CN219513975U - 一种可编程电源装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种可编程电源装置，属于电源技术领域。本申请的装置包括，配电插箱，至少一个功率插箱，以及用于容置各插箱的机柜；其中，配电插箱基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，功率插箱基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，配电插箱与功率插箱之间通过线缆电连接。本申请的技术方案，采用分体设置的配电插箱和功率插箱，并对应采用机架结构，实现装置电能转换的功率插箱散热空间较大，可实现较大的功率级别，机架结构中的功率插箱可设置多个，进而相应提供多路独立的输出通道，本申请中的可编程电源装置可较好的满足相关应用场景中对大功率多通道可编程电源产品的需求。

Description

一种可编程电源装置

技术领域

本申请属于电源技术领域，具体涉及一种可编程电源装置。

背景技术

电源装置（一般也简称为“电源”）在实验检测、制造生产、航天军工等行业场景的试验测试或驱动供电中具有不可或缺的作用。各种设备的运行、测试、试验等都离不开电源装置的支持。传统的电源产品只能提供恒压输出或是恒流输出的供电方式，并不能很好的根据需要进行输出参数调节，或者根据负载的工作范围，模拟负载在实际不同工况下的供电需求。

由此出现了可编程输出电源，可编程输出电源，顾名思义，就是可以利用计算机软件提前对电源工作方式进行编程设定，规定电源的工作流程或步骤，利用编程程序或指令来控制电源的输出特性。具体的：如可编程输出电源可以提前设置输出的电压曲线，模拟负载运行或电池供电过程；可编程输出电源可以提供供电设备或根据负载的运行需求，提前按照时间电压方式设置不同的输出参数，为负载提供一个动态变化的输出特性等。

现有的可编程电源产品一般功率较小（功率等级一般在500W以内），且为单路输出，不能满足一些应用场景（如动力电池模块测试试验场景）中，需要集中采用大功率、多路输出电源装置的需求。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种可编程电源装置，以解决现有技术相关应用场景中，缺少适宜的电源装置产品的技术问题。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

本申请提供一种可编程电源装置，该装置包括：配电插箱，至少一个功率插箱，以及用于容置各插箱的机柜；

其中，所述配电插箱基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，所述功率插箱基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，所述配电插箱与所述功率插箱之间通过线缆电连接。

可选地，所述配电插箱的后背板上设置有第一交流输入接口、第一交流输出接口、第一通信接口、第一模拟输入接口以及多个第一模拟输出接口；

各所述功率插箱的后背板上均设置有第二交流输入接口、第二通信接口以及第二模拟输出接口；

其中，第一交流输入接口用于连接外部交流电源输入，各第一模拟输出接口用于连接外部用电设备，各第二交流输入接口通过线束线缆与第一交流输出接口电连接，各第二模拟输出接口通过线束线缆与第一模拟输入接口电连接，各第二通信接口通过通信线缆与第一通信接口通信连接。

可选地，电源装置中，所述配电插箱设置在所述机柜中的上部槽位内，各所述功率插箱分别设置在所述机柜中所述上部槽位以下的槽位中。

可选地，所述功率插箱为四个；

各第二交流输入接口通过1对4转接线缆与第一交流输出接口电连接，各第二模拟输出接口通过1对4转接线缆与第一模拟输入接口电连接。

可选地，所述配电插箱的后背板上还设置第三通信接口，第三通信接口用于实现装置与上位机之间的上位通信连接。

可选地，所述上位通信连接采用以太网通信协议；

各第二通信接口与第一通信接口间的通信连接采用CAN通信协议。

可选地，所述功率插箱内的AC/DC电源模块的功率部分基于维也纳电路实现。

可选地，所述配电插箱内的控制模块基于采用ARM核的32位单片机实现。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请中的可编程电源装置，包括：配电插箱，至少一个功率插箱，以及用于容置各插箱的机柜；其中，配电插箱基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，功率插箱基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，配电插箱与功率插箱之间通过线缆电连接。本申请的技术方案，可编程电源装置中采用分体设置的配电插箱和功率插箱，并对应采用机架结构，相比现有集成式的可编程电源，实现装置电能转换的功率插箱散热空间较大，可实现较大的功率级别，而基于需求，机架结构中的功率插箱可设置多个，进而相应提供多路独立的输出通道，这样本申请中的可编程电源装置可较好的满足相关应用场景中对大功率多通道可编程电源产品的需求。

