CN201417302Y - 智能化电源监控模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于雷达电源监控装置中前端采集及控制的智能化电源监控模块。它由主采样板、监控主板、多个从采样板和多个隔离板组成。它采用主、从隔离采样的方式实现了对一个主电源和多个辅助电源的密集监控，其采样板采用了带模拟量隔离的单片机芯片，使单片机可以通过采样电路在采样端直接采样，去掉了光隔器件和辅助电源，减小了模块体积，也简化了装置结构，较好地解决了采样隔离问题，同时，本模块用RS485数据总线实现主采样板与上级计算机的通讯，用I²C数据线实现从采样板与主采样板通讯，其数据线结构比较简单，且四个板从功能上分开，使增加或减少监控数量的硬件组配非常灵活，且调试和检修也都非常方便。

Description

智能化电源监控模块

技术领域

本实用新型涉及一种雷达电源监控装置，具体地说，它是一种用于雷达电源监控装置中前端采集及控制的智能化电源监控模块。

背景技术

雷达的电源监控装置的被监控对象是一个电源集群，它具有众多的为雷达供电的主电源，每个主电源还可能附带多个为雷达辅助设备供电的线性电源，这些线性电源又由主电源供电，当主电源切断时，这些线性电源随即断电。已有雷达电源监控装置在每个主电源上设置一个监控模块，该监控模块是一个单片机系统，它主要用于电源参数(如电压、电流、温度等)的采集及稳压调节和过压、过流保护的控制，同时，各监控模块还要通过RS232或RS422数据传输线或以太网与中心控制计算机相连，实现网络化智能监控。由于监控模块是单片机系统，为了不对单片机的工作产生影响，所采集的模拟量不能直接输入单片机，而是要通过线性光耦进行光电隔离后再送入单片机。这种隔离方式最大的问题是为满足信号调理的需要，要为线性光耦提供线性电源，这不仅增加了辅助设备，使结构繁琐，更主要的是线性电源产生的纹波容易对信号采集形成电磁干扰，使模块的性能下降，另外，信号的真实性也要极大的依赖于光耦器件的线性度，使得对光耦器件的要求过于苛刻，又由于采集量较大，需要的光耦数量大，增大的模块体积，不利于模块的小型化。

由于已有监控模块需带附助电源、对信号采集的影响较大，故不宜密集设置监控模块，只实现了对主电源的监控，而对主电源所附带的其它线性电源没有设置监控，这显然是不够理想的。

已有监控模块上用于切断主电源的大功率开关大都采用机械开关，这种机械开关在动作过程中会对模块产生电磁干扰，也会影响使模块的性能下降，同时，寿命较短。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对已有技术中的缺点，提供一种性能优良和小型化的智能化电源监控模块，从而较好的实现上述电源集群的监控功能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

它由一个主采样板、一个监控主板、多个从采样板和与多个从采样板一一对应的隔离板组成；所述的主采样板和从采样板均由一个单片机芯片及其外围元件和接在该单片机芯I/O口上的多个模拟量采样电路构成，并且所述的单片机芯片为带模拟量隔离的单片机芯片；所述的监控主板包括一个被监控主电源的开关执行电路、一个串行数据线与RS485数据总线的光隔接口转换电路、一个总电源变换电路和分电源变换电路；所述的主采样板1通过本监控主板上的串行数据线与RS485数据总线的光隔接口转换电路实现与上级计算机的通讯连接；所述的总电源变换电路由降压变压器、桥式整流器、电容滤波器和低纹波开关芯片连接构成，其中低纹波开关芯片的输出端并联分出多个供电端口，该多个供电端口分别与监控主板上的分电源变换电路和各隔离板的分电源变换电路的输入端相接，所述的分电源电路至少由开关变压器、二极管整流器、LC滤波器连接构成；所述的隔离板由I²C总线的光隔接口电路和从采样板的标识电路及分电源变换电路构成，所述的各从采样板通过与其一一对应的隔离板上的I²C数据总线光隔接口电路与主采样板实现通讯连接，所述隔离板的分电源变换电路的输出端与从采样板的供电端口相接。

