系统的指令。

在一实施例中，如图2所示，智能管理模块10包括中央处理单元，以及与中央处理单元电连接的电气参数采集单元、环境参数采集单元、数据通讯接口单元以及电源输出控制单元，其中：

电气参数采集单元用于采集电气参数，电气参数中至少包括输入电压、输出电压、输入电流以及输出电流，以便于实时采集本智能机载VPX电源的工作状态，并及时将数据传送至中央处理单元，若发生异常，中央处理单元可以根据电气参数调整本智能机载VPX电源的工作状态；

环境参数采集单元用于采集环境参数，包括本装置所处自然环境的温度、湿度、核心区域温度（电源变换模块30周边共4个温度传感器和电源变换模块30所在PCB板背面核心区域的2个温度传感器），以实时监控本装置的运行情况，若因短路等情况而致使温度升高，能够及时通知管理人员或者自行做出应急反应；

数据通讯接口单元用于实现本智能机载VPX电源的对外通讯功能，包括1路以太网通讯接口和2路IPMB（I2C接口）总线接口。以太网接口用于远程通讯，可以直接接入系统级网关；IPMB总线用于设备级内部通讯，遵循IPMI2.0总线规范，用于将本智能机载VPX电源相关信息发送至整机健康管理系统。

电源输出控制单元用于控制本智能机载VPX电源输出进行控制，实现机载VPX电源所在设备的上电、下电操作。机载VPX电源输出控制采用MOS管进行控制，电源输出控制单元具体为MOS管驱动电路；

中央处理单元选用国产化高性能微处理器进行设计，采用ARM Cortex-M4内核处理器，具有超过24通道ADC接口、3个SPI接口、3个I2C接口、6个UARST、1个MAC接口、多个用于控制的GPIO接口。

在一个实施例中，智能管理模块10还包括数据记录单元，数据记录单元包括存储器，至少用于记录本智能机载VPX电源的加电时间、环境参数以及控制数据等，数据记录单元采用国产Flash存储颗粒进行设计。

在一个实施例中，电源输入模块20包括浪涌抑制电路21以及输入滤波电路22，外部输入电源通过连接浪涌抑制电路21的输入端，浪涌抑制电路21的输出端连接输入滤波电路22，输入滤波电路22的输出端连接电源变换电路30。

针对飞机供电特性要求，专门设计了浪涌抑制电路用于保证飞机供电出现浪涌时机载VPX电源仍能正常工作。

该实施例中的浪涌抑制电路21包括串联的二极管、MOS管、钳位电路以及支撑电容，MOS管的栅极通过采样控制电路连接钳位电路的输入端，与MOS管并联有软起电路。采样控制电路包括软起控制单元以及驱动电路，软起控制单元连接驱动电路，驱动电路连接至所述MOS管的栅极，浪涌抑制电路的运行逻辑如下：

当输入在额定电压范围内，MOS管饱和导通，输入电压顺利通过；

当输入过压时，通过采样控制电路对采样输出电压进行监测，通过驱动电路来控制MOS管，使MOS管进入线性状态，从而稳定输出电压到设定值；

当输入电压进入欠压状态时，输出靠支撑电容支撑，使得电压不至于下降到后级电路工作的下限阈值；

在电源启动时，先通过软起电路对支撑电容充电，当电容上电压到达设定值之后，通过软起控制电路控制MOS管完全打开，后级电压快速达到额定值，后级电路开始工作。

其中，二极管起到防止输出电容倒灌到输入端的作用，钳位电路起到吸收电压尖峰以及冗余保护的作用。

该实施例中的软起电路以及软起控制单元例如为CSR-R电路，电源瞬时接通时，输入电压经整流桥和限流电阻对电容器充电。当电容器充电到约80％的额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻，开关电源处于正常运行状态。

