CN215772907U - 一种通用型开关电源柜管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通用型开关电源柜管理电路，第二控制模块用于采集第一信号，并基于第一信号，控制驱动模块与电池休眠保护单元；驱动模块用于驱动升压单元；滤波单元用于对输入电压信号进行滤波，并将滤波后的电压信号输入到升压单元中；升压单元用于将输入的电压信号升高，并将升高后的电压信号输入到第二控制模块中；电池休眠保护单元用于接收第二控制模块发送的指令信号，并基于指令信号调节所述蓄电池模块充电状态与休眠状态；本实用新型的有益效果为不大规模改变原有各种开关电源柜结构的基础上实现对开关电源柜的监测、控制和功率扩容，易于实施和推广应用；保证了蓄电池无论在何种电路环境下，在提供电源的同时不会被损害。

Description

一种通用型开关电源柜管理电路

技术领域

本实用新型涉及开关监测领域，具体而言，涉及一种通用型开关电源柜管理电路。

背景技术

据目前的通信行业的通信设备是采用开关电源柜将交流市电转换为直流电为其供电，其中开关电源柜又包含整流模块、管理模块、直流配电模块等组成，开关电源柜不仅连接着各种直流负载，还连接着蓄电池确保市电中断后持续为负载供电。因为中国铁塔的成立，将原三大运营商的通信机房进行了大整合，因此中国铁塔管理的通信基站中采用的开关电源型号众多，加上大量老旧的开关电源柜无法购买维修备件导致的输出功率不足和无法监控管理的现象，还有基站偶发开关电源的监控模块被盗和近两年通信基站批量更换梯次锂电池原有开关电源柜无法设定为对应的充放电参数等，这些问题直接会导致基站无法被东环系统监控，还会导致蓄电池充放电不受保护而损坏蓄电池，甚至会因为充电电流不受控制而导致电池起火爆炸等风险。

有鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是在通信基站采用的众多开关电源型号，出现陈旧，输出功率不足导致无法监控，或被盗的情况无法被监控，且容易对蓄电池造成损坏，目的在于提供一种通用型开关电源柜管理电路，能够实现不大规模改变原有各种开关电源柜结构的基础上实现对开关电源柜的监测、控制和功率扩容，以及保护蓄电池。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种通用型开关电源柜管理电路，包括第二控制模块、电池休眠保护单元、升压单元、驱动模块以及滤波单元；

所述第二控制模块用于采集第一信号，并基于第一信号，控制所述驱动模块与所述电池休眠保护单元，所述第一信号包括所述第二控制模块上的电源电压信号、电源电流信号以及充电管理模块分压电路传输的电压信号；

所述驱动模块用于驱动所述升压单元；

所述滤波单元用于对输入电压信号进行滤波，并将滤波后的电压信号输入到所述升压单元中；

所述升压单元用于将输入的电压信号升高，并将升高后的电压信号输入到所述第二控制模块中；

所述电池休眠保护单元用于接收所述第二控制模块发送的指令信号，并基于指令信号调节所述蓄电池模块充电状态与休眠状态。

传统的在开关电源柜的管理中，通信基站中采用的众多开关电源型号，当陈旧的时候，输出功率不足导致无法监控，且出现被盗的时候，也无法直接监控，甚至会造成蓄电池的损坏，产生电池起火的风险，本实用新型提供一种通用型开关电源柜管理电路，通过实时监控各个电路中的电压信号或电流信号波，以及对蓄电池的电路进行保护，实现不大规模改变原有各种开关电源柜结构的基础上实现对开关电源柜的监测、控制和功率扩容，以及保护了蓄电池在一定环境下不被损害。

优选地，所述电路还包括第一控制模块，充电管理模块分压电路以及电源分压电路，

所述第一控制模块用于采集开关电源柜中的第二信号，并基于第二信号控制所述第二控制模块，所述第二信号为开关电源柜上与第一控制模块连接的元器件的电压信号和电流信号；

所述充电管理模块用于分压所述升压单元输出的电压信号，并将分压后的电压信号输入到所述第二控制模块中；

所述电源分压电路用于检测电源电压信号，并将检测到的电源电压信号输入到所述第二控制模块中。

优选地，所述第一控制模块、所述第二控制模块以及所述第三控制模块均为单片机。

优选地，所述第一控制模块的CANRX端口与所述第二控制模块的PD0端口连接，所述第一控制模块的CANTX端口与所述第二控制模块的PD1端口连接。

优选地，所述驱动模块的IN端口与所述第二控制模块的PD3端口连接，所述驱动模块的OUT端口通过电阻R1与所述升压单元连接。

优选地，所述升压单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、二极管D1、二极管D2以及二极管D3；

