CN206272331U - 一种智能节能冗余电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能节能冗余电源，其包括双线路输入自动切换模块、防雷滤波模块、主控制模块、控制驱动模块、输入控制模块、第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块、第一输出控制模块、第二输出控制模块、独立输出控制模块、独立输出接口模块，所述双线路输入自动切换模块通过防雷滤波模块与主控制模块连接，所述主控制模块与控制驱动模块连接，所述防雷滤波模块、控制驱动模块分别与输入控制模块电连接，所述输入控制模块与电源模块电连接，所述输出控制模块、驱动控制模块分别与独立输出控制模块电连接输出。本实用新型的智能节能冗余电源可靠性高，稳定性好，适应不同的供电距离长远，具有可靠的防雷性能。

Description

一种智能节能冗余电源

技术领域

本实用新型涉及一种冗余电源，尤其涉及一种智能节能冗余电源。

背景技术

安防系统的前端摄像机、光纤转换器、网络交换机、录像机等设备的供电，一般情况下采用单个设备单独供电和用一个大功率的220V转12V电源集中供电，这两种供电模式都有一个共同的问题，一旦电源顺坏，轻则某个设备失效，重则会造成全部失效的弊端。

普通机架式电源的内核只有一个电源模块，一旦失效，也会导致所有的设备失效，并且可调节的范围比较小，无法兼顾设备在距离远近上造成的损耗补偿。由于设备供电没有有效的隔离措施，一旦某个设备短路，将导致所有的设备失去供电失效，电源模块在负载短路没有及时排除的情况下，很容易就导致过流损坏。而且，单个的电源适配器也好，大功率率的开关电源模块也好，不能直观的显示当前的负载负荷情况，电源失效时不能及时的报警，内无可靠的防雷装置，一旦遭遇雷雨天气，很容易被雷击坏。另外，传统的供电模式不能满足需要节点的场合使用，传统的供电模式不能调节电压，不能实现设备的定时供电，无法实现电源的集中管理和控制，无法获知电源的工作状态。

目前市场上的双备份集成电源，对于低压切换电路采用继电器的切换模式，大功率的继电器切换时间大于10ms，对于网络摄像机、网络交换机、录像机这些对供电要求很高的设备，这么大的切换时间，很容易造成设备重启或者死机，也很容易造成硬盘的损坏。所以，目前这类安防设备的电源存在可靠性和稳定性的不足、低压供电距离较短，不能可靠的防雷等技术问题。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种智能节能冗余电源，可靠性高，稳定性好，具有可靠的防雷技术，兼顾系统中不同安装距离长远设备的供电的智能节能冗余电源。

对比，本实用新型的技术方案为：

一种智能节能冗余电源，其包括双线路输入自动切换模块、防雷滤波模块、主控制模块、控制驱动模块、输入控制模块、第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块、第一输出控制模块、第二输出控制模块、独立输出控制模块、独立输出接口模块、控制驱动模块，所述双线路输入自动切换模块通过防雷滤波模块与主控制模块连接，所述主控制模块与控制驱动模块连接，所述防雷滤波模块、控制驱动模块分别与输入控制模块电连接，所述输入控制模块与第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块电连接，所述第一主电源模块、第一备电源模块与第一输出控制模块电连接，所述第二主电源模块、第二备电源模块与第二输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块、驱动控制模块分别与独立输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块与第二输出控制模块电连接，所述驱动控制模块与第二输出控制模块电连接；所述独立输出控制模块与独立输出接口模块电连接后输出；所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压相同，所述第二主电源模块、第二备电源模块的电压相同，所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压小于第二主电源模块、第二备电源模块的电压。

优选的，所述第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块分别为12V主电源模块、12V备电源模块、15V主电源模块、15V备电源模块。一组15V，调节范围从13V-17V；一组12V，调节范围12-14V，从而覆盖了12-17V，从而实现了距离长短的设备的电力供应，每组电源由相同的两个电源模块组成，主电源模块和备电源模块。

输入的交流信号链接到双线路输入自动切换模块，自动选择一路经过防雷滤波模块，然后经过输入控制模块，将交流信号可选择性的输入第一或者第二电源模块，第一或者第二电源模块连接到输出控制模块，经过输出控制模块连接到独立输出控制模块，然后连接到独立输出接口模块，向外部设备提供电力。主控制模块通过控制驱动模块来控制电源模块的输入输出，从而实现电源的冗余转换以及节能控制。