如图4所示，该实施例中的输入滤波电路为LC滤波电路，包括电感L1以及电容C1，减小输入电源噪声对电源变换模块的影响。

在一个实施例中，还包括独立电源模块11，独立电源模块11连接至输入滤波电路22，独立电源模块11单独为智能管理模块10提供电源，确保智能管理模块10不受主电源故障影响，机载VPX电源即使在主电源故障或者关机下也能为整机或上级系统传递机载VPX电源当前状态以及接收远程上电指令并执行上电操作。

在该实施例中，独立电源模块11选用隔离型正激变换电路进行实施。以适合机载VPX电源高功率的需求，且采用隔离型电路能够将独立电源模块11与电源输入模块20隔离，减小输入电流对独立电源模块11和智能管理模块10的影响，提高独立电源模块11的可靠性和安全性。

在其他实施例中，独立电源模块11中包括电能存储装置，例如锂电池组，能够在正常使用过程中存储一定的电能，并在主电源故障后为智能管理模块10供电。

在一个实施例中，电源输出模块40包括输出滤波电路42以及输出控制电路41，所述输出滤波电路42的输入端连接至电源变换模块30，输出滤波电路42的输出端连接输出控制电路41，输出控制电路41与智能管理模块10电连接。

如图5所示，该实施例中的输出滤波电路42为LC滤波电路，包括电感L2、电感L3以及电容C2和电容C3，减小本装置中电源噪声对最终输出电源品质的影响。

如图6所示，电源变换模块30包括一次侧以及二次侧，一次侧包括电感L4、电容C4以及开关S1和开关S2，二次侧包括电感L5、电感L6、电感L7、电容C5、二极管VD1以及二极管VD2，电源变换模块30根据机载VPX电源输入高电压高、输出电压低的特点，选用降压型拓扑结构。考虑机载VPX电源作为设备级的一次变换装置，结合输出功率需求，采用隔离型推挽变换器进行实施。由于推挽式开关电源中的两个控制开关轮流交替工作，其输出电压波形非常对称，并且开关电源在整个周期之内都向负载提供功率的输出，因此，其输出电流瞬态响应速度很高，电压输出特性很好，结合飞机中供电的特性，适合在机载环境中使用。

在一个实施例中，针对上述智能机载VPX电源，其嵌入式软件运行在以ARMCortex-M4为内核的中央处理器上，按照功能模块的方式组织整个软件架构，具体包括信息采集模块、通讯模块、智能管理模块、指令执行模块、记录存储模块。

(1)信息采集模块

信息采集模块包括模拟信号采集和数字信号采集两大部分，其中电气参数采集的信号为电压信号，环境参数采集则是数字信号。电压信号为模拟信号，信息采集模块针对模拟信号采集实施包括数字滤波、ADC采样、比例换算等主要功能单元。数字信号一般采用I2C接口进行通讯，信息采集模块针对数字信号采集实施包括接口驱动编写、数据协议解析等主要功能单元。

(2)通讯模块实施方式

通讯模块包括IPMB总线通讯和以太网通讯两大部分，分别为I2C接口和以太网接口。IPMB总线通讯实施包括接口驱动、数据解析等主要功能单元；以太网接口总线通讯实施包括接口驱动、数据解析等主要功能单元。

(3)智能管理模块

智能管理模块是整个软件系统的核心，调用各个功能模块的API接口，实现各类数据汇聚、分发等基础功能，同时对基础数据进行智能算法处理，包括电气参数实时监测，环境参数监测与拟合。若电气参数出现过压、过流等异常信息时及时告警，并执行安全操作，如关闭电源输出等；环境参数与拟合，则是智能管理模块实时检测环境参数信息，并将参数的变化趋势与预设的模拟态势进行比较，当出现大幅偏离预设的模拟阈值时，通过通讯模块将智能算法结果发送至本机管理单元或者上级管理单元，以便及时确认相关异常信息。

