CN104467156B - 一种电源自动修复*** - Google Patents
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Abstract
一种电源自动修复***，连接于开关电源组和负载组之间，包括电压采样电路、电流采样电路、滤波网络、放大电路、主控单元、继电器组和本机供电电路；该主控单元与继电器驱动电路相连，将得到的多路电压采样值和多路电流采样值分别与预设的阀值比较以判断是否出现异常，若电压采样值异常，则开关电源组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的开关电源，接通备用开关电源；若电流采样值出现异常，则负载组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的负载的电源；若二者均异常，则切断发生故障的开关电源和故障负载电源，并将故障现象和处理结果报告给远程终端。本发明功能多样，可应用于直流电源的自动修复。
Description
技术领域
本发明涉及电源应用管理领域，特别是一种电源自动修复***。
背景技术
电源是电子设备不可或缺的能源供给装置。在由市电供电的电子设备中，当今的发展趋势是开关电源，和整个电子设备相比，开关电源的普遍缺陷是可靠性低，容易出现故障或损坏。而一但出现故障或损坏，设备将陷于瘫痪。因此，开关电源往往决定整个电子设备的可靠性和寿命。开关电源一旦出现故障，不仅维修费用高，而且维修周期长，尤其对于远程设备，在修复之前要长时间停机，影响设备的正常使用。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种可应用于直流电源的电源自动修复***。
本发明采用如下技术方案：
一种电源自动修复***，连接于开关电源组和负载组之间，其特征在于：包括电压采样电路、电流采样电路、滤波网络、放大电路、主控单元、继电器组和本机供电电路；该电压采样电路与负载组和主控单元相连以获得多路电压采样值后送入主控单元；该电流采样电路与负载组相连以获得多路与被采样电流相关的电压值；滤波网络位于电流采样电路与放大电路之间以滤除开关电源的残留纹波或电网杂波干扰；该放大电路与滤波网络和主控单元相连将每路与被采样电流相关的电压值进行放大后送入主控单元；该继电器组包括与开关电源组相连的输入继电器组、与负载组相连的输出继电器组及与输入继电器组和输出继电器组相连的继电器驱动电路；该本机供电电路与其余电路相连以提供电源；
该主控单元与继电器驱动电路相连将得到的多路电压采样值和多路电流采样值分别与预设的阀值比较以判断是否出现异常。若电压采样值异常，则开关电源组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的开关电源，接通备用开关电源；若电流采样值出现异常，则负载组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的负载的电源；若二者均异常，则切断发生故障的开关电源和故障负载的电源。
优选的，所述电压采样值异常包括电压高于设定阈值，电压低于设定阈值，无电压，电压反向，该阈值根据开关电源组的正常输出电压值设定。
优选的，所述电流采样值异常包括电流大于设定阈值、电流小于设定阈值，无电流，电流反向，该阈值根据负载组正常的电流大小设定。
优选的，所述电压采样电路采用多路与负载组对应的电阻分压器，每路电阻分压器包括两个串联的电阻以对开关电源输出电压分压，电压采样值UVsampn＝UC*Rn1/(Rn1+Rn2)，其中，Rn1为第一分压电阻，Rn2为第二分压电阻，n表示所述负载组所包含的第n路负载，UC为开关电源的输出电压值亦即被采样电压。
优选的，所述电流采样电路采用多路与负载组对应的霍尔器件Hn3采样以将对应的被采样电流值转换成电压值，每路霍尔器件的输出电压UIHn与对应负载被采样的电流成一定函数关系，即UIHn＝f(ILn)，ILn为负载被采样电流；所述放大电路采用与电流采样电路对应的多个运算放大器实现，其电压放大倍数Gu满足：1≤Gu＜VCC/UIHn，其中VCC为主控单元的供电电压。
优选的，所述电流采样电路采用多路与负载组的负载对应的毫欧采样电阻Rn3采样以将对应的被采样电流转换成电压值，每路毫欧采样电阻的压降UIsampn与对应负载的被采样负载电流关系为UIsampn＝Rn3*ILn，Rn3为毫欧采样电阻，ILn为负载被采样电流；所述放大电路采用与电流采样电路对应的多个运算放大器实现，其电压放大倍数Gu满足1≤Gu＜VCC/UIsampn，其中VCC为主控单元的供电电压。
优选的，所述滤波网络包括多路与所述多路电流采样电路对应的LC-π型低通滤波器，每路LC-π型低通滤波器包括1个电感Ln和2个电容Cn2和Cn3，该电感一端与电流采样电路输出端相连，另一端与放大电路输入端相连，该2个电容分别并联于电流采样电路输出端和放大电路输入端。
优选的，还包括有与主控单元相连的网络端口、升级端口和联机端口，通过该网络端口实现对本***进行远程控制，及本***向远程终端发送手机短信或QQ留言。
优选的，所述继电器驱动电路采用继电器驱动IC或分立件三极管驱动电路。