本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请一个实施例中可编程电源装置的结构示意图；

图2为图1所示可编程电源装置结构示意的侧视图；

图3为图1所示可编程电源装置结构示意的正视图；

图4为图1所示可编程电源装置结构示意的后视图；

图5为图1所示可编程电源装置中配电插箱后背板的示意说明图；

图6为本申请一个实施例中AC/DC功率模块原理示意框图；

图7为图6所示框图中PFC功率因数校正的原理示意图；

图8为图6所示框图中半桥LLC的原理示意图；

图9为图6所示框图中全波整流的原理示意图；

图10为本申请一个实施例中功率插箱的输入滤波电路原理示意图；

图11为本申请一个实施例中功率插箱的输出滤波电路原理示意图；

图12为本申请一个实施例中反激型辅助电源的电路原理示意图；

图13为本申请一个实施例中配电单元的***电源的原理示意图；

图14为本申请一个实施例中配电单元的控制电路原理框图示意图；

图15a为本申请一个实施例中配电单元的MCU电路的部分原理示意图；

图15b为本申请一个实施例中配电单元的MCU电路的部分原理示意图；

图15c为本申请一个实施例中配电单元的MCU电路的部分原理示意图；

图16为本申请一个实施例中配电单元的辅助电源电路的原理示意图；

图17为本申请一个实施例中配电单元的调压电路的原理示意图；

图18为本申请一个实施例中配电单元的采集电压控制环路的原理示意图；

图19为本申请一个实施例中配电单元的CAN通信实现的原理示意图；

图20为本申请一个实施例中配电单元的CAN接口电路的原理示意图；

图21为本申请一个实施例中以太网控制电路的原理框图；

图22为本申请一个实施例中以太网串口数据转换模块的电路原理示意图；

图23为本申请一个实施例中配电单元的接触器控制电路的原理示意图；

图24为本申请一个实施例中配电单元的输出缓起电路的原理框图。

图中，

10-配电插箱；11-第一交流输入接口；12-第一交流输出接口；13-第一通信接口；14-第一模拟输入接口；15-第一模拟输出接口；16-第三通信接口；

20-功率插箱；21-第二交流输入接口；22-第二通信接口；23-第二模拟输出接口；

30-机柜。

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。

如背景技术中所述，现有的可编程电源产品一般功率较小（功率等级一般在500W以内），且为单路输出，不能满足一些应用场景（如动力电池模拟试验场景）中，需要集中采用大功率、多路输出电源装置的需求。

针对于此，为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种可编程电源装置，以解决现有技术中相关应用场景中，缺少适宜的电源装置产品的技术问题。

如图1至图4所示，在一实施例中，本申请提出的可编程电源装置包括：

配电插箱10，至少一个功率插箱20（图中所示为四个功率插箱），以及用于容置各插箱的机柜30；

其中，配电插箱10基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，功率插箱20基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，配电插箱10与功率插箱20之间通过线缆电连接（图中未示出）。

具体的，举例而言，该实施例中，机柜30选用HTSDC系列屏蔽减震12U高机柜，该产品采用了硬铝合金框架结构，较业界同类产品相比，具有更高的强度和硬度，可以使柜内的贵重电子设备得到更安全的防护，机柜外形尺寸（宽×高×深）： 604mm×715mm×784mm。

