CN219760877U - 一种集控台开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集控台开关电源系统，包括：电能转换模块，包括依次连接的浪涌抑制电路、交流输入滤波电路、PFC电路、高压DC/DC隔离电路、直流输出滤波电路，用于连接外围设备进行供电；监控模块，电连接至所述电能转换模块，用于实时监测所述电能转换模块输入和输出的电能质量参数。其可以解决传统集控台采用单电源运行，可靠性差，不具备电源设备运行状态监控与故障分析功能，且无上、下电时序控制，容易在启动时造成浪涌电流以及关机时造成元器件损伤的问题。

Description

一种集控台开关电源系统

技术领域

本实用新型涉及供配电技术领域，尤其涉及到一种集控台开关电源系统。

背景技术

随着传感器、电力电子、信息、计算机等技术的发展，也推动传统装备向数字化、网络化、智能化方向的发展，提升装备的可靠性、效率、性能等。集控台(又称监控台、)正是这一背景下的技术产物，主要应用在船舶、轨道交通、核电、电力、飞机、工厂等领域，在一个机柜内集中显示屏(含工作状态指示灯)、工控机、人机交互设备(键盘、鼠标)、功能模块(ADC采集、DAC输出、驱动、开关量采集)等，完成装备运行状态的监测与控制。

开关电源作为集控台的动力心脏，主要完成电能转换，考虑到成本、效率、安全等因素，集控台供电系统主要采用集散供电方式，即将AC220V输入，转为中间DC输出(一般为DC24V、DC28V、DC48V、DC12V等)。中间DC输出给集控台内各设备内的DC/DC隔离模块供电，并转为电子设备所需的大电流、低电压的电源(如3.3V、5V、1.2V等)。如图1所示，传统的集控台采用一体化开关电源：主要有浪涌抑制电路、交流输入EMI滤波电路、PFC电路、高压DC/DC隔离电路、DC输出滤波电路等组成，转化为中间DC输出，分别给显示屏、工控机、人机交互设备、外围设备等供电。上述传统集控台供电系统存在以下缺陷：

1)传统的集控台开关电源采用的是单输入/单输出，如果电源模块内部故障，集控台就无法正常运行；2)传统集控台开关电源无法监测电源输入(电流、电压、功率因素)、各路输出(电流、电压)、电源内部温度等参数，无法为电源可靠运行或故障分析提供数据；3)传统集控台开关电源输出无时序控制，上电启动电流大，容易造成浪涌电流，损坏电源元器件；4)无法实现软件关机，“硬”关机可能对存储器件造成损伤。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种集控台开关电源系统，其可以解决传统集控台采用单电源运行，可靠性差，不具备电源设备运行状态监控与故障分析功能，且无上、下电时序控制，容易在启动时造成浪涌电流以及关机时造成元器件损伤的问题。

具体的，本实用新型实施例提供了一种集控台开关电源系统，包括：电能转换模块，包括依次连接的浪涌抑制电路、交流输入滤波电路、PFC电路、高压DC/DC隔离电路、直流输出滤波电路，用于连接外围设备进行供电；监控模块，电连接至所述电能转换模块，用于实时监测所述电能转换模块输入和输出的电能质量参数。

在本实用新型的一个实施例中，所述集控台开关电源系统还包括：冗余模块，电连接至两路结构相同的所述电能转换模块，并选通任一路所述电能转换模块输出至电源总线，实现两路所述电能转换模块互为冗余备份

在本实用新型的一个实施例中，所述冗余模块包括两个二极管，两路所述电能转换模块分别通过对应的所述二极管以并联形式输出至电源总线。

在本实用新型的一个实施例中，所述冗余模块包括两个MOS管和对应的分立器件，两路所述电能转换模块分别通过对应的MOS管和分立器件以并联形式输出至电源总线。

在本实用新型的一个实施例中，所述集控台开关电源系统还包括：上位机，与所述监控模块双向通讯连接，用于获取所述电能转换模块的运行参数及下发控制指令至所述监控模块。

在本实用新型的一个实施例中，所述监控模块还包括：时序控制电路，用于进行上电/下电时序控制。

在本实用新型的一个实施例中，所述集控台开关电源系统还包括：连接所述监控模块的温度传感器和机柜风扇，所述温度传感器用于获取机柜温度，并由所述监控模块控制所述机柜风扇的转速。

在本实用新型的一个实施例中，所述外围设备包括：显示屏、工控机、人机交互设备、I/O设备中的一者或多者。

由上可知，通过本实用新型所构思的上述方案与现有技术相比，可以具有如下一个或多个有益效果：

1)通过设置监控模块监测电能转换模块输入和输出的电能质量参数，如(电压、电流、频率、功率因数等)，能够记录各种输入与输出畸变波形(如电压暂降、浪涌等)，并实时上报给控制设备，进行故障分析与定位；

2)监控模块设置时序控制电路，对电能转换模块进行上电/下电时序控制，避免后级负载上电时输出浪涌电流过大，造成开关电源“打嗝”启动，同时下电时序可受上位机控制，能够实现软件顺序下电，有利于保护数据存储介质等器件；

3)设置与电能转换模块结构相同的冗余电路，与电能转换模块一同实现冗余备份，当任意一者出现故障时，切换到另一者作为电源进行供电，能够有效提升集控台系统的可靠性。

通过以下参考附图的详细说明，本实用新型的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本实用新型的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的集控台系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的集控台开关电源系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种冗余设计结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种冗余设计结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。

如图2所示，本实用新型实施例提出一种集控台开关电源系统，例如包括：电能转换模块和电连接至所述电能转换模块的监控模块。其中，电能转换模块例如包括依次连接的浪涌抑制电路、交流输入滤波电路、PFC电路、高压DC/DC隔离电路、直流输出滤波电路，用于连接外围设备进行供电，提到的外围设备例如包括显示屏、工控机、人机交互设备、I/O设备中的一者或多者。监控模块用于对电能转换模块输入和输出的电能质量参数进行实时监测。

具体的，监控模块例如采用隔离型电流/电压传感器，实现高电压(AC220V)输入的隔离与传感，采集输入电能质量参数(电压、电流、频率、功率因数等)，记录各种输入畸变波形(电压暂降、浪涌等)，并实时上报给集控台主板与其他监测设备，供故障定位与分析。进一步的，监控模块例如还采用电流/电压传感器，采集各程输出电能质量参数(电压、电流)。当某路输出有过流、过载或短路故障时，及时关断其输出，并进行故障报警。

在一个实施方式中，集控台开关电源系统例如还设置有冗余模块。该冗余模块电连接至两路结构相同的电能转换模块，该两路结构相同的电能转换模块皆电连接至监控模块，分别进行输入/输出监测，并控制负载均衡，实现两路电能转换模块互为“主/备”，当其中任意一路电能转换模块出现故障时，可由监控模块发出故障报警信号，另一路电能转换模块马上可以接管其工作，在处理故障后，两路电能转换模块恢复协同工作状态，以此提升集控台系统的可靠性。

进一步的，如图3所示，通过冗余模块实现冗余功能。在一个实施方式中，冗余模块包括两个二极管，冗余电路和电能转换模块的输出分别通过两个AC/DC隔离电源连接至对应的二极管阳极，以“或门”的方式并联输出到电源总线上，工作可靠性高，不会出现电源之间相互干扰，但是由于二极管本身压降Vf值较大，功耗较大。

在另一个实施方式中，如图4所示，针对“二极管”冗余设计功耗大的特点，冗余模块例如采用分离器件+MOS管方式，实现“理想二极管”功能。具体的，两路电能转换模块的输出分别通过对应的MOS管和分立器件以并联形式输出至电源总线，其优点是MOS管的导通内阻可以到几mΩ，大大降低了压降损耗，在大功率应用中，不仅实现了效率更高的解决方案，而且由于无需散热器，所以节省了大量的电路板面积，也减小了设备的散热源。

进一步的，集控台开关电源系统例如还包括上位机，通过通信线(如RS232、CAN、RS485/RS422、以太网等)与监控模块建立双向通讯连接，用于实时获取电能转换模块的运行参数，记录故障数据与报警信息，以及下发控制指令至监控模块控制其工作等。

在一个实施方式中，监控模块例如还包括时序控制电路，用于进行上电/下电时序控制。具体的，在负载通电的一瞬间，通常会产生大电流，这就是上电冲击电流，这个现象主要体现在大容性负载中，例如电容，在上电一瞬间是相当于短路的，瞬间电流理论上是无限大的。通过对直流输出进行上电/下电时序控制，能够避免后级负载同时上电时输出浪涌电流过大，造成开关电源“打嗝”启动。同时下电时序可受上位机控制，能够实现软件下电，有利于保护数据存储介质等器件。

在一个实施方式中，集控台开关电源系统例如还包括温度传感器和机柜风扇，分别连接监控模块。监控模块例如通过温度传感器测量机柜/电源内外的温度，并采取PWM方式控制风扇转速，从而保持机柜设备工作温度在一个合适的范围，即当机柜内温度高时，风扇转速也更快。

综上所述，本实用新型实施例提出的集控台开关电源系统，通过设置监控模块监测电能转换模块输入和输出的电能质量参数，如(电压、电流、频率、功率因数等)，能够记录各种输入与输出畸变波形(如电压暂降、浪涌等)，并实时上报给控制设备，进行故障分析与定位；监控模块设置时序控制电路，对电能转换模块进行上电/下电时序控制，避免后级负载上电时输出浪涌电流过大，造成开关电源“打嗝”启动，同时下电时序可受上位机控制，能够实现软件顺序下电，有利于保护数据存储介质等器件；设置与电能转换模块结构相同的冗余电路，与电能转换模块一同实现冗余备份，当任意一者出现故障时，切换到另一者作为电源进行供电，能够有效提升集控台系统的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种集控台开关电源系统，其特征在于，包括：

电能转换模块，包括依次连接的浪涌抑制电路、交流输入滤波电路、PFC电路、高压DC/DC隔离电路、直流输出滤波电路，用于对外围设备进行供电；

监控模块，电连接至所述电能转换模块，用于实时监测所述电能转换模块输入和输出的电能质量参数；

冗余模块，电连接至两路结构相同的所述电能转换模块，并选通任一路所述电能转换模块输出至电源总线，实现两路所述电能转换模块互为冗余备份；

所述冗余模块包括两个二极管，两路所述电能转换模块分别通过对应的所述二极管以并联形式输出至电源总线。

2.根据权利要求1所述的集控台开关电源系统，其特征在于，所述冗余模块包括两个MOS管和对应的分立器件，两路所述电能转换模块分别通过对应的MOS管和分立器件以并联形式输出至电源总线。

3.根据权利要求1所述的集控台开关电源系统，其特征在于，还包括：上位机，与所述监控模块双向通讯连接，用于获取所述电能转换模块的运行参数及下发控制指令至所述监控模块。

4.根据权利要求1所述的集控台开关电源系统，其特征在于，所述监控模块还包括：时序控制电路，用于进行上电/下电时序控制。

5.根据权利要求1所述的集控台开关电源系统，其特征在于，还包括：连接所述监控模块的温度传感器和机柜风扇，所述温度传感器用于获取机柜温度，并由所述监控模块控制所述机柜风扇的转速。

6.根据权利要求1所述的集控台开关电源系统，其特征在于，所述外围设备包括：显示屏、工控机、人机交互设备、I/O设备中的一者或多者。