在正常工作状态下，所有的电源模块都处于加电运行状态，其中都由主电源模块向负载提供电力，备电源模块虽然加电运行，但是与负载断开，处于0负载运行。当输出的电压超过了预设值，就认为电源模块发生了故障。当主电源发生了故障，系统将以US级的速度将输出切换到备电源模块输出，持续为负载提供电力。在正常工作期间，系统会随时监测主电源模块和备电源模块的输出是否正常，当检测到备电源模块输出不正常的情况下，会发出报警信号提醒用户更换备电源模块，从而保证了主电源模块和备电源模块在任何时候都是OK的，防止主电源模块发生故障，系统切换到备电源模块才发现备电源模块已经发生故障的问题出现，从而大大的提高了真个供电系统的高可靠性。

作为本实用新型的进一步改进，还包括电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块和内部供电模块，所述电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块和内部供电模块分别与主控制模块连接，所述内部供电模块的输入端与防雷滤波模块连接，所述内部供电模块的输出端包括12V输出端、5V输出端、3.3V输出端。此技术方案中，主控制模块通过电流信号采集模块，电压信号采集模块，温度信号采集模块来实时监测输出电压，输出电流以及本新型专利系统的内部温度，根据这些信息实时调控整个电源系统，使系统能稳定的提供持续的电力，并实时的显示电压，电流，温度信息，控制散热系统。内部供电模块将输入的交流市电变换为12V、5V、3.3V等多组低压直流电源，为智能节能冗余电源内部电路提供稳定可靠的电力。

作为本实用新型的进一步改进，所述防雷滤波模块包括一级防雷电路、EMC滤波电路和二级防雷电路，所述一级防雷电路与双线路输入自动切换模块，所述一级防雷电路通过EMC滤波电路与二级防雷电路连接，所述二级防雷电路与输入控制模块、主控制模块连接；所述一级防雷电路包括气体放电管和具有监控端的压敏电阻，所述滤波电路与主控制模块电连接，所述二级防雷电路包括TVS管。采用两级防雷设计，一级防雷电路采用气体放电管和具有监控端的压敏电阻组成，滤除主要的雷电、浪涌等杂波，并与主控制模块相连，主控制模块可以监测防雷电路是否失效。然后一级防雷模块后面连接EMC滤波电路，滤除干线上的高频杂波，然后再EMC滤波电路后面连接由TVS管组成的二级防雷电路，进一步滤除残余浪涌杂波，并与后面的电源模块内部的EMC滤波配合，等到干净的交流电，并将电源模块产生的高频杂波滤除。

作为本实用新型的进一步改进， 所述一级防雷电路包括压敏电阻M1、压敏电阻M2、压敏电阻M3、放电管G7、放电管G8、放电管G9，所述双线路输入自动切换模块的输出端同时与压敏电阻M1的一端、放电管G7连接，所述压敏电阻M1的另一端与压敏电阻M3的一端连接，所述压敏电阻M3的一端与放电管G9的一端连接，所述放电管G7与压敏电阻M2的一端连接，所述压敏电阻M2的另一端与放电管G8的一端连接，所述放电管G8的另一端与放电管G9的另一端连接接地；所述EMC滤波电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R7和共模电感L1，所述压敏电阻M1的另一端通过保险元件BX1与电容C1、电阻R7、共模电感L1的第4端连接，所述电阻R7与电阻R6串联；所述电容C1与电阻R6、共模电感L1的第一端连接，并与压敏电阻M2的一端、放电管G7连接；所述共模电感L1的第三端与第二端之间并联电容C2，所述电容C2的两端并联有电容C3、电容C4的串联电路，所述电容C3、电容C4的串联点接地；所述二级防雷电路包括TVS管D4、TVS管D5和TVS管D7；所述共模电感L1的第三端与TVS管D7的输入端、TVS管D5的输入端连接，所述TVS管D7的输出端与TVS管D4的输入端、电容C4连接，所述TVS管D4的输出端、TVS管D5的输出端连接接地。

作为本实用新型的进一步改进，所述输入控制模块为继电器开关切换控制模块，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块采用功率MOSFET作为主切换开关。输入控制模块采用继电器开关切换控制模式，输出控制模块采用功率MOSFET管进行高速开关切换，实现了电源输出的微秒级的切换时间，极高的开关速度，在开关瞬间不会对外部的设备造成影响，在切换的时候，对后级的用电设备，就相当于一个干扰脉冲，在后级用电设备的电源电路的滤波电路的平滑下，电力供应的中断切换时间几乎为0，对后级用电设备来讲就相当于供电没有中断过一样，非常平滑，实现了电源的无缝切换，实现了整个电源系统的高可靠性高稳定性。对于MOSFET管的驱动，采用高压驱动方式。优选的，MOSFET的型号为BUK7K5R1。

