CN212785176U - 一种智能化耐高温电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化耐高温电源管理系统，主要解决现有耐高温电源无法对用电仪器进行故障监控和简单故障排除的问题。该电源管理系统包括主控计算机，与主控计算机相连的数据遥传模块，与数据遥传模块相连的智能管理控制模块，与智能管理控制模块相连的若干串口通信模块，以及通过每个串口通信模块连接在一起的成组耐高温电源和用电仪器。通过上述设计，本实用新型利用智能控制模块对用电仪器的供电数据、工作状态数据进行采集，可在异常情况下时通过主控计算机利用智能控制模块对耐高温电源进行关断，实现对用电仪器及耐高温电源的保护；同时还能对仪器小故障关停后的设备重启。因此，适于推广应用。

Description

一种智能化耐高温电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种电源管理系统，具体地说，是涉及一种智能化耐高温电源管理系统。

背景技术

随着耐高温电源的日趋成熟，耐高温电源的元器件性能，封装、散热工艺，稳定工作的极限温度都得到了较大的提升。但仅仅这些，已经无法满足一些脱离了电源本身性能的需求。比如：在井下测井时会使用到大量仪器设备，在恶劣的工作环境下，无法保证这些仪器设备中的任何一个都不出现问题，但是这些仪器的绝大多数故障可以通过重启设备来进行排除。传统的耐高温电源并不具有发现这些问题并单独对某一个故障设备断电重启的功能。

再比如：在石油测井的工作过程中，可能工作人员希望对耐高温电源的下联端口的仪器所有的、组合的、甚至单个的供电进行查询、连通或者断开。此时，普通的耐高温电源依然无法做到。因此，需要对井下用电仪器的耐高温电源进行有效管理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能化耐高温电源管理系统，主要解决现有耐高温电源无法对用电仪器进行故障监控和简单故障排除的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种智能化耐高温电源管理系统，包括主控计算机，与主控计算机相连的数据遥传模块，与数据遥传模块相连的智能管理控制模块，与智能管理控制模块相连的若干串口通信模块，以及通过每个串口通信模块连接在一起的成组耐高温电源和用电仪器；所述耐高温电源包括纹波吸收及变压器驱动模块，与纹波吸收及变压器驱动模块相连用于对电源输入的隔离电压进行变换输出的变压器，与变压器相连的输出滤波模块，与输出滤波模块相连光耦反馈电路，以及与输入直流输入端和变压器均相连的电源控制模块；其中，所述光耦反馈电路与所述电源控制模块耦接；

所述输出滤波模块包括与变压器的主绕组和辅组绕组公共输出端相连的电感L50、电容C53，与电感L50的另一端相连的电容C54、电阻R55，与变压器的主绕组的另一输出端相连的电容C52、电阻R56、电容C55；其中，电容C53、电容C54、电阻R55、电容C52、电阻R56、电容C55的另一端与变压器的辅组绕组的另一输出端相连并接地；其中，所述光耦反馈电路的一个外部接口与电感L50、电容C54、电阻R55的公共端相连，光耦反馈电路的另一个外部接口与电阻R56、电容C55的公共端相连。

进一步地，所述输出滤波模块与变压器的主绕组两个输出端之间连接有整流二极管。

进一步地，所述电源控制模块包括电源控制器，连接于与电源控制器的REF 引脚与COMP引脚之间电阻R2，连接于与电源控制器的REF引脚与RT\CT引脚之间电阻R8，连接于与电源控制器的RT\CT引脚与GND引脚之间的电容 C30，一端与电源控制器的CS引脚相连另一端与纹波吸收及变压器驱动模块相连的电阻R3，串联后并联于电阻R3两端的电容C21、电阻R14，连接于与电源控制器的REF引脚与GND引脚之间电容C29，连接于与电源控制器的VCC引脚与GND引脚之间电容C32，负极与电源控制器的OUT引脚相连的二极管 D52，栅极与二极管D52的正极相连、源极与电阻R3和电阻R14的公共端相连、漏极与二极管D2的正极相连的开关管Q1，并联于二极管D52两端的电阻R27，连接于开关管Q1的栅极与电源控制器的GND引脚之间的电阻R8，以及连接于电源控制器的COMP引脚与FB引脚之间光耦反馈电路的光接收端；其中，光耦反馈电路的光接收端与FB引脚连接端还与电源控制器的GND引脚相连。