优选的，所述输入继电器组包括多路分别与开关电源组的开关电源一一对应连接的中功率继电器；所述输出继电器组包括多路分别与负载组的负载一一对应连接的中功率继电器。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明可用于直流电源的自动修复：a、当开关电源异常时，自动切断故障开关电源，同时接通备用开关电源，改由备用开关电源供电，以排除开关电源故障，并将故障数据报告给远程控制室终端；b、当负载异常时，切断故障负载的电源，以防止故障扩大及保护开关电源免遭损坏，并将故障数据报告给远程控制室终端；c、当开关电源和负载同时异常时，切断故障开关电源和故障负载的电源，并将故障数据报告给远程控制室终端。
2、网络通信：可通过网线与远程控制室的计算机终端进行实时通信。
3、远程控制：可在远程控制室的计算机终端对本***进行开关机、切换等控制。
4、本***可将当前工作状态报告给远程控制室的计算机终端，有异常时，发出报警信号；有异常时，通过网络给管理者发手机短信或QQ留言提示。
5、查询：在远程控制室的计算机终端可查询本修复***的实时工作状态和历史数据。
6、联机：本***通过数据线可实现多机互联，以扩展修复电源单元的数量，提高本***的灵活性。
7、在线升级：通过网络向本修复***发送升级包，可对本修复***的软件进行在线升级。
8、加密授权：可对本修复***进行加密，只有经授权的人员方可对本修复***进行远程控制、在线升级等操作。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明与开关电源组和负载组的连接示意图；
图3为本发明应用实施例(电阻采样)；
图4为本发明本机供电电路示意图；
图5为本发明的继电驱动；
图6为本发明主控单元的判断流程；
图7为本发明应用实施例(霍尔器件采样)。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图3，一种电源自动修复***，连接于开关电源组和负载组之间，包括电压采样电路、电流采样电路、滤波网络、放大电路、主控单元、继电器组和本机供电电路。该开关电源组包括n路开关电源和1台备用开关电源，该负载组包括n路负载,n＝1、2、3...。
该电压采样电路与负载组和主控单元相连以获得多路电压采样值后送入主控单元。电压采样电路采用n路与负载组对应的电阻分压器，第n路电阻分压器包括两个串联的电阻：第一分压电阻Rn1和第二分压电阻Rn2，该第一分压电阻Rn1一端接地，另一端连接主控单元的A/D端口和第二分压电阻Rn2一端，该第二分压电阻Rn2另一端连接第n路负载的正端(也即图3中的LVn端)，电压采样值Uvsampn＝UC*Rn1/(Rn1+Rn2)，n表示所述第n路负载，UC为开关电源的输出电压值亦即被采样电压。
参照图3，该电阻型电流采样电路输入端与负载组相连以获得多路电流采样值并转换成电压值，包括与负载组的负载对应的毫欧电阻R13、R23...Rn3，该Rn3一端连接负载的负端(也即图3中的LGn)，另一端接地。每路电流采样电路的输出电压与对应被采样的负载电流成一定函数关系，即UIsanpn＝f(ILn)＝Rn3*ILn，ILn为被采样的负载电流。
滤波网络接于电流采样电路和放大电路之间以滤除开关电源的残留纹波或电网杂波干扰。包括n路与电流采样电路对应的LC-π型低通滤波器，第n路LC-π型低通滤波器包括1个电感Ln和2个电容Cn2和Cn3，该电感一端与电流采样电路输出端相连，另一端与放大电路输入端相连，该2个电容分别并联于放大电路输入端和电流采样电路输出端。滤波网络还包括分别并连于主控单元的A/D端口和地之间的的n路滤波电容，包括C11...Cn1。
该放大电路与滤波网络和主控单元相连将每路与电流采样值相关的电压值进行放大后送入主控单元，其电压放大倍数Gu满足：1≤Gu＜Vcc/UIHn(霍尔器件采样)或1≤Gu＜Vcc/UIsampn(毫欧电阻采样)，其中Vcc为主控单元的供电电压。
该放大电路包括运算放大器IC1、IC2...ICn，对于第n路还包括Rn4、Rn5、Rn6、Rn7,该Rn4一端与Ln一端相连，该Rn4另一端连接ICn的同相输入端和Rn5一端，该Rn5另一端和Rn6一端均接地，该Rn6另一端连接ICn的反向输入端和Rn7一端，该运算放大器ICn输出端和Rn7另一端相连接主控单元的A/D端口。
该继电器组包括与开关电源组相连的输入继电器组、与负载组相连的输出继电器组及与输入继电器组和输出继电器组相连的继电器驱动电路。输入继电器组包括n路分别与开关电源组的开关电源一一对应连接的继电器触点K1、K2...Kn，及一路KA。输出继电器组包括n路分别与负载组的负载一一对应连接的继电器触点KP1、KP2...KPn及一路KPA。
参照图5，继电器驱动电路采用达林顿驱动器U2，继电器线包K1、K2...Kn，KP1、KP2...KPn及KA和KPA均与驱动电路U2相连，该继电器驱动电路通过接插件XS1与主控单元相连(实施时也可不用接插件XS1而直接由PCB导线相连)。
本机供电电路与各部分电路相连以提供电源，本机供电电路可用线性电源或开关电源。参照图4，线性电源供电电路具体包括与市电相连的变压器T1，变压器T1降压后分两路输出，再分别经整流桥BR1、整流桥BR2整流，再经稳压集成电路U3和U4稳压后分别给主控单元和继电器组供电，其中整流桥BR1正负输出端之间连接有CD1和C1，整流桥BR2的正负输出端之间连接有CD3和C3，稳压集成电路U3输出端和接地端之间连接有CD2和C2，稳压集成电路U4输出端和接地端之间连接有CD4和C4。
