CN215498706U - 一种电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源控制系统，包括壳体、设置在所述壳体上的按键面板和显示面板、设置在所述壳体内的主控制模块和至少两个电源子模块。每个电源子模块包括隔离通信模块、从控制模块、功率变换模块和输出模块，隔离通信模块用于主控制模块和电源子模块之间的数据通信，从控制模块用于响应主控制模块发出的子电源输出控制命令，控制功率变换模块通过输出模块输出电能，以向外接负载提供电源。每个电源子模块的输出模块可以依据外接负载的需求进行串联和/或并联使用。由于对多个各自独立通道的电源子模块通过一个主控制模块进行统一管理，实现对实验室中各自独立供电通道的直流电源进行时序开关管理，并能满足实验室对不同直流电源的需求。

Description

一种电源控制系统

技术领域

本实用新型涉及实验室供电电源技术领域，具体涉及一种电源控制系统。

背景技术

实验室建筑内部有各种类型的实验室及仪器设备，供电系统除了维持实验室特定的环境用电外，还满足现有及未来增加的各种仪器特殊用电要求，对于离心机、层析冷柜、低温冰箱带压缩机之类的仪器，它们的电机启动所需要的电流往往是工作电流的数倍，在启动瞬间往往会影响该线路的电压波动，如果接在该线路上所用的大功率仪器较多，就会引起仪器工作不正常。微电子仪器如微生物电测试仪、分光光度计、计算机等要求比较高，大功率仪器的频频启动会产生脉冲电压，而这些脉冲电压很容易损坏元件或引起读数波动、数据丢失等故障。为了使这些功率仪器工作时互不干扰，一般每个功率仪器单独设一条线路，尤其是要将微电子仪器与大功率用电器分别接在不同的线路上。用于实验室的直流电源更是要求每个负载使用各自独立的直流电源，然而这就不能对这些各自独立的直流电源进行时序开关管理。

发明内容

本申请提供一种电源控制系统，用于实现对实验室中各自独立供电通道的直流电源进行时序开关管理。

根据第一方面，一种实施例中提供一种电源控制系统,包括壳体、设置在所述壳体上的按键面板和显示面板、设置在所述壳体内的主控制模块和至少两个电源子模块；

所述按键面板与所述主控制模块连接，用于电源输出控制命令的输入，并将所述电源输出控制命令发送给所述主控制模块；

所述主控制模块分别与每个所述电源子模块连接，用于接收所述电源输出控制命令，并依据所述电源输出控制命令分别向每个所述电源子模块发送子电源输出控制命令；

每个所述电源子模块包括隔离通信模块、从控制模块、功率变换模块和输出模块；所述隔离通信模块连接在所述主控制模块和所述从控制模块之间，用于将所述主控制模块输出的所述子电源输出控制命令发送给所述从控制模块；所述从控制模块与所述功率变换模块连接，用于响应所述子电源输出控制命令输出子电源输出参数给所述功率变换模块；所述功率变换模块与所述输出模块连接，用于依据所述子电源输出参数向所述输出模块输出电能；所述输出模块用于与外接负载连接，以向所述外接负载提供电源；所述输出模块包括电源正输出端和电源负输出端，所述电源正输出端和电源负输出端设置在所述壳体上；所述子电源输出参数包括输出电流值、输出电压值和/或输出功率值；

每个所述电源子模块的输出模块的电源正输出端和电源负输出端与一个所述外接负载连接；

和/或，至少有两个所述电源子模块的输出模块的电源正输出端和电源负输出端串联或并联后与一个所述外接负载连接；

所述显示面板与所述主控制模块连接，用于显示所述电源控制系统的工作状态信息。

一实施例中，所述电源控制系统还包括对外通信接口，用于与一外部电源监控设备连接；所述对外通信接口用于接收所述外部电源监控设备发出的所述电源输出控制命令，并发送给所述主控制模块；和/或，所述对外通信接口用于将所述电源控制系统的工作状态信息发送给所述外部电源监控设备。