进一步地，所述纹波吸收及变压器驱动模块包括两端分别连接于两个直流输入端之间的电容C1A，并联于电容C1A两端的电容C18，与直流输入端的正极输出端相连的电阻R11，与电阻R11另一端相连的电阻R12、电容C5，负极与电阻R12的另一端相连、正极与变压器的辅组绕组的一个输入端相连的二极管D6，并联于直流输入端两个输出端的电容C12，并联后一端与直流输入端的正极输出端和变压器的主绕组的输入端相连的电阻R10、电容C3，负极与并联后的电阻R10、电容C3的另一端相连、正极变压器的主绕组的另一输入端相连的二极管D2，与二极管D2的正极相连的电阻R16，以及与电阻R16的另一端相连的电容C13；其中，电容C12与直流输入端的负极输出端、电容C5的另一端均与变压器的辅组绕组的另一个输入端相连；电阻R11与电阻R12的公共端与电源控制器的VCC引脚相连，电容C12和电容C5的公共端与电源控制器的 FB引脚相连，电容C13的另一端与开关管Q1的源极相连。

作为优选，所述智能管理控制模块的主控芯片为STM32F4系列。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过利用智能控制模块对用电仪器的供电数据、工作状态数据进行采集，可在异常情况下时通过主控计算机利用智能控制模块对耐高温电源进行关断，实现对用电仪器及耐高温电源的保护；同时还能对仪器小故障关停后的设备重启。

(2)本实用新型的耐高温电源通过设置光耦反馈电路及输出滤波模块，当输出电压升高时，原边电流增大，输出电流增大，由于输出电流超过了电压误差放大器的电流输出能力，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，实现类似的调节，减小输出电压在高温环境环境下的输出波动，提升电源的转换效率，同时输出滤波模块能够有效滤除在输出端出现的与开关管同频率的纹波，使电源模块更适应高温环境下更强的电磁干扰。

(3)本实用新型利用光电耦合器来实现光耦反馈电路的反馈输出控制，起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的整体原理框图。

图2为本实用新型耐高温电源的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1、2所示，本实用新型公开的一种智能化耐高温电源管理系统，包括主控计算机，与主控计算机相连的数据遥传模块，与数据遥传模块相连的智能管理控制模块，与智能管理控制模块相连的若干串口通信模块，以及通过每个串口通信模块连接在一起的成组耐高温电源和用电仪器。

数据遥传模块用于实现井上主控计算机与井下智能电源的智能管理控制模块的数据传输，从而将井上主控计算机发出的连通、断开或重启命令传输到井下智能电源的管理控制模块，并由其进行处理，同时也可以将井下的下联端口的各设备的供电数据和实时工作状态发送到井上的主控计算机中。

智能管理控制模块的主控芯片为STM32F4系列，它主要负责对下用电仪器的供电数据、工作状态数据进行采集，同时接收主控计算机发出的工作指令。当用电出现电流或电压异常时，无需上报主控计算机请求处理方案，可直接控制耐高温电源自动关断对应仪器的电源，等待设备重启。

串口通信模块采用RS232通信标准，可与每一个要通过智能高温电源控制模块进行控制的井下仪器相连，井下仪器可以通过串口，将仪器自身的运行状态数据发送给管理控制模块。所述各模块及控制技术均采用现有技术，本方案通过有效组合实现电源管理系统的功能。对于各模块的具体结构及电路在此不再赘述。

所述耐高温电源包括纹波吸收及变压器驱动模块，与纹波吸收及变压器驱动模块相连用于对电源输入的隔离电压进行变换输出的变压器，与变压器相连的输出滤波模块，与输出滤波模块相连光耦反馈电路，以及与输入整流模块和变压器均相连的电源控制模块；其中，所述光耦反馈电路与所述电源控制模块耦接。光耦反馈电路在输出电压升高时，原边电流增大，输出电流增大，由于输出电流超过电压误差放大器的电流输出能力，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压下降时，调节过程类似，用于对电源模块输出电压的调节，提升转换效率。