所述二极管D1、所述二极管D2以及所述二极管D3并联设置，且其并联的阳极分别与所述场效应管Q1的源极以及所述场效应管Q2的源极连接，其阴极与所述充电管理模块分压电路连接，同时阴极分别通过电容C1～电容C12与地连接；

所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的源极均通过电感L1与所述滤波单元连接；

所述场效应管的Q1的漏极与所述场效应管Q2的漏极均与所述驱动模块的OUT端口连接；

所述场效应管Q1的栅极与所述场效应管Q2的栅极均接地连接。

优选地，所述充电管理模块分压电路包括电容C18、电阻R5以及电阻R3，所述升压电路输出端通过电阻R3与所述第二控制模块的PC1端口连接，所述电阻R3通过电容C18与接地连接，所述电阻R3通过所述电阻R5接地连接。

优选地，所述滤波单元包括电容C13、电容C14、电容C15以及电容C16，且所述电容C13、所述电容C14、所述电容C15以及所述电容C16并联连接，且负极接地，并联的电容正极输入端与电源连接，正极输出端与升压电路连接。

优选地，所述电池休眠保护单元包括场效应管Q4、场效应管Q5以及继电器K1，所述场效应管Q4的栅极通过电阻R8与光耦U3的输出端连接，所述光耦的输入端通过电阻R13与所述第二控制模块的PB7端口连接；所述场效应管的栅极依次通过电阻R11、光敏二极管接地连接；所述场效应管Q4的源极通过电阻R10与电子R8连接；所述场效应管的漏极与继电器K1的引脚4连接，所述继电器K1的引脚1与引脚4通过而激光D5连接；所述继电器的引脚3与电池连接，且所述继电器的引脚3与场效应管Q5的漏极连接；所述场效应管Q5的栅极通过电阻R14与光耦U4引脚3的输出端连接，所述场效应管的源极通过电阻R16与所述光耦U4的引脚3输出端连接；所述光耦U4的引脚1通过电阻R15与所述第二控制模块的PD5端口连接，所述光耦U4的引脚2接地。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型实施例提供的一种通用型开关电源柜管理电路，实现了不大规模改变原有各种开关电源柜结构的基础上实现对开关电源柜的监测、控制和功率扩容，易于实施和推广应用；

2、本实用新型实施例提供的一种通用型开关电源柜管理电路，保证了蓄电池无论在何种电路环境下，在提供电源的同时不会被损害，对蓄电池有保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为整体电路模块示意图

图2为第一控制模块示意图

图3为第二控制模块示意图

图4为电池休眠保护单元电路连接图

图5为滤波电路、升压单元以及驱动模块示意图

图6为充电管理模块分压电路

图7为电源分压电路

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本实用新型。在其他实施例中，为了避免混淆本本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例一

本实施例公开了一种通用型开关电源柜管理电路，如图1所示，包括第二控制模块、电池休眠保护单元、升压单元、驱动模块以及滤波单元；第一控制模块，充电管理模块分压电路以及电源分压电路，

所述第一控制模块用于采集开关电源柜中的第二信号，并基于第二信号控制所述第二控制模块，所述第二信号为开关电源柜上与第一控制模块连接的元器件的电压信号和电流信号；

如图2所示，供电部分包括5V、3.3V、12V、GND均采用隔离供电方式，用于单片机的运行供电和基准供电；

ADC模拟量采集单元包括A0到A11，用于采集监控蓄电池电压、电流、温度，采集原开关电源柜整流模块的输出电压、电流，采集新增扩容用整流模块的电压、电流，采集负载电流，采集环境温度，采集市电工况，还有两路预留的采集通道备用；模块与模块间的CAN总线通信，通过CAN总线监测和控制新增整流模块和蓄电池充电管理模块；

Digital数字引脚部分包括D1到D53，D1用于MCU与蓄电池充电休眠保护模块连接，D2到D9与各个用户的一次和二次下电接触器连接，D10到D13与各用户电量模块连接；D15到D20与动环系统和服务器通信，D21到D53与内部其他功能电路连接。

第二控制模块用于采集第一信号，并基于第一信号，控制驱动模块与电池休眠保护单元，第一信号包括第二控制模块上的电源电压信号、电源电流信号以及充电管理模块分压电路传输的电压信号；

