CN201408991Y - 动力电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要是解决通信网络供电智能化，广泛应用于移动通信基站供电的后备保障自动化，实现移动通信基站的后备供电保障无人值守；直接输出移动通信设备所需的－48V直流电压，解决了移动通信基站用交流发电机给开关电源供电时的功率需求大的问题，实现有效功率的最大化利用，可减小电池组容量配置，因而其更符合节能的要求，减少污染。在大面积自然灾害或战争期间可直接替代电网电力供给，解决在异常情况下通信网对电网的依赖问题，为国家通信安全提供有力保障；其采用智能化野外无人值守设计，对环境自适应，供电效率高，安全性好。

Description

动力电源

技术领域

本实用新型涉及一种新型智能通信直流动力电源，尤其是涉及一种对通信直流动力电源的结构改良。

背景技术

目前，电信网络供电均采用-48V直流模式，随着网络规模的扩大，电信网络逐步延伸到乡村，如何在当地获取可靠的电源供给，始终是制约各通信运营商提升服务质量的瓶颈，按照现网“市电+开关电源+蓄电池”的直流供电模式，通信网络电源的可靠性主要取决于市电的质量和蓄电池的容量，而随着我们国家经济的高速发展，能源的紧缺将是长期的，寄希望于延伸到乡村的农电网短期内要达到高可靠性、不间断性是不现实的；其次运营商基于成本考虑，不可能无限加大通信网中蓄电池的容量来彻底解决市电中断的通信网供电安全。基于以上现状运营商为保障自己的网络质量，降低市电中断对通信网络的影响而采取了人工供电模式，即在市电中断后，通过网络监控来调度人员、车辆、油机到现场进行人工发电，这种模式消耗了大量的人力、物力和财力，且受制于交通、气候条件无法完成高效能的供电保障，因而各通信运营商都在积极寻求安全可靠的通信网络供电保障方案。

发明内容

本实用新型主要是解决通信网络供电智能化，广泛应用于移动通信基站供电的后备保障自动化，实现移动通信基站的后备供电保障无人值守；直接输出移动通信设备所需的-48V直流电压，解决了移动通信基站用交流发电机给开关电源供电时的功率需求大的问题，实现有效功率的最大化利用，可减小电池组容量配置，因而其更符合节能的要求，减少污染。在大面积自然灾害或战争期间可直接替代电网电力供给，解决在异常情况下通信网对电网的依赖问题，为国家通信安全提供有力保障；其采用智能化野外无人值守设计，对环境自适应，供电效率高，安全性好。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

动力电源，其特征在于，包括：

完成系统运行状态及环境安全的检测，根据监测的结果，智能判断后形成系统的各种执行动作的中央控制单元1；

将系统运行状态上报给通信网络的外部智能接口2；

根据直流基准点电压测量结果，完成直流输出调整指令发送的内部智能接口3；

将交流发电机输出进行直流变换的直流发电系统6；

完成直流发电系统运行监测的监测单元4；

完成直流发电系统运行控制的执行处理单元5；

将直流电源进行输出的输出单元7；

对中央控制单元、各种传感器、执行单元进行供电的内部供电单元8；

完成环境量监测的环境监测单元9；

所述的中央控制单元1分别与上述的外部智能接口2、内部智能接口3、内部供电单元8、监测单元4以及执行处理单元5相连，所述的内部供电单元8还分别与监测单元4以及执行处理单元5相连，所述的直流发电系统6分别与监测单元4、执行处理单元5以及输出单元7相连，所述的监测单元4还连接有环境监测单元9。

在上述的动力电源，所述的监测单元4包括依次连接的机油油位监测模块41、燃油油位监测模块42、交流负载电流监测模块43、直流负载电压监测模块44、直流基准点电压监测模块45、发电机交流电压监测模块46以及发电机交流频率监测模块47。

在上述的动力电源，所述的执行处理单元5包括依次连接的启动系统执行模块51、停机系统执行模块52、系统加热执行模块53、系统散热执行模块54、12V蓄电池充电执行模块55、直流输出调整执行模块56、交流输出加载执行模块57以及风门控制执行模块58。