作为本实用新型的进一步改进，所述输入控制模块包括第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块，所述第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块的输入端同时与防雷滤波模块电连接，所述第一输入控制模块输出端与第一主电源模块电连接，所述第二输入控制模块与第一备电源模块电连接，所述第三输入控制模块与第二主电源模块电连接，所述第四输入控制模块与第二备电源模块电连接，所述控制驱动模块与第一输入控制模块电连接，所述第一输入控制模块与第二输入控制模块电连接，所述第二输入控制模块与第三输入控制模块电连接，所述第三输入控制模块与第四输入控制模块电连接。

作为本实用新型的进一步改进，其包括显示模块和网络联网模块，所述显示模块和网络联网模块分别与主控制模块电连接；所述智能节能冗余电源包括光电耦合器构成的防雷失效检测电路，所述防雷滤波模块通过防雷失效检测电路与主控制模块电连接。所述防雷失效检测电路通过监测压敏电阻的一端来判断防雷是否失效。采用此技术方案，所述智能节能冗余电源可以通过网络，向远程监控主机发送本机实时工作的电压、电流、温度、定时开关等工作状态，并可以通过网络，接收远程监控主机的操作指令，实现调压，输出节能等。由于采用标准的网络协议，实现了单个或多个智能节能冗余电源的远程监控和控制。主控制模块通过防雷失效检测电路连接到防雷滤波模块，来监控防雷滤波模块是否失效。

本智能节能冗余电源在前置面板上采用数字显示方式，直观的，实时的显示当前输出的电压，电流，系统的温度，电源模块的工作状态，电源输出的状态等信息，并且和远程控制主机实时同步显示当前信息。

作为本实用新型的进一步改进，所述显示模块为前置LED显示模块，其包括四个电源模块的电源指示灯、32路输出的通断状态指示灯、防雷失效指示灯；所述前置LED显示模块还包括报警电路，所述报警电路包括蜂鸣器。所述前置LED显示模块在电源的前面板，直观的数字化显示每组电源的输出电压和电流，以及电源系统机箱内部的温度。并且采用LED灯独立指示四个电源模块的工作状态，以及32路输出的通断状态指示，前置LED显示模块还包括报警电路，在电源失效的情况下，发出报警铃声。前置LED显示模块还包括防雷模块是否失效指示LED电路，为电源的可靠运行作直观的指示，让用户对电源的工作的工作状态一目了然。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控制模块包括主控CPU，所述主控CPU为32位的ARM芯片STM32F103系列；所述显示模块包括STC15W404AS芯片，所述STC15W404AS芯片和主控CPU通过SPI数据总线或者UART数据总线进行通讯；所述网络联网模块包括网络芯片W5500，所述网络芯片W5500与主控CPU通过SPI总线进行通讯。对于电源模块输出的电源异常采集采用8位的51芯片STC15W404AS系列。由于采用标准的网络协议，实现了多台智能节能冗余电源的集中管理和监控。

作为本实用新型的进一步改进，所述独立输出控制模块包括32路独立的继电器开关及32路独立的短路保护电路，所述32路独立的继电器开关的输入端与主控制模块连接，所述32路独立的继电器开关的输出端与32路独立的短路保护电路连接到独立输出接口模块；所述32路短路保护电路的每路均包括自恢复保险丝。继电器开关电路和主控制模块相连接，主控制模块可以控制任意路的通断和定时工作。自恢复保险丝保护电路在外部短路情况下，自动断开外部电路，保护电源不受损害，在外部短路排除的情况下，自动恢复供电。每路都单独设置了采用继电器的开关电路，实现了每路输出的开关控制，从而达到节能的目的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的智能节能冗余电源可靠性高，稳定性好，适应不同的供电距离长远，并具有可靠的防雷技术的集中供电用的电源系统，还实现了远程联网控制，实现了监控系统中多台智能节能冗余电源的集中管理和监控，为需要高可靠性，高稳定性供电的场合提供了一种非常有效，有益的解决方案。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的一种电路模块示意图。

图2是本实用新型实施例2的具体电路模块示意图。

图3是本实施例的实施例2的防雷滤波电路示意图。

图4是本实施例的实施例2的电源输出主备切换电路示意图。

图5是本实施例的实施例2的电源分配输出模块的电路示意图，图中只显示一路的电路形式，其他通道的电路形式是一样的。

图6是本实施例的实施例2的电源模块故障监测电路示意图。

图7是本实施例的实施例2的电流放大电路示意图。

图8是本实施例的实施例2的MOSFET驱动电路示意图。

图9是本实施例的实施例2的主控制MCU电路示意图。

图10是本实施例的实施例2的联网模块的电路示意图。

图11是本实施例的实施例2的前置显示模块的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步具体的说明。

