一种通用化供电控制组合的设计方法

一种通用化供电控制组合的设计方法

陈瑶

贵州航天风华精密设备有限公司 贵州贵阳 550009

摘要：在某产品测试设备电源机柜设计过程中，需要对两个电源机柜的不同电源的电压及电流进行控制输出，并通过RS422通信与外界进行数据传输。考虑到设计过程的“三化”要求，现需要设计一种通用化供电控制组合，可在两个电源机柜上互换使用，且在以后产品研制时，需要电源控制时也可以使用。本文详细叙述了一种通用化供电控制组合的设计方法应用，并详细介绍了该供电控制组合的组成、工作原理。

关键词：通用化；供电控制组合；设计

1 引言

某产品测试设备需设计电源机柜，电源机柜由两个独立机柜组成，每个机柜包含柜体、供电控制组合和3组电源。其中一个机柜的电源为27V电源1、27V电源2及56V电源1。另一个机柜的电源为27V电源1、90V电源及56V电源2。考虑到设计过程中的“三化”要求，需要设计一种通用化供电控制组合，可控制单个机柜上的3组电源，且满足在两个独立机柜上可以互换使用，且可用于后续产品研制时电源控制功能的实现。

2 电源控制现状

目前，测试设备上电源的控制功能分布在测试设备的不同组合内的不同板卡上，各组合协同工作来实现电源控制。具体为电源电压的隔离变换功能通过信号匹配组合内模拟隔离板来实现，采集功能由信息处理组合的AD采集板来实现。电源电压的输出控制功能通过信息处理组合内的IO控制板来控制信号匹配组合内的继电器板的继电器线包电压来实现。电源的数据通过RS422通信与外界进行数字化数据传输的功能在现有的测试设备没有进行设计。

3 通用化设计方案

为满足设计过程中的“三化”要求，将电源控制功能进行重新设计，形成独立的电源供电控制组合。为实现在不同的电源机柜上互换，将电源控制组合内的通路按照电流的不同进行分类设计。如0A～15A通路、0A～80A通路及0A～300A通路。以此来实现在不同的电源机柜上可互换。组合设计过程可将电源电压、电流的采集功能、IO控制功能及RS422通信与外界进行数字化数据传输功能设计在一块板卡上来实现。将采集前端的隔离变换功能、IO控制后的隔离驱动功能、AC/DC及DC/DC电源模块设计在一块印制板上来实现。将接触器及电流传感器功能设计在同一结构安装板上来实现。同时，将以上三种功能模块安装在一个3U的组合机箱中，来实现在后续产品电源控制设计上可通用。

4 供电控制组合工作原理

供电控制组合主要由采集通信控制板、供电控制板、传感器接触器模块组成。

供电控制组合采集通信控制板通过RS422通信接收到“电源通道受控输出指令”后，通过IO控制模块输出供电控制指令到供电控制板，供电控制板将收到的指令进行隔离驱动后，输出供电电压给传感器接触器模块的接触器线包，接触器开关接通，电源通道受控电压输出，电源通道受控电压通过供电控制组合的后面板接插件进行输出。

非控输出电压以及经过传感器接触器模块的电流传感器输出的受控电流，经过供电控制板进行隔离变换后送采集通信控制板进行AD采集后通过RS422通信的帧格式发送出去。

其中，供电控制板具有电压转换模块，为组合内器件提供所需二次电源。

软件模块运行于采集通信控制板中，按照通信协议输出控制指令至各功能模块，并接收各功能模块回传的数据并发送出去。

供电控制组合工作原理图如图1所示。

图1 供电控制组合原理图

4.1 采集通信控制板

采集通信控制板具有AD采集功能模块，IO控制功能模块及RS422通信功能模块。

其中，AD采集功能模块用来采集3路本体电压，3路非控输出电流、7路受控输出电流及组合内的二次电压。IO控制模块用来控制7路受控输出电压。RS422通信功能模块用来进行数据的传输。

主要技术指标如下：

a) 采集控制通信板的供电电压为直流5V；应有良好的接地系统，信号地、隔离地屏蔽地在印制电路板上应相互隔离；

b) AD采集接口不少于16路，A/D转换模块采用12位的A/D接口转换成数字量，转换时间不大于5μs；

c) 输入输出开关量，输出控制及输入检测模块不少于12路输出；

d) 不少于1路全双工RS422通信接口，数据传输波特率为625kbps,周期10ms，通信误码率不大于10^-6，接收端均采用光电隔离措施，发送方电流驱动能力不小于20mA。

4.2 供电控制板

供电控制板具有隔离变换模块、隔离驱动模块、滤波模块及电压转换模块。隔离变换模块对模拟量进行隔离变换后进行再进行AD采集。隔离放大模块是对IO输出的控制信号进行隔离驱动后，为接触器的线包提供电能，接触器动作来实现受控输出。电压转换模块主要由AC/DC及DC/DC组成，主要为接触器、电流传感器及采集通信控制板提供所需电能。

主要技术指标如下：

a）不少于20路模拟量的隔离变换通道；

b）不少于7路IO控制信号的隔离放大通道；

c）不少于7路滤波电路；

d）1路AC/DC模块，不少于2路DC/DC模块。

4.3 传感器接触器模块

传感器接触器模块为一块结构安装板，上边安装有电流传感器及接触器/继电器。

具体指标如下所示：

1. 电流传感器为3种类型，测量范围分别为0A～15A、0A～80A、0A～300A。

2. 接触器/继电器有3种类型，触点电流分别为0A～15A、0A～80A、0A～300A。触 点电压分别为27V、56V及90V。

5 结束语

本设计方法满足了供电控制组合设计过程中通用化、系列化及组合化要求，满足在两个独立机柜上可以互换使用。在以后产品的电源控制输出时也可以使用，具有比较强的通用性，缩短了后续项目的研制周期。

参考文献：

[1] GJB/Z35-1993 元器件降额准则[S]；

[2] 电子设备的电磁兼容性设计 区健昌 2003.09 电子工业出版社；

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