所述输出滤波模块包括与变压器的主绕组和辅组绕组公共输出端相连的电感L50、电容C53，与电感L50的另一端相连的电容C54、电阻R55，与变压器的主绕组的另一输出端相连的电容C52、电阻R56、电容C55；其中，电容C53、电容C54、电阻R55、电容C52、电阻R56、电容C55的另一端与变压器的辅组绕组的另一输出端相连并接地；其中，所述光耦反馈电路的一个外部接口与电感L50、电容C54、电阻R55的公共端相连，光耦反馈电路的另一个外部接口与电阻R56、电容C55的公共端相连。

在本实施例中，所述输出滤波模块与变压器的主绕组两个输出端之间连接有整流二极管D50、D51，防止电流倒灌，对变压器起到保护作用。

在本实施例中，所述电源控制模块包括电源控制器，连接于与电源控制器的REF引脚与COMP引脚之间电阻R2，连接于与电源控制器的REF引脚与 RT\CT引脚之间电阻R8，连接于与电源控制器的RT\CT引脚与GND引脚之间的电容C30，一端与电源控制器的CS引脚相连另一端与纹波吸收及变压器驱动模块相连的电阻R3，串联后并联于电阻R3两端的电容C21、电阻R14，连接于与电源控制器的REF引脚与GND引脚之间电容C29，连接于与电源控制器的VCC引脚与GND引脚之间电容C32，负极与电源控制器的OUT引脚相连的二极管D52，栅极与二极管D52的正极相连、源极与电阻R3和电阻R14的公共端相连、漏极与二极管D2的正极相连的开关管Q1，并联于二极管D52两端的电阻R27，连接于开关管Q1的栅极与电源控制器的GND引脚之间的电阻R8，以及连接于电源控制器的COMP引脚与FB引脚之间光耦反馈电路的光接收端；其中，光耦反馈电路的光接收端与FB引脚连接端还与电源控制器的GND引脚相连。本模块负责提供整个电源中所有部件所需要的电流的控制，控制电源功率的大小调节，所述电源控制器通过采购获得。

在本实施例中，所述纹波吸收及变压器驱动模块包括两端分别连接于两个直流输入端之间的电容C1A，并联于电容C1A两端的电容C18，与直流输入端的正极输出端相连的电阻R11，与电阻R11另一端相连的电阻R12、电容C5，负极与电阻R12的另一端相连、正极与变压器的辅组绕组的一个输入端相连的二极管D6，并联于直流输入端两个输出端的电容C12，并联后一端与直流输入端的正极输出端和变压器的主绕组的输入端相连的电阻R10、电容C3，负极与并联后的电阻R10、电容C3的另一端相连、正极变压器的主绕组的另一输入端相连的二极管D2，与二极管D2的正极相连的电阻R16，以及与电阻R16的另一端相连的电容C13；其中，电容C12与直流输入端的负极输出端、电容C5的另一端均与变压器的辅组绕组的另一个输入端相连；电阻R11与电阻R12的公共端与电源控制器的VCC引脚相连，电容C12和电容C5的公共端与电源控制器的FB引脚相连，电容C13的另一端与开关管Q1的源极相连。

同时，在本实施例中，所有元器件均采用耐高温元器件。

所述耐高温电源在工作过程中，电源上电后会通过电源控制器自动判断是否欠压或过压，无论出现这两种情况中的任何一种，电源自动关断输出，如果电压正常，电源自动打开输出，然后判断是否过流，如果过流同样自动关断输出，否则输出稳定电压和电流，为设备提供稳定的电压电流输出，在工作过程中电源自身温度会不断上升，如果电源的工作环境维持在电源设计的工作温度之上时，如果电源出现过热现象，电源同样会自动关断。

本实用新型的具体使用过程或工作过程：

利用主控计算机与智能化耐高温电源的数据遥传模块建立通信连接，此时就可以通过主控计算机接收来自井下设备的供电和工作状态数据了，主控计算机可控制任意与智能化耐高温电源链接仪器的电源通断，当用电仪器设备出现电流或电压异常时，电源自动重启该出现异常的仪器设备，如出现其他异常，智能化耐高温电源接收到仪器的异常报告后，上报主控计算机，由主控计算机来确定解决方案。如果有其他手段监控到井下仪器的异常工作情况，也可手动在主控计算机上重启井下指定设备。因此，与现有技术相比，本实用新型具有实质性的特点和进步。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能化耐高温电源管理系统，其特征在于，包括主控计算机，与主控计算机相连的数据遥传模块，与数据遥传模块相连的智能管理控制模块，与智能管理控制模块相连的若干串口通信模块，以及通过每个串口通信模块连接在一起的成组的耐高温电源和用电仪器；所述耐高温电源包括纹波吸收及变压器驱动模块，与纹波吸收及变压器驱动模块相连用于对电源输入的隔离电压进行变换输出的变压器，与变压器相连的输出滤波模块，与输出滤波模块相连光耦反馈电路，以及与输入直流输入端和变压器均相连的电源控制模块；其中，所述光耦反馈电路与所述电源控制模块耦接；

所述输出滤波模块包括与变压器的主绕组和辅组绕组公共输出端相连的电感L50、电容C53，与电感L50的另一端相连的电容C54、电阻R55，与变压器的主绕组的另一输出端相连的电容C52、电阻R56、电容C55；其中，电容C53、电容C54、电阻R55、电容C52、电阻R56、电容C55的另一端与变压器的辅组绕组的另一输出端相连并接地；光耦反馈电路的电阻R50、电阻R52的公共端与电感L50、电容C54、电阻R55的公共端相连。

2.根据权利要求1所述的一种智能化耐高温电源管理系统，其特征在于，所述输出滤波模块与变压器的主绕组两个输出端之间连接有整流二极管。

3.根据权利要求2所述的一种智能化耐高温电源管理系统，其特征在于，所述电源控制模块包括电源控制器，连接于与电源控制器的REF引脚与COMP引脚之间电阻R2，连接于与电源控制器的REF引脚与RT\CT引脚之间电阻R8，连接于与电源控制器的RT\CT引脚与GND引脚之间的电容C30，一端与电源控制器的CS引脚相连另一端与纹波吸收及变压器驱动模块相连的电阻R3，串联后并联于电阻R3两端的电容C21、电阻R14，连接于与电源控制器的REF引脚与GND引脚之间电容C29，连接于与电源控制器的VCC引脚与GND引脚之间电容C32，负极与电源控制器的OUT引脚相连的二极管D52，栅极与二极管D52的正极相连、源极与电阻R3和电阻R14的公共端相连、漏极与二极管D2的正极相连的开关管Q1，并联于二极管D52两端的电阻R27，连接于开关管Q1的栅极与电源控制器的GND引脚之间的电阻R8，以及连接于电源控制器的COMP 引脚与FB引脚之间光耦反馈电路的光接收端；其中，光耦反馈电路的光接收端与FB引脚连接端还与电源控制器的GND引脚相连。

4.根据权利要求3所述的一种智能化耐高温电源管理系统，其特征在于，所述纹波吸收及变压器驱动模块包括两端分别连接于两个直流输入端之间的电容C1A，并联于电容C1A两端的电容C18，与直流输入端的正极输出端相连的电阻R11，与电阻R11另一端相连的电阻R12、电容C5，负极与电阻R12的另一端相连、正极与变压器的辅组绕组的一个输入端相连的二极管D6，并联于直流输入端两个输出端的电容C12，并联后一端与直流输入端的正极输出端和变压器的主绕组的输入端相连的电阻R10、电容C3，负极与并联后的电阻R10、电容C3的另一端相连、正极变压器的主绕组的另一输入端相连的二极管D2，与二极管D2的正极相连的电阻R16，以及与电阻R16的另一端相连的电容C13；其中，电容C12与直流输入端的负极输出端、电容C5的另一端均与变压器的辅组绕组的另一个输入端相连；电阻R11与电阻R12的公共端与电源控制器的VCC引脚相连，电容C12和电容C5的公共端与电源控制器的FB引脚相连，电容C13的另一端与开关管Q1的源极相连。

5.根据权利要求4所述的一种智能化耐高温电源管理系统，其特征在于，所述智能管理控制模块的主控芯片为STM32F4系列。

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