第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块均为单片机，第一控制模块的CANRX端口与第二控制模块的PD0端口连接，第一控制模块的CANTX端口与第二控制模块的PD1端口连接。

所述驱动模块用于驱动所述升压单元；如图5所示，驱动模块的IN端口与所述第二控制模块的PD3端口连接，所述驱动模块的OUT端口通过电阻R1与所述升压单元连接。

滤波单元用于对输入电压信号进行滤波，并将滤波后的电压信号输入到所述升压单元中；

如图5所示，滤波单元包括电容C13、电容C14、电容C15以及电容C16，且电容C13、电容C14、电容C15以及电容C16并联连接，且负极接地，并联的电容正极输入端与电源连接，正极输出端与升压电路连接。

如图3所示，升压单元用于将输入的电压信号升高，并将升高后的电压信号输入到第二控制模块中；

L1、Q1、D1、D2、D3和C1到C12组成boost的DCDC升压电路，Q1由U1专用mos管驱动芯片来驱动，U1_in由MCU1的数字引脚PD3控制；升压单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、二极管D1、二极管D2以及二极管D3；

二极管D1、二极管D2以及二极管D3并联设置，且其并联的阳极分别与所述场效应管Q1的源极以及所述场效应管Q2的源极连接，其阴极与所述充电管理模块分压电路连接，同时阴极分别通过电容C1～电容C12与地连接；

场效应管Q1的源极与场效应管Q2的源极均通过电感L1与所述滤波单元连接；场效应管的Q1的漏极与场效应管Q2的漏极均与所述驱动模块的OUT端口连接；场效应管Q1的栅极与所述场效应管Q2的栅极均接地连接。

电池休眠保护单元用于接收第二控制模块发送的指令信号，并基于指令信号调节蓄电池模块充电状态与休眠状态。

如图4所示，电池休眠保护单元包括场效应管Q4、场效应管Q5以及继电器K1，场效应管Q4的栅极通过电阻R8与光耦U3的输出端连接，光耦的输入端通过电阻R13与第二控制模块的PB7端口连接；场效应管的栅极依次通过电阻R11、光敏二极管接地连接；场效应管Q4的源极通过电阻R10与电子R8连接；场效应管的漏极与继电器K1的引脚4连接，继电器K1的引脚1与引脚4通过而激光D5连接；继电器的引脚3与电池连接，且继电器的引脚3与场效应管Q5的漏极连接；场效应管Q5的栅极通过电阻R14与光耦U4引脚3的输出端连接，所述场效应管的源极通过电阻R16与光耦U4的引脚3输出端连接；光耦U4的引脚1通过电阻R15与第二控制模块的PD5端口连接，光耦U4的引脚2接地；

U3、U4为MCU1隔离控制Q4、Q5和K1的光耦，主要对MCU1的芯片起保护作用；R8、R15为U3、U4光耦输入端LED的限流保护电阻，R10和R16为Q4、Q5的控制引脚的下拉电阻，辅助场效应管能迅速关断，R18和LED-RTS2组成工作状态指示灯；

K1的2脚连接到电源系统的负极，K1的3脚连接到蓄电池的负极，当电池需要高电压充电的时候，K1的2和3脚为断路状态，电池充电管理模块中的升压电路输出为电池充电，并通过Q5实时控制电池的充电电流。

当电池完成充电后，K1的2和3脚保持断路状态，Q5变成关闭状态，此时电池进入不充电也不放电的休眠静置状态，当电池剩余容量由于自放电特性静置到程序设定的值，整个系统会重新执行一次充电程序，确保电池有足够电量作为后备使用，当遇到域外停电的情况，整个系统会立即将K1的2和3脚变为通路状态，让电池接入系统为负载持续供电。

充电管理模块用于分压所述升压单元输出的电压信号，并将分压后的电压信号输入到所述第二控制模块中；

如图6所示，充电管理模块分压电路包括电容C18、电阻R5以及电阻R3，所述升压电路输出端通过电阻R3与所述第二控制模块的PC1端口连接，所述电阻R3通过电容C18与接地连接，所述电阻R3通过所述电阻R5接地连接。

如图7所示，所述电源分压电路用于检测电源电压信号，并将检测到的电源电压信号输入到所述第二控制模块中。

由于本方案具有完整的开关电源主控系统和充电管理电路，因此MCU系统不需要去匹配原有电源系统中的各种各样的整流模块，无需对原有整流模块进行任何控制，系统只检测系统状态和控制一、二次下电接触器来保护电池不被过放电损坏，通过独立的充电管理模块可以将充电电压调整为铅酸电池和锂电池的电压，由此解决大部分老旧电源无法将锂电池充满的问题，并配合电池休眠保护模块可以对电池充电精准限流，在电池充满后能让电池进入休眠状态进一步保护电池和延长电池寿命。

