CN210838944U - 一种恒流供电光网络取电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种恒流供电光网络取电系统，在近端和远端恒流供电设备之间设置至少1个恒流取电设备，且各个恒流取电设备输入端串联、输出端并联，在每个恒流取电设备中，设置1个控制模块和至少2个输入端串联连接、输出端并联连接的恒压转换模块，控制模块根据各恒压转换模块的实时输出功率计算出恒流取电设备的实时输出总功率，以便判断用电设备的用电需求，实时动态控制各恒压转换模块的工作状态，达到随用电设备的用电需求自适应调整恒流取电设备的额定运行总功率的目的，切实提高恒流取电设备在宽功率范围对外供电时的电源转换效率，降低热功耗。

Description

一种恒流供电光网络取电系统

技术领域

本实用新型涉及光网络传输远距离供电领域，具体涉及一种恒流供电光网络取电系统。

背景技术

恒流供电光网络在长距离光纤传输网、光纤传感网和光纤观测网等水下信息系统和陆地无人区信息系统中具有广阔的应用前景。恒流供电光网络除了对光中继节点设备供电之外，还需随机对各种参数传感器、观测设备和移动机器人充电等用电设备提供大容量的电源，满足动态随机接入的各种用电功率需求。

恒流供电光网络通常是在近端和远端各设置1个恒流供电设备，在近端恒流供电设备和远端恒流供电设备之间有至少1个恒流取电设备和若干用电设备。恒流供电设备用于将本地的电源，如220V电源或380V电源等，转换成一定电流值的恒流电源，其输出的电流恒定但供电电压随负载变化而自适应变化。恒流取电设备作为恒流供电设备的负载，用于将一定电流值的恒流电源转换成一定电压值的恒压电源，对外输出电压恒定的恒压电源，为各种参数传感器、观测设备和移动机器人充电等用电设备供电。

现有恒流取电技术通常是先稳压后耦合，再通过电压转换得到输出电压，其缺点在于：稳压模式下，恒流取电设备对外输出功率和自身热功耗之和固定不变，即恒流取电设备的额定运行总功率是恒定的，当恒流取电设备对外输出功率降低时，自身热功耗同步增加，当恒流取电设备对外实际输出功率增加时自身热功耗同步降低，换言之，恒流取电设备在对外小功率供电时，大部分能源作为热功耗而损耗了，造成电源转换效率低，能源浪费大；当多个恒流取电设备串联使用时，用电需求大，额定运行总功率的固定限制了恒流供电设备供电能力和恒流取电设备的电源转换效率，不能满足灵活多变的用电需求。因此，有待于能提出一种电源转换效率高、能随用电设备的用电需求自适应调整额定运行总功率的恒流供电光网络取电系统。

实用新型内容

本实用新型提供一种恒流供电光网络取电系统，为解决现有技术存在的“电源转换率低、不能随用电设备的用电需求自适应调整额定运行总功率”提供硬件支持。

本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：

一种恒流供电光网络取电系统，包括至少1个恒流取电设备，各个恒流取电设备的输入端串联连接，各恒流取电设备单独为外部用电设备供电，或，其中2个或2个以上的恒流取电设备的输入端串联连接、输出端并联连接，为同一个外部用电设备供电；在每个恒流取电设备中，包括控制模块和至少2个恒压转换模块；所述控制模块与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接；所述控制模块还与各个恒压转换模块的控制端连接；各个恒压转换模块的输入端串联连接，各个恒压转换模块的输出端并联连接后，为外部用电设备供电；当前恒流取电设备的最末端的恒压转换模块与下一个恒流取电设备的控制模块或外部远端恒流供电设备连接。

进一步地，各个恒压转换模块的结构相同；在每个恒压转换模块中，包括管理电路、恒压转换端低压旁电电路、恒流适配电路、电压转换电路和监测电路；所述管理电路与控制模块连接；所述恒压转换端低压旁电电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端低压旁电电路的一路输出端与管理电路的供电端连接，所述恒压转换端低压旁电电路的另一路输出端经恒流适配电路连接至当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备的控制模块、或外部远端恒流供电设备；所述管理电路的一路输出端与电压转换电路的控制端连接，所述管理电路的另一路输出端与恒流适配电路的控制端连接，所述恒流适配电路的输出端与电压转换电路的输入端连接；所述电压转换电路的一路输出端与监测电路的输入端连接，所述电压转换电路的另一路输出端与外部用电设备的供电端连接；所述监测电路的输出信号经管理电路传输至控制模块。

进一步地，在每个恒压转换模块中，所述恒压转换端低压旁电电路包括恒压转换端恒流直通子电路、恒压转换端耦合稳压子电路和恒压转换端低压转换子电路；所述恒压转换端恒流直通子电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的一路输出端与恒流适配电路连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的另一路输出端与恒压转换端耦合稳压子电路的输入端连接；所述恒压转换端耦合稳压子电路的输出端与恒压转换端低压转换子电路的输入端连接；所述恒压转换端低压转换子电路的输出端与管理电路连接。

进一步地，在每个恒压转换模块中，所述恒流适配电路主要包括可控恒流子电路、串联耦合子电路、恒压稳压子电路；所述管理电路与可控恒流子电路的控制端连接；所述可控恒流子电路的输入端与恒压转换端低压旁电电路连接，所述可控恒流子电路的一路输出端与当前恒流取电设备中的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备中的控制模块、或外部远端恒流供电设备连接，所述可控恒流子电路的另一路输出端经串联耦合子电路、恒压稳压子电路连接至电压转换电路。

进一步地，在每个恒压转换模块中，所述电压转换电路包括低通滤波子电路、电压转换子电路、稳压滤波子电路；所述低通滤波子电路的输入端与恒流适配电路连接，所述低通滤波子电路的输出端经电压转换子电路、稳压滤波子电路连接至外部用电设备；所述管理电路与电压转换子电路的控制端连接；所述电压转换子电路的测试接口与监测电路连接；所述稳压滤波子电路的测试接口与监测电路连接。

进一步地，在每个恒压转换模块中，所述监测电路主要包括电流值监测子电路和电压值监测子电路；所述电流值监测子电路的输出端连接至管理电路，所述电压值监测子电路的输出端连接至管理电路。

进一步地，在每个恒流取电设备中，所述控制模块包括控制端低压旁电电路、CPU和存储器；所述控制端低压旁电电路的输入端与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路的输出端与当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路为存储器、CPU提供供电电源；所述存储器与CPU连接；所述CPU与各个恒压转换模块的控制端连接。

进一步地，在每个控制模块中，所述控制端低压旁电电路包括控制端恒流直通子电路、控制端耦合稳压子电路和控制端低压转换子电路；所述控制端恒流直通子电路的输入端与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备最末端恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的一路输出端与当前恒流供电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的另一路输出端与控制端耦合稳压子电路的输入端连接；所述控制端耦合稳压子电路的输出端与控制端低压转换子电路的输入端连接；所述控制端低压转换子电路的一路输出端与CPU的供电端连接，所述控制端低压转换子电路的另一路输出端与存储器的供电端连接。

与现有技术相比，具有如下特点：

1、在近端和远端恒流供电设备之间设置至少1个恒流取电设备，且各个恒流取电设备输入端串联连接，输出端直接与外部用电设备连接，或者各恒流去电设备的输出端并联连接后与外部用电设备连接，在每个恒流取电设备中，设置1个控制模块和至少2个输入端串联连接、输出端并联连接的恒压转换模块，本实用新型如加载计算机程序，控制模块便可根据在线监测的各运行状态下的恒压转换模块的实际输出电压值、实际输出电流值计算各恒压转换模块的实时输出功率，得出该恒流取电设备的实时输出总功率，根据实时输出总功率判断用电设备的用电需求，动态调整各个恒压转换模块的工作状态，避免有恒压转换模块处于超负荷工作状态或低负荷工作状态，也避免恒流取电设备在非最大功率对外供电时所有恒压转换模块均处于运行状态，降低了恒流取电设备的热功耗，提高了电源转换效率，同时，还实现对外输出电压恒定、但额定运行总功率随用电设备的用电需求自适应调整的目的，使得恒流取电设备对外大功率供电和小功率供电时电源转换效率基本一致；

2、在每个恒压转换模块均设置了管理电路、恒压转换端低压旁电电路、恒流适配电路、电压转换电路和监测电路，管理电路根据控制模块的指令控制当前恒压转换模块的工作状态，监测电路监测当前恒压转换模块对外输出的实际输出电压值和实际输出电流值，并反馈至控制模块，其它电路完成恒压转换功能，在加载计算机程序后，控制模块能实时获取各恒压转换模块实际输出电压值和实际输出电流值，根据各恒压转换模块实际输出电压值和实际输出电流值计算该恒压转换模块的实时输出功率，判断各恒压转换模块是否处于超负荷工作或低负荷工作的状态，通过恒压转换模块的工作负荷来感知用电设备的用电需求，实时调整各个恒压转换模块的工作状态，控制各恒压转换模块处于运行状态或待机状态，达到自适应调整恒流取电设备额定运行总功率的目的，切实提高恒流取电设备的电源转换效率，降低热功耗；

3、恒流取电设备中的各个恒压转换模块的输入端串联连接，不同工作状态下的恒压转换模块相互间不影响，当某个恒压转换模块发生故障时，也不会影响输入端的串联连接，控制模块可自动启动某个处于待机状态的恒压转换模块替代发生故障的恒压转换模块，以保证恒流取电设备的正常运行，提高设备的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

图2为恒压转换模块的结构原理框图。

图3为恒压转换端低压旁电电路的结构原理框图。

图4为恒流适配电路的结构原理框图。

图5为电压转换电路的的结构原理框图。

图6为监测电路的结构原理框图。

图7为管理电路的的结构原理框图。

图8为控制模块的结构原理框图。

图9为控制端低压旁电电路的结构原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

一种恒流供电光网络取电系统，如图1所示，包括至少1个恒流取电设备，各个恒流取电设备的输入端串联连接；各个恒流取电设备的输入端串联连接，各个恒流取电设备单独为各自的外部用电设备供电，当单个恒流取电设备的对外输出功率不能满足用电需求时，可以将其中2个或2个以上的恒流取电设备的输入端串联连接、输出端并联连接，为同一个外部用电设备供电。

在每个恒流取电设备中，包括控制模块和至少2个恒压转换模块；所述控制模块与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接，接收外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块的恒流电流源；所述控制模块还与各个恒压转换模块的控制端连接，向各个恒压转换模块发送控制信号，控制各恒压转换模块的工作状态，如运行状态或是待机状态；各个恒压转换模块的输入端串联连接，各个恒压转换模块的输出端并联连接后，为外部用电设备供电，或，可以将其中2个或2个以上的恒流取电设备的输出端并联连接后，为同一外部用电设备供电；当前恒流取电设备的最末端的恒压转换模块与下一个恒流取电设备的控制模块或外部远端恒流供电设备连接。

在图1中，设有M(M≥1)个恒流取电设备，分别为第一恒流取电设备、第二恒流取电设备、第M恒流取电设备，各个恒流取电设备的输入端串联连接，输出端直接为各自的用电设备供电，或，当单个恒流取电设备的对外输出功率不能满足要求时，也可以通过将2个或2个以上的恒流取电设备输入端串联连接的同时输出端并联连接，为同一个外部用电设备供电。

在每个恒压转换模块中，包括管理电路、恒压转换端低压旁电电路、恒流适配电路、电压转换电路和监测电路；所述管理电路与控制模块连接；所述恒压转换端低压旁电电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端低压旁电电路的一路输出端与管理电路的供电端连接，所述恒压转换端低压旁电电路的另一路输出端经恒流适配电路连接至当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备的控制模块、或外部远端恒流供电设备，所述恒压转换端低压旁电电路接收控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块的恒流电源，耦合部分能源进行低压转换后为管理电路供电，所述恒压转换端低压旁电电路还直通来自控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块的恒流电源至恒流适配电路，所述恒流适配电路将接收到的恒流电源输送至当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备的控制模块、或远端恒流供电设备；所述管理电路的一路输出端与电压转换电路的控制端连接，所述管理电路的另一路输出端与恒流适配电路的控制端连接，所述恒流适配电路的输出端与电压转换电路的输入端连接；所述恒流适配电路还接收管理电路的控制信号，该控制信号由控制模块提供，所述恒流适配电路在该控制信号的控制下进行恒压稳压处理，得到恒压电源，将恒压电源输入至电压转换电路进行电压转换，得到用电设备的工作所需电压，进而为外部用电设备供电，此时恒压转换模块为运行状态；或，恒流适配电路在该控制信号的控制下不耦合能源给电压转换电路，恒压转换模块不输出电源给用电设备，此时恒压转换模块为待机状态；所述电压转换电路的一路输出端与监测电路的输入端连接，所述电压转换电路的另一路输出端与外部用电设备的供电端连接；所述监测电路的输出信号经管理电路传输至控制模块，所述监测电路监测电压转换电路的实际输出电流值和实际输出电压值，并将监测值输入至管理电路中，再反馈至控制模块。恒压转换模块的结构原理框图如图2所示。

通过图1可看出，每个恒流取电设备设有N(N≥2)个恒压转换模块，分别为第一恒压转换模块、第二恒压转换模块、第N恒压转换模块，各个恒压转换模块的结构和性能相同，各个恒压转换模块均受控于其所在的恒流取电设备的控制模块。当前恒流取电设备的各个恒压转换模块输入端串联连接，各个恒压转换模块的输出端并联连接后为外部用电设备供电，或，当前恒流取电设备与其它恒流取电设备的输入端串联连接、输出端并联连接后为同一外部用电设备供电。无论恒压转换模块是处于故障还是处于待机状态或是运行状态，都不会影响输入端的串联连接，各恒压转换模块也就不会相互影响工作状态，可保证恒流取电设备的正常运行。

本实用新型还设有机箱，控制模块和各个恒压转换模块设置在机箱内。在机箱内设有至少2个插槽，插槽数量大于或等于恒压转换模块的数量，各个恒压转换模块通过插槽与控制模块电连接，恒压转换模块的输出端通过插槽实现并联连接。

所述插槽上设置有插针，所述各恒压转换模块通过插针与控制模块电连接，各恒压转换模块的输出端之间通过插槽电连接；所述恒压转换模块设置有检测端，恒压转换模块出现插拔时，插入或拔出的过程中恒压转换模块发生位置的移动，导致恒压转换模块的插针处产生连接或断开连接，引起插针的电平产生变化，恒压转换模块检测端检测到插针的电平变化，恒压转换模块的管理电路将电平变化反馈至所述控制模块，用作控制恒压转换模块数量增减的依据。

通过增减恒压转换模块的数量改变恒流取电设备的最大额定总功率，达到恒流取电设备扩容的目的，不用研制新设备而达到任意扩容的目的，提高了设备的适用范围。控制模块通过向各个恒压转换模块发出控制信号，使各个恒压转换模块分别处于运行状态或待机状态，处于运行状态的恒压转换模块对外输出电压和电流，处于待机状态的恒压转换模块不对外输出电压和电流，处于待机状态的恒压转换模块不产生热功耗，通过控制处于运行状态的恒压转换模块数量改变恒流取电设备的额定运行总功率。控制模块根据各处于运行状态下的恒压转换模块实际输出的电压值和电流值计算该恒压转换模块的实时输出功率，判断各恒压转换模块是否处于超负荷工作或低负荷工作的状态，通过恒压转换模块的工作负荷来感知用电设备的用电需求，根据用电需求来控制相应数量的恒压转换模块处于运行状态，实时动态控制各恒压转换模块的工作状态，使恒流取电设备工作在非最大额定总功率状态，达到自适应调整恒流取电设备额定运行总功率的目的，切实提高恒流取电设备的电源转换效率，降低热功耗。

在每个恒压转换模块中，所述恒压转换端低压旁电电路包括恒压转换端恒流直通子电路、恒压转换端耦合稳压子电路和恒压转换端低压转换子电路；所述恒压转换端恒流直通子电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的一路输出端与恒流适配电路连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的另一路输出端与恒压转换端耦合稳压子电路的输入端连接；所述恒压转换端耦合稳压子电路的输出端与恒压转换端低压转换子电路的输入端连接；所述恒压转换端低压转换子电路的输出端与管理电路连接。恒压转换端低压旁电电路的结构原理框图如图3所示。

恒压转换端恒流直通子电路接收控制模块或上一个恒压转换模块的恒流电源，将其直通给恒流适配电路，同时，耦合出部分能源给恒压转换端耦合稳压子电路进行稳压控制，再经恒压转换端低压转换子电路实现低压转换，为管理电路供电。本实用新型中，耦合1.0W的能源给恒压转换端耦合稳压子电路，进行稳压控制后，输出直流3.3V电源至恒压转换端低压转换子电路，恒压转换端低压转换子电路将直流3.3V电源转换成直流1.2V、直流1.8V和直流2.5V，输出给管理电路。

在每个恒压转换模块中，所述恒流适配电路主要包括可控恒流子电路、串联耦合子电路、恒压稳压子电路；所述管理电路与可控恒流子电路的控制端连接；所述可控恒流子电路的输入端与恒压转换端低压旁电电路连接，所述可控恒流子电路的一路输出端与当前恒流取电设备中的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备中的控制模块、或外部远端恒流供电设备连接，所述可控恒流子电路的另一路输出端经串联耦合子电路、恒压稳压子电路连接至电压转换电路。恒流适配电路还包括恒流适配端管理接口子电路，管理电路通过恒流适配端管理接口子电路连接至可控恒流子电路的控制端。恒流适配电路的结构原理框图如图4所示。

在每个恒压转换模块中，管理电路向可控恒流子电路发送控制信号，可控恒流子电路接收恒压转换端低压旁电电路输出的恒流电源，在该控制信号的控制下将恒流电源直通至当前恒流取电设备中的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备中的控制模块、或远端恒流供电设备，此时可控恒流子电路不耦合能源输出至串联耦合子电路，该恒压转换模块不对用电设备供电，该恒压转换模块处于待机状态，或，在该控制信号的控制下将恒流电源直通至当前恒流取电设备中的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备中的控制模块、或远端恒流供电设备，同时可控恒流子电路耦合出部分能源输出至串联耦合子电路进行稳压控制，得到恒压直流电源，再将恒压直流电源输入至恒压稳压子电路进行恒压稳压后，输入至电压转换电路中，对用电设备供电，此时，该恒压转换模块处于运行状态。本实用新型中，耦合55W的能源输出至串联耦合子电路，串联耦合子电路输出55V的恒压直流电源至恒压稳压子电路，经稳压控制后消除电压波动，保证波动控制在±1％范围内，再将处理结果输出至电压转换电路。另外，耦合55W的能源至串联耦合子电路时，其所在的恒压转换模块处于运行状态，否则，处于待机状态。

在每个恒压转换模块中，所述电压转换电路包括低通滤波子电路、电压转换子电路、稳压滤波子电路；所述低通滤波子电路的输入端与恒流适配电路连接，所述低通滤波子电路的输出端经电压转换子电路、稳压滤波子电路连接至外部用电设备；所述管理电路与电压转换子电路的控制端连接；所述电压转换子电路的测试接口与监测电路连接；所述稳压滤波子电路的测试接口与监测电路连接。电压转换电路还包括电压转换端管理接口子电路，管理电路通过电压转换端管理接口子电路与电压转换子电路控制端连接。电压转换电路的结构原理框图如图5所示。

本实用新型中，低通滤波子电路接收恒流适配电路输出的直流55V电源进行低通滤波，滤除频率30Hz以上的电源噪声后输出给电压转换子电路，电压转换子电路在管理电路下发的控制信号的控制下对低通滤波子电路输出的信号进行电压转换，将直流55V电源转换成5V、12V、24V、48V、72V或375V等直流电压中的某1种或2种直流电压，输出给稳压滤波子电路；稳压滤波子电路将接收的某1种或2种直流电压进行稳压滤波，电压波动控制在±1％的范围内，同时滤除频率30Hz以上电压转换产生的电源噪声，将稳压滤波后的直流电源输出给用电设备，同时提供测试接口给监测电路连接；所述监测电路监测电压转换子电路的实际输出电压值和稳压滤波子电路的实际输出电流值；电压转换端管理接口子电路将管理电路下发的控制信号经接口转换适配后输出给电压转换子电路，用于控制电压转换。

在每个恒压转换模块中，所述监测电路主要包括电流值监测子电路和电压值监测子电路；所述电压值监测子电路监测电压转换电路的电压值，并将所述电压值输入至管理电路；所述电流值监测子电路监测电压转换电路的电流值，并将所述电流值输入至管理电路。监测电路还包括监测端管理接口子电路，电流值监测子电路的输出端经监测端管理接口子电路连接至管理电路，电压值监测子电路的输出端经监测端管理接口子电路连接至管理电路。监测电路的结构原理框图如图6所示。电流值监测子电路实时监测电压转换电路的实际输出电流，电压值监测子电路实时监测电压转换电路的实际输出电压，监测值经监测端管理接口子电路输入至管理电路中。

在每个恒压转换模块中，管理电路包括中央处理器子电路、存储器子电路、控制接口子电路、监测接口子电路、管理端管理接口子电路和电源接口子电路；电源接口子电路与转换端低压旁电电路的输出端连接，接收转换端低压旁电电路提供的各类电源，为中央处理器子电路、存储器子电路、控制接口子电路、监测接口子电路、管理端管理接口子电路提供工作电压；存储器子电路与中央处理器子电路连接，存储监测数据；中央处理器子电路经控制接口子电路连接至控制模块，接收控制模块下发的控制信号，中央处理器子电路转发的控制信号经管理端管理接口子电路进行接口适配后，发送至恒流适配电路和电压转换电路，用于调整恒流适配电路和电压转换电路的工作状态，对处于运行状态的恒压转换模块的输出电压进行控制；监测电路的监测数据经监测接口子电路输入至中央处理器子电路中，再经控制接口子电路反馈至控制模块中。管理电路的结构原理框图如图7所示。

在每个恒流取电设备中，所述控制模块包括控制端低压旁电电路、CPU和存储器；所述控制端低压旁电电路的输入端与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路的输出端与当前恒流供电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路为存储器、CPU提供供电电源；所述存储器与CPU连接；所述CPU与各个恒压转换模块的控制端连接。还包括控制接口；控制端低压旁电电路为控制接口供电，CPU通过控制接口与各恒压转换模块连接。控制模块的结构原理框图如图8所示。

控制模块接收近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端恒压转换模块的恒流电流源，经控制端低压旁电电路耦合出部分能源，经处理后为存储器、CPU和控制接口供电，同时，控制端低压旁电电路还将近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端恒压转换模块的恒流电流源直通至下一个恒压转换模块；CPU通过控制接口接收各个恒压转换模块监测的实际输出电流值和实际输出电压值，根据监测值计算出各个恒压转换模块的实际输出功率，得出该恒流取电设备的实时输出总功率，并根据实时输出功率的大小判断各恒压转换模块是否处于超负荷工作或低负荷工作的状态，通过恒压转换模块的工作负荷来感知用电设备的用电需求，向各恒压转换模块发送控制指令，实时动态调整各个恒压转换模块的工作状态，以满足用电设备的用电需求；存储器存储监测值。

每个控制模块中，所述控制端低压旁电电路包括控制端恒流直通子电路、控制端耦合稳压子电路和控制端低压转换子电路；所述控制端恒流直通子电路的输入端与近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备最末端恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的一路输出端与当前恒流供电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的另一路输出端与控制端耦合稳压子电路的输入端连接；所述控制端耦合稳压子电路的输出端与控制端低压转换子电路的输入端连接；所述控制端低压转换子电路的一路输出端与CPU的供电端连接，所述控制端低压转换子电路的另一路输出端与存储器的供电端连接，所述控制端低压转换子电路的又一路输出端与控制接口的供电端连接。控制端低压旁电电路的结构原理框图如图9所示。

控制端恒流直通子电路接收近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备最末端恒压转换模块的恒流电流源，将其直通至下一个恒压转换模块，同时，耦合出部分能源输出至控制端耦合稳压子电流进行稳压控制，再将输出电压送入控制端低压转换子电路进行电压转换，从而为CPU、存储器和控制接口供电。本实用新型中，控制端恒流直通子电路耦合1.0W的能源输出给控制端耦合稳压子电路，进行稳压控制后得到直流3.3V电源，经控制端低压转换子电路后将直流3.3V电源转换成直流1.2V、直流1.8V和直流2.5V，用于为CPU、存储器和控制接口提供电源。

一种恒流供电光网络取电系统的取电方法，具体如下：

(1)在当前恒流取电设备中，控制模块根据恒压转换模块的实际输出电压值和实际输出电流值计算该恒压转换模块的实时输出功率，得出该恒流取电设备的实时输出总功率，判断各恒压转换模块是否处于超负荷工作或低负荷工作的状态，通过各恒压转换模块的工作负荷来感知用电设备的用电需求，动态实时调整各个恒压转换模块工作状态，如运行状态或待机状态，使恒流取电设备工作在非最大额定总功率状态，达到自适应调整恒流取电设备额定运行总功率的目的；各运行状态下的恒压转换模块的实际输出电压值在预设范围内，或，所有运行状态下的恒压转换模块的实际输出功率值总和减去所有运行状态的恒压转换模块的额定输出功率值总和得到的差值在预设范围内；

(2)外部用电设备的用电需求发生改变时，控制模块根据最新监测到的实际输出电压值和实际输出电流值重新计算该恒压转换模块的实时输出功率，得出该恒流取电设备的实时输出总功率，再下发控制信号至恒压转换模块，增加或减少处于运行状态下的恒压转换模块的数量；

(3)当有恒压转换模块发生故障时，控制模块向该恒压转换模块发送控制指令，使其处于待机状态，并向其它待机状态下的其中一个恒压转换模块发出控制指令，启动新的恒压转换模块处于运行状态。

步骤(1)中，控制模块检测到所有运行状态下的恒压转换模块的额定输出功率值总和减去所有运行状态下的恒压转换模块的实际输出功率值总和，得到的差值仍大于或等于单个恒压转换模块的额定功率时，控制模块先关闭其中1个处于运行状态下的恒压转换模块，继续监测新的实际输出电压值和实际输出电流值。当控制模块监测到某一个恒压转换模块的实际输出电压值小于或等于其额定输出电压值90％，或，所有运行状态下的恒压转换模块的实际输出功率值总和减去所有运行状态下的恒压转换模块额定输出功率值总和，得到的差值大于或等于单个恒压转换模块的额定输出功率值的10％时，控制模块开启1个新的处于待机状态下的恒压转换模块，使其处于运行状态，继续监测新的实际输出电压值和实际输出电流值，直至各运行状态下的恒压转换模块的实际输出电压值大于单个恒压转换模块的额定输出电压值的90％，或，所有运行状态下的恒压转换模块的实际输出功率值总和减去所有运行状态的恒压转换模块的额定输出功率值总和，得到的差值小于单个恒压转换模块额定输出功率值的10％。

步骤(2)中，当用电设备的用电需求增加时，控制模块监测到某个恒压转换模块的输出电压值小于或等于额定电压值90％时，或，所有处于运行状态的恒压转换模块实际输出功率总和减去所有处于运行状态的恒压转换模块的额定输出功率值总和，得到的差值大于或等于单个恒压转换模块额定功率值的10％时，控制模块开启1个新的处于待机状态下的恒压转换模块，使其处于运行状态，并监测新的实际输出电压值和实际输出电流值，通过增加运行状态的恒压转换模块数量增加恒流取电设备的额定运行总功率，提高恒流取电设备的对外输出功率，在满足用电设备的用电需求的同时，实现恒流取电设备的动态任意扩容。

步骤(2)中，当用电设备的用电需求减少时，所有处于运行状态的恒压转换模块额定输出功率值总和减去所有处于运行状态的恒压转换模块实际输出功率值总和，得到的差值大于或等于单个恒压转换模块额定输出功率值时，控制模块关闭某1个处于运行状态下的恒压转换模块，使其处于待机状态，通过减少处于运行状态的恒压转换模块的数量来减少恒流取电设备的额定运行总功率，降低恒流取电设备的热功耗。通过增减处于运行状态恒压转换模块的数量增减恒流取电设备的额定运行总功率，在满足用电设备的用电需求的同时，提高恒流取电设备在宽功率范围内对外输出电源时的电源转换效率，降低设备的热功耗。

步骤(3)中，由于各个恒压转换模块的运行状态相互独立，可以分别处于运行工作或待机状态，不会相互干扰，控制模块可控制各恒压转换模块的工作状态，将故障恒压转换模块调整到待机状态，将正常处于待机状态的恒压转换模块调整到运行状态，替换故障的恒压转换模块，实现恒压转换模块自动保护切换、在线维修与替换，提高了恒流取电设备的可靠性，保障取电系统的正常运行。

根据(2)、(3)可知，无论是用电需求发生改变，还是恒压转换模块发生故障，控制模块均能自动控制处于运行状态下的恒压转换模块的数量，自适应改变恒压转换模块的工作状态，动态调整恒流取电设备额定运行总功率和对外输出功率，额定运行总功率随对外输出功率同步增减，以提高恒流取电设备的电源转换效率，降低热功耗。

本实用新型的恒流取电设备能自适应输出电流范围为0.3-5.0A，且输出电压范围-20Kv至20Kv的恒流供电设备，单个恒压转换模块的输出功率可达50W以上，多个恒压转换模块组成的恒流取电设备的额定输出功率可达4000W以上，根据用电设备的用电功率需要，恒流取电设备可在50-4000W之间灵活自动同步设置额定运行总功率和额定对外输出功率，提高了恒流取电设备在功率为50-4000W之间的电源转换效率。对外输出功率为50-4000W时的全量程的电源转换效率≥90％，恒流取电设备的输出直流电压可以配置为5V、12V、24V、48V、72V和375V等直流电压，最大额定输出功率可达4000W以上。

在电学领域，涉及检测和控制的完整的技术方案，必然包括硬件结构和软件结构，本实用新型仅为解决现有技术存在的“电源转换率低、不能随用电设备的用电需求自适应调整额定运行总功率”提供硬件支持，仅保护硬件结构，即，本技术方案仅为解决该技术问题做出硬件部分的贡献，不涉及计算机程序的改进，本技术方案仅在加载了外部涉及检测、运算和控制的计算机程序之后，才能完整地解决“电源转换率低、不能随用电设备的用电需求自适应调整额定运行总功率”的技术问题。

Claims (8)

1.一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

包括至少1个恒流取电设备，各个恒流取电设备的输入端串联连接，各恒流取电设备单独为外部用电设备供电，或，其中2个或2个以上的恒流取电设备的输入端串联连接、输出端并联连接，为同一个外部用电设备供电；

在每个恒流取电设备中，包括控制模块和至少2个恒压转换模块；所述控制模块与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接；所述控制模块还与各个恒压转换模块的控制端连接；各个恒压转换模块的输入端串联连接，各个恒压转换模块的输出端并联连接后，为外部用电设备供电；当前恒流取电设备的最末端的恒压转换模块与下一个恒流取电设备的控制模块或外部远端恒流供电设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

各个恒压转换模块的结构相同；

在每个恒压转换模块中，包括管理电路、恒压转换端低压旁电电路、恒流适配电路、电压转换电路和监测电路；

所述管理电路与控制模块连接；所述恒压转换端低压旁电电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端低压旁电电路的一路输出端与管理电路的供电端连接，所述恒压转换端低压旁电电路的另一路输出端经恒流适配电路连接至当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备的控制模块、或外部远端恒流供电设备；所述管理电路的一路输出端与电压转换电路的控制端连接，所述管理电路的另一路输出端与恒流适配电路的控制端连接，所述恒流适配电路的输出端与电压转换电路的输入端连接；所述电压转换电路的一路输出端与监测电路的输入端连接，所述电压转换电路的另一路输出端与外部用电设备的供电端连接；所述监测电路的输出信号经管理电路传输至控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个恒压转换模块中，所述恒压转换端低压旁电电路包括恒压转换端恒流直通子电路、恒压转换端耦合稳压子电路和恒压转换端低压转换子电路；

所述恒压转换端恒流直通子电路的输入端与控制模块或当前恒流取电设备中的上一个恒压转换模块连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的一路输出端与恒流适配电路连接，所述恒压转换端恒流直通子电路的另一路输出端与恒压转换端耦合稳压子电路的输入端连接；所述恒压转换端耦合稳压子电路的输出端与恒压转换端低压转换子电路的输入端连接；所述恒压转换端低压转换子电路的输出端与管理电路连接。

4.根据权利要求2所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个恒压转换模块中，所述恒流适配电路主要包括可控恒流子电路、串联耦合子电路、恒压稳压子电路；

所述管理电路与可控恒流子电路的控制端连接；所述可控恒流子电路的输入端与恒压转换端低压旁电电路连接，所述可控恒流子电路的一路输出端与当前恒流取电设备中的下一个恒压转换模块、或下一个恒流取电设备中的控制模块、或外部远端恒流供电设备连接，所述可控恒流子电路的另一路输出端经串联耦合子电路、恒压稳压子电路连接至电压转换电路。

5.根据权利要求2所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个恒压转换模块中，所述电压转换电路包括低通滤波子电路、电压转换子电路、稳压滤波子电路；

所述低通滤波子电路的输入端与恒流适配电路连接，所述低通滤波子电路的输出端经电压转换子电路、稳压滤波子电路连接至外部用电设备；所述管理电路与电压转换子电路的控制端连接；所述电压转换子电路的测试接口与监测电路连接；所述稳压滤波子电路的测试接口与监测电路连接。

6.根据权利要求2所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个恒压转换模块中，所述监测电路主要包括电流值监测子电路和电压值监测子电路；所述电流值监测子电路的输出端连接至管理电路，所述电压值监测子电路的输出端连接至管理电路。

7.根据权利要求2所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个恒流取电设备中，所述控制模块包括控制端低压旁电电路、CPU和存储器；

所述控制端低压旁电电路的输入端与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备的最末端的恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路的输出端与当前恒流取电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端低压旁电电路为存储器、CPU提供供电电源；所述存储器与CPU连接；所述CPU与各个恒压转换模块的控制端连接。

8.根据权利要求7所述的一种恒流供电光网络取电系统，其特征在于：

在每个控制模块中，所述控制端低压旁电电路包括控制端恒流直通子电路、控制端耦合稳压子电路和控制端低压转换子电路；所述控制端恒流直通子电路的输入端与外部近端恒流供电设备或上一个恒流取电设备最末端恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的一路输出端与当前恒流供电设备的下一个恒压转换模块连接，所述控制端恒流直通子电路的另一路输出端与控制端耦合稳压子电路的输入端连接；所述控制端耦合稳压子电路的输出端与控制端低压转换子电路的输入端连接；所述控制端低压转换子电路的一路输出端与CPU的供电端连接，所述控制端低压转换子电路的另一路输出端与存储器的供电端连接。

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