实施例1

如图1所示，一种智能节能冗余电源，其包括双线路输入自动切换模块、防雷滤波模块、主控制模块、控制驱动模块、输入控制模块、第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块、第一输出控制模块、第二输出控制模块、独立输出控制模块、独立输出接口模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块、前置LED显示模块、网络联网模块、内部供电模块，所述双线路输入自动切换模块通过防雷滤波模块与主控制模块连接，所述主控制模块与控制驱动模块连接，所述防雷滤波模块、控制驱动模块分别与输入控制模块电连接，所述输入控制模块与第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块电连接，所述第一主电源模块、第一备电源模块与第一输出控制模块电连接，所述第二主电源模块、第二备电源模块与第二输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块、驱动控制模块分别与独立输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块与第二输出控制模块电连接，所述驱动控制模块与第二输出控制模块电连接；所述独立输出控制模块与独立输出接口模块电连接后输出；所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压相同，所述第二主电源模块、第二备电源模块的电压相同，所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压小于第二主电源模块、第二备电源模块的电压。所述电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块、前置LED显示模块、网络联网模块和内部供电模块分别与主控制模块连接。所述第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块分别为12V主电源模块、12V备电源模块、15V主电源模块、15V备电源模块；所述输入控制模块为继电器开关切换控制模块，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块采用功率MOSFET作为主切换开关。所述输入控制模块包括第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块，所述第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块的输入端同时与防雷滤波模块电连接，所述第一输入控制模块输出端与第一主电源模块电连接，所述第二输入控制模块与第一备电源模块电连接，所述第三输入控制模块与第二主电源模块电连接，所述第四输入控制模块与第二备电源模块电连接，所述控制驱动模块与第一输入控制模块电连接，所述第一输入控制模块与第二输入控制模块电连接，所述第二输入控制模块与第三输入控制模块电连接，所述第三输入控制模块与第四输入控制模块电连接。所述智能节能冗余电源包括光电耦合器构成的防雷失效检测电路，所述防雷滤波模块通过防雷失效检测电路与主控制模块电连接。所述内部供电模块的输入端与防雷滤波模块连接，所述内部供电模块的输出端包括12V输出端、5V输出端、3.3V输出端。内部供电模块将输入的交流市电变换为12V、5V、3.3V等多组低压直流电源，供给智能节能冗余电源内部的需电模块，为智能节能冗余电源内部电路提供稳定可靠的电力。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，一种智能节能冗余电源，根据系统内部电路板布局，分成10个电路模块，分别为220V前置模块、4个电源模块、电源输出主备切换模块、电源分配输出模块、前置显示模块、系统主控制模块和联网模块，每个模块都和系统主控制模块相连接，主控制模块获取各模块的工作状态信息，以及电流电压，温度等信息数据，并显示在前置面板上，同时产生相应的报警信号。并将所有的状态信息及数据经过联网模块，通过网络传送到监控中心主机上。

如图2所示，本实施例中的220V前置模块，属于220V强电模块，其中包括了双线路输入接口，自适应双路输入切换电路，一级防雷电路，EMC滤波电路，二级防雷电路，主备电源模块测试开关，防雷失效检测，4个输入控制单元，分别为第一输入控制单元，第二输入控制单元，第三输入控制单元，第四输入控制单元，两条线路的220V市电接入，通过由继电器为主元件构成的自适应双路输入切换电路选择一路，输入一级防雷，经过一级防雷，将高能量的雷电电压、浪涌电压、静电ESD电压、强的干扰信号滤除，然后输入到EMC滤波电路，进一步滤除电源中的高频干扰信号，输出比较纯净的电源，EMC滤波电路也滤除内部电源模块产生的高频干扰信号，和电源模块内部的EMC滤波电路一同组成多级EMC滤波电路。外部220V市电通过一级防雷电路、EMC滤波电路后进入二级防雷电路，进一步滤除残余的雷电电压，浪涌电压，静电电压等，二级防雷电路由于干扰信号已经很小，采用TVS管即可，经过滤波防雷后的纯净的电源，然后输入由继电器构成的输入控制单元，分成4路，分别输出到后面的4个电源模块，即12V主电源模块、12V备电源模块、15V主电源模块、15V备电源模块，用于控制在待机或者后面的电源模块发生故障时切断相应的电源模块的电力供应，防止故障进一步扩大范围。并且在在线更换电源的时候完全切断相应电源模块的220V电力。在220V前置模块中，还包括了由光电耦合器构成的防雷失效检测，防雷电路在使用过程中，会逐渐衰减，或者发生故障失效，需要主控系统提前检测到并告知用户更换防雷模块，确保系统继续安全工作。由于防雷模块工作在220V高压电路，失效信号输出也是220V，所以采用光电耦合转换成5V的弱电信号，并实现隔离。