本实用新型进一步改进的技术方案如下：

所述的单片机采用型号为ADUC481的单片机芯片。

所述的被监控主电源的开关执行电路是一个由光控场效应管芯片和大电流双向可控硅连接构成的光控电子开关。

本实用新型与已有技术相比的优点如下：

1、本实用新型的采样板采用了带模拟量隔离的单片机芯片，使单片机可以通过采样电路在采样端直接采样，去掉了光隔器件和辅助电源，减小了模块体积，也简化了装置结构，较好地解决了采样隔离问题。

2、本实用新型用主、从隔离采样的方式实现了对一个主电源和多个辅助电源的密集监控，而且它把该多路监控模块分成主采样板、监控主板、隔离板和从采样板四个部分，用主采样板实现对主电源的信号采集和对主电源的切断，用各从采样板实现对各线性电源的信号采集，用RS485数据总线实现主采样板与上级计算机的通讯，并用监控主板实现主采集板与上级计算机的数据传输隔离，用I²C数据线实现从采样板与主采样板通讯，并用隔离板实现从采样板与主采样板的数据传输隔离。采用这种结构，一是数据线的结构比较简单，二是四个板从功能上分开，使增加或减少监控数量都非常方便，即通过增加或取消一一对应的隔离板和从采样板就可实现，使硬件的组配非常灵活，且调试和检修也都非常方便。

3、本实用新型在总电源电路中采用了低纹波开关芯片，它可以同时等比例驱动多达10个并联的开关变压器，使从采样的监控数量可多达9路，同时，各板的供电都为低纹波，保证了被监控对象所受的电磁干扰最小，因此，极大地提高了产品的性价比。

4、本实用新型由于采用光控场效应管驱动大电流双向可控硅来控制主路负载的通断，极大地提高了电子开关的抗干扰能力。同时由于使用电子开关，大大延长了开关寿命，并且极大地减少了机械开关的电磁干扰。

5、本实用新型在每一个环节上都充分考虑了功耗问题，所以系统功耗很小，同时，又采用厚膜集成，使体积大大减小。

附图说明

图1、本实用新型的原理方框图。

图2、主采样板的电路原理图。

图3、监控主板的电路原理图。

图4、隔离板的电路原理图。

图5、从采样板电路原理图。

图6、雷达电源监控装置的电路原理图。

具体实施方式

参见图1，它由一个主采样板1、一个监控主板2、多个从采样板3和与多个从采样板一一对应的隔离板4组成。

参见图2，所述的主采样板包括单片机芯片1-1，它外围元件由晶振电路1-2、复位电路1-3和交流变换电路1-4组成。在所述单片机的I/O口接有以下采样电路：

(1)电压VO+的采样电路，电压VO+是被监控主电源输出的一个直流大功率高电压，该电压通过电阻分压器1-5送入比较器1-6的正输入端，由单片机的P10端输出门坎电压AINO送入比较器1-6的负输入端，该端既是门坎电压的输出端，也是采样信号的输入端。当采样电压VO+高于门坎电压AINO时，比较器1-6输出高电平，则系统需下调VO+，反之，比较器1-6输出低电平，则系统需上调VO+，通过调节，使VO+始终跟随设定值，以实现稳压调节。为了过压保护，在电阻分压器1-5的输出端与VCC电源之间接有一个嵌位二极管V4，当VO+过压超出VCC的+5V电压时，二极管V4导通，将电阻分压器1-5的输出端电压嵌位在+5V，从而使比较器1-6的正输入端电压不超过额定值，起到保护该比较器的作用。

(2)电压VI+的采样电路，VI+是被监控主电源输出的一个正向直流电压，该电路由电阻分压器1-7和比较器1-8构成。它的采样原理和电路结构与VO+的相同。

(3)电压AUX+的采样电路，电压AUX+是被监控主电源输出的一个交流电压，该电路由电阻分压器1-9和比较器1-10构成。它的采样原理和电路结构也与VO+的相同，另外，被监控电源还需要本采样板输出一个过压保护端ADJ，当该端超过VCC时，嵌位二极管V6导通，将该端嵌位在VCC的+5V电压上。

