CN204928569U - 智能型开关电源 - Google Patents

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Abstract

一种智能型开关电源,包括依次连接的EMI滤波器单元、整流单元、直流滤波器单元、PFC校正单元、DC/DC单元；直流输入电压和直流输出电压/电流及交流输入电压经传感器采样后均与微处理器模块连接；温度传感器与微处理器模块连接；微处理器模块连接有键盘单元和显示器单元；微处理器模块输出的PWM调制信号控制DC/DC单元输出功率的大小；微处理器模块还连接与外部通讯的通讯端口；微处理器模块工作电源还连接有电源管理单元。具有高功率因数及低谐波指标。本实用新型具有更加完善的自我保护功能;因微处理器I/O通讯端口为wifi端口，通过手机或平板电脑就可以远程操控，使用方便;采用甲电源和乙电源通过电源管理单元向微处理器模块提供工作电源方式，使得实用性更强。

Description

智能型开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域技术，尤其是指一种智能型开关电源。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制芯片和金氧半场效晶体管(MOSFET)构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
然而这种传统的开关电源通常采用逻辑IC器件，这就存在诸多缺点:首先，逻辑IC设计时电路所需元器件多，电路复杂，造成生产成本高;由于电子元器件过多也使得电源的可靠性和安全性降低，同时使开关电源的体积变大及装配调试难度加大，还有，这种传统开关电源保护功能欠佳，更谈不上远程控制通讯，给使用带来诸多不便。
本发明要解决的技术问题，是提供一种智能开关电源，智能化开关电源的主要功率变换电路仍然采用传统开关电源相同的拓扑结构，但其反馈控制环路不采用传统的模拟控制方式，而是采用数字控制方式，通过智能化的数字控制技术，力求解决电源的稳定性、抗干扰性、远程控制性等问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明智能型开关电源采用如下之技术方案:
一种智能型开关电源,包括依次连接的EMI滤波器单元、整流单元、直流滤波器单元、PFC校正单元、DC/DC单元；直流输入电压和直流输出电压/电流及交流输入电压经传感器采样后均与微处理器模块连接；温度传感器与微处理器模块连接；微处理器模块连接有键盘单元和显示器单元；微处理器模块输出的PWM调制信号控制DC/DC单元输出功率的大小；微处理器模块还连接与外部通讯的通讯端口；微处理器模块工作电源还连接有电源管理单元。
更进一步，微处理器模块采集DC/DC单元的输入电压和输出电压电流，一方面通过输出PWM信号控制DC/DC单元的输出功率；另一方面通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
更进一步，微处理器模块采集交流输入电压，通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
更进一步，微处理器模块采集DC/DC单元工作温度，一方面通过输出PWM信号控制DC/DC单元的输出功率；另一方面通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
更进一步，所述I/O通讯端口为wifi端口。
更进一步，甲电源和乙电源通过电源管理单元向微处理器模块提供工作电源。
本发明的有益效果:
1、因EMI滤波器单元及PFC校正单元的功能，使得本发明具有高功率因数及低谐波指标。
2、因采集DC/DC单元的输入电压和输出电压电流，采集了DC/DC单元工作温度及采集了输入交流输入电压数值，通过微处理器控制，使得本发明具有更加完善的自我保护功能。
3、因微处理器I/O通讯端口为wifi端口，通过手机或平板电脑就可以远程操控，使用方便。
4、采用甲电源和乙电源通过电源管理单元向微处理器模块提供工作电源方式，使得实用性更强。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图2是本发明磁保持继电器控制原理图；
图3是本发明WIFI模块连接示意图；
