模块化电源故障记录电路及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种模块化电源故障记录电路，所述模块化电源故障记录电路中的主控制芯片分别与电源状态信息采集模块、日历芯片、存储模块、辅助电源、接口电路电连接；电源状态信息采集模块以预设的频率采集电源的实时状态信息，并将实时状态信息转发给主控制芯片；日历芯片将实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片；主控制芯片将实时状态信息和时间信息转存到存储模块；接口电路用于提供外部上位机与主控制芯片的连接接口，外部上位机通过接口电路读取主控制芯片从存储模块中获取的实时状态信息以及时间信息；辅助电源用于为模块化电源故障记录电路供电。
【专利说明】模块化电源故障记录电路及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子设备电源检测领域，特别涉及一种模块化电源故障记录电路及装置。
【背景技术】
[0002]随着对电子设备可靠性的要求越来越高，各种故障诊断的装置应用也越来越广泛，但电源的故障的定位还停留在故障发生后再分析的阶段。
[0003]电源发生故障后的分析，常常由于无法描述故障发生时的条件，而无法准确定位故障原因，需要反复试验才能找出前因后果，费时费力。有时故障定位到某个器件，但并不能确定是外部还是内部引起的问题。
【发明内容】
[0004]为解决电子设备电源故障无法准确定位以及故障原因无法准确查明的问题，有必要提供一种能够准确定位电源故障的模块化电源故障记录电路及装置。
[0005]一种模块化电源故障记录电路，所述模块化电源故障记录电路包括主控制芯片、电源状态信息采集模块、日历芯片、存储模块、辅助电源、接口电路；
[0006]主控制芯片分别与电源状态信息采集模块、日历芯片、存储模块、辅助电源、接口电路电连接；
[0007]电源状态信息采集模块用于以预设的频率采集电源的实时状态信息，并将实时状态信息转发给主控制芯片；
[0008]日历芯片用于将电源状态信息采集模块采集电源的实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片；
[0009]主控制芯片用于接收电源状态信息采集模块发送实时状态信息和日历芯片发送时间信息，并将实时状态信息和时间信息转存到存储模块；
[0010]接口电路用于提供外部上位机与主控制芯片的连接接口，外部上位机通过接口电路读取主控制芯片从存储模块中获取的实时状态信息以及时间信息；
[0011 ] 辅助电源用于为模块化电源故障记录电路供电。
[0012]本发明还提供一种模块化电源故障记录装置，其包括上述的模块化电源故障记录电路以及一金属密封壳体；
[0013]所述金属密封壳体用于容置模块化电源故障记录电路，金属密封壳体上开设用于提供模块化电源故障记录电路的引脚连接外部电路的通孔。
[0014]本发明提供的模块化电源故障记录电路，通过电源状态信息采集模块以预设的频率采集电源的实时状态信息；并且日历芯片用于将电源状态信息采集模块采集电源的实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片，主控制芯片将实时状态信息以及时间信息转存到存储模块，这样外部上位机就可以通过接口电路读取主控制芯片从存储模块中获取的实时状态信息以及时间信息，在上位机上可以波形的方式予以显示，为电源故障的分析提供详细信息。
[0015]本发明提供的模块化电源故障记录装置，通过将模块化电源故障记录电路置于金属密封壳体内，可以防止电源发生故障时，起火、爆炸损坏本模块化电源故障记录装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施方式提供的模块化电源故障记录电路的结构框图；
[0017]图2是图1中电源状态信息采集模块与主控制芯片的连接关系示意图；
[0018]图3是图2中多路输出电压、电流采集单元与主控制芯片的连接关系示意图；
[0019]图4是图1中日历芯片的结构示意图；
[0020]图5是图2中多路温度采集单元与主控制芯片的连接关系示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明实施例提供一种模块化电源故障记录电路，所述模块化电源故障记录电路包括主控制芯片1、电源状态信息采集模块2、日历芯片3、存储模块4、辅助电源5、接口电路6。
[0022]主控制芯片1分别与电源状态信息采集模块2、日历芯片3、存储模块4、辅助电源5、接口电路6电连接。
[0023]电源状态信息采集模块2用于以预设的频率采集电源的实时状态信息，并将实时状态信息转发给主控制芯片1。
[0024]可选地，如图2所示，电源状态信息采集模块2包括输入电压采集单元21，输入电流采集单元22，多路输出电压、电流采集单元23，多路温度采集单元24。
[0025]输入电压采集单元21，输入电流采集单元22，多路输出电压、电流采集单元23，多路温度采集单元24分别与主控制芯片1电连接。
[0026]可选地，如图5所示，多路温度采集单元24包括至少两个温度传感器IC1、IC2至ICn，ICl、IC2至ICn的接入电路电压引脚Vcc并联连接到主控制芯片l(FPGA)的Vcc引脚；IC1、IC2至ICn的数字信号输入输出引脚DQ并联连接到主控制芯片1 (FPGA)的引脚DQ;ICUIC2至ICn的接地引脚GND并联连接到主控制芯片1的接地引脚GND。电阻R3连接到IC1、IC2至ICn的Vcc和DQ引脚之间。
[0027]输入电压采集单元21用于采集电源的输入电压值。
[0028]输入电流采集单元22用于采集电源的输入电流值。
[0029]多路输出电压、电流采集单元23用于采集电源的多路输出的电压、电流值。
[0030]可选地，多路输出电压、电流采集单元23包括至少两个输出电压、电流采集子单元，输出电压、电流采集子单元用于采集一路电压或电流模拟信号，将电压或电流模拟信号进行调理和隔离运放，并将经过调理和隔离运放后的电压或电流模拟信号转换为数字信号，将数字信号发送给主控制芯片1。
[0031]可选地，如图3所示，多路输出电压、电流采集单元23包括至少两个输出电压、电流采集子单元。如第一路电压、电流采集子单元23a，第二路电压、电流采集子单元23b至第η路电压、电流采集子单元23η。
[0032]第一路输出电压、电流采集子单元23a包括第一路信号调理电路231a(信号调理电路)、第一路线性光耦电路232a (线性光耦电路)、第一路DC-DC供电电路234a (DC-DC供电电路234a)、第一路ADC转换电路233a (ADC转换电路)。
[0033]第一路线性光耦电路232a分别与第一路信号调理电路231a、第一路ADC转换电路233a电连接；第一路DC-DC供电电路234a分别与第一路信号调理电路231a、第一路线性光耦电路232a电连接；第一路ADC转换电路233a与主控制芯片1电连接。
[0034]第一路信号调理电路231a用于对接收到的电压或电流模拟信号进行调理，并将经过调理后的电压或电流模拟信号发送给第一路线性光耦电路232a。
[0035]第一路线性光耦电路232a用于对接收的经过调理后的电压或电流模拟信号进行隔离运放，并将经过隔离运放的电压或电流模拟信号发送给第一路ADC转换电路233a。
[0036]可选地，线性光耦电路包括线性光耦和运算放大器；
[0037]线性光耦用于降低外界环境因素对经过调理后的电压或电流模拟信号的干扰；
[0038]运算放大器用于对经过调理后的电压或电流模拟信号进行运算放大。
[0039]第一路ADC转换电路233a用于将接收的经过隔离运放的电压或电流模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送给主控制芯片1。
[0040]第一路DC-DC供电电路234a用于为第一路信号调理电路231a和第一路线性光耦电路232a供电。
[0041]第二路电压、电流采集子单元23b至第η路电压、电流采集子单元23η与第一路电压、电流采集子单元23a的结构大致相同。
[0042]同理，输入电压采集单元21与输入电流采集单元22与第一路电压、电流采集子单元23a的结构也大致相同。
[0043]当然，本发明实施例并不限制输入电压采集单元21与输入电流采集单元22、多路输出电压、电流采集单元23的结构，只要能实现与输入电压采集单元21与输入电流采集单元22、多路输出电压、电流采集单元23相同的功能即可。
[0044]被测的电源中各路电源之间可能不共地，所以必须采用隔离措施来采集各路电源的状态。光电隔离是目前普遍采用的电气隔离方法，线性光耦因其具有良好的温度特性、线性度以及低功耗等特点，而被广泛应用于模拟信号之间的隔离设计。每一路模拟信号输入端的调理部分和线性光耦的输入端采用独立的DC-DC供电电路供电，每路模拟信号仅与该路信号调理电路共地，使得各路待测的模拟信号之间、待测的模拟信号与各路输出电压、电流采集子单元之间均相互隔离，保证了待测的模拟信号的电气独立性。
[0045]日历芯片3用于将电源状态信息采集模块2采集电源的实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片1。
[0046]可选地，日历芯片3通过IIC总线与主控制芯片1电连接。
[0047]可选地，如图4所示，日历芯片3的一种实施例的结构示意图如下，时钟芯片CLOCK的振荡器输出引脚0SC0与晶振Crystal的一端相连，晶振Crystal的另一端通过可调电容C1接地；时钟芯片CLOCK的振荡器输入引脚0SCI连接到可调电容C1与晶振Crystal之间。时钟芯片CLOCK的Vdd引脚的正电源引脚Vdd连接到二极管D2的负极，二极管D2的正极连接到正电源Vdd ;二极管D1的负极连接到二极管D2的负极与时钟芯片CLOCK的Vdd引脚之间，二极管D1的正极连接到电池BAT的正极，电池BAT的负极接地。极性电容C2的正极连接到二极管D2的负极与时钟芯片CLOCK的Vdd引脚之间，极性电容C2的负极接地。时钟芯片CLOCK的串行时钟接入引脚SCL通过接入到IIC-Bus的SCL线连接到主收发器MASTERTRANSMITTER/RECEIVER的的串行时钟接入引脚SCL ;时钟芯片CLOCK的串行数据I/O引脚SDA通过接入到IIC-Bus的SDA线连接到主收发器MASTER TRANSMITTER/RECEIVER的的串行数据I/O引脚SDA。主收发器MASTER TRANSMITTER/RECEIVER的正电源引脚Vdd连接到正电源Vdd，主收发器MASTER TRANSMITTER/RECEIVER的电路公共接地端电压引脚Vss接地。上拉电阻R1和R2串联后连接到IIC-Bus的SDA线和SCL线之间，上拉电阻R1和R2之间连接到正电源Vdd。
[0048]主控制芯片1用于接收电源状态信息采集模块2发送实时状态信息和日历芯片3发送时间信息，并将实时状态信息和时间信息转存到存储模块4。
[0049]主控制芯片1可以是FPGA。
[0050]本发明实施例的外围器件不较多，控制逻辑复杂，因此FPGA产生各种复杂的逻辑时序就可以来控制外围芯片协调有序的工作，满足电源故障记录的要求。
[0051]存储模块4用于存储实时状态信息和时间信息。
[0052]可选地，存储模块4为多片并联的NAND FLASH存储芯片。
[0053]在记录电源的信息数据时，每次采样记录量大概在512byte，比如以100K的采样速率算，数据量为51.2M/s, 10秒的数据量为512M。因此发明实施例最好采用高速大容量存储，同时在掉电后存储数据，EEPR0M等传统的存储技术由于容量小，速度低，已不适用于高速大容量的存储，因此选取NANDFLASH作为存储芯片，通过多片并联可以实现高速大容量的要求。
[0054]接口电路6用于提供外部上位机与主控制芯片1的连接接口，外部上位机通过接口电路6读取主控制芯片1从存储模块4中获取的实时状态信息以及时间信息。
[0055]可选地，接口电路6通过从属FIFO接口与主控制芯片1电连接。
[0056]辅助电源5用于为模块化电源故障记录电路供电。
[0057]辅助电源5可以保证在外部供电异常的情况下，模块化电源故障记录电路仍然可以通过辅助电源5运行一段时间，保证整个主控制芯片1正常运行。电池同时给日历芯片3供电，保证系统时间的正确，辅助电源5可以维持日历芯片3待机5年以上。
[0058]本发明实施例的工作原理如下:本发明实施例的模块化电源故障记录电路经初始化日历芯片3的初始化时间后就可以安装于电源中，当检测到有电源输入时，模块化电源故障记录电路开始工作，以预设频率(比如100K)的采样速度不停的记录电源的各种信息，当电源发生故障时(电源的温度、电源输入输出电压超出正常范围、电流过流)，记录故障时间点，并记录预设时间长度(比如故障前后5秒，共计10秒)时长的各种参数的波形，复现电源故障。后期可以通过上位机软件读取这些参数，以波形的方式予以显示，为故障的分析提供信息。这些信息可以以时间轴为横坐标、各个参数为纵坐标，用波形的形式显示出来，便于分析故障原因。