参照图3，该主控单元与继电器驱动电路相连(即将图5中的接插件XS1与图3中的接插件XP1相连)。主控单元可采用具有网络通信功能的通用型单片机实现，将得到的多路电压采样值和多路电流采样值分别与预设的阀值和正常值范围比较以判断是否出现异常，该阈值分别根据开关电源组的正常输出电压值和负载组的正常电流大小设定。若电压采样值异常，则开关电源组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的开关电源，接通备用开关电源(备用开关电源为单独一台开关电源)。若电流采样值出现异常，则负载组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的负载的电源；若二者均异常，则切断发生故障的开关电源和故障负载的电源。电压采样值异常包括电压过大，电压过小，无电压，电压反向(均与预设阈值比较)。电流采样值异常包括电流过高、电流过低，无电流，电流反向(均与预设阈值比较)。电压采样值或(和)电流采样值异常按“或”的逻辑关系判断是否真。
主控单元的判断流程参照图6，其中Uvn为第n路开关电源的电压采样值,Uvn＝UVsampn；Uan为第n路运放输出的电压，Uan＝Gu*UIsampn，具体规则如下：
1)对于电压采样
当第n路电压采样值大于设定阈值时，切断该路开关电源的输入和输出，接通备用开关电源POW1，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电压过高已关闭并启用备用电源”或类似提示。
当第n路电压采样值小于设定阈值时，切断该路开关电源输入和输出，接通备用开关电源POW1，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电压过低已关闭并启用备用电源”或类似提示。
当第n路电压采样值在正常值范围内时，保持该路开关电源输入和输出，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电压正常”或类似提示。
2)对于电流采样
当第n路电流采样值与放大器的电压增益Gu之积大于设定阈值时，切断该路负载电源的输入和输出，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电流过大已关闭”或类似提示。
当第n路电流采样值与放大器的电压增益Gu之积小于设定阈值时，延时10秒钟后切断该路负载电源的输入和输出，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电流过小已关闭”或类似提示。
当第n路电流采样值与放大器的电压增益Gu之积在设定正常值值范围内时，保持该路负载电源的输入和输出，并通过网络向远程客户端或管理员手机发送“第n路电流正常”或类似提示。
当第n路的电压采样值和电流采样值与放大器的电压增益Gu之积同时超出设定阈值时，切断该路开关电源的输入与输出，并向远程客户端或管理员手机发送电压和电流同时异常信息。
本发明还包括有与主控单元相连的网络端口、升级端口和联机端口。网络端口为以太网端口，升级端口为RS232端口或USB端口，联机端口为RS485端口。本发明该实施例可应用于LED显示屏、安防***等的直流电源的自动修复。
本发明的电流采样电路具有多个实施方式，可采用多路与负载组的负载对应的毫欧采样电阻Rn3以将被采样电流转换成电压值，每路毫欧采样电阻的压降与对应负载的被采样电流关系为UIsampn＝Rn3*ILn，Rn3为毫欧采样电阻，ILn为负载被采样电流。
另外参照图7可采用多路与负载组对应的霍尔器件H13、H23...Hn3以将对应负载被采样电流转换成电压值，每路霍尔器件的输出电压与对应负载的被采样电流成一定函数关系，即UIHn＝f(ILn)，ILn为负载被采样电流。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种电源自动修复***，连接于开关电源组和负载组之间，其特征在于：包括电压采样电路、电流采样电路、滤波网络、放大电路、主控单元、继电器组和本机供电电路；该电压采样电路与负载组和主控单元相连以获得多路电压采样值后送入主控单元；该电流采样电路与负载组相连以获得多路与被采样电流相关的电压值；滤波网络位于电流采样电路与放大电路之间以滤除开关电源的残留纹波或电网杂波干扰；该放大电路与滤波网络和主控单元相连将每路与被采样电流相关的电压值进行放大后送入主控单元；该继电器组包括与开关电源组相连的输入继电器组、与负载组相连的输出继电器组及与输入继电器组和输出继电器组相连的继电器驱动电路；该本机供电电路与其余电路相连以提供电源；
该主控单元与继电器驱动电路相连将得到的多路电压采样值和多路电流采样值分别与预设的阀值比较以判断是否出现异常；若电压采样值异常，则开关电源组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的开关电源，接通备用开关电源；若电流采样值出现异常，则负载组中出现异常，控制继电器驱动电路切断发生故障的负载的电源；若二者均异常，则切断发生故障的开关电源和故障负载的电源；所述电压采样值异常包括电压高于设定阈值，电压低于设定阈值，无电压，电压反向，该阈值根据开关电源组的正常输出电压值设定。
2.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述电流采样值异常包括电流大于设定阈值、电流小于设定阈值，无电流，电流反向，该阈值根据负载组正常的电流大小设定。