图4是本发明甲电源工作原理框图；
图5是本发明电源管理单元原理图
附图标识说明:
1、EMI滤波器单元；2、整流单元；3、直流滤波器单元、
4、PFC校正单元；5、DC/DC单元；6、键盘单元；
7、显示器单元；8、开关单元；9、微处理器单元；
10、WIFI模块；11、DC/DC单元输入电压检测传感器；
12、DC/DC单元输出电压电流检测传感器；
13、DC/DC单元工作温度传感器；
14、交流输入电压检测传感器；15、电源管理单元；
16、甲电源；17、乙电源；18：远程开关。
具体实施方式
请参照图1所示，其显示出了本发明之第一实施例的具体结构，EMI滤波器单元1、整流单元2、直流滤波器单元3、PFC校正单元4、DC/DC单元5依次连接。DC/DC单元输入电压检测传感器11，接在PFC校正单元4输出和DC/DC单元5输入回路上，采集输入到DC/DC单元5的输入电压高低输入，采集后的数据送往微处理器单元9，当输入电压高于上限值或低于下限值时，微处理器单元9发出动作指令给开关单元8，开关单元8关断送往EMI滤波器单元1的交流通路，保证本智能型开关电源的设备安全。
DC/DC单元输出电压电流检测传感器12，接在DC/DC单元5的输出回路上，用于采集DC/DC单元5的输出电压和输出电流，采集后的数据送往微处理器单元9，微处理器单元9根据采集后的数据进行运算，输出PWM信号给DC/DC单元5，用于调整DC/DC单元5输出功率的大小，以保证本智能型开关电源的输出电压和输出电流始终稳定在设点值范围内。当输出电压/电流高于或低于极限值时，微处理器单元9发出动作指令给开关单元8，开关单元8关断送往EMI滤波器单元1的交流通路，保证本智能型开关电源的设备安全。DC/DC单元工作温度传感器13用于采集DC/DC单元工作温度，采集后的数据送往微处理器单元9，微处理器单元9根据采集后的数据进行运算，输出PWM信号给DC/DC单元5，用于调整DC/DC单元5输出功率的大小，DC/DC单元5功率大小影响到其工作温度的高低，以保证本智能型开关电源的安全。
交流输入电压检测传感器14接在EMI滤波器单元1的输入回路上，用于检测输入交流电压的高低，采集的数据送往微处理器9，当输入交流电压高于上限值或低于下限值时，微处理器单元9发出动作指令给开关单元8，开关单元8关断送往EMI滤波器单元1的交流通路，保证本智能型开关电源的设备安全。
甲电源16的输入来自直流滤波器单元3，经甲电源16变换输出送往电源管理单元15，为微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8、远程开关18及WIFI模块10提供所需的直流工作电源，乙电源17是锂电池，为了增强电源的功用性，本发明配置了一套由两节可充电狸离子电池构成的+5v备用电源，该备用电源的充放电过程完全由本智能电源独立完成。乙电源17它的输出也送往电源管理单元15；在交流电源正常供电时，电源管理单元15将优先将甲电源16的电压送往微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8、远程开关18及WIFI模块10；当交流电源失常时，电源管理单元15将乙电源17送往微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8、远程开关18及WIFI模块10，保证保证本智能型开关电源的正常运行。
交流电源失常在以下状态会出现：
在DC/DC单元输入或输出超限时，在交流输入电压超限时，以上状态下微处理器单元9都会发出动作指令关断交流输入通路，当交流通路关断后，EMI滤波器单元1、整流单元2、直流滤波器单元3、PFC校正单元4、DC/DC单元5都无法工作，此时乙电源17通过电源管理单元15向微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8、远程开关18及WIFI模块10提供工作电源。由于DC/DC单元输入电压检测传感器11；DC/DC单元输出电压电流检测传感器12；交流输入电压检测传感器14都是无源传感器，在此状态下，它们依然工作，只要微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8、远程开关18及WIFI模块10有工作电源，采集的数据依然上传到微处理器单元9，到采集到DC/DC单元输入或输出正常及在交流输入电压正常时，微处理器单元9又会向开关单元8发出动作指令开启交流输入通路，使得本智能型开关电源正常运行。
采用乙电源17的另一个原因是为了保证通过WIFI模块10如手机可实现远程开机的功能，同时设有远程开关18。在正常工作状态下，远程开关18一直处于常闭（关断）状态，当在远程需要关机时，如采用手机发出关机信号，通过网络和无线路由器，再通过WIFI模块10与微处理器单元9进行通讯，微处理器单元9处理信号后，发出动作指令将远程开关18打开处于开启状态，使得EMI滤波器单元1的交流输入通路断开而无输出信号送出，造成整流单元2、直流滤波器单元3、PFC校正单元4、DC/DC单元5都停止工作。
此时虽然乙电源17通过电源管理单元15向微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8及WIFI模块10提供工作电源。输入电压检测传感器11；DC/DC单元输出电压电流检测传感器12；交流输入电压检测传感器14都是无源传感器，在此状态下，它们依然工作，微处理器单元9、键盘单元6、显示器单元7、开关单元8及WIFI模块10有工作电源，采集的数据依然上传到微处理器单元9，
但是在远程开关18处于开启状态的同时，远程开关18的辅助触点将输出一信号给微处理器单元9，微处理器单元9在收到该信号后会将软件运行程序转为远程工作状态，在此工作状态下，微处理器单元9的I/O1-----I/O7口将休眠。
当在远程需要开机时，如采用手机发出开机信号，通过网络和无线路由器，再通过WIFI模块10与微处理器单元9进行通讯，微处理器单元9的I/O10口收到信号处理后，发出动作指令将远程开关18关断处于常闭状态，远程开关18的辅助触点将输出一信号给微处理器单元9，微处理器单元9在收到该信号后会将软件运行程序转为正常工作状态，在此工作状态下，微处理器单元9的I/O1-----I/O7口将解除休眠恢复正常，其工作状态流程如前面所述。
图2是本发明磁保持继电器控制原理图，本发明采用了两个磁保持继电器，采用磁保持继电器作为执行开关其优点在于：磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢产生的磁力所保持，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。磁保持继电器只要一个正向电就会永久吸合，触点处于保持状态时就不需要保持电压，如果要释放就加上反向电压，工作可靠、节能。
微处理器单元输出经驱动电路和二极管D1、D2经电阻R1、R2到地，保持低电平。这样当在A端加高电平时，磁保持继电器J1动作，触点1和2及3和4接通，220V交流电压经触点输出，反之在B端加高电平，磁保持继电器复归，触点1和2及3和4断开，220V交流电压无法经触点输出，BL8023是双向继电器驱动集成专用电路，用于控制磁保持继电器的工作，具有输出电流大，静态功耗小的特点，BL8023双向继电器驱动集成电路管脚功能如下：
3脚:输入A接触发脉冲，也可接电平触发。
7脚:输入B接触发脉冲，也可接电平触发。
2脚、6脚是空脚。
1脚:输出QA接继电器的线包一端。
5脚:输入QB接继电器的线包另一端。
8脚:Vdd加继电器工作电压正端。
4脚:Vss加继电器工作电压负端。
磁保持继电器J2实际上就是远程开关18，它的工作原理与磁保持继电器J1一样，只是磁保持继电器J2的两对触点其中一对连接磁保持继电器J1的一对，将220V相线连接送往EMI滤波器单元一端，而220V零线则通过磁保持继电器J1的另一对触点送往EMI滤波器单元另一端；磁保持继电器J2的另一对触点一端接VDD，另一端接微处理器单元的I/O9口，在正常工作状态下，远程开关18（磁保持继电器J2）一直处于常闭（关断）状态，此时VDD电压经远程开关18（磁保持继电器J2）的一对触点加在微处理器单元的I/O9口，在远程控制工作状态下，远程开关18（磁保持继电器J2）处于常开（开启）状态，加在微处理器单元的I/O9口上的电压VDD消失，微处理器将根据I/O9口电压幅值变化来判断本智能型开关电源的工作模式。
图3为本发明WIFI串口模块工作原理框图，WiFi串口模块，又称为嵌入式WiFi模块，是内嵌TCP/IP协议的WiFi模块。其硬件构成主要是由内嵌的一个单片机和WiFi模块构成，单片机要实现裸机驱动程序和TCP/IP协议，WiFi模块则必须完成数据的无线收发。嵌入式WiFi模块对外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通过串口或者SPI接口和外接微处理器连接，让设备轻松接入Internet网络。
WiFi串口模块A3选用TLN13U06WIFI，休积小，功耗低。本产品采用异步收发传输器（UART）接口,内置lEEE802.11协议栈以及'I'CP/IP协议栈，能够实现用户串口到无线网络之间的转换。
WiFi串口模块A3TLN13U06WIFI与微处理器在硬件上连接十分简单，TLN13U06WIFI的1脚与微处理器的CTS脚连接，CTS（ClearToSend）允许发送：为输入信号，由TLN13U06WIFI芯片产生，通知微处理器可以传送数据。
TLN13U06WIFI的2脚与微处理器IC100的RTS脚连接，RTS（RequestToSend）请求发送：为输出信号，由微处理器产生，通知模块可以发送数据。
TLN13U06WIFI的6脚与微处理器的TX端连接，用于串口数据传送。
TLN13U06WIFI的7脚与微处理器的RX端连接，用于串口数据接收。
实际实用中首先通过手机端的配置程序，配置模块要连接的路由器的名称(SSID)和密钥;
通过手机端的配置程序，配置模块要连接远程服务器的IP地址;
配置模块上电连接远程服务器;
手机等控制终端连接远程服务器，下达命令;
远程服务器将用户指令下发给住宅中的WiFi串口模块;
WiFi串口模块通过微处理器及其它相关电路完成对智能电源的远程控制功能。
图4为本发明中甲电源工作原理框图，整流滤波单元输出的直流电压送入由AMS1117（A4）的输入端3脚，AMS1117是一个正向低压降稳压器，AMS1117内部集成过热保护和限流电路。2脚输出稳定的直流电压，为各单元电路提供所需工作电压，C400、C401、C402是滤波电容器。
图5为电源管理单元原理图，甲电源直接送往电源管理单元与二极管D的负极连接，乙电源送往电源管理单元与二极管D的正极连接，在交流供电正常情况下，甲电源的电压高于乙电源的电压，由于二极管的单向导电作用，乙电源不会通过二极管向外提供电压VDD，此时电压VDD由甲电源提供；当交流失电时，甲电源无电压输出，此时乙电源通过二极管向外输出电压VDD。
本发明智能开关电源软件采用C语言编写，软件功能模块较多，程序较大在此就不予以详细阐述。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述，但是，本专业技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种智能型开关电源,其特征在于：包括依次连接的EMI滤波器单元、整流单元、直流滤波器单元、PFC校正单元、DC/DC单元；DC/DC单元的直流输入电压和直流输出电压/电流及交流输入电压，经传感器采样后均与微处理器模块连接；温度传感器与微处理器模块连接；微处理器模块连接有键盘单元和显示器单元；微处理器模块输出的PWM调制信号控制DC/DC单元输出功率的大小；微处理器模块还连接与外部通讯的通讯端口；微处理器模块工作电源还连接有电源管理单元。
2.根据权利要求1所述一种智能型开关电源,其特征在于：微处理器模块采集DC/DC单元的输入电压和输出电压电流，一方面通过输出PWM信号控制DC/DC单元的输出功率；另一方面通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
3.根据权利要求1所述一种智能型开关电源,其特征在于：微处理器模块采集交流输入电压，通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
4.根据权利要求1所述一种智能型开关电源,其特征在于：微处理器模块采集DC/DC单元工作温度，一方面通过输出PWM信号控制DC/DC单元的输出功率；另一方面通过开关单元开启或关闭交流输入通道。
5.根据权利要求1所述一种智能型开关电源,其特征在于：电源管理单元连接有甲电源和乙电源，通过电源管理单元向微处理器单元、键盘单元、显示器单元、开关单元、远程开关及WIFI模块提供所需的直流工作电源，乙电源是由锂电池组成。
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