在上述的动力电源，所述的环境监测单元9包括依次连接的温度监测模块91、火警烟雾监测模块92、水浸探测模块93、防盗监测模块94、湿度监测模块95

因此，本实用新型具有如下优点：1.设计合理，结构简单，并且使用寿命长，易于推广；2.实现移动通信基站的后备供电保障无人值守；3.实现了对移动通信基站用交流发电机给开关电源供电时的功率需求最大化利用，可减小电池组容量配置，因而其更符合节能的要求，减少污染；4.在大面积自然灾害或战争期间可直接替代电网电力供给，解决在异常情况下通信网对电网的依赖问题，为国家通信安全提供有力保障；5.其采用智能化野外无人值守设计，对环境自适应，供电效率高，安全性好。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构原理图；

图2是图1的中央控制单元电路CPU输入/输出接口示意图；

图3是图1的两组智能接口电路结构示意图；

图4是图2的串行存储器电路结构示意图；

图5是图2的实时时钟电路结构示意图；

图6是图2看门狗电路结构示意图；

图7是图2的复位电路结构示意图；

图8是图1的交流电压、频率采样电路结构示意图；

图9是图1的直流基准点电压采样电路结构示意图；

图10是图1的湿度采样电路结构示意图；

图11是图1的直流负载电压采样电路结构示意图；

图12是图1的温度采样电路结构示意图；

图13是图1的四段燃油油位采样电路结构示意图；

图14是图1的防盗监测电路结构示意图；

图15是图1的交流负载电流采样电路结构示意图；

图16是图1的水浸探测电路结构示意图；

图17是图1的火警烟雾监测电路结构示意图；

图18是图1的机油油位监测电路结构示意图；

图19是图1的系统加热驱动电路结构示意图；

图20是图1的风门控制驱动电路结构示意图；

图21是图1的除湿控制驱动电路结构示意图；

图22是图1的系统散热、启动系统驱动电路结构示意图；

图23是图1的停机系统驱动电路结构示意图；

图24是图1的停止系统驱动电路结构示意图；

图25是图1的交流输出加载驱动电路结构示意图；

图26是图1的12V蓄电池充电及12V电源供给电路结构示意图；

图27是图1的12V至5V电源变换电路结构示意图；

图28是图1的发电机输出及交流直流变换电路结构示意图；

图29是本实用新型的系统软件上半部分工作流程图。

图30是本实用新型的系统软件下半部分工作流程图。

图31是图30中的高温系统散热过程的工作流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中，中央控制单元1、外部智能接口2、内部智能接口3、监测单元4、机油油位监测模块41、燃油油位监测模块42、交流负载电流监测模块43、直流负载电压监测模块44、直流基准点电压监测模块45、发电机交流电压监测模块46、发电机交流频率监测模块47、执行处理单元5、启动系统执行模块51、停机系统执行模块52、系统加热执行模块53、系统散热执行模块54、12V蓄电池充电执行模块55、直流输出调整执行模块56、交流输出加载执行模块57、直流发电系统6、输出单元7、内部供电单元8、环境监测单元9、温度监测模块91、火警烟雾监测模块92、水浸探测监测模块93、防盗监测监测模块94、湿度监测模块95。

实施例：如图1至图31所示，其中，图30为紧接图29的工作流程，图30和图31中的A处虚线为同一进程标线。

动力电源，包括：

完成系统运行状态及环境安全的检测，根据监测的结果，智能判断后形成系统的各种执行动作的中央控制单元1；

将系统运行状态上报给通信网络的外部智能接口2；

根据直流基准点电压测量结果，完成直流输出调整指令发送的内部智能接口3；

将交流发电机输出进行直流变换的直流发电系统6；

完成直流发电系统运行监测的监测单元4，监测单元4包括依次连接的机油油位监测模块41、燃油油位监测模块42、交流负载电流监测模块43、直流负载电压监测模块44、直流基准点电压监测模块45、发电机交流电压监测模块46、发电机交流频率监测模块47。

完成直流发电系统运行控制的执行处理单元5，执行处理单元5包括依次连接的启动系统执行模块51、停机系统执行模块52、系统加热执行模块53、系统散热执行模块54、12V蓄电池充电执行模块55、直流输出调整执行模块56、交流输出加载执行模块57。

将直流电源进行输出的输出单元7；

对中央控制单元、各种传感器、执行单元进行供电的内部供电单元8；

完成各种环境量监测的环境监测单元9，环境监测单元9包括依次连接的温度监测模块91、火警烟雾监测模块92、水浸探测模块93、防盗监测模块94、湿度监测模块95。

中央控制单元1分别与上述的外部智能接口2、内部智能接口3、内部供电单元8、监测单元4以及执行处理单元5相连，所述的内部供电单元8还分别与监测单元4以及执行处理单元5相连，所述的直流发电系统6分别与监测单元4、执行处理单元5以及输出单元7相连，所述的监测单元4还连接有环境监测单元9。

在本实用新型中，采用直接输出通信网络所需的-48V～-47V直流电源，无需经过外部变换，利用通信网络蓄电池上述电压保持的放电特性，通过在通信网开关电源母排进行直流基准点电压采样，输出直流电流采样、智能跟踪判断市电状态，从而进行系统自启动、自停机、自保护智能化功能。

本实用新型通过在通信网开关电源母排进行直流基准点电压采样，并以此为基准通过内部智能接口3实现对直流发电系统6的自动调压，并根据负载的情况进行稳压，通过自动均压，本系统运行时仅为通信设备供电，不提供对通信网蓄电池充电，因而大大降低功耗，节省燃油。

本系统实现了与通信网开关电源的等电位并接技术，完全隔离从电力线路引入的雷击，降低被雷击的风险。

通过温度监测模块91、湿度监测模块95、火警烟雾监测模块92、水浸探测监测模块93等对外部环境的感知，完成低温季节系统自动加温防护、高温季节的散热降温保护、梅雨季节的除湿防护，具备宽地域野外环境的运行能力。

通过专门的防盗设计，及防盗传感器来感知盗窃事件，并通过智能接口迅速上报给网络控制中心。

本实用新型中的机油油位检测模块41采用的是四段干簧管燃油油位传感器，通过中央处理器代码对4Bit的判读来指示剩余油量，加注燃油、消耗燃油动作。

对于直流发电机自启动所需12V启动蓄电池采用DM1从-48V进行DC-DC变换进行充电，防止启动蓄电池损耗，由DM2和12V启动蓄电池并联式供电设计，当DM2出现故障时由12V启动蓄电池直接为系统内部供电，加强可靠性。

工作时，系统加电后，由中央控制单元1的U1处理器进行系统输入输出端口初始化，通过监测单元4收集系统运行状态量：包括机油油位监测模块41-Sump_alarm1、燃油油位监测模块42-Oil_alarm1、交流负载电流监测模块43-AC_load、直流负载电压监测模块44-DV_load、直流基准点电压监测模块45-DVP_control、发电机交流电压监测模块46-AV_load、发电机交流频率监测模块47-AV_frequency；通过环境监测9收集系统运行环境量：包括温度监测模块91-Temprature1、火警烟雾监测模块92-Fire_alarm1、水浸监测模块块93-Water_alarm1、防盗监测模块94-Purloin_alarm1、湿度监测模块95-Humidity1。并将上述量通过外部智能接口2向上位机传送。

系统设定的温度点为Temperature_Dot1、Temperature_Dot2、Temperature_Dot3、Temperature_Dot4，Temperature_Dot5其典型值分别为5℃、20℃、40℃、50℃，60℃当系统检测温度Temprature1小于5℃时，启动冬季加温和循环风扇给发电机保温，当系统检测温度Temprature1大于20℃时，关闭冬季加温和循环风扇；当系统检测温度Temprature1大于50℃时，启动高温系统散热功能，当系统检测温度Temprature1小于40℃时，关闭高温系统散热功能。