本方案电流检测器件采用开口式霍尔，方便安装，外部连线仅有一二次下电接触器控制线和电源连接线、电池连接线，安装及其简单，方便改造，并且整套系统兼容性强大，几乎兼容现有在用的所有基站的开关电源柜，造价相对便宜，有利于市场规模化生产和应用。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，包括第二控制模块、电池休眠保护单元、升压单元、驱动模块以及滤波单元；

所述第二控制模块用于采集第一信号，并基于第一信号，控制所述驱动模块与所述电池休眠保护单元，所述第一信号包括所述第二控制模块上的电源电压信号、电源电流信号以及充电管理模块分压电路传输的电压信号；

所述驱动模块用于驱动所述升压单元；

所述滤波单元用于对输入电压信号进行滤波，并将滤波后的电压信号输入到所述升压单元中；

所述升压单元用于将输入的电压信号升高，并将升高后的电压信号输入到所述第二控制模块中；

所述电池休眠保护单元用于接收所述第二控制模块发送的指令信号，并基于指令信号调节所述蓄电池模块充电状态与休眠状态。

2.根据权利要求1所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述电路还包括第一控制模块，充电管理模块分压电路以及电源分压电路，

所述第一控制模块用于采集开关电源柜中的第二信号，并基于第二信号控制所述第二控制模块，所述第二信号为开关电源柜上与第一控制模块连接的元器件的电压信号和电流信号；

所述充电管理模块用于分压所述升压单元输出的电压信号，并将分压后的电压信号输入到所述第二控制模块中；

所述电源分压电路用于检测电源电压信号，并将检测到的电源电压信号输入到所述第二控制模块中。

3.根据权利要求2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述第一控制模块、所述第二控制模块以及所述第三控制模块均为单片机。

4.根据权利要求2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述第一控制模块的CANRX端口与所述第二控制模块的PD0端口连接，所述第一控制模块的CANTX端口与所述第二控制模块的PD1端口连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述驱动模块的IN端口与所述第二控制模块的PD3端口连接，所述驱动模块的OUT端口通过电阻R1与所述升压单元连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述升压单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、二极管D1、二极管D2以及二极管D3；

所述二极管D1、所述二极管D2以及所述二极管D3并联设置，且其并联的阳极分别与所述场效应管Q1的源极以及所述场效应管Q2的源极连接，其阴极与所述充电管理模块分压电路连接，同时阴极分别通过电容C1～电容C12与地连接；

所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的源极均通过电感L1与所述滤波单元连接；

所述场效应管的Q1的漏极与所述场效应管Q2的漏极均与所述驱动模块的OUT端口连接；

所述场效应管Q1的栅极与所述场效应管Q2的栅极均接地连接。

7.根据权利要求2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述充电管理模块分压电路包括电容C18、电阻R5以及电阻R3，所述升压电路输出端通过电阻R3与所述第二控制模块的PC1端口连接，所述电阻R3通过电容C18与接地连接，所述电阻R3通过所述电阻R5接地连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述滤波单元包括电容C13、电容C14、电容C15以及电容C16，且所述电容C13、所述电容C14、所述电容C15以及所述电容C16并联连接，且负极接地，并联的电容正极输入端与电源连接，正极输出端与升压电路连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种通用型开关电源柜管理电路，其特征在于，所述电池休眠保护单元包括场效应管Q4、场效应管Q5以及继电器K1，所述场效应管Q4的栅极通过电阻R8与光耦U3的输出端连接，所述光耦的输入端通过电阻R13与所述第二控制模块的PB7端口连接；所述场效应管的栅极依次通过电阻R11、光敏二极管接地连接；所述场效应管Q4的源极通过电阻R10与电子R8连接；所述场效应管的漏极与继电器K1的引脚4连接，所述继电器K1的引脚1与引脚4通过而激光D5连接；所述继电器的引脚3与电池连接，且所述继电器的引脚3与场效应管Q5的漏极连接；所述场效应管Q5的栅极通过电阻R14与光耦U4引脚3的输出端连接，所述场效应管的源极通过电阻R16与所述光耦U4的引脚3输出端连接；所述光耦U4的引脚1通过电阻R15与所述第二控制模块的PD5端口连接，所述光耦U4的引脚2接地。

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