如图3所示，所述一级防雷电路包括压敏电阻M1、压敏电阻M2、压敏电阻M3、放电管G7、放电管G8、放电管G9，所述双线路输入自动切换模块的输出端同时与压敏电阻M1的一端、放电管G7连接，所述压敏电阻M1的另一端与压敏电阻M3的一端连接，所述压敏电阻M3的一端与放电管G9的一端连接，所述放电管G7与压敏电阻M2的一端连接，所述压敏电阻M2的另一端与放电管G8的一端连接，所述放电管G8的另一端与放电管G9的另一端连接接地；所述EMC滤波电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R7和共模电感L1，所述压敏电阻M1的另一端通过保险元件BX1与电容C1、电阻R7、共模电感L1的第4端连接，所述电阻R7与电阻R6串联；所述电容C1与电阻R6、共模电感L1的第一端连接，并与压敏电阻M2的一端、放电管G7连接；所述共模电感L1的第三端与第二端之间并联电容C2，所述电容C2的两端并联有电容C3、电容C4的串联电路，所述电容C3、电容C4的串联点接地；所述二级防雷电路包括TVS管D4、TVS管D5和TVS管D7；所述共模电感L1的第三端与TVS管D7的输入端、TVS管D5的输入端连接，所述TVS管D7的输出端与TVS管D4的输入端、电容C4连接，所述TVS管D4的输出端、TVS管D5的输出端连接接地。

如图2所示，本实施例中的电源模块，有两组，每组2个，共4个电源模块，即12V主电源模块、12V备电源模块、15V主电源模块、15V备电源模块。一组输出12V，可调节范围12V-14V，一组输出15V，可调节范围13-17V，那组合后可调范围12V-17V，这样子，就可以适应监控系统中不同距离的设备供电。电源模块的220V输入和220V前置模块相连接，然后输出12V或者15V的电压到电源输出主备切换模块。

如图2所示，本实施例中，电源输出主备切换模块包含了12V电子切换开关电路、15V电子切换开关电路、浪涌保护电路、温度检测电路、电流检测电路、电压检测电路。两组电子切换开关工作模式是一样的，电路示意图参考图4，电子切换开关电路采用N沟道的大功率MOSFET，其中主电源模块的输出接到由Q1、Q2组成的电子开关，备电源模块的输出接到由Q3、Q4组成的电子开关，然后两个开关再并接到输出，在场效应管的输入输出都增加由TVS管T1、T2、T3组成的过压、浪涌保护电路，电流检测为R1。在正常工作时，Q1、Q2导通，Q3、Q4截至，将切换到主电源模块输出，当主电源模块发生故障或异常时，Q1、Q2截止，Q3、Q4导通，系统自动切换到备电源模块，在本实施例中的电源输出主备切换模块还包括了由NTC电阻来作为温度传感器，监测MOSFET的温度，根据温度，启停散热风扇。

如图2所示，本实施例中电源分配输出模块包含了12V电源分配模块、短路保护单元、输出指示、输出单元、防雷单元、继电器驱动单元，总共支持34路输出，分别为32路2A输出、2路6A输出，6A输出用于支持录像机等需求大电流的设备，其中32路2A输出包括24路输出单元和8路输出单元的输出，继电器驱动电路如图5所示。

如图5所示，D67,C39,BX33,D41,R40,JP221构成了6A的输出通道，D67为隔离二极管，防止电流倒灌，C39为高容量的储能电容，在电源模块发生故障时能为负载提供短暂的电力供应，保证如录像机这种对电源比较敏感的设备部受影响。BX33为短路保护用自恢复保险PPTC，用户负载短路时提供对电源系统的保护和其他输出通道的隔离，T5为高功率的TVS管，用于设备的静电保护和过压保护，由继电器K1,自恢复保险BX1，输出接口JP222构成了2A低电流设备供电通道，图示中只画出了一个通道的示意图，其他通道类似，图中虚线内为继电器驱动电路，对于摄像机等这些设备，对电压的短暂的跌落，不那么敏感，所以取消了储能电容和隔离二极管，这里采用继电器进行电源通道分配，可以受系统主控制模块的控制，实现通道的定时通断或者手动控制通断，实现节能的目的。自恢复保险丝PPTC一种特殊的短路保护器件，在线路短路的情况下，会自动断开负载，当故障排除，又自动恢复。