(4)电压VI-的采样电路，电压VI-是被监控主电源输出的一个负向直流电压，该采样电路由比较器1-11构成，该比较器正输入端通过一个电阻接地GND，从而输入一个低电平，当采样电压VI-低于该低电平时，该比较器输出端输出一个高电平，反之，输出一个低电平，该采样信号通过比较器输出端送入单片机1-1的AIN1端，从而完成采样。该采样电路过压保护电路由比较器1-12构成，由单片机的DAC1端输出一个门坎电压送入比较器1-12的负输入端，采样VI-通过限流电阻送入该比较器的正输入端，当采样VI-超过门坎电压时，该比较器输出高电平，则其输入端的二极管V1将该电压嵌位在+5V，该电压又传送到该比较器正输入端，进而传送到VI-的采样输入端，起到采样比较器1-11的保护作用。

(5)电压VFER的采样电路，电压VFER是单片机1-1正常工作所需交流电压AVCC的检测电压，该采样电路由比较器1-13构成。采样电压VFER送入该比较器1-13的正输入端，由单片机的DACO端输出门坎电压送入该比较器的负输入端，其中DACO既是门坎电压的给定端，又是检测端，当采样电压VFER高于DACO时，该比较器输出高电平，反之，输出一个低电平，它输出的检测电压又反馈到DACO端而送入单片机，从而完成采样。

(6)温度电压TEPM的采样，电压TEPM是温度传感器输出的电压，它采集的是被监控主电源的温度。

上述被监控主电源所有的采样端通过接插件XPO引入本主采样板。

参见图2、3，所述的监控主板由一个被监控主电源的开关执行电路2-1、一个串行数据线与RS485数据总线的光隔接口转换电路2-2、一个总电源变换电路2-3和二个分电源变换电路2-4、2-5构成。各电路具体构成如下：

所述的开关执行电路2-1由光控场效应管N2和双向可控硅V9连接构成，光控场效应管的控制端(2脚)接主采样板单片机1-1的OC端，双向可控硅V9的开关端L1、L0通过接插件XG1引出本模块，接在负载回路中。当单片机1-1给出开关启动信号时，光控场效管N2导通，并通过其4脚输出驱动信号给双向可控硅的控制端，使其导通，则被监控主电源为负载供电，当被监控电源(主电源或从电源)出现异常时，单片机1-1立即通过其OC端给跳闸信号，使光控场效应管截止，则双向可控硅V9截止，切断负载供电回路。单片机1-1通过I²C数据线可以得知从采样板对从电源监控的情况，如果有问题，主采样板同样输出跳闸信号，切断主电源对负载的供电。

所述的光隔接口转换电路2-2主要由RS485接口转换芯片D1，两个光耦器件D5、D6和两个异或门D2、D3连接构成。所述主采样板单片机1-1串行口的TXD端是控制RS485接口转换芯片D1发送与接收数据的控制端，而RXD端是数据接收端。当需要开启接收端RXD时，单片机1-1通过TXD发出低电平信号，该信号通过异或门D2和光耦D6送入芯片D1的使能端DE，使芯片的接收器接通，则RXD端可以监听总线的状态，随时可以接收数据，接收时，总线数据通过TR-、TR+端送入芯片D1，并从D1的1脚输出，经异或门D3和光耦D5输出，从而实现与上级计算机的光隔通讯连接。所述的RS485总线的TR-、TR+和IEARTH(地线)端通过接插件XG2引入本监控主板，本监控主板与主采样板的数据线和电源线的连接通过接插件XS0相接。

所述的总电源变换电路由降压变压器T3、桥式整流器2-31、电容滤波器C15、C16和低纹波开关芯片N1连接构成，～220V电网电压的火线LI和零线NI通过接插件XG1引入，该～220V电网电压经过总电源变换电路的降压、整流、滤波后，变成直流，再经开关芯片N1逆变成高频交流电压，然后接入分电源变换电路，所述的分电源变换电路2-4由开关变压器T1、二极管整流器V3、V4和LC滤波器L3、C12连接构成，总电源变换电路输出的高频交流电压经开关变压器T1的耦合及二极管的整流和LC滤波后变换成+5V直流电压为电路供电。其中总电源变换电路中的低纹波开关芯片N1具有10个开关变压器的驱动能力，也就是说它可以分别为10个分电源变换电路供电，以解决多路采样的供电问题。本监控板需要两路供电，开关芯片N1的输出端COLA、COLB分别为本监控主板两个分电源变换电路2-4、2-5供电，所述分电源变换电路2-5与2-4结构相同，只是在它的输出端又加了一级稳压芯片D4，使其输出电压的波动范围很小，满足光隔接口转换电路2-2的供电要求。为了给多个隔离板上的分电源变换电路供电，在监控主板上可以设置多个接插件XD1，由它们将COLA、CLOB、VIN2等电源端线分别引入各隔离板。