(4)指令执行模块

用于执行智能管理模块做出的执行决策，例如设备上电、下电等。指令执行需要配合外部的驱动电路进行执行，对于指令执行模块一般为IO信号。

(5)记录存储模块

记录存储模块用于记录相关记录信息，记录信息由智能管理模块发生并发送至记录存储模块，该模块主要为接口读写驱动，实际实施时根据实际需要选择SPI接口、I2C接口或其他适用于存储通讯的接口。

另一方面，本发明还提供了一种机载计算机，包括上述任一项所述的智能机载VPX电源。

本发明的智能机载VPX电源，能够将机载VPX电源融入整个机载平台电子信息系统中，进一步提升机载设备信息化水平，将机载VPX电源电气参数及环境参数信息化，设计并实现远程传输系统，将机载VPX电源透明融入机载平台电子信息系统；具有网络远程管理、遥控等功能，实现设备舱无人化操控与管理；采用独立供电设计，主电源故障时，智能管理模块仍能正常工作，保证机载VPX电源对机载平台电子信息系统透明化。

Claims (5)

1.一种智能机载VPX电源，其特征在于，包括智能管理模块、电源输入模块、电源输出模块以及电源变换模块，所述电源输入模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，所述电源输出模块分别电连接至所述电源变换模块的输入端以及所述智能管理模块，其中：

所述电源输入模块，用于处理外部输入的电压；

所述电源变换模块，用于将输入的电压进行转换，采用隔离型推挽变换器进行实施；

所述电源输出模块，用于控制输出的电压；

所述智能管理模块，用于采集并处理电气参数及环境参数，并根据所采集的电气参数及环境参数进行智能推理并输出状态信息，将所述状态信息发送至信息处理系统，以及接收并执行所述信息处理系统的指令；其中，将环境参数的变化趋势与预设的模拟态势进行比较，当偏离预设的模拟阈值时，通过通讯模块将智能算法结果发送至信息处理系统；

所述智能管理模块包括中央处理单元，以及与中央处理单元电连接的电气参数采集单元、环境参数采集单元、数据通讯接口单元以及电源输出控制单元，其中：

所述电气参数采集单元，至少用于采集输入电压、输出电压、输入电流以及输出电流；

所述环境参数采集单元，至少用于采集周边环境的温度、湿度以及核心区域的温度；

所述数据通讯接口单元，用于与信息处理系统连接，至少包括以太网通讯接口以及IPMB总线结构；

所述电源输出控制单元，用于控制所述电源输出模块所输出的电压；

所述电源输入模块包括浪涌抑制电路、输入滤波电路以及独立电源模块，外部输入电源连接所述浪涌抑制电路的输入端，所述浪涌抑制电路的输出端连接所述输入滤波电路，所述输入滤波电路的输出端连接所述电源变换电路；所述独立电源模块连接至所述输入滤波电路并为所述智能管理模块供电；

所述智能管理模块还包括数据记录单元，所述数据记录单元包括存储器，至少用于记录本智能机载VPX电源的加电时间、环境参数以及控制数据；

独立电源模块选用隔离型正激变换电路进行实施，独立电源模块中包括电能存储装置；

浪涌抑制电路包括串联的MOS管、钳位电路以及支撑电容，所述MOS管的栅极通过采样控制电路连接所述钳位电路的输入端，与所述MOS管并联有软起电路。

2.根据权利要求1所述的智能机载VPX电源，其特征在于，与所述MOS管串联连接有二极管。

3.根据权利要求1所述的智能机载VPX电源，其特征在于，所述采样控制电路包括软起控制单元以及驱动电路，所述软起控制单元连接所述驱动电路，所述驱动电路连接至所述MOS管的栅极。

4.根据权利要求1所述的智能机载VPX电源，其特征在于，所述电源输出模块包括输出滤波电路以及输出控制电路，所述输出滤波电路的输入端连接至所述电源变换模块，所述输出滤波电路的输出端连接所述输出控制电路，所述输出控制电路与所述智能管理模块电连接。

5.一种机载计算机，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的智能机载VPX电源。

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