本發(fā)明涉及智能配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道智能配電裝置及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

電源是現(xiàn)代化武器裝備運(yùn)行的基礎(chǔ)，而電源的分配與管理則是武器裝備供配電系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在國(guó)外，上世紀(jì)八十年代中期就提出了飛機(jī)不間斷供電的理念，并由此推動(dòng)了智能配電技術(shù)的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)武器裝備的不間斷供電，需要系統(tǒng)中的配電裝置具有工作狀態(tài)自檢測(cè)、用電設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障隔離，對(duì)電源干擾具有容錯(cuò)等能力。由于武器系統(tǒng)用電設(shè)備數(shù)量多，因此對(duì)配電裝置的故障并行處理能力的要求高。目前，國(guó)內(nèi)配電裝置通常采用單處理器輪詢控制及多處理器獨(dú)立控制兩種智能控制方式來對(duì)多個(gè)用電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及智能控制；但前者不具備并行處理能力，在兩個(gè)以上用電設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)短路等極端條件下不具備隔離多個(gè)故障的能力；而后者具備并行處理能力，但存在系統(tǒng)硬件組成復(fù)雜、可靠性低等顯著缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是單微處理器進(jìn)行多通道配電管理方式不具備并行處理能力，而多微處理器存在系統(tǒng)硬件組成復(fù)雜和可靠性低等問題，提供一種多通道智能配電裝置及其運(yùn)行方法。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種多通道智能配電裝置，包括裝置本體，所述裝置本體由電源模塊、電壓采集電路、FPGA電路、隔離通信接口電路和多個(gè)功率控制模塊組成；電源模塊電路的輸入端與外部電源連接，輸出端與裝置本體內(nèi)部其他電路的電源輸入端連接；電壓采集電路的輸入端與外部電源連接，輸出端與FPGA電路的數(shù)據(jù)輸入端連接；隔離通信接口電路的一端與外部總線相連，另一端與FPGA電路的通信接口相連；每個(gè)功率控制模塊的電源輸入端與外部電源正極連接，控制端與FPGA電路的一控制輸出端連接，狀態(tài)反饋端與FPGA電路的一數(shù)據(jù)采集口連接，供電輸出端與一外部負(fù)載設(shè)備相連。

上述方案中，電源模塊由濾波器、第一DC/DC模塊、第二DC/DC模塊、二極管D1、二極管D2和多路LDO組成；濾波器輸入端形成電源模塊的輸入端；濾波器的輸出端連接第一DC/DC模塊和第二DC/DC模塊的輸入端；第一DC/DC模塊的輸出端正極與二極管D1的正極相連，第二DC/DC模塊的輸出端正極與二極管D2的正極相連；第一DC/DC模塊的輸出端負(fù)極與第二DC/DC模塊的輸出端負(fù)極相連后，連接多路LDO的負(fù)端；二極管D1的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極相連后，連接多路LDO的輸入端；多路LDO的端出端形成電源模塊的輸出端。

上述方案中，功率控制模塊由驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、電流傳感器、調(diào)理電路和A/D采樣電路組成；驅(qū)動(dòng)電路的輸入端形成功率控制模塊的控制端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與開關(guān)電路的控制端連接；開關(guān)電路的輸入端形成功率控制模塊的電源輸入端；開關(guān)電路的輸出端形成功率控制模塊的供電輸出端；電流傳感器隔離感應(yīng)供電輸出端電流，電流傳感器的輸出端連接調(diào)理電路的輸入端，調(diào)理電路的輸出端連接A/D采樣電路的輸入端，A/D采樣電路的輸出端形成功率控制模塊的狀態(tài)反饋端。

上述方案中，隔離通信接口為CAN總線收發(fā)電路、RS422總線收發(fā)電路或RS485總線收發(fā)電路。

上述多通道智能配電裝置的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

外部電源通過電源線引入電源模塊，電源模塊將其處理后提供給裝置本體內(nèi)部電路；

電壓采集電路隔離采集輸入電源的電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)給FPGA電路進(jìn)行分析處理；

隔離通信接口電路完成總線信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換，完成外部總線和FPGA電路信息的交互；

功率控制模塊完成供電通斷的切換，并將輸出的電流信號(hào)隔離采集為數(shù)字電流信號(hào)供FPGA電路進(jìn)行分析處理；

FPGA電路對(duì)多通道供電的電流信號(hào)與電源電壓信號(hào)進(jìn)行并行采集和處理，完成通信管理和信息處理，多通道通斷控制功能，以及多通道的過欠壓保護(hù)和過流保護(hù)功能。