该实施例中，出于操作方便及装置放置稳定性考虑，电源装置中，配电插箱10设置在机柜30中的上部槽位内，各功率插箱20分别设置在机柜30中上部槽位以下的槽位中，具体的，如图所示，配电插箱10在机柜30的上侧，机柜下侧有四个功率插箱20，实际中为区分方便，可以在功率插箱上设置标识标签（如图4所示，标识标签分别是01组~04组）。

该实施例中，分体设计的配电插箱与功率插箱间的连接采用后出线方式。

如图3和图4所示，配电插箱10前面板上设置有液晶显示屏及状态指示灯、控制开关，功率插箱20的散热采用风冷方式，前进风后出风（如图3所示，可通过功率插箱20的前面板上的孔洞实现进风）。

该实施例中，如图5所示，配电插箱10为4U高插箱，其后背板上设置有第一交流输入接口11、第一交流输出接口12、第一通信接口13、第一模拟输入接口14以及多个第一模拟输出接口15(如图中的C70-3，C70-4，C70-5，C70-6);

如图4所示，功率插箱20为2U高插箱，各功率插箱20的后背板上均设置有第二交流输入接口21、第二通信接口22以及第二模拟输出接口23；

上述各接口连接方式为，第一交流输入接口11用于连接外部交流电源输入，各第一模拟输出接口15用于连接外部用电设备，各第二交流输入接口21通过线束线缆与第一交流输出接口12电连接，各第二模拟输出接口23通过线束线缆与第一模拟输入接口14电连接，各第二通信接口22通过通信线缆与第一通信接口13通信连接，举例而言，各第二通信接口22与第一通信接口13间的通信连接采用CAN通信协议。

该实施例中，为连接方便及牢靠，各接口的机械结构形式为航插。具体到该实施例中，由于功率插箱20为四个；

各第二交流输入接口21通过1对4转接线缆与第一交流输出接口12电连接，各第二模拟输出接口23通过1对4转接线缆（采用多芯实现各组独立）与第一模拟输入接口14电连接。

换言之，实际应用中，接口11是整个可编程电源的外部交流输入电源接口；接口12是把外部输入的交流电源在配电插箱（也称为配电单元）内部进行分配之后，分配成4路交流电源，通过一根1对4的转接线，分别连接到下面的四个功率插箱上的接口21上，给下面的四个功率插箱供电；接口13是通信接口，通过总线的形式进行通信，通过一根1对4的转接线，分别连接到下面的四个功率插箱上的接口22上；接口14是直流输入接口，也是通过一根1对4的转接线，分别连接到下面的四个功率插箱上的接口23上，这样四个功率插箱的直流输出就全部进入到配电单元内部，然后通过配电单元内部的控制接触器，把4路直流电源引接到C70-3，C70-4，C70-5，C70-6这四个航插上，实现对外多路供电。

需要说明的是，本申请中可编程电源装置的主要改进是将集成式的可编程电源进行了分体设计，使装置形成了配电控制部分（配电插箱）和功率部分（功率插箱），并对应采用了机架结构；

这样实现装置电能转换的功率插箱散热空间较大，可实现较大的功率级别，而基于需求，机架结构中的功率插箱可设置多个，进而相应提供多路独立的输出通道，这样本申请中的可编程电源装置可较好的满足相关应用场景中对大功率多通道可编程电源产品的需求。

此外，作为一种具体的实施方式，本申请中的可编程电源装置还具有上位通信功能，如图5所示，此时，配电插箱20的后背上设置有第三通信接口16，第三通信接口16用于实现装置与上位机之间的上位通信连接，举例而言，这里的上位通信连接采用以太网通信协议。这样就可通过与外部上位机的通信，接收上位机的控制指令（如对可编程电源的编程指令），实现远程控制，增加了应用的灵活性。

