便于集成的智能化电源模块监控系统研究

便于集成的智能化电源模块监控系统研究

路震，齐飞，张骞，杜海涛

中建八局第一建设有限公司  河南省郑州市 450000

摘要：随着电力电子技术的迅速发展，开关电源在电网中的应用越来越受到重视。近年来，为了方便地使用电源，将电源系统的模块化与集成化作为一个重要的研究方向。电源采用模块化设计，使各系统能够按照各自的能力，进行并联模块数目的选取，并能确保冗余，易于维修和更换，从而达到“积木式”的结构，而对于这个新的体系架构，传统的电源监测与维修模式难以适应新的体系结构，需要建立“积木式”的多层监测体系。现有的研究中，已有关于电源系统的监测方法，但由于没有考虑到成本、体积等因素，必须考虑到电源主功率与其它周边电路的整合。为便于对监测模块和主要电源模块进行一体化，以达到微型化、高可靠性的目的，因此，必须要有一个结构简单、功能强大、抗干扰性强、价格便宜、易于批量生产的监控模块。

关键词：监控；集成；智能化；模块；电源；系统

智能化，是当今信息技术和能量传输领域的主流趋势。而作为电力传输安全监督的典型，电力监测系统也是当前电力系统发展的典型代表。本文对电力行业的智能供电监测系统进行了研究，为当前电力行业的资源优化调整提供了一定的理论依据。

一、智能化监测系统的研制价值

电源监控系统，是对电网在输电、使用过程中出现的各种安全隐患进行自动监测、预警的一种重要手段。比如银行、通信等社会公益事业单位都使用了这套系统。在目前的电源应用领域不断扩大的情况下，如果不能进行全面的管理，那么一旦有一条线路上的电压不稳定，或者是网络的频率超过了正常的情况，那么对于底层的用户来说，都是一种极大的打击。因此，对智能带电系统的设计进行探讨，就是对社会电网运行进行科学调控的一种实践方式。在智能电源监控系统的设计与分析中，将包括主监控、交流检测、电池监控、调压、绝缘检测等。这种方法，是针对目前电力输送结构中，容易出现问题的，符合当今电力行业的实际需要。

二、设计监控系统硬件

1.系统硬件结构

为了简化监控模块的线路，采用了一种总线型的方法，在系统层面上进行大量的数据处理，而模块级别的监控则负责收集数据（包括电压和电流），并提供多种保护和监测。采用通信总线对各个功能模块进行控制。

2.硬件功能设计

其中，监测模块主要包括监测、控制、通讯等功能，也就是说，可以实时监控模块的输出电流，判断模块运行状况，将相关的数据和相关状况发送到计算机；控制器是由上位机的调压信号来调整模块的输出电压，或由面板上的电位计调整输出电压，并能达到故障保护；通讯是指采用RS485接口与计算机进行通讯的模块。

图1显示了监测模块的工作原理。在电源控制电路中，使用了移相全桥，能达到软切换的目的，并在此基础上增设了一个辅助网络，增加了软开关的负载范围。在虚线中，显示了全部的监控模块，为电网输入电压，散热片温度，输出电压，输出电流；该模块的输出信号包括电压调节信号、断开信号以及电源操作状态信号，并将其输入到主机。

图1

其中，监控系统的中心部分是微处理器，本系统使用公司单片机，它的内置，它具有体积小，功耗低，功能强大的特点。端口可以实现变换，因为端口对输出电压的调整速度不够快，所以仅需采用常规的光耦式隔离，再用电容滤波器对其进行滤波，得到控制信号。调整输出电压，从而有效地利用了微处理器的资源，减少了温度、电磁场等对外部元件的影响。

因为在电源组件中，温度变化很大，所以常规的模拟信号隔离会受到温度的影响，因此，首先采样电压和电流，然后得到一个数字信号，再经光耦隔离送至中进行处理。采用等串行变换电路，既节约了微处理器的插脚资源，又大大减少了系统的容量。由于串口变换的读写频率较低，所以可以使用常规的光耦，从而减少了成本。而变换时钟可以在变换器中使用高频率的时钟，从而保证了变换的准确性。

并将取样后的电压、电流值用串行通讯方式传输至机上，由计算机对整个系统进行监测与管理，并提供了模块自身的显示功能。为节省微处理器的资源，可以采取串口传输的方式。该功能由诸如的串行/并行变换器来完成。可以通过模组的方式来简化电路的设计，增加了系统的可靠性。同时，该模块可以采用模式工作，从而节约了的资源。

监测模块的电压调整方法有两种：一种是手动调整按钮，另一种是修改软件中的设定来调整（只在系统级别上）。在波形的工作周期的控制中，首先要设计能产生具有可调整工作周期的波形（例如555定时器构成的具有可调节工作周期的多共振振荡器）的电路，而在第二种模式中，采用的作为 端口，通过软件设定了波形，并在软件中设定了工作循环的变化。

在与进行通讯时，由于采用了多层通讯方式，所以需要用不同的地址来进行识别，每一个模块的地址都要用一个拨号开关来控制，然后用一个并进串出的串行寄存器将该地址输入到一个微处理器中进行处理。使用通讯。

通过以上设计，研制了一种具有体积小、造价低廉、功能齐全的监测模块。

三、设计监控系统软件

整个系统的软件都是模块式的，它包含了许多子程序，方便了调试和扩充。该方法在软件中引入了数字滤波技术，以提高采样精度和减少误差。

在主循环中执行用于检测系统操作条件的主程序的流程图，判定是否有过压、电网有无故障、过热、过流等问题，然后对输出的电流进行取样，再把它转换成一个电压信号，通过通信总线传送到电脑上。因为模块的电压、电流显示只是监控，并不能作为测试，所以不要求更新的频率很高，基本不会增加的负担。

当检测到系统的运行状况时，如果有问题，可以通过延迟来判定是否真的有问题，一旦发现有问题，就关闭模块的输出，并用的不同颜色来表示故障。在这些问题中，温度过高和电力系统的故障都是可恢复的，所以需要一段时间才能恢复。而过电压、过电流等故障属于不可恢复的故障，不能再让其重启。

主计算机对底层计算机的控制方式主要采用通信总线，多机通讯模式，主机首先将地址框发送到模式二，接着等待从机回复，接收后转换成模式三，再次发出命令。如果被呼叫的从站收到了与其自身地址一致的地址，则从模式二转换成方式三，以资料形式发送其位址，并等候指示。

以下是数据格式：

图2

代表了地址帧的发送，而代表了数据帧的发送。从的模块，依次对应着模块的位置。通讯速率是。

智能化监测系统是现代工业技术资源综合利用的一种技术创新。一方面保证了电源系统的运行精度，另一方面也保证了智能电源系统的灵活运行，为智能程序的管理和控制提供了一个规范。

结论：总结了智能电源监测系统的设计与分析，为现代智能化技术在供电系统中的运用提供了一个理论总结。基于以上分析，本论文所述的监测系统具有功能完善、可靠性高、体积小巧、抗干扰性好、不受环境温度影响、价格低廉等特点，可以用于高功率密度电源模块，具有很好的实用价值，目前已经广泛用于通讯电源领域。

参考文献

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