参见图2、4、5，所述的隔离板由I²C总线的光隔接口电路4-1和从采样板的标识电路4-2及分电源变换电路4-3构成。主采样板上单片机1-1的SCLK和SDA端是I²C数据线的接口，它们通过主采样板的接插件XS0引入监控主板，又由监控主板上的接插件XD1引入隔离板，再由隔离板的接插件XS1引入从采样板，从而实现主采样板与从采样板I²C数据线的光隔连接。所述主采样板I²C总线的SCLK信号通过异或门D7、光耦D8后，从SLCK-1端输出，并通过接插件XS1送给从采样板，而主采样板送出的数据信号SDA通过异或门D9、光耦D11、二极管V23后，从SDA-1端输出，也通过接插件XS1送入从采样板，从采样板回送的数据信号SDA-1通过异或门D10、光耦D12、二极管V24回送到主采样板的SDA端，从而完成主采样板与从采样板的数据通讯。所述的从采样板的标识电路4-1由三个电阻R11、R12、R13编码构成，每个电阻有“θ”、“1”两个状态，“0”为不接，“1”为接入，故可形成三位BCD码，从而为各隔离板编号，本隔离板的二进位码为111，该三位标识信号通过RXD-1、TXD-1、OC-1送入从采样板单片机3-1相应的接口，从采样板根据此标识确定为自己编号，以示区别。所述监控主板上为隔离板供电的CLOA、CLOB、VIN2等电源端通过接插件SD1引入隔离板，通过本隔离板上的分电源变换电路4-3的变换，提供VCC-1(+5V)电压和VCCI-1(稳压后的+5V)电压，并通过接插件XS1引入从采样板。

参见图5，所述的从采样板与主采样板的结构和采样原理均相同。

参见图1、6、雷达电源监控装置设有多个本电源监控模块，它们和中心显控计算机都连接在RS485的数据总线上，从阿而进行数据通讯。

Claims (3)

1、一种智能化电源监控模块，其特征是：

A、它由一个主采样板(1)、一个监控主板(2)、多个从采样板(3)和与多个从采样板一一对应的隔离板(4)组成；

B、所述的主采样板(1)和从采样板(3)均由一个单片机芯片及其外围元件和接在该单片机芯I/O口上的多个模拟量采样电路构成，并且所述的单片机芯片为带模拟量隔离的单片机芯片；

C、所述的监控主板包括一个被监控主电源的开关执行电路(2-1)、一个串行数据线与RS485数据总线的光隔接口转换电路(2-2)、一个总电源变换电路(2-3)和分电源变换电路(2-4)；所述的主采样板1通过本监控主板上的串行数据线与RS485数据总线的光隔接口转换电路(2-2)实现与上级计算机的通讯连接；所述的总电源变换电路(2-3)由降压变压器、桥式整流器、电容滤波器和低纹波开关芯片连接构成，其中低纹波开关芯片的输出端并联分出多个供电端口，该多个供电端口分别与监控主板上的分电源变换电路和各隔离板的分电源变换电路的输入端相接，所述的分电源电路至少由开关变压器、二极管整流器、LC滤波器连接构成；

D、所述的隔离板(4)由I²C总线的光隔接口电路(4-1)和从采样板的标识电路(4-2)及分电源变换电路(4-3)构成，所述的各从采样板(3)通过与其一一对应的隔离板(4)上的I²C数据总线光隔接口电路与主采样板实现通讯连接，所述隔离板的分电源变换电路(4-3)的输出端与从采样板的供电端口相接。

2、根据权利要求1所述的智能化电源监控模块，其特征是：所述的单片机采用型号为ADUC481的单片机芯片。

3、根据权利要求1或2所述的智能化电源监控模块，其特征是：所述的被监控主电源的开关执行电路(2-1)是一个由光控场效应管芯片和大电流双向可控硅连接构成的光控电子开关。

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