3.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述电压采样电路采用多路与负载组对应的电阻分压器，每路电阻分压器包括两个串联的电阻以对开关电源输出电压分压，电压采样值UVsampn＝UC*Rn1/(Rn1+Rn2)，其中，Rn1为第一分压电阻，Rn2为第二分压电阻，n表示所述负载组所包含的第n路负载，UC为开关电源的输出电压值亦即被采样电压。
4.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述电流采样电路采用多路与负载组对应的霍尔器件(Hn3)采样以将对应的被采样电流值转换成电压值，每路霍尔器件的输出电压UIHn与对应负载被采样的电流成一定函数关系，即UIHn＝f(ILn)，ILn为负载被采样电流；所述放大电路采用与电流采样电路对应的多个运算放大器实现，其电压放大倍数Gu满足：1≤Gu＜VCC/UIHn，其中VCC为主控单元的供电电压。
5.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述电流采样电路采用多路与负载组的负载对应的毫欧采样电阻采样以将对应的被采样电流转换成电压值，每路毫欧采样电阻的压降UIsampn与对应负载的被采样负载电流关系为UIsampn＝Rn3*ILn，Rn3为毫欧采样电阻，ILn为负载被采样电流；所述放大电路采用与电流采样电路对应的多个运算放大器实现，其电压放大倍数Gu满足1≤Gu＜VCC/UIsampn，其中VCC为主控单元的供电电压。
6.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述滤波网络包括多路与所述多路电流采样电路对应的LC-π型低通滤波器，每路LC-π型低通滤波器包括1个电感(Ln)和2个电容(Cn2、Cn3)，该电感一端与电流采样电路输出端相连，另一端与放大电路输入端相连，该2个电容分别并联于电流采样电路输出端和放大电路输入端。
7.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：还包括有与主控单元相连的网络端口、升级端口和联机端口，通过该网络端口实现对本***进行远程控制，及本***向远程终端发送手机短信或QQ留言。
8.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述继电器驱动电路采用继电器驱动IC或分立件三极管驱动电路。
9.如权利要求1所述的一种电源自动修复***，其特征在于：所述输入继电器组包括多路分别与开关电源组的开关电源一一对应连接的中功率继电器，所述输出继电器组包括多路分别与负载组的负载一一对应连接的中功率继电器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Automatic repair system for power supplies Effective date of registration: 20171030 Granted publication date: 20170222 Pledgee: Fujian Zhangzhou Rural Commercial Bank branch at Limited by Share Ltd. Pledgor: FUJIAN CHENGDAXING INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2017350000125 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 661000 shops 13-7, 8, 9, zhumeng Xincheng community, Beijing Road, Mengzi City, Honghe Hani and Yi Autonomous Prefecture, Yunnan Province Patentee after: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 363000 No.4, building 13b, Huayuan community, Yuanguang North Road, Xiangcheng District, Zhangzhou City, Fujian Province Patentee before: FUJIAN CHENGDAXING INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 77 Beimen West Road, Jiaomei Town, Taishang Investment Zone, Zhangzhou City, Fujian Province Patentee after: FUJIAN CHENGDAXING INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 661000 shops 13-7, 8, 9, zhumeng Xincheng community, Beijing Road, Mengzi City, Honghe Hani and Yi Autonomous Prefecture, Yunnan Province Patentee before: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |