CN215954111U - 通用电源控制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种通用电源控制器，包括：主控模块、检测模块、通讯模块和输出接触器模块；检测模块分别与主控模块和外部电源组件连接，用于检测外部电源组件的电压电流信息，并将检测到的电压电流信息传递至所述主控模块；主控模块通过通讯模块分别与外部电源组件和用户负载通讯连接，通过通讯模块接收外部电源组件的工作参数和用户负载发送的控制指令；主控模块还用于基于电压电流数据和电源组件工作参数，通过输出接触器模块，控制外部电源组件的工作状态。如此，通过本申请提供的通用电源控制器可以接收各种用户负载发送的配置控制指令，传递至电源组件中，对电源进行参数配置，从而满足各种负载的供电需求，提高电源供电使用范围。

Description

通用电源控制器

技术领域

本申请涉及电源控制领域，尤其涉及一种通用电源控制器。

背景技术

在通过电源为各种负载进行供电时，一般将电源与电源控制器连接，再将负载与控制器连接，从而通过电源控制器控制电源对各种负载进行供电。但在实际应用中，由于负载种类众多，对电源的供电要求也各有不同，现有技术中，只能采用与负载供电参数相同的电源和电源控制器才能为负载进行供电，当电源供电参数与负载供电需求不匹配时，则无法进行供电。

实用新型内容

本申请实施例提供一种通用电源控制器，用于解决现有技术中，负载种类众多，供电参数各不相同，当电源与负载供电参数不同时，无法为负载进行供电的问题。

本申请实施例提供一种通用电源控制器，包括：主控模块、检测模块、通讯模块和输出接触器模块；

所述检测模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接，用于检测所述外部电源组件的电压电流信息，并将检测到的电压电流信息传递至所述主控模块；其中，所述外部电源组件包括电源；

所述通讯模块与所述主控模块连接；

所述主控模块通过所述通讯模块分别与外部电源组件和用户负载通讯连接，所述主控模块通过所述通讯模块接收外部电源组件发送的工作参数和用户负载发送的控制指令；

所述输出接触器模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接；

所述主控模块用于基于所述电压电流信息和所述电源组件工作参数，通过所述输出接触器模块，控制外部电源组件的工作状态；所述主控模块还用于通过所述通讯模块，将所述控制指令传递至外部电源组件中，供外部电源组件调节外部电源的工作状态。

进一步的，所述检测模块包括电压传感器和电流传感器；

所述电压传感器、电流传感器均与所述主控模块连接；

所述电压传感器用于检测外部电源输入电压信息和外部电源输出电压信息，并将检测数据传递至所述主控模块中；

所述电流传感器用于检测外部电源输出电流信息，并将检测数据传递至所述主控模块中。

进一步的，所述通讯模块包括第一CAN通讯模块、第二CAN通讯模块和扩展通讯模块；

所述第一CAN通讯模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接；

所述第二CAN通讯模块分别与所述主控模块连接和所述扩展通讯模块连接，通过所述扩展通讯模块连接用户负载。

进一步的，所述扩展通讯模块包括：外扩CAN通讯模块、以太网通讯模块和485/422通讯模块。

进一步的，所述输出接触器模块包括接触器子模块和缓启动子模块；

所述缓启动子模块和所述接触器子模块均与所述主控模块连接；

所述缓启动子模块用于在外部电源向用户负载初始供电时，在所述主控模块的控制下对用户负载进行小电流供电，并在预设供电时间后，停止供电；

所述接触器子模块用于在所述缓启动子模块停止供电后，在所述主控模块的控制下，向用户负载供电。

进一步的，所述缓启动子模块包括：光电继电器、输出继电器、缓启动MOS管、第一限流模块和第二限流模块；

所述光电继电器的输入端与所述主控模块连接，所述光电继电器的输出端分别与所述输出继电器的输入端和所述缓启动MOS管的第一端连接；所述输出继电器的输出端与所述第一限流模块连接；所述缓启动MOS管第二端与所述第二限流模块连接；

在外部电源向用户负载初始供电时，所述光电继电器在所述主控模块的控制下导通，驱动所述输出继电器和所述缓启动MOS管导通，所述缓启动子模块通过所述第一限流模块和所述第二限流模块进行限流，控制外部电源为用户负载进行小电流供电；在预设供电时间后，所述光电继电器停止工作，所述输出继电器和所述缓启动MOS管断开，所述缓启动子模块停止工作。

进一步的，还包括键盘显示模块；

所述键盘显示模块包括控制旋钮和LED指示灯，所述控制旋钮和LED指示灯均与所述主控模块连接；

所述控制旋钮用于供用户进行参数配置，所述LED指示灯用于显示外部电源的工作状态。

进一步的，还包括液晶模块；

所述液晶模块通过RS232接口与所述主控模块连接，用于显示所述电压电流信息、所述工作参数以及显示参数配置过程信息。

本申请实施例提供的通用电源控制器，包括：主控模块、检测模块、通讯模块和输出接触器模块；所述检测模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接，用于检测所述外部电源组件的电压电流信息，并将检测到的电压电流信息传递至所述主控模块；其中，所述外部电源组件包括电源；所述通讯模块与所述主控模块连接；所述主控模块通过所述通讯模块分别与外部电源组件和用户负载通讯连接，通过所述通讯模块接收外部电源组件发送的工作参数和用户负载发送的控制指令；所述主控模块用于基于所述电压电流数据和所述电源组件工作参数，通过所述输出接触器模块，控制外部电源组件的工作状态；所述主控模块还用于将所述控制指令传递至外部电源组件中，供外部电源组件调节外部电源的工作状态。如此，通过本申请提供的通用电源控制器可以接收用户发送的配置指令或控制指令，控制电源组件工作状态，并且将指令传递至电源组件中，供电源组件更改电源参数，实现通过接收负载的指令，改变电源配置，从而实现电源为各种负载供电，增加电源的供电应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的通用电源控制器的模块示意图；

图2为本申请实施例提供的通用电源控制器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的通用电源控制器的远端采样及断线检测电路图；

图4为本申请实施例提供的通用电源控制器中CAN接口的电路原理图；

图5为本申请实施例提供的通用电源控制器中输出接触器模块的电路图；

图6为本申请实施例提供的电源控制器的外观示意图。

1-主控模块，2-检测模块，3-通讯模块，4-输出接触器模块。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

实施例：

图1为本申请实施例提供的电源控制器的模块示意图，如图1所示：本申请实施例提供的电源控制器包括：主控模块1、检测模块2、通讯模块3和输出接触器模块4。

检测模块2分别与主控模块1和外部电源组件连接，用于检测外部电源组件的电压电流信息，并将检测到的电压电流信息传递至主控模块1，其中，外部电源组件包括电源。

具体的，主控模块1可以采用2位高性能ARM控制器GD32F450ZGT6。GD32F450ZGT6控制器运算速度高，成本低，功耗小，外设丰富，数据以及程序存储量大，并且A/D转换更精确快速。

具体的，检测模块2包括电流传感器和电压传感器，配合电流电压采集电路，对电源的输入电压、输出电压以及输出电流等进行检测，从而得到电源的电流电压信息，对电源的工作状态进行监控，主控模块1根据检测结果进行断电或报警，实现输入过欠压保护、输出过欠压保护以及过流保护等功能。主控模块1包括***控制电路以及最小MCU***，如单片机，在一些具体的实施方式中，***控制电路即主控模块1中电压采样信号经过运算放大器隔离后，进入到单片机软件的AD检测口，通过单片机内部AD转换器，可以采集电源的输出电压、输出电流、输入电压，从而准确地对电源的工作状况进行检测。

在实际应用中，对于输入过欠压保护，地面电源的输入电压适应范围是323V～437V，通用电源控制器通过内部交流电压传感器检测输入电压，当输入电压超过电源的适应范围，判断阈值为低于320V或高于440V时，控制器控制电源的输出断开，并进行输入电源故障报警，此时，必须重启电源才可恢复供电。对于输出过欠压保护，电源控制器实时检测电源的输出电压，当输出电压超过或低于设定电压保护值时，切断输出接触器，必须重启电源才可恢复；对于过流保护，电源控制器实时检测电源的输出电流，当输出电流超过设定电流保护值时，切断输出接触器，必须重启电源才可恢复。

另外，本申请提供的通用电源控制器中，还可以通过增加电流扩展板的方式，实现对输出电流的测量由1路扩展为4路，实现对4路输出电流的分别测量的功能。

通讯模块3与主控模块1连接；主控模块1通过通讯模块3分别与外部电源组件和用户负载通讯连接，通过通讯模块3接收外部电源组件发送的工作参数和用户负载发送的控制指令。主控模块1用于基于所述电压电流数据和所述电源组件工作参数控制外部电源组件的工作状态；主控模块1还用于将所述控制指令传递至外部电源组件中，供外部电源组件调节外部电源的工作状态。

具体的，通讯模块3包括第一CAN通讯模块、第二CAN通讯模块以及扩展通讯模块，而扩展通讯模块包括外扩CAN通讯模块、以太网通讯模块和485/422通讯模块。

第一CAN通讯模块分别连接主控模块1和外部电源组件，用于实现主控模块1与外部电源组件之间的数据通讯，接收电源及电源组件的工作参数，以及将接收到的用户负载发送的指令传递至电源组件中。第二CAN通讯模块用于连接扩展通讯模块，通过扩展通讯模块连接用户负载。

在实际应用中，第二CAN通讯模块可以直接与用户负载连接，也可以通过连接外扩CAN通讯模块、以太网通讯模块以及485/422通讯模块，通过他们与用户负载或上位机等进行通讯，接收控制指令，另外，通讯模块3还可以连接IO扩展接口、485/422接口以及UART接口，与外部接头或设备连接。例如，通过增加CAN扩展板，可以将控制器与用户负载之间的CAN通讯由1路扩展为2路，通过增加422扩展板，实现将控制器的422/485通讯由1路扩展为2路。增加电源控制器通讯方式，从而满足各种负载通讯连接的需求，连接更多的负载，增加通用电源控制器的使用范围。

在上述应将基础上，主控模块1对外输出接收控制命令的通讯方式可以选择多种方式，如CAN、双CAN、RS422、以太网对外通讯，通讯方式可以通过软件设置。通过内部CAN接口与外部电源组件中的电源模块、卸放模块进行通信，以及与用户负载通讯，接收用户负载指令，将***命令传给相应模块，对模块进行控制，同时可以读取模块的工作状态信息，并将电源工作信息在显示屏显示。

所述输出接触器模块4与所述主控模块1连接，主控模块1通过控制接触模块4中接触器的状态，控制电源的工作状态。

本申请提供的通用电源控制器，通过主控模块1的AD检测功能以及检测模块2中的电流、电压传感器检测电源电压电流，对电源进行检测，在过欠压以及过流时，进行断开保护，以及发出报警；同时通过通讯模块3接收用户负载或上位机的指令，并将指令传递至外部电源组件中，供电源组件基于指令对电源参数进行配置更改，基于负载指令改变电源参数，满足各种不同负载的供电需求，从而提高电源的供电范围。同时，通过通讯模块3接收电源组件的工作参数，控制电源组件工作状态，并且通讯模块3中包括多种通讯方式，可以连接各种负载和上位机，从而接收各种设备发出的指令，进一步增加电源可供电的负载种类。

图2为本申请实施例提供的通用电源控制器的结构示意图，本申请提供的通用电源控制器更加详细的结构在图2中进行公开，如图2所示：

本申请提供的通用电源控制器通过交流电压传感器、电流传感器以及扩展的3路电流传感器检测电源的电压或电流信息数据，通过2路电压检测AD、3路交流检测AD、1路电流检测AD以及扩展的AD接口与MCU连接，供MCU判断电源的电压或电流信息，以及通过2路电压检测AD以及输出电压给定电路获取外部传统电源组件的数据。

在实际应用中，对于电压采用，根据负载距离，自主选择远端或近端电压采集。图3为本申请实施例提供的通用电源控制器的远端采样及断线检测电路图，如图3所示：远端采样采用差分电路，通过图3中的电阻RB18～RB24将电源的远端电压进行衰减，经过运算放大器NB3将电压信号衰减为AD检测可以识别的低压信号，通过AD运算进行电源的远端电压检测。断线检测电路通过电阻RB29～RB32进行限流，接入光耦NB3，当远端采样线正常时，光耦NB3导通，光耦NB3输出端输出0V低电平；当远端采样线断开时，光耦NB3关断，光耦NB3输出端输出3.3V高电平。当远端断线后，主控模块进行断线报警，并将采样点自动切换到近端，并且断线报警不断开电源输出。

进一步的，本申请实施例提供的通用电源控制器中，通讯方式可是多种的，首先可以通过CAN1接口与外部电源组件，如卸放组件、数字电源组件进行通讯，以及通过CAN1接口连接绝缘检测模块，通过增加绝缘检测板，实现对电源输出与机壳之间的绝缘测量，以及通过CAN2接口连接其他通讯接口，还可以通过增加外扩CAN模块，以实现与更多设备之间的通讯。CAN通信通过MCU自带的CAN控制器实现，通过MCU自带的CAN控制器与CAN协议2.0B版本完全兼容，支持高达1Mbps的传输速率。

图4为本申请实施例提供的通用电源控制器中CAN接口的原理电路图，如图4所示：CAN收发器可以采用广州金升阳公司的TD541SCANFD的隔离芯片实现数据收发和信号隔离。接口原理如图4所示，TD541SCANFD芯片为标准SOIC-20W贴片封装，单网络至少可连接110个节点，抗电磁干扰特性好，并且，针对浪涌和静电防护，增加了专用保护电路，以及应用跳线方式选择120Ω短接电阻是否投入，具体连接原理在图4中进行了详细的公开，可以参考图4进行理解，在此不再进行更加详细的描述。

另外，通用电源控制器中的RS422通讯电路中，RS422通讯芯片选用成都华微的HWD3491芯片，通讯芯片与主控模块之间选用中科院自动化所的GL1200和GL1201芯片进行隔离，以提高通讯可靠性。以及通过其他多种通讯接收实现各种通讯，具体接口类型以及连接方式在图2中进行了详细的公开，可以参考图2进行理解，在此不再进行详细描述。

进一步的，如图2中所示的，本申请实施例提供的通用电源控制器还通过开关量I0连接键盘显示模块，以及通过RS232接口连接液晶模块。具体的，键盘显示模块包括控制旋钮和LED指示灯，控制旋钮和LED指示灯均与主控模块连接。控制旋钮用于供用户进行参数配置，LED指示灯用于显示电源的工作状态，如通用电源控制器处于工作状态、故障状态、输出状态和通信状态等。液晶模块用于显示所述电压电流信息、所述工作参数用户进行参数配置过程中的信息。

在一些具体的实施过程中，本申请提供的通用电源控制器中输出接触器模块4还分为接触器子模块和缓启动子模块，缓启动子模块和接触器子模块均与主控模块连接；缓启动子模块用于在电源向用户负载初始供电时，在主控模块的控制下对用户负载进行小电流供电，并在预设供电时间后，停止供电；接触器子模块用于在缓启动子模块停止供电后，供主控模块控制电源输出。

缓启动子模块包括：光电继电器ND6、输出继电器G1、缓启动MOS管VB10、第一限流模块和第二限流模块，光电继电器的输入端与主控模块连接，输出端与输出继电器和缓启动MOS管的第一端连接；输出继电器输出端与第一限流模块连接；MOS管第二端与第二限流模块连接；在向用户负载初始供电时，光电继电器在主控模块的控制下导通，驱动输出继电器和缓启动MOS管导通，缓启动子模块通过第一限流模块和第二限流模块为用户负载进行小电流供电；在预设供电时间后，光电继电器停止工作，输出继电器和缓启动MOS管断开，缓启动子模块停止工作。其中，第一限流模块中包括限流电阻R1和R2，第二限流模块中包括限流电阻R3～R6。

具体的，图5为本申请实施例提供的通用电源控制器中输出接触器模块的电路图，如图5所示，与电源连接的输出接触器使用MOS管VB12(型号SUM110P08)驱动供电，SUM110P08开关管可以承受110A电流，80V耐压，可以满足电源输出接触器24V供电30A脉冲电流的需求。SUM110P08开关管由光耦NB7驱动，实现驱动控制端和功率端的隔离，提高控制可靠性。图中R1～R6为输出缓启动电阻，即上述提到的第一限流模块和第二限流模块，在输出接触器闭合前，输出缓启动电阻先行投入供电回路，对输出负载进行小电流缓启供电，防止接触器投入时对电源和功率器件的冲击。ND6光电继电器ND6，具体型号可以采用ASSR-1511，为缓启动电路的驱动器件，光电继电器ND6输出端的工作电压为60V，工作电流为1A。输出继电器G1，具体型号可以采用HF165F，其工作电压为24V，工作电流为50mA，ND6可以满足输出继电器G1的驱动要求，输出继电器G1导通后将负极缓启动电阻R1、R2投入。ND6的驱动信号经过电阻RB8和电容CB15延时100ms后驱动缓启动MOS管VB10，缓启动MOS管VB10驱动缓启动接触器动作，将电阻R3～R6投入缓启动回路，此时缓启动电路启动工作。200ms后ND6的驱动信号消失，继电器断开，缓启动电路停止工作。

图6为本申请实施例提供的电源控制器的外观示意图，如图6所示，本申请实施例提供的通过电源控制器包括金属外壳，图6中a部分为通用电源控制器正面外观示意图，通用电源控制器正面设置有液晶模块，如液晶显示屏，用于显示所述电压电流信息、所述工作参数和所述控制指令。显示屏旁设置有控制旋钮和LED指示灯，控制旋钮用于供使用者切换液晶模块显示内容以及进行参数配置，LED指示灯用于显示电源的工作状态，如工作、故障、输出和通信等。图6中b部分为通用电源控制器背面外观示意图，背面设置有通讯接口，用于连接电源组件、用户负载以及上位机等，与电源组件、用户负载以及上位机进行数据传输。本申请提供的通用电源控制器，通过IO口控制输出接触器，对电源的输出进行控制。通过旋转编码器配合液晶显示屏对电源的状态进行显示，控制电源的输出。电源的工作状态通过LED灯和液晶显示屏显示，当电源工作正常时由绿色LED显示。当电源出现过流、过压、过温等故障时红色故障灯点亮，此时关断电源的输出，并将故障报警状态保持，以便于故障排查。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种通用电源控制器，其特征在于，包括：主控模块、检测模块、通讯模块和输出接触器模块；

所述检测模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接，用于检测所述外部电源组件的电压电流信息，并将检测到的电压电流信息传递至所述主控模块；其中，所述外部电源组件包括电源；

所述通讯模块与所述主控模块连接；

所述主控模块通过所述通讯模块分别与外部电源组件和用户负载通讯连接，所述主控模块通过所述通讯模块接收外部电源组件发送的工作参数和用户负载发送的控制指令；

所述输出接触器模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接；

所述主控模块用于基于所述电压电流信息和所述电源组件工作参数，通过所述输出接触器模块，控制外部电源组件的工作状态；所述主控模块还用于通过所述通讯模块，将所述控制指令传递至外部电源组件中，供外部电源组件调节电源的工作状态。

2.根据权利要求1所述的通用电源控制器，其特征在于，所述检测模块包括电压传感器和电流传感器；

所述电压传感器、电流传感器均与所述主控模块连接；

所述电压传感器用于检测外部电源输入电压信息和外部电源输出电压信息，并将检测数据传递至所述主控模块中；

所述电流传感器用于检测外部电源输出电流信息，并将检测数据传递至所述主控模块中。

3.根据权利要求1所述的通用电源控制器，其特征在于，所述通讯模块包括第一CAN通讯模块、第二CAN通讯模块和扩展通讯模块；

所述第一CAN通讯模块分别与所述主控模块和外部电源组件连接；

所述第二CAN通讯模块分别与所述主控模块连接和所述扩展通讯模块连接，通过所述扩展通讯模块连接用户负载。

4.根据权利要求3所述的通用电源控制器，其特征在于，所述扩展通讯模块包括：外扩CAN通讯模块、以太网通讯模块和485/422通讯模块。

5.根据权利要求1所述的通用电源控制器，其特征在于，所述输出接触器模块包括接触器子模块和缓启动子模块；

所述缓启动子模块和所述接触器子模块均与所述主控模块连接；

所述缓启动子模块用于在外部电源向用户负载初始供电时，在所述主控模块的控制下对用户负载进行小电流供电，并在预设供电时间后，停止供电；

所述接触器子模块用于在所述缓启动子模块停止供电后，在所述主控模块的控制下，向用户负载供电。

6.根据权利要求5所述的通用电源控制器，其特征在于，所述缓启动子模块包括：光电继电器、输出继电器、缓启动MOS管、第一限流模块和第二限流模块；

所述光电继电器的输入端与所述主控模块连接，所述光电继电器的输出端分别与所述输出继电器的输入端和所述缓启动MOS管的第一端连接；所述输出继电器的输出端与所述第一限流模块连接；所述缓启动MOS管第二端与所述第二限流模块连接；

在外部电源向用户负载初始供电时，所述光电继电器在所述主控模块的控制下导通，驱动所述输出继电器和所述缓启动MOS管导通，所述缓启动子模块通过所述第一限流模块和所述第二限流模块进行限流，控制外部电源为用户负载进行小电流供电；在预设供电时间后，所述光电继电器停止工作，所述输出继电器和所述缓启动MOS管断开，所述缓启动子模块停止工作。

7.根据权利要求1所述的通用电源控制器，其特征在于，还包括键盘显示模块；

所述键盘显示模块包括控制旋钮和LED指示灯，所述控制旋钮和LED指示灯均与所述主控模块连接；

所述控制旋钮用于供用户进行参数配置，所述LED指示灯用于显示外部电源的工作状态。

8.根据权利要求7所述的通用电源控制器，其特征在于，还包括液晶模块；

所述液晶模块通过RS232接口与所述主控模块连接，用于显示所述电压电流信息、所述工作参数以及显示参数配置过程信息。

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