一实施例中，所述功率变换模块还包括输出电信号监测模块，与所述从控制模块连接；所述输出电信号监测模块用于获取所述子电源输出参数，并发送给所述从控制模块；所述从控制模块还用于将所述子电源输出参数通过所述隔离通信模块发送给所述主控制模块；

所述主控制模块还用于将接收的每个所述电源子模块的子电源输出参数发送给所述显示面板显示，或将接收的每个所述电源子模块的子电源输出参数通过所述对外通信接口发送给所述外部电源监控设备。

一实施例中，每个所述电源子模块还包括对外接口，用于与所述外部电源监控设备连接；所述对外接口用于从所述从控制模块获取所述电源子模块的子电源输出参数，并发送给所述外部电源监控设备；和/或，所述对外接口用于从所述外部电源监控设备获取所述子电源输出控制命令，并发送给所述从控制模块。

一实施例中，所述对外通信接口包括USB接口、LAN接口和/或RS232接口。

一实施例中，所述功率变换模块还包括输入整流滤波电路、PFC电路和DC/DC变换电路；所述输入整流滤波电路用于将输入所述功率变换模块的一第一交流电进行整流滤波；所述PFC电路用于将所述第一交流电转换为第一直流电；所述DC/DC变换电路用于将所述第一直流电转换为第二直流电，并将所述第二直流电输出给所述输出模块。

一实施例中，所述输出模块还包括输出滤波电路，分别与所述电源正输出端和电源负输出端连接；所述输出滤波电路用于对所述第二直流电进行滤波后通过所述电源正输出端和电源负输出端输出给所述外接负载。

一实施例中，所述功率变换模块还包括电压控制电路和电流控制电路；所述电压控制电路用于依据所述输出电流值控制所述功率变换模块的输出电流；所述电压控制电路用于依据所述输出电压值控制所述功率变换模块的输出电压。

一实施例中，所述功率变换模块还包括过压保护电路、过流保护电路和/或过温保护电路；所述过压保护电路用于对所述功率变换模块进行过电压保护；所述过流保护电路用于对所述功率变换模块进行过电流保护；所述过温保护电路用于对所述功率变换模块进行过温度保护。

一实施例中，所述电源控制系统包括三个所述电源子模块；所述主控制模块包括子电源控制命令同步模块；所述子电源控制命令同步模块用于获取所述子电源输出控制命令，并将获取的所述子电源输出控制命令分别发送给三个所述电源子模块；

当所述子电源控制命令同步模块分别向三个所述电源子模块发送所述子电源输出控制命令时，分别在第一时间、第二时间和第三时间向三个所述电源子模块发送所述子电源输出控制命令，以用于三个所述电源子模块同时获取所述子电源输出控制命令。

依据上述实施例的一种电源控制系统，包括壳体、设置在壳体上的按键面板和显示面板、设置在壳体内的主控制模块和至少两个电源子模块。其中，每个电源子模块包括隔离通信模块、从控制模块、功率变换模块和输出模块，隔离通信模块用于主控制模块和电源子模块之间的数据通信，从控制模块用于响应主控制模块发出的子电源输出控制命令，控制功率变换模块通过输出模块输出电能，以向外接负载提供电源。另外，每个电源子模块的输出模块可以依据外接负载的需求进行单独、串联和/或并联使用。由于对多个各自拥有独立电源通道的电源子模块通过一个主控制模块进行统一管理，并能依据外接负载的实际需求对多个电源子模块进行串并联使用，实现对实验室中各自独立供电通道的直流电源进行时序开关管理，并能满足实验室对不同电参数的直流电源的需求。

附图说明

图1为一种多通道直流供电系统的结构示意图；

图2为一种实施例中电源控制系统的结构示意图；

图3为一种实施例中控制命令传输示意图；

图4为一种实施例中从控制模块命令传输时差示意图；

图5为一种实施例中从控制模块命令接收时差测试示意图；

图6一种实施例中三个电源子模块输出端单独输出模式连接示意图；

图7一种实施例中三个电源子模块输出端并联输出模式连接示意图；

图8一种实施例中三个电源子模块输出端两并联一独立输出模式连接示意图；

图9一种实施例中三个电源子模块输出端两串联一独立输出模式连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图1，为一种多通道直流供电系统的结构示意图，多通道直流供电系统包括一个主通道直流电源、至少一个从通道直流电源和串并联功率继电器控制切换模块，主通道直流电源包括主模块DAC、电压设定模块、电流设定模块、电压控制模块、电流控制模块、恒压/恒流控制模块、功率变换模块1、电流采样模块、电压采样模块、输出模块CH1，从通道直流电源包括从模块DAC、电压设定模块、电流设定模块、电压设定/跟踪模块切换、电流设定/跟踪模块切换、电压控制模块、电流控制模块、恒压/恒流控制模块、功率变换模块2、电流采样模块、电压采样模块、输出模块CH2。主通道直流电源通过主模块DAC设置电压设定模块和电流设定模块的电参数值，电压控制模块和电流控制模块依据设定的电参数值限定控制电压值或电流值，恒压/恒流控制模块控制功率变换模块1按限定的电参数通过输出模块CH1输出电能，同时电流采样模块和电压采样模块对功率变换模块1输出电能的电参数进行监测，并将监测值发送给电流控制模块或电压控制模块，以保证输出模块GH1输出电能的电信号的稳定性。主通道直流电源的电流采样模块和电压采样模块还用于将监测值发送给从通道直流电源的电压设定/跟踪模块切换和电流设定/跟踪模块切换，以保证从通道直流电源依据主通道直流电源输出电能的电参数输出电能。串并联功率继电器控制切换模块用于实现对主通道直流电源和从通道直流电源独立、串联或并联使用的控制。当从通道直流电源独立工作时候，从通道直流电源的电压设定/跟踪模块将工作在设定模式，由从模块DAC操控后端电路完成独立通道输出。当从通道直流电源和主从通道直流电源进行串并联合路输出的时候，从通道直流电源的电压设定/跟踪模块将工作在跟踪模式，此时从通道直流电源的电压、电流模块控制信号来源于主通道直流电源的电压、电流采样模块返回的实际模拟信号，将主通道直流电源路的控制信号进行复制输出，通过最后的串并联功率继电器进行合路输出。如图1所示的多通道直流供电系统中，很难实现对主通道直流电源和从通道直流电源进行时序开关管理。另外，由于受限于继电器的工艺，常规的继电器可以通过的直流电压为35V以下，所以这个结构可以输出的电压受限。如果使用高压直流继电器，那么继电器的体积变的非常巨大，那么电源的外形必然不能小型化。

在本申请实施例中，对多个各自拥有独立电源通道的电源子模块通过一个主控制模块进行统一管理，并能依据外接负载的实际需求，使多个电源子模块即可各自独立使用，也可相互串并联使用，进而满足实验室对不同电参数的直流电源的需求。同时，还可对每个电源子模块进行上下电时序功能的控制，满足实验室对多个直流电源进行时序开关管理的需求。

实施例一

请参考图2，为一种实施例中电源控制系统的结构示意图，电源控制系统包括壳体、设置在壳体上的按键面板4和显示面板3、设置在壳体内的主控制模块1和至少两个电源子模块2。按键面板4与主控制模块1连接，用于电源输出控制命令的输入，并将电源输出控制命令发送给主控制模块1。主控制模块1分别与每个电源子模块连接，用于接收电源输出控制命令，并依据电源输出控制命令分别向每个电源子模块2发送子电源输出控制命令。每个电源子模块2包括隔离通信模块21、从控制模块22、功率变换模块24和输出模块25。隔离通信模块21连接在主控制模块1和从控制模块22电源子模块之间，用于将主控制模块1输出的子电源输出控制命令发送给从控制模块22。从控制模块22与功率变换模块24连接，用于响应子电源输出控制命令输出子电源输出参数给功率变换模块24。功率变换模块24与输出模块25连接，用于依据子电源输出参数向输出模块25输出电能。输出模块25用于与外接负载连接，以向外接负载提供电源。输出模块25包括电源正输出端和电源负输出端，电源正输出端和电源负输出端设置在壳体上。其中，子电源输出参数包括输出电流值、输出电压值和输出功率值。一实施例中，每个电源子模块2的输出模块25的电源正输出端和电源负输出端与一个外接负载连接。一实施例中，至少有两个电源子模块2的输出模块25的电源正输出端和电源负输出端串联或并联后与一个外接负载连接。显示面板4与主控制模块1连接，用于显示电源控制系统的工作状态信息。

一实施例中，电源控制系统还包括对外通信接口5，用于与一外部电源监控设备连接。对外通信接口5用于接收外部电源监控设备发出的电源输出控制命令，并发送给主控制模块1。一实施例中，对外通信接口用于将电源控制系统的工作状态信息发送给外部电源监控设备。其中，对外通信接口5包括USB接口、LAN接口和/或RS232接口。

一实施例中，电源子模块2的功率变换模块24还包括输出电信号监测模块，与从控制模块22连接，输出电信号监测模块用于获取子电源输出参数，并发送给从控制模块22，从控制模块22还用于将子电源输出参数通过隔离通信模块21发送给主控制模块1。主控制模块1还用于将接收的每个电源子模块2的子电源输出参数发送给显示面板3显示，或将接收的每个电源子模块2的子电源输出参数通过对外通信接口5发送给外部电源监控设备。

一实施例中，每个电源子模块2还包括对外接口23，用于与外部电源监控设备连接。对外接口23用于从从控制模块22获取电源子模块2的子电源输出参数，并发送给外部电源监控设备。一实施例中，对外接口23用于从外部电源监控设备获取子电源输出控制命令，并发送给从控制模块22。

一实施例中，电源子模块2的功率变换模块24还包括输入整流滤波电路、PFC电路和DC/DC变换电路。输入整流滤波电路用于将输入功率变换模块的一第一交流电进行整流滤波，PFC电路用于将第一交流电转换为第一直流电，DC/DC变换电路用于将第一直流电转换为第二直流电，并将第二直流电输出给输出模块25。一实施例中，第一直流电的电压为400V，第一交流电的电压为220V。

一实施例中，输出模块25还包括输出滤波电路，分别与电源正输出端和电源负输出端连接，输出滤波电路用于对第二直流电进行滤波后通过电源正输出端和电源负输出端输出给外接负载。一实施例中，电源正输出端和电源负输出端是电连接端子。

一实施例中，功率变换模块还包括电压控制电路和电流控制电路，电压控制电路用于依据输出电流值控制功率变换模块24的输出电流。电压控制电路用于依据输出电压值控制功率变换模块24的输出电压。

一实施例中，功率变换模块还包括过压保护电路、过流保护电路和过温保护电路。过压保护电路用于对功率变换模块24进行过电压保护。过流保护电路用于对功率变换模块24进行过电流保护。过温保护电路用于对功率变换模块24进行过温度保护。一实施例中，电源控制系统还包括供电电源6，供电电源6为电源控制系统提供电源。

请参考图3，为一种实施例中控制命令传输示意图，在本申请实施例中，电源控制系统包括三个电源子模块，主控制模块1接收用户通过按键面板4输入的电源输出控制命令、程控自动设定的电源输出控制命令或对外通信接口接收的电源输出控制命令，再将子电源输出控制命令CH通过隔离通信模块下发给从控制模块22，每个电源子模块2控制功率变换模块通过输出模块输出电能，并通过电压、电流控制环路来控制各自对应的通道功率变换模块进行电能输出。如果用户还需要控制每个电源子模块2输出有不同的延时，就可以使用本方案来实现，在需要有高精度时序要求的情况下本方案通道间的时延误差可以做到1ms以下，完全满足电源子模块输出控制低延时的要求。一实施例中，主控制模块1包括子电源控制命令同步模块，子电源控制命令同步模块用于获取子电源输出控制命令，并将获取的子电源输出控制命令分别发送给三个电源子模块2。当子电源控制命令同步模块分别向三个电源子模块发送子电源输出控制命令时，分别在第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3向三个电源子模块发送子电源输出控制命令，以用于三个电源子模块同时获取子电源输出控制命令。请参考图4，为一种实施例中从控制模块命令传输时差示意图，一实施例中，主控制模块1与从控制模块22是使用同一个SPI工作的，所以对三个从控制模块22的片选是采用分步发送命令的方式，先发CH1命令,再发送CH2命令,最后发送CH3命令，这就导致三个独立电源通道的输出存在时差。请参考图5，为一种实施例中从控制模块命令接收时差测试示意图，设置通道1输出1.8V，延时15ms，设置通道2输出3.3V，延时80ms，设置通道3输出12V，延时0。通过测试测量出命令下发后，三个通道分别输出的时间为第一时间T1,第二时间T2,第三时间T3。计算出CH2命令和CH1命令的时差为ΔT1,CH3命令和CH2命令的时差为ΔT2，通道3是最晚接收到命令的，所以CH3命令的时间最长最后输出，测试出ΔT1，ΔT2后以通道3为输出时间T0基准，一个从控制模块接收到命令后延时ΔT1+ΔT2再发输出命令，一个从控制模块接收到命令后延时ΔT2再发输出命令，最后一个从控制模块接收到命令就发送输出命令，这样三个通道就同步输出了。

在本申请实施例中，除了三个独立电源通道可以配置不同的时序输出外，还可以通过每个独立电源通道的电源子模块的电源正输出端和电源负输出端来实现三个通道的组合工作，扩展了电源控制系统的电压电流输出范围。请参考图6、图7、图8和图9所示，分别为一种实施例中三个电源子模块输出端单独输出模式、并联输出模式、两并联一独立输出模式和两串联一独立输出模式，电源控制系统的多个电源子模块可以分别独立或自由数量组合串并联输出，可以大大增加电源控制系统的电压电流输出范围。

在本申请实施例中，公开的电源控制系统包括壳体、设置在壳体上的按键面板和显示面板、设置在壳体内的主控制模块和至少两个电源子模块。其中，每个电源子模块包括隔离通信模块、从控制模块、功率变换模块和输出模块，隔离通信模块用于主控制模块和电源子模块之间的数据通信，从控制模块用于响应主控制模块发出的子电源输出控制命令，控制功率变换模块通过输出模块输出电能，以向外接负载提供电源。另外，每个电源子模块的输出模块可以依据外接负载的需求进行单独、串联和/或并联使用。由于对多个各自拥有独立电源通道的电源子模块通过一个主控制模块进行统一管理，并能依据外接负载的实际需求对多个电源子模块进行串并联使用，实现对实验室中各自独立供电通道的直流电源进行时序开关管理，并能满足实验室对不同电参数的直流电源的需求。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种电源控制系统，其特征在于，包括壳体、设置在所述壳体上的按键面板和显示面板、设置在所述壳体内的主控制模块和至少两个电源子模块；

所述按键面板与所述主控制模块连接，用于电源输出控制命令的输入，并将所述电源输出控制命令发送给所述主控制模块；

所述主控制模块分别与每个所述电源子模块连接，用于接收所述电源输出控制命令，并依据所述电源输出控制命令分别向每个所述电源子模块发送子电源输出控制命令；

每个所述电源子模块包括隔离通信模块、从控制模块、功率变换模块和输出模块；所述隔离通信模块连接在所述主控制模块和所述从控制模块之间，用于将所述主控制模块输出的所述子电源输出控制命令发送给所述从控制模块；所述从控制模块与所述功率变换模块连接，用于响应所述子电源输出控制命令输出子电源输出参数给所述功率变换模块；所述功率变换模块与所述输出模块连接，用于依据所述子电源输出参数向所述输出模块输出电能；所述输出模块用于与外接负载连接，以向所述外接负载提供电源；所述输出模块包括电源正输出端和电源负输出端，所述电源正输出端和电源负输出端设置在所述壳体上；所述子电源输出参数包括输出电流值、输出电压值和/或输出功率值；

每个所述电源子模块的输出模块的电源正输出端和电源负输出端与一个所述外接负载连接；和/或，至少有两个所述电源子模块的输出模块的电源正输出端和电源负输出端串联或并联后与一个所述外接负载连接；

所述显示面板与所述主控制模块连接，用于显示所述电源控制系统的工作状态信息。

2.如权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，还包括对外通信接口，用于与一外部电源监控设备连接；所述对外通信接口用于接收所述外部电源监控设备发出的所述电源输出控制命令，并发送给所述主控制模块；和/或，所述对外通信接口用于将所述电源控制系统的工作状态信息发送给所述外部电源监控设备。

3.如权利要求2所述的电源控制系统，其特征在于，所述功率变换模块还包括输出电信号监测模块，与所述从控制模块连接；所述输出电信号监测模块用于获取所述子电源输出参数，并发送给所述从控制模块；所述从控制模块还用于将所述子电源输出参数通过所述隔离通信模块发送给所述主控制模块；

所述主控制模块还用于将接收的每个所述电源子模块的子电源输出参数发送给所述显示面板显示，或将接收的每个所述电源子模块的子电源输出参数通过所述对外通信接口发送给所述外部电源监控设备。

4.如权利要求3所述的电源控制系统，其特征在于，每个所述电源子模块还包括对外接口，用于与所述外部电源监控设备连接；所述对外接口用于从所述从控制模块获取所述电源子模块的子电源输出参数，并发送给所述外部电源监控设备；和/或，所述对外接口用于从所述外部电源监控设备获取所述子电源输出控制命令，并发送给所述从控制模块。

5.如权利要求2所述的电源控制系统，其特征在于，所述对外通信接口包括USB接口、LAN接口和/或RS232接口。

6.如权利要求2所述的电源控制系统，其特征在于，所述功率变换模块还包括输入整流滤波电路、PFC电路和DC/DC变换电路；所述输入整流滤波电路用于将输入所述功率变换模块的一第一交流电进行整流滤波；所述PFC电路用于将所述第一交流电转换为第一直流电；所述DC/DC变换电路用于将所述第一直流电转换为第二直流电，并将所述第二直流电输出给所述输出模块。

7.如权利要求6所述的电源控制系统，其特征在于，所述输出模块还包括输出滤波电路，分别与所述电源正输出端和电源负输出端连接；所述输出滤波电路用于对所述第二直流电进行滤波后通过所述电源正输出端和电源负输出端输出给所述外接负载。

8.如权利要求6所述的电源控制系统，其特征在于，所述功率变换模块还包括电压控制电路和电流控制电路；所述电压控制电路用于依据所述输出电流值控制所述功率变换模块的输出电流；所述电压控制电路用于依据所述输出电压值控制所述功率变换模块的输出电压。

9.如权利要求6所述的电源控制系统，其特征在于，所述功率变换模块还包括过压保护电路、过流保护电路和/或过温保护电路；所述过压保护电路用于对所述功率变换模块进行过电压保护；所述过流保护电路用于对所述功率变换模块进行过电流保护；所述过温保护电路用于对所述功率变换模块进行过温度保护。

10.如权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于，包括三个所述电源子模块；所述主控制模块包括子电源控制命令同步模块；所述子电源控制命令同步模块用于获取所述子电源输出控制命令，并将获取的所述子电源输出控制命令分别发送给三个所述电源子模块；

当所述子电源控制命令同步模块分别向三个所述电源子模块发送所述子电源输出控制命令时，分别在第一时间、第二时间和第三时间向三个所述电源子模块发送所述子电源输出控制命令，以用于三个所述电源子模块同时获取所述子电源输出控制命令。

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