上述方法中，電源模塊對(duì)外部電源進(jìn)行處理的過程為：外部電源經(jīng)過濾波器濾波后送入2個(gè)并聯(lián)的DC/DC模塊，2個(gè)并聯(lián)的DC/DC模塊對(duì)其進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換后送入防反二極管進(jìn)行匯流，并經(jīng)多路LDO變壓后提供給裝置本體內(nèi)部電路。

上述方法中，功率控制模塊實(shí)現(xiàn)供電通斷的切換的過程為：驅(qū)動(dòng)電路完成FPGA電路發(fā)出的控制信號(hào)的放大，并驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路通或斷；功率控制模塊對(duì)輸出的電流信號(hào)隔離采集的過程為。電流傳感器測(cè)量供電輸出端的電流大小，經(jīng)調(diào)理后給A/D采樣電路進(jìn)行采樣，經(jīng)采樣后給FPGA電路進(jìn)行處理。

上述方法中，F(xiàn)PGA電路的正常通斷控制過程為：接收上級(jí)控制器的控制命令直接控制通路供電的通斷。FPGA電路的過欠壓保護(hù)過程為：電壓采集電路檢測(cè)外部電源的輸入電壓，當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓大于預(yù)設(shè)的電壓最大值時(shí)或小于預(yù)設(shè)的電壓最小值時(shí)，F(xiàn)PGA電路控制各功率控制模塊斷開，從而起到過壓及欠壓保護(hù)的功能。FPGA電路的過流保護(hù)過程為：FPGA電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)功率控制模塊的電流信號(hào)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行保護(hù)算法的運(yùn)算，當(dāng)某通道或多個(gè)通道供電發(fā)生過流并滿足所在通道的保護(hù)算法過流保護(hù)條件時(shí)，F(xiàn)PGA電路輸出斷開相應(yīng)供電通道的控制信號(hào)，使相應(yīng)通道的功率控制模塊斷開，從而起到過流保護(hù)的功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用FPGA具有的并行處理特點(diǎn)，能同時(shí)對(duì)多通道的供配電進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，各通道可定制不同的反時(shí)限保護(hù)曲線，使得保護(hù)更加精準(zhǔn)。在對(duì)過流保護(hù)點(diǎn)的處理時(shí)間上，僅存在微秒級(jí)硬件延時(shí)，具有與專用集成電路類似的特性，同時(shí)還具有成本低的優(yōu)勢(shì)?；贔PGA的多通道智能配電技術(shù)用于型號(hào)配電管理，使得系統(tǒng)具有硬件電路復(fù)雜度低、可靠性高、并行處理能力強(qiáng)、對(duì)硬件的兼容性好、通用程度高及可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為一種多通道智能配電裝置的原理圖。

圖2為電源模塊的原理框圖。

圖3為功率控制模塊的原理框圖。

具體實(shí)施方式

一種多通道智能配電裝置，如圖1所示，主要由電源模塊、電壓采集電路、FPGA電路、隔離通信接口電路和多個(gè)功率控制模塊組成。

電源模塊電路輸入端與外部電源相連；電源模塊輸出端與內(nèi)部其他電路的電源輸入端相連，為內(nèi)部電路提供電源。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，電源模塊，由圖2所示，由濾波器、第一DC/DC模塊、第二DC/DC模塊、二極管D1、二極管D2、多路LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)組成。濾波器輸入端與外部電源輸入端相連；濾波器的輸出端作為第一DC/DC模塊和第二DC/DC模塊的輸入端；第一DC/DC模塊輸出端正極與二極管D1正極相連；第二DC/DC模塊輸出端正極與二極管D2正極相連；第一DC/DC模塊輸出端負(fù)極與第二DC/DC模塊負(fù)極相連并作為多路LDO負(fù)端；二極管D1負(fù)極和二極管D2負(fù)極相連并作為多路LDO的輸入端；多路LDO端出端為內(nèi)部電路供電。

電壓采集電路輸入端與外部電源相連，輸出端與FPGA電路數(shù)據(jù)輸入端相連，采集外部輸入電源的電壓給FPGA電路處理。

每個(gè)功率控制模塊的電源輸入端與外部電源正極連接，控制端與FPGA電路的一控制輸出端連接，狀態(tài)反饋端與FPGA電路的一數(shù)據(jù)采集口連接，供電輸出端與一外部負(fù)載設(shè)備相連。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，功率控制模塊，如圖3所示，由驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、電流傳感器、調(diào)理電路、A/D采樣電路組成。FPGA電路的控制輸出端作為驅(qū)動(dòng)電路的控制輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端作為開關(guān)電路的控制端；開關(guān)電路的輸入端與電源輸入+端相連；開關(guān)電路的輸出端與供電輸出相連；電流傳感器隔離感應(yīng)供電輸出端電流；電流傳感器輸出端作為調(diào)理電路輸入端；調(diào)理電路輸出端作為A/D采樣電路的輸入端；A/D采樣電路的輸出端與FPGA電路數(shù)據(jù)采集口相連。通過采用不同功率和/或不同種類的開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)小功率、中功率到大功率的配電應(yīng)用。

隔離通信接口電路與FPGA電路的通信接口相連，實(shí)現(xiàn)外部總線與FPGA電路信號(hào)的隔離通信。在本發(fā)明中，隔離通信接口可以為CAN總線收發(fā)電路、RS422總線收發(fā)電路或RS485總線收發(fā)電路。

FPGA電路通過隔離總線接口電路接收上位機(jī)命令，控制相應(yīng)通路的功率控制模塊的通斷，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電源的電壓，當(dāng)滿足過壓欠壓條件時(shí)進(jìn)行關(guān)斷；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)通道的電流信號(hào)，當(dāng)某通斷當(dāng)某通道或多個(gè)通道供電發(fā)生過流并滿足所在通道的保護(hù)算法過流保護(hù)條件時(shí)，F(xiàn)PGA輸出斷開相應(yīng)供電通道的控制信號(hào)，使相應(yīng)通道的功率控制模塊斷開，從而實(shí)現(xiàn)了智能配電保護(hù)，有效的保護(hù)了負(fù)載。FPGA作為控制核心，對(duì)多通道供電的電流信號(hào)與電源電壓信號(hào)進(jìn)行并行采集和處理，提高了多通道供電實(shí)時(shí)保護(hù)。用單個(gè)集成電路電路芯片實(shí)現(xiàn)了并行采集和處理，電路簡(jiǎn)單，降低了成本，提高了可靠性，具有工作可靠性高、體積小重量輕等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)各配電系統(tǒng)的新型智能配電。

上述多通道智能配電裝置的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

外部電源通過電源線引入電源模塊，經(jīng)過濾波器濾波，并經(jīng)過并聯(lián)的第一DC/DC模塊和第二DC/DC模塊隔離轉(zhuǎn)換后，經(jīng)防反二極管進(jìn)行匯流，并經(jīng)LDO線性電源線性變壓為內(nèi)部電路提供電源。

電壓采集電路隔離采集輸入電源的電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)給FPGA電路進(jìn)行分析處理。

隔離通信接口電路完成總線信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換，完成外部總線和FPGA電路信息的交互。

功率控制模塊完成供電通斷的切換，并將輸出的電流信號(hào)隔離采集為數(shù)字電流信號(hào)供FPGA電路進(jìn)行分析處理。驅(qū)動(dòng)電路完成控制信號(hào)的放大，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路通或斷，電流傳感器測(cè)量供電輸出端的電流大小，經(jīng)調(diào)理后給A/D采樣電路進(jìn)行采樣，經(jīng)采樣后給FPGA電路進(jìn)行處理。

FPGA電路完成通信管理、信息處理，通斷控制功能和過壓欠壓保護(hù)，過流保護(hù)功能。FPGA電路的正常通斷控制方式為：接收上級(jí)控制器的控制命令直接控制通路供電的通斷。FPGA電路的過壓、欠壓控制方式為：電壓采集電路檢測(cè)電源輸入端電壓，當(dāng)檢測(cè)到供電輸入電壓大于預(yù)設(shè)的最大值時(shí)，F(xiàn)PGA控制功率切換電路斷開，當(dāng)檢測(cè)到供電輸入電壓小于預(yù)設(shè)的電壓最小值時(shí)，F(xiàn)PGA控制功率電路斷開，從而起到過壓欠壓保護(hù)的功能。FPGA電路的過流保護(hù)功能為：FPGA實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)功率控制模塊的電流信號(hào)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行保護(hù)算法的運(yùn)算，當(dāng)某通道或多個(gè)通道供電發(fā)生過流并滿足所在通道的保護(hù)算法過流保護(hù)條件時(shí)，F(xiàn)PGA輸出斷開相應(yīng)供電通道的控制信號(hào)，使相應(yīng)通道的功率控制模塊斷開，從而起到過流保護(hù)的功能。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)多通道配電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與并行保護(hù)。提高了多通道智能配電系統(tǒng)智能保護(hù)的實(shí)時(shí)性和精確性。由于采用FPGA可編輯邏輯器件，可根據(jù)實(shí)際負(fù)載選擇相應(yīng)的保護(hù)曲線，配置相應(yīng)的保護(hù)算法進(jìn)行更新即可，提供了多通道智能配電的靈活性，具有良好的多負(fù)載系統(tǒng)匹配適應(yīng)性能。