为便于理解本申请中的技术方案，下面再从电气原理方面对本申请的技术方案进行一下介绍说明。

本申请中可编程电源装置的电气原理实现上与现有技术类似，如前文所述的，概括来讲，配电插箱10（或称为配电单元）基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，功率插箱20基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，这里对此进行分别介绍：

功率插箱

功率插箱主要是由AC/DC电源模块组成，其内部安装一个或两个电源模块。其功能是把交流的AC380V（或AC220V）电源转化成成直流电源进行输出。同时该电源模块具备对外的CAN通信功能，能通过CAN通信的控制指令，控制电源模块的输出电压和输出限流值。

AC/DC模块（AC/DC电源模块），额定输出为28V/70A。采用现有成熟的AC/DC电源模块，该模块已在其他型号上应用过。AC/DC电源模块电源由PFC功率因数校正、LLC功率变换、DSP数字控制等部分组成,功率部分基于维也纳电路实现。

AC/DC电源模块原理如图6所示。

交流输入经过共模电感滤波，抑制了电源内部的干扰信号去干扰外部，同时也防止外部信号干扰直流稳压电源自身；滤波以后是缓起动部分，用来防止电源开机间对电网引起冲击。交流经过PFC电路升压整流成直流电。升压后的直流电经过功率变换电路（LLC半桥谐振）变换成高频交流电，再经过变压器隔离降压，全桥整流二极管整流成直流电，再用电容滤波成平滑的直流电。通过输出采样来控制谐振频率使变压器两端电压保持稳定，从而达到稳压的目的。

图6中的PFC功率因数校正的原理如图7所示；

电路的工作方式靠控制V28、V29的通断来控制PFC电感的充放电，当MOS管V28导通时，电感L3通过V28充电储能，当V28关断时，电感L3通过V27放电。此时另一个MOS管V29导通，电感L2通过V29充电储能，当V29关断时，电感L2通过V30放电。

两个MOS管交替导通，输出端并接在一起，此电路为交错并联PFC电路。交错并联电路通过两个功率部分交错相位控制、并联形成新的变换器，使得每个功率部分各承担总功率的一半，减少了开关器件的电流应力。该电路由于每个电流错开一定的相位，叠加的结果使得输入和输出电流纹波降低，也使得EMI滤波变得更加容易。

图6中半桥LLC的原理如图8所示；

谐振电容Cr1、Cr2可以等效为容值为（Cr1+Cr2）的一个电容，此电容和两个与之串联的电感Lr1和变压器原边的励磁电感Lm共同形成一个谐振点；重载情况下，Lm会在反射负载的作用下视为完全短路，轻载情况下依然保持与谐振电感Lr1串联。因此，谐振频率由负载情况决定。Lr1和（Cr1+Cr2）决定谐振频率fr1，（Cr1+Cr2）和两个电感Lr1 、Lm决定第二谐振频率fr2，随着负载的增加，谐振频率随之增加。谐振频率在由变压器和谐振电容（Cr1+Cr2）决定的最大值和最小值之间变动。通过改变频率使1/s（Cr1+Cr2）+sLr的分压相应改变，最终Lm电压不变，即输出电压不变。

图6中输出全波整流的原理如图9所示：

变压器波形为正时，对Do1施加正向电压，Do1导通；对Do2施加反向电压，Do2截止；变压器波形为负时，对Do2施加正向电压，Do2导通；对Do1施加反向电压，Do1截止；由此在电解电容上形成上正下负的全波整流电压，其每只二极管所承受的最大反向电压等于变压器次级电压的最大值，近似于输出电压。

下面再从器件选型角度对功率插箱的技术实现进行一下介绍：

PFC升压电感选型，PFC工作在最严酷状态是在输入电压最低时，由此做了如下预设：

预设值：Vinacmin= 220V*0.85=187V；Vpfcmax=410V，工作频率f=80kHz，输出功率Pout=4kW，效率η=0.93，功率因数PF=1，电流纹波系数k=0.4。由此预设可以计算出此时的最大占空比D=（Vpfcmax-1.414*Vinacmin）/（ Vpfcmax）=0.36；最大交流有效值电流Iinacrmsmax= Pout/2/η/ Vinacmin=7.18A，电感纹波电流ΔI = 2*k*1.414*Iinacrmsmax=8.12A，至此可计算出线路中需要的最小电感量Lmin=Vinacminpk*D/f/ΔI=103μH。在实际使用中选择110μH的电感。

PFC开关管选型，由于两只开关管为交替导通，各承担总电流的一半。其最大电流Imosmax=1.414*Iinacrmsmax+ΔI/2=14.2A；由于预设Vpfcmax=410V，那么开关管的耐压值必须高于Vpfcmax=410V，考虑到开通时寄生电感和电容振铃引起的尖峰电压可能高达460V，再选择80%的降额，可选择开关管耐压值为600V或者650V。在实际使用中考虑到效率和散热选择朝无CYC75N60S47，其在125℃时最大连续电流75A，大于理论计算所需要的最大电流Imosmax，耐压为600V，完全满足设计要求。

PFC升压二极管选型，从电路原理图可以看出升压二极管所承受的电压必须高于Vpfcmax=410V，考虑到二极管关断引起的尖峰电压可能高达460V，再选择80%的降额，可选择二极管耐压值为600V；流经二极管的最大电流为电感电流最大值，也是开关管电流的最大值Imosmax=14.2A。考虑到效率，在实际使用中选择朝无CYSCS2060CA二极管，其在125℃时最大连续电流20A，大于理论计算所需要的最大电流15.2A，耐压为600V，完全满足设计要求。

半桥LLC变压器选型，由于设计上考虑LLC谐振回路避免在容性区工作，一直工作在感性区，因此可取最大增益Mmax=0.96。预设输出电压Vout=40V，二极管压降Vd=0.5V，谐振频率fr=80kHz，由此可得变压器原副边匝数比n=Vpfcmax/4*Mmax/（Vout+Vd）=5.36；选择PQ3230磁芯，Ae=161mm*mm，取Bmax=0.35T，可计算出原边匝数为Np=n*(Vout+Vd)/4/fr/Bmax/Ae=21.8匝，取整为22匝，副边取整5匝。在实际使用中考虑到PQ3230骨架的窗口面积选择了两个PQ3230变压器原边串联副边并联结构。

半桥LLC谐振电容选型，考虑到电容电压不能超过母线电压的一半，即Vcmax=Vpfcmax/2=410V，根据LLC谐振回路分压原理，谐振电容容值Cr=Iout /2/n/fr/(Vinmax-Vout*n)=180nF。在实际使用中选择2只82nF的电容并联。

半桥LLC谐振电感选型，根据电容Cr=82nF*2=164nF，频率fr=80kHz，则谐振电感Lr=1/(2*π*fr)^2/Cr=24μH。

半桥LLC开关管选型，半桥LLC开关管的耐压必须高于Vpfcmax=410V，考虑到降额，可以选择开关管耐压值为600V或者650V。开关管的最大电流等于变压器原边的峰值电流Ip，根据公式可知，Ip=1.1*1.414*Pout/Vout/n=18A，在实际使用中考虑到效率和散热选择了朝无CYC75N60S47，其在125℃时最大连续电流75A，大于理论计算所需要的最大电流Ip=16A，耐压为650V，完全满足设计要求。

输出全波整流二极管选型，从全波同步整流原理可知，输出全波整流二极管的耐压必须高于2*Vout=80V，考虑到降额，可以选择100V的耐压。同步整流二极管通过的最大电流Id=Iout/2/2=17.5A。在实际使用中选择DSA50C100QB，其在100℃时最大连续电流50A，耐压为100V。在实际应用上考虑到散热和效率，采用多只并联，完全能够满足要求。

下面再从输入输出设计方面对功率插箱进行一下介绍。

输入方面涉及的输入滤波电路原理如图10所示，功率变换电路输入经过高频电容和共模电感滤波，用来抑制电源内部的干扰信号干扰到外部，同时防止外部信号干扰变换器电源自身。

输入方面涉及的输出滤波电路原理如图11所示，输出整流后经过高频电容滤除噪声和低频电解电容平滑，再经过Y电容、共模电感等，抑制了电源内部的干扰信号干扰到外部，同时又防止了外部信号干扰变换器电源自身。

此外，功率插箱的电气部分中还设置有， 给AC/DC电源模块内部控制部分的供电的辅助电源，辅助电源拓扑采用反激型辅助电源控制电路，其原理如图12所示。

辅助电源选用国内华芯微公司生产的峰值电流模式控制的集成PWM控制器GHR1845M1芯片，构成反激型辅助电源控制电路。GHR1845M1内部具有5Ｖ基准源，用于电压调节器的误差放大器和峰值电流比较器等。驱动电路采用推挽结构的跟随电路，输出电流达200mA，可直接驱动主电路的功率器件。欠电压保护电路可完成对芯片电源的实时监控，当电路初加电时电压未达到启动电压（14.5V）或工作中电压跌落至保护电压阈值（9V）时，芯片PWM输出控制信号被封锁，避免输出混乱的脉冲信号，以保护主电路开关器件。只有电压符合芯片工作范围时，芯片才会在一次软启动过程后，开始正常工作，输出PWM信号。

辅助电源为直流电源功率板、保护电路、控制电路、风扇等提供独立的供电电源。

配电插箱

本申请中配电插箱的电气部分，主要由***电源、***控制器（对应于控制模块）、接触器相关电路等组成；***电源的主要功能是为配电单元提供电源，是一个专为控制部分供电的辅助ACDC电源；***控制器的主要功能是对整个可编程电源的工作进行控制，包括如下功能：接收上位机的对电源编程的预制指令；根据预制的输出指令，生成对电源模块的CAN控制指令，并通过CAN接口发送给电源模块；根据指令，控制可编程电源的输出状态；对整个***工作过程中的各种参数，包括输出电压、输出电流等进行监测，使电源处于一个稳定安全的工作状态，发生异常时，关闭电源，保护电源和负载。

配电单元的***电源设计如图13所示，***电源输入为220V供电，前级经滤波后为U1AC/DC模块供电，AC/DC输出24V为保护电路、控制电路、风扇等提供独立的供电电源。U1是小型的DCDC模块，选用型号为LH60-20B24，该模块工作温度为-40℃~+70℃，可以满足大部分工业和实验室环境的使用条件。

配电单元的***控制电路原理框图如图14所示，***控制器通过以太网接口与外部***进行通信，接收控制命令，上传设备的工作状态信息；通过内部CAN通讯口与功率插箱内的AC/DC电源进行通信，读取电源的输出电压，电流，芯片温度等信息，同时设置AC/DC电源的输出电压、输出电流；通过串口通信在显示屏上显示当前工作状态；通过CPU自带的AD模块，采集***的各个配电的输出电压、电流，通过I/O口来控制配电插箱中接触器工作、告警灯的点亮。显示屏选用低温屏，能够满足-40℃工作要求。

上位机与可编程输出电源通过以太网通信，用以太网UDP协议，接口为RJ-45加固网络接口。上位机具备可编程输出电源调压等主要程控功能。

主控制器选用兆易创新公司的一款32位高性能ARM控制器GD32F450ZGT6（替代STM32F429）。GD32F450ZGT6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，A/D转换更精确快速，是目前控制和电源领域非常具竞争力专用控制器。

***控制电路中电压采样信号进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，从而可以准确地对电源的工作状况进行检测，并且将电源的工作状态通过CAN通讯传送到控制计算机。

单片机通过IO口控制输出接触器，对电源的输出进行控制。按键开关控制电源的启动停止和电源的输出。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。

在功能实现上，与现有技术类似，装置可实现过压保护功能、限流流保护功能以及过流保护功能。具体的，

过压保护功能，第一级为配电***保护，配电***控制器实时检测输出电压，当输出电压大于保护值（可设定）时，切断输出接触器；如果***控制器未动作，输出电压继续抬升，将进入第二级保护，即电源模块保护，当电源模块电压大于模块的设定值（不可设定）时模块停止工作，必须重启电源才可恢复；

限流流保护功能，当输出负载较重时，限流模式启动，电源输出电压降低，将输出电流限定在最大值，待负载减轻后，电源退出限流状态，电压恢复到设定电压值；

过流保护功能，过流保护分为两级，第一级为配电***控制器保护，***控制器实时检测输出电流，当输出电流大于保护值时，切断输出接触器；若***控制器未动作，输出电流继续增大，将进入第二级保护，即电源模块限流保护，电源模块采用限流工作方式，电源模块限流点为最大输出电流，当输出负载较重时，限流模式启动，电源模块输出电压降低，将输出电流限定在最大值，待负载减轻后，电源模块退出限流状态，电压恢复到设定电压值。

***控制电路MCU部分电路原理如图15a至图15c所示。

MCU用于处理网络接口的通信工作，按照协议格式上传采集数据，其中J16是标准SWD程序下载接口，C17~C28是ADCIN0~ADCIN12管脚附近的滤波电容，C31~C37是MCU电源管脚附近的退耦电容，Y1是MCU的外部晶振，直插式8MHz频率，JCYW136-2.5是2.5V基准电压芯片，用于内部ADC转换参考电压，R11是MCU启动配置引脚下拉电阻，R10是MCU的上电复位引脚上拉电阻。

控制电路辅助电源电路如图16所示。

电源接入***电源输出的24V直流电，通过LC电感电容滤波，将24V直流电接入DA2模块（DCDC模块），DA2选用汇众JHDZ10C-24D12模块，转换成±12V。+12V通过DA1电源芯片输出VCC（5V），VCC再通过DA31三端稳压电路输出3.3V电。DA1选用国产昊昱HYM2576S-5.0电源芯片，DA2选用国产南京微盟ME1117A33B3G三端稳压器。

调压控制电路，调压功能由***控制器实现，为提高抗干扰能力，电压采集硬件电路采用差分电路，如图17所示，控制器采集本机端输出电压（即UO+、UO-），然后与输出电压设定值比较，通过数字PID调节器计算，再与均流补偿值、输出电压设定值取和，作为电压环数字调节器的实际给定值(本机端电压给定值)，采集电压控制环路如图18所示。

配电插箱中涉及到通信功能，其实现与现有技术类似（可见现有相关开发文档），***控制器对上位机采用以太网通信，与内部单元由CAN总线实现，通过CAN总线遥控4个功率插箱开关机、输出电流电压的调节及控制，并通过CAN总线对电源的输出电压、输出电流等状态信息及进行监测，并通过外部以太网上报给上位机，同时通过液晶屏显示出电源工作的状态信息。

CAN通信应用通过MCU自带的CAN控制器实现，其方框图和接口电路如图19所示。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。

CAN收发器使用中电58所生产的JS1201A+深圳国微TJA1040T实现收发和隔离。JS1201A是一款磁隔离的通信芯片，最高通信速率可达25M，TJA1040T是CAN收发芯片，用来实现CAN信号的电平转换。TJA1040T芯片的工作温度-40℃～105℃，符合“ISO 11898-2”标准，单网络至少可连接110个节点，抗电磁干扰特性好。图20为CAN接口电路图，针对浪涌和静电防护，增加了专用保护电路，应用跳线方式选择短接电阻是否投入。

以太网通信，电路采用10/100M自适应以太网设计。以太网控制电路具有自适应以太网通讯功能。微控制器与以太网模块通过UART方式直接连接，微控制器通过内部通讯与以太网模块进行通讯，接收模块转化的以太网数据或将以太网数据发送到网络。通过以太网控制电路将数据转换成FTP/IP格式然后上传。以太网控制电路原理框图如图21所示。转换电路采用了ZNE-100TL+多功能型嵌入式以太网串口数据转换模块，电路原理如图22所示。

配电插箱中需实现强电的控制分配，其中涉及到接触器电路，接触器控制电路如图23所示。MCU控制器通过控制OUTC1～OUTC4高低信号来实现输出的控制，当OUTC1～OUTC2处于低电平时，NB1～NB4光耦导通，此时Pmos管驱动电压为-16V，VB15、VB6、VB10、VB11Pmos管导通，JC1～JC4为控制输出的24V，此24V外接输出接触器正极线圈，线圈得电接触器闭合电源开始对外输出。NB1～NB4光耦选用朝无厂CYCH281-1D，Pmos管选用朝无厂CYC12P10。

此外，在应用中，由于供电负载可能会有输入电容的存在，在模拟激活电源输出接触器KM闭合的瞬间，由于输入电容相当于短路，所以会有很大的电流流过输出接触器，会影响接触器的寿命。为了避免此现象的发生，电源设计了输出缓启动功能。输出缓起电路的原理框图如图24所示。

在实际中，其工作过程如下：当可编程输出电源收到激活信号后，缓启继电器KA闭合，延时30ms后KM闭合。这时电源通过KA、R1给电容C2充电，进行缓启。当缓启结束后主接触器KM闭合，电源正常输出。然后断开缓启继电器KA，为下一次缓启工作做准备。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可编程电源装置，其特征在于，包括：配电插箱，至少一个功率插箱，以及用于容置各插箱的机柜；

其中，所述配电插箱基于内部设置的控制模块及接触器电路实现电源装置的配电控制，所述功率插箱基于内部设置的AC/DC电源模块及放电模块实现电源装置的电能转换，所述配电插箱与所述功率插箱之间通过线缆电连接。

2.根据权利要求1所述的可编程电源装置，其特征在于，

所述配电插箱的后背板上设置有第一交流输入接口、第一交流输出接口、第一通信接口、第一模拟输入接口以及多个第一模拟输出接口；

各所述功率插箱的后背板上均设置有第二交流输入接口、第二通信接口以及第二模拟输出接口；

其中，第一交流输入接口用于连接外部交流电源输入，各第一模拟输出接口用于连接外部用电设备，各第二交流输入接口通过线束线缆与第一交流输出接口电连接，各第二模拟输出接口通过线束线缆与第一模拟输入接口电连接，各第二通信接口通过通信线缆与第一通信接口通信连接。

3.根据权利要求2所述的可编程电源装置，其特征在于，电源装置中，所述配电插箱设置在所述机柜中的上部槽位内，各所述功率插箱分别设置在所述机柜中所述上部槽位以下的槽位中。

4.根据权利要求2所述的可编程电源装置，其特征在于，所述功率插箱为四个；

各第二交流输入接口通过1对4转接线缆与第一交流输出接口电连接，各第二模拟输出接口通过1对4转接线缆与第一模拟输入接口电连接。

5.根据权利要求2所述的可编程电源装置，其特征在于，所述配电插箱的后背板上还设置有第三通信接口，第三通信接口用于实现装置与上位机之间的上位通信连接。

6.根据权利要求5所述的可编程电源装置，其特征在于，

所述上位通信连接采用以太网通信协议；

各第二通信接口与第一通信接口间的通信连接采用CAN通信协议。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可编程电源装置，其特征在于，

所述功率插箱内的AC/DC电源模块的功率部分基于维也纳电路实现。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的可编程电源装置，其特征在于，

所述配电插箱内的控制模块基于采用ARM核的32位单片机实现。