如图2所示，本实施例的系统主控制模块包含了220V前置模块继电器驱动单元、电源模块故障检测MCU、电流放大电路、报警电路、MOSFET驱动单元、系统风扇驱动单元、主控MCU(ARM)、以及内部系统需要的各种低压电源用稳压电路。220V前置模块继电器驱动单元、电源模块故障检测MCU、电流放大电路、报警电路、MOSFET驱动单元、系统风扇驱动单元分别与主控MCU(ARM)连接。如图6所示，电源故障检测MCU采用带ADC的51单片机，单片机不停的检测电源模块的输出电压12V和15V，一旦输出超过了正常范围即判定当前的工作电源模块出现故障，然后将通过PINT向主控MCU发送中断信号，通知主控MCU，电源模块发生了故障。电流放大采用低噪音运放构成的正相比例放大器，电流放大电路示意图如图7所示。如图8所示，对于MOSFET驱动电路，本设计中采用N沟道的MOSFET管，需要正向驱动，这里采用28V的驱动电压，所以驱动电路兼顾了电流放大和电平转换的功能，当输入是高电平的时候，Q21和Q22处于饱和状态，这样子，Q26的B极被拉低，Q26处于饱和导通状态，同时Q12的B极被拉低，Q12处于截止状态，这样，驱动电路的输出为高电平，反之的情况下输出为低电平。主控MCU采用ARM类型的32bit的MCU,优选型号为STM32F103。本模块还包含风扇驱动电路，当温度达到设定值时将启动风扇，为系统降温，当温度降低到设定值，风扇停止。还包含报警部分，当电源故障时，前置面板的相应的LED指示灯将闪烁，同时内置的蜂鸣器报警将响起报警。本模块还包括了位系统弱电系统供电的——3.3V,5V,12V,8V等稳压电路。

如图2和图10所示，本实施例的联网模块包括TCP/IP协议电路，RJ45以太网接口、5V转3.3V电路，其中采用了集成硬TCP/IP协议以及集成了网络PHY的芯片，作为优选方案，本实施例采用W5500来实现，这样，一颗芯片就实现了网络接口及协议，大大的减轻主控MCU的工作强度，并且更加可靠，开发周期更短，由于芯片工作电压为3.3V，为此模块，增加了3.3V的稳压电路，用LDO来实现。

如图2和图11所示，本实施例的前置显示模块包括了显示控制MCU、12V电压显示电路、12V电流显示电路、15V电压显示电路、15V电流显示电路、32通道电源输出状态指示灯、电源模块状态指示灯、温度显示电路，12V电压显示电路、12V电流显示电路、15V电压显示电路、15V电流显示电路、32通道电源输出状态指示灯、电源模块状态指示灯、温度显示电路与显示控制MCU连接，具体电路示意图见图11。由于显示比较复杂，为了不占用主控MCU的资源，本实施例中的显示采用单独测MCU来控制，作为优选，选择8位的单片机，在图11中为IC4，IC4和主控MCU采用串口UART通信，为了减少硬件资源，对于LED数码管的显示采用动态扫描方式，采用软件扫描。通过IC1来发送段数据，通过三极管来提供位驱动，也就是当IC4接收到主控MCU的数据后，将数据经过处理，放置与显示控制MCU内置的显示缓冲区，然后通过扫描的方式，将需要显示的数字一个位一个位的输出显示。通过三个74HC595将段数据转换成并行输出并驱动LED数码管的阳极，然后驱动相应的位驱动三极管，实现数据显示。前置显示模块还包括了电源模块状态指示灯，当正常工作的时候，所有的灯都是在常亮状态，当某个电源模块出现故障的时候，相应的电源模块指示灯就会闪烁，提醒用户，智能节能冗余电源的某个电源模块发生了鼓掌，需要更换。对于32通道电源输出状态指示灯，用于直观的指示当前工作通道是闭合还是断开状态。由于二极管数量多，显示控制MCU没有足够的硬件资源去链接，在本实施例中采用和LED数码管一样的动态扫描模式进行驱动。

本实施例中，总的电源输出通道数为34路，所有的输出都带短路保护、防雷保护。每个通道都有一颗LED灯来指示输出是否正常，当某通道无输出或者输出短路的情况下，LED灯灭，正常情况下，LED灯处于常亮状态。其中两路大电流12V/6A输出，带二极管隔离并且设置了储能器件，为诸如录像机这种对电力供应有更高要求的设备提供更稳定的的电源。其余32路输出，其中有24路12V/2A输出，8路15V/2A输出，每个通道都带有继电器开关，可以独立的实现电源输出的通断。在某些应用场合中，设备不需要24小时都工作的情况下，可一实现设备的定时供电或者手动关闭，从而达到节能的目的。对于设备还提供了2条220V线路输入接口，可以同时接入两条220V线路，系统内部自动切换，正常情况下，选择线路1输入，当线路1发生停电故障时，设备会自动切换到线路2，为系统提供持续的电力供应。通过内部的检测电路，通知主控MCU，然后发生报警，并通过网络，将线路1发生故障的情况通知主监控室的监控终端。

本实施例中，对于设备前置面板上，提供了12V通道输出电压显示，12V通道输出电流显示，15V通道输出电压显示，15V通道输出电流显示，温度显示，这些显示是实时的，并采用4位7段数码LED显示，采用7段数码LED，显示亮度好，比较直观，一目了然。如图9所示，主控制MCU内置ADC，通过ADC实时测量电源模块的输出电压及系统的输出电压、输出电流，机箱内的温度传感器，经过数字化处理后再前置面板上的LED数码管上直观的显示出来。还提供了32个通道输出状态指示灯，用于直观的指示相应通道处于连通还是断开状态，当联通时,相应通道的LED灯是亮的，否则，是灭的。在设备的前置面板上，还提供了电源模块的状态LED指示灯，当电源模块是OK的情况下，LED指示灯处于常量状态，当不正常的时候，相应的LED指示灯就会闪烁。告知用户，电源模块出现故障，需要更换电源模块。还提供了转换通道状态LED指示灯，当转换通道的MOSFET正常工作的情况下，LED指示灯常亮，当发生故障的情况下，这个LED灯会闪烁。

本实施例中，设置有满足IEC61000-4-5、GBT17626.5 标准的防雷防浪涌电路模块，并具有可靠的接地，可以保证系统稳定可靠的工作。系统内部集成了4个稳压电源模块，都为220V交流输入，其中两个稳压输出+12V的电源模块为1组，2个输出+15V的电源模块为1组，每个电源模块都有±2V的调节范围，这样子，整个电源系统的输出就可以覆盖12V-17V的范围。覆盖了不同距离设备的供电。每组的其中一个正常工作，一个作为备份，当工作的电源由于某种原因失效，切换电路将以US级的速度切换到备份电源模块接力输出，整个电源系统持续的提供电力供应。对于主备电源的切换输出采用大功率的MOSFET管来实现，可以大大的提高电源输出的开关速度，减少对后端设备的影响，在极高的开关速度下，电源转换给后端用电设备带来的影响几乎何以忽略不计，不会引起录像机，摄像机等用电设备的死机，重启等现象。对于电源的输出，每个通道都设立了单独的保护单元电路，在某一通道短路的情况下，不会影响其他通道的正常工作，在故障排除后，自动恢复工作。传统的输出短路过流保护采用保险丝的形式，在过流时熔断保险丝，然后系统和负载断开，实现保护，但是需要打开机箱，手动操作，更换保险丝，造成不必要的麻烦，本实施例采用PPTC来实现短路过流保护，这是一种智能器件，在短路过流时，器件内部呈现无穷大阻抗，实现电源和负载断开，当故障排除，器件内部的阻抗又变为无穷小，接近0，实现了自动保护恢复。

本实施例中，智能节能冗余电源具有网络接口，通过网络，可以实现智能节能冗余电源的远程监控，实现多台智能节能冗余电源的统一管理和监看，通过网络，随时监看智能节能荣誉电源系统的工作状态并控制之。通过联网控制，在一个安防系统中的多台智能节能冗余电源可以通过网络在总监控室里就可以集中管理和监看。

本实施例中，主控MCU采用32bit的STM32F103系列。

本实施例中，在智能节能冗余电源启动的时候，会运行全面的自检功能，会检测防雷电路，4个电源模块，MOSFET切换电路，温度传感器，电流传感器，主控MCU和显示控制MCU之间的通信，主控MCU和电源模块故障检测MCU之间的通信，主控MCU和联网模块之间的通信，网络协议等等。并且会保存自检信息，一旦联网，会将信息传送到监控主机。通过自检保证了智能节能冗余电源一开始就可以可靠稳定的工作。对于电源自检功能，远程监控主机可以通过网络随时启动。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能节能冗余电源，其特征在于：其包括双线路输入自动切换模块、防雷滤波模块、主控制模块、控制驱动模块、输入控制模块、第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块、第一输出控制模块、第二输出控制模块、独立输出控制模块、独立输出接口模块，所述双线路输入自动切换模块通过防雷滤波模块与主控制模块连接，所述主控制模块与控制驱动模块连接，所述防雷滤波模块、控制驱动模块分别与输入控制模块电连接，所述输入控制模块与第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块电连接，所述第一主电源模块、第一备电源模块与第一输出控制模块电连接，所述第二主电源模块、第二备电源模块与第二输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块、驱动控制模块分别与独立输出控制模块电连接，所述第一输出控制模块与第二输出控制模块电连接，所述驱动控制模块与第二输出控制模块电连接；所述独立输出控制模块与独立输出接口模块电连接后输出；所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压相同，所述第二主电源模块、第二备电源模块的电压相同，所述第一主电源模块、第一备电源模块的电压小于第二主电源模块、第二备电源模块的电压。

2.根据权利要求1所述的智能节能冗余电源，其特征在于：还包括电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块和内部供电模块，所述电压信号采集模块、电流信号采集模块、温度信号采集模块、散热驱动模块和内部供电模块分别与主控制模块连接；所述内部供电模块的输入端与防雷滤波模块连接，所述内部供电模块的输出端包括12V输出端、5V输出端、3.3V输出端。

3.根据权利要求2所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述防雷滤波模块包括一级防雷电路、EMC滤波电路和二级防雷电路，所述一级防雷电路与双线路输入自动切换模块，所述一级防雷电路通过EMC滤波电路与二级防雷电路连接，所述二级防雷电路与输入控制模块、主控制模块连接；所述一级防雷电路包括气体放电管和具有监控端的压敏电阻，所述滤波电路与主控制模块电连接，所述二级防雷电路包括TVS管。

4.根据权利要求3所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述一级防雷电路包括压敏电阻M1、压敏电阻M2、压敏电阻M3、放电管G7、放电管G8、放电管G9，所述双线路输入自动切换模块的输出端同时与压敏电阻M1的一端、放电管G7连接，所述压敏电阻M1的另一端与压敏电阻M3的一端连接，所述压敏电阻M3的一端与放电管G9的一端连接，所述放电管G7与压敏电阻M2的一端连接，所述压敏电阻M2的另一端与放电管G8的一端连接，所述放电管G8的另一端与放电管G9的另一端连接接地；所述EMC滤波电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R7和共模电感L1，所述压敏电阻M1的另一端通过保险元件BX1与电容C1、电阻R7、共模电感L1的第4端连接，所述电阻R7与电阻R6串联；所述电容C1与电阻R6、共模电感L1的第一端连接，并与压敏电阻M2的一端、放电管G7连接；所述共模电感L1的第三端与第二端之间并联电容C2，所述电容C2的两端并联有电容C3、电容C4的串联电路，所述电容C3、电容C4的串联点接地；所述二级防雷电路包括TVS管D4、TVS管D5和TVS管D7；所述共模电感L1的第三端与TVS管D7的输入端、TVS管D5的输入端连接，所述TVS管D7的输出端与TVS管D4的输入端、电容C4连接，所述TVS管D4的输出端、TVS管D5的输出端连接接地。

5.根据权利要求3所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述第一主电源模块、第一备电源模块、第二主电源模块、第二备电源模块分别为12V主电源模块、12V备电源模块、15V主电源模块、15V备电源模块；所述输入控制模块为继电器开关切换控制模块，所述第一输出控制模块、第二输出控制模块采用功率MOSFET作为主切换开关。

6.根据权利要求5所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述输入控制模块包括第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块，所述第一输入控制模块、第二输入控制模块、第三输入控制模块、第四输入控制模块的输入端同时与防雷滤波模块电连接，所述第一输入控制模块输出端与第一主电源模块电连接，所述第二输入控制模块与第一备电源模块电连接，所述第三输入控制模块与第二主电源模块电连接，所述第四输入控制模块与第二备电源模块电连接，所述控制驱动模块与第一输入控制模块电连接，所述第一输入控制模块与第二输入控制模块电连接，所述第二输入控制模块与第三输入控制模块电连接，所述第三输入控制模块与第四输入控制模块电连接。

7.根据权利要求3所述的智能节能冗余电源，其特征在于：其包括显示模块和网络联网模块，所述显示模块和网络联网模块分别与主控制模块电连接；所述智能节能冗余电源包括光电耦合器构成的防雷失效检测电路，所述防雷滤波模块通过防雷失效检测电路与主控制模块电连接。

8.根据权利要求7所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述独立输出控制模块包括32路独立的继电器开关及32路独立的短路保护电路，所述32路独立的继电器开关的输入端与主控制模块连接，所述32路独立的继电器开关的输出端与32路独立的短路保护电路连接到独立输出接口模块；所述32路短路保护电路的每路均包括自恢复保险丝。

9.根据权利要求8所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述显示模块为前置LED显示模块，其包括四个电源模块的电源指示灯、32路输出的通断状态指示灯、防雷失效指示灯；所述前置LED显示模块还包括报警电路，所述报警电路包括蜂鸣器。

10.根据权利要求9所述的智能节能冗余电源，其特征在于：所述主控制模块包括主控CPU，所述主控CPU为32位的ARM芯片STM32F103系列；所述显示模块包括STC15W404AS芯片，所述STC15W404AS芯片和主控CPU通过SPI数据总线或者UART数据总线进行通讯；所述网络联网模块包括网络芯片W5500，所述网络芯片W5500与主控CPU通过SPI总线进行通讯。