系统通过直流基准点电压45-DVP_control来检测通信设备蓄电池电压从而的智能判断市电是否停电，当DVP_control值小于设定值DV_high时，判断为市电停电，同时将交流停电标志AC_stop置1，DV_high的典型值为49.5V，此时优先蓄电池给通信设备供电；当DVP_control值小于设定值DV_low时，DV_low的典型值为48V，蓄电池供电结束，准备启动直流发电系统6供电，此时当火警烟雾监测模块92-Fire_alarm1、水浸探测模块93-Water_alarm1、防盗监测模块94-Purloin_alarm1、机油油位监测模块41-Sump_alarm1无告警时，进入启动发电机流程，当上述四种告警中只要有一种产生时，发电机不启动。

系统通过最多三次尝试来启动发电机，每次启动延时分别由参数SystemUp_T1、SystemUp_T2、SystemUp_T3控制，其典型值分别为3S、4S、5S；两次启动间隔时间分别由T1_T2、T2_T3设定，其典型值分别为5S、10S，每次启动发电机由风门控制执行模块58在启动前执行关闭风门，启动后执行开启风门动作，当发电机交流电压监测模块46检测到发电机交流电压AV_load值大于设定值AV_set时，判定为启动发电机成功，AV_set的典型值为50V，否则判定为启动发电机失败，进行下一次尝试。

当发动机启动成功后，由单元发电机交流频率监测模块47来检测输出的交流频率AV_frequency，当AV_frequency与标准频率50HZ偏离设定值AV_frequency departure时，立即执行停机动作，参数AV_frequencydeparture的典型值选取在5HZ内，否则发电机工作正常，通过交流接触器K8来执行交流输出加载，通过AC/DC单元输出-48V由输出单元7接入通信设备供电。

系统运行过程中，启动高温系统散热功能来为系统散热，一直对直流基准点电压DVP_control进行检测，当DVP_control值与标准电压48V偏离值大于设定值DVP_set时，通过内部智能接口3对AC/DC进行输出校正，校正步长为DVP_setp设定的0.1V值；同时通过交流负载电流监测模块43检测的AC_load值进行交流输出电流过载检测，当AC_load值大于设定值AC_overload时，系统判断交流输出过载，并立即执行停机动作，当系统检测温度Temprature1大于60℃时，系统需要立即执行停机动作以保护系统安全。

系统运行过程中，系统通过直流基准点电压监测模块45的DVP_control来检测通信设备蓄电池电压从而的智能判断市电是恢复，当DVP_control值大于设定值DV_high时，判断为市电恢复，同时将交流停电标志AC_stop置0，DV_high的典型值为49.5V，执行停机动作，同时延时20秒后关闭高温散热功能。

为确保系统可靠停机，需要通过AV_load值来判断并予以确认，当AV_load小于AV_stop值，停机成功，AV_stop典型值为15V。

系统运行过程中，同步由火警烟雾模块监测92火警烟雾-Fire_alarm1、水浸探测模块93监测水浸-Water_alarm1、防盗监测模块94监测是否被盗-Purloin_alarm1、机油油位检测模块41监测机油油位-Sump_alarm1，当上述四种告警中只要有一种产生时，立即执行停机动作。

参照图所示，为本实用新型的电路结构示意图，下面分别阐述各单元电路结构：

中央控制单元1：中央处理器U1第7、17、43脚接入工作电源VCC，电容C1、C2对工作电源VCC滤波；18、23、24、42脚接地，41脚经开关S1接地构成复位电路；10、44脚分别由电阻R46、JK1及R47、JK2接地构成看门狗电路；3、4脚与晶振构成震荡电路；32、45、46脚分别接时钟芯片U7的5、6、7和串行存储器U6的1、2、6脚作为片选、数据、时钟信号、9脚接入U6的5脚控制串行存储器的读写。

时钟芯片U7的1脚接入电源VCC，电容C30对工作电源VCC滤波，其2、3脚接入由电容C10、C11和晶振X1构成的震荡电路，4脚接地并与8脚一起提供掉电外部电源接口JP1。

串行存储器U6的3、8脚接入电源VCC，4脚接地，电阻R1、R2为上拉电阻、电容C4、C5起滤波作用。

中央处理器U1其他各I/O口功能如下：

26、27脚为智能接口2的数据收发端口；

2、1、脚为智能接口1的数据收发端口；

15脚为湿度传感器XS1的数据输入端口；

25脚为温度传感器XS2的数据输入端口；

30脚为防盗传感器XS11的数据输入端口；

31脚为水浸传感器XS12的数据输入端口；

8脚为火警烟雾传感器XS13的数据输入端口；

11、12、13、48脚为燃油油位传感器XS10的数据输入端口；

34脚为机油油位传感器XS14的数据输入端口；

20脚为直流负载电流监测的数据输入端口；

21脚为直流负载电压监测的数据输入端口；

22脚为直流基准点电压监测的数据输入端口；

16脚为发电机交流电压监测的数据输入端口；

35脚为发电机交流频率监测的数据输入端口；

33脚为启动系统的数据输出端口；

47脚为停机系统的数据输出端口；

36脚为启动系统加热的数据输出端口；

37脚为发电机风门控制的数据输出端口；

39脚为系统散热的数据输出端口；

29脚为交流输出加载的数据输出端口；

中央处理器U1的26、27脚分别接U3的12、11脚，经U3完成逻辑电平至TTL电平转换从U3的8、7脚输出到J1的3，2作为智能接口2的数据收发端口；中央处理器U1的2、1脚分别接U3的9、10脚，经U3完成逻辑电平至TTL电平转换从U3的13、14脚输出到J2的3，2作为智能接口1的数据收发端口；U3的2、6脚分别经电容C15、C12与J1、J2的5脚相连接地，电容C13、C14起滤波作用。

机油油位监测模块XS14经下拉电阻R44接入中央处理器U1的I/O端口34脚，与抗干扰电容C40构成机油油位41检测电路，当U1的34脚读入为高电平时指示机油油位告警。

燃油位油位监测模块XS10为四段干簧管结构，经下拉电阻R48、R49、R50、R51分别接入中央处理器U1的I/O端口11、13、12、48脚，与抗干扰电容C47、C44、C46、C45构成燃油油位42检测电路，当U1的11、13、12、48脚读入为低电平时指示燃油油位为25％、50％、75％、100％。

交流负载电流监测模块43，由变压器CT1、整流二极管D19、D21、D21、D23、电阻R20、R21构成全桥整流电路完成，电容C41滤波作用，运放U2B与电阻R18、R19、R24、电容C24构成负反馈放大电路，电阻R22、R23构成运放输入端的电路，C22为滤波电容。

直流负载电压监测模块44，由电压互感器DV2完成，DV2的输入端+DV和-DV分别接直流输出正负极，R013为限流电阻，C20为滤波电容、二极管D24起过压钳位作用。

直流基准点电压监测模块45，由电压互感器DV1完成，DV1的输入端+DVP和-DVP分别接直流采集点的正负极，R06为限流电阻，C19为滤波电容、二极管D25起过压钳位作用。

发电机交流电压监测模块46和发电机交流频率监测模块47，由变压器PT1、二极管D2、D3、D4、D5构成的全桥整流电路，D6为降压二极管，电容C7、C8、C9与电阻R6、R7、R8构成分压滤波电路，电阻R3、R4构成开关三极管V1的基极偏置电路，R5为开关三极管V1发射极偏置电阻，C6为滤波电容。

温度监测模块91和湿度监测模块95分别采用温度传感器XS2和湿度传感器XS1完成，R11、R12分别为温度传感器XS2和湿度传感器XS1的限流电阻、C18、C17分别为其滤波电容。

XS11、XS12、XS13、XS14带开关量的防盗监测94、水浸探测93、火警烟雾92的传感器，R41、R42、R43、R44分别为其接入中央处理器U1的下拉电阻，C37、C38、C43、C44为其滤波电容。

启动系统执行模块51、停机系统执行模块52、系统加热执行模块53、系统散热执行模块54、风门控制执行模块58分别由中央处理器U1驱动由开关三极管V6、V7、V2、V5、V3及继电器K5、K6、K1、K4、K2组成，D11、D12、D7、D10、D8为各继电器的防反灌二极管，R33、R35、R25、R31、R27为开关三极管V6、V7、V2、V5、V3的限流电阻，电容C27和电阻R34、电容C28和电阻R36、电容C42和电阻R26、电容C26和电阻R32、电容C43和电阻R28分别继电器K5、K6、K1、K4、K2的触点火花吸能电路。

交流输出加载执行模块57，由中央处理器U1的I/O口及开关三极管V9驱动交流接触器K8，R39为三极管V9的限流电阻，D14为交流接触器K8防反灌电流二极管。

交流发电机ACC输出交流正弦波，经大功率AC/DC变换为-48V直流，经输出单元7的Dout端子供给通信网络。J3与中央控制单元的内部智能接口3连接，完成大功率AC/DC直流调压功能。

本实用新型的内部供电单元8的构造为，-48V直流电分别引入DC/DC变换器DM1和DM2，DM1输出15V，经分压二极管D15、D16为12V蓄电池充电55，同时经分压二极管D26、D18、D20、D17与DM2输出的12V并接，当DM2发生故障时由12V蓄电池充电直接给内部电路供电，起内部供电电源冗余作用。三端稳压U5与电容C32、C33、C48、C34、C35及电阻R40组成12V变换为5V的Vcc为中央控制器供电，LED D01为Vcc电源工作指示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了中央控制单元1、外部智能接口2、内部智能接口3、监测单元4、机油油位监测模块41、燃油油位监测模块42、交流负载电流监测模块43、直流负载电压监测模块44、直流基准点电压监测模块45、发电机交流电压监测模块46、发电机交流频率监测模块47、执行处理单元5、启动系统执行模块51、停机系统执行模块52、系统加热执行模块53、系统散热执行模块54、12V蓄电池充电执行模块55、直流输出调整执行模块56、交流输出加载执行模块57、直流发电系统6、输出单元7、内部供电单元8、环境监测单元9、温度监测模块91、火警烟雾监测模块92、水浸探测监测模块93、防盗监测监测模块94、湿度监测模块95等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (4)

1.一种动力电源，其特征在于，包括：

完成系统运行状态及环境安全的检测，根据监测的结果，智能判断后形成系统的各种执行动作的中央控制单元(1)；

将系统运行状态上报给通信网络的外部智能接口(2)；

根据直流基准点电压测量结果，完成直流输出调整指令发送的内部智能接口(3)；

将交流发电机输出进行直流变换的直流发电系统(6)；

完成直流发电系统运行监测的监测单元(4)；

完成直流发电系统运行控制的执行处理单元(5)；

将直流电源进行输出的输出单元(7)；

对中央控制单元、各种传感器、执行单元进行供电的内部供电单元(8)；

完成环境量监测的环境监测单元(9)；

所述的中央控制单元(1)分别与上述的外部智能接口(2)、内部智能接口(3)、内部供电单元(8)、监测单元(4)以及执行处理单元(5)相连，所述的内部供电单元(8)还分别与监测单元(4)以及执行处理单元(5)相连，所述的直流发电系统(6)分别与监测单元(4)、执行处理单元(5)以及输出单元(7)相连，所述的监测单元(4)还连接有环境监测单元(9)。

2.根据权利要求1所述的动力电源，其特征在于，所述的监测单元(4)包括依次连接的机油油位监测模块(41)、燃油油位监测模块(42)、交流负载电流监测模块(43)、直流负载电压监测模块(44)、直流基准点电压监测模块(45)、发电机交流电压监测模块(46)以及发电机交流频率监测模块(47)。

3.根据权利要求1所述的动力电源，其特征在于，所述的执行处理单元(5)包括依次连接的启动系统执行模块(51)、停机系统执行模块(52)、系统加热执行模块(53)、系统散热执行模块(54)、12V蓄电池充电执行模块(55)、直流输出调整执行模块(56)、直流输出加载执行模块(57)以及风门控制执行模块(58)。

4.根据权利要求2所述的动力电源，其特征在于，所述的环境监测单元(9)包括依次连接的温度监测模块(91)、火警烟雾监测模块(92)、水浸探测模块(93)、防盗监测模块(94)、湿度监测模块(95)。

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