[0059]本发明实施例提供的模块化电源故障记录电路，通过电源状态信息采集模块2以预设的频率采集电源的实时状态信息；并且日历芯片3用于将电源状态信息采集模块2采集电源的实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片1，主控制芯片1将实时状态信息以及时间信息转存到存储模块4，这样外部上位机就可以通过接口电路6读取主控制芯片1从存储模块4中获取的实时状态信息以及时间信息，在上位机上可以波形的方式予以显示，为电源故障的分析提供信息。
[0060]本发明还提供一种模块化电源故障记录装置，其包括如上述实施例提供的任一项所述的模块化电源故障记录电路以及一金属密封壳体；
[0061]所述金属密封壳体用于容置模块化电源故障记录电路，金属密封壳体上开设用于提供模块化电源故障记录电路的引脚连接外部电路的通孔。
[0062]本发明实施例提供的模块化电源故障记录装置，通过将模块化电源故障记录电路置于金属密封壳体内，可以防止电源发生故障时，起火、爆炸损坏本模块化电源故障记录装置。本模块化电源故障记录装置在结构结构上采用金属全密封结构，电源在发生故障时可能出现芯片爆炸、电容爆浆、印制板起火等各种情况，采用金属全密封的结构设计可以很好的保护本装置中的集成电路，保证在发生上述情况时记录装置不会损坏。金属密封壳体高度最好不超过12.7mm (电源模块标准高度)。综上，模块化电源故障记录装置能够在电源故障时记录相关的电压、电流以及温度信息，为分析电源故障提供可靠的信息，而且整个装置采样电路上隔离进行隔离设计，并采用金属外壳封装，保证其具备“黑匣子”的特性。
[0063]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】内所公知的任意其他形式的存储介质中。
[0064]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种模块化电源故障记录电路，其特征在于，所述模块化电源故障记录电路包括主控制芯片、电源状态信息采集模块、日历芯片、存储模块、辅助电源、接口电路； 主控制芯片分别与电源状态信息采集模块、日历芯片、存储模块、辅助电源、接口电路电连接； 电源状态信息采集模块用于以预设的频率采集电源的实时状态信息，并将实时状态信息转发给主控制芯片； 日历芯片用于将电源状态信息采集模块采集电源的实时状态信息时的时间信息发送给主控制芯片； 主控制芯片用于接收电源状态信息采集模块发送实时状态信息和日历芯片发送时间信息，并将实时状态信息和时间信息转存到存储模块； 存储模块用于存储实时状态信息和时间信息； 接口电路用于提供外部上位机与主控制芯片的连接接口，外部上位机通过接口电路读取主控制芯片从存储模块中获取的实时状态信息以及时间信息； 辅助电源用于为模块化电源故障记录电路供电。
2.如权利要求1所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，电源状态信息采集模块包括输入电压采集单元、输入电流采集单元、多路输出电压、电流采集单元、多路温度采集单元； 输入电压采集单元、输入电流采集单元、多路输出电压、电流采集单元、多路温度采集单元分别与主控制芯片电连接。
3.如权利要求2所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，多路输出电压、电流采集单元包括至少两个输出电压、电流采集子单元，输出电压、电流采集子单元用于采集一路电压或电流模拟信号，将电压或电流模拟信号进行调理和隔离运放，并将经过调理和隔离运放后的电压或电流模拟信号转换为数字信号，将数字信号发送给主控制芯片。
4.如权利要求3所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，输出电压、电流采集子单元包括信号调理电路、线性光耦电路、DC-DC供电电路、ADC转换电路； 线性光耦电路分别与信号调理电路、ADC转换电路电连接；DC-DC供电电路分别与信号调理电路、线性光耦电路电连接；ADC转换电路与主控制芯片电连接； 信号调理电路用于对接收到的电压或电流模拟信号进行调理，并将经过调理后的电压或电流模拟信号发送给线性光耦电路； 线性光耦电路用于对接收的经过调理后的电压或电流模拟信号进行隔离运放，并将经过隔离运放的电压或电流模拟信号发送给ADC转换电路； ADC转换电路用于将接收的经过隔离运放的电压或电流模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送给主控制芯片； DC-DC供电电路用于为信号调理电路和线性光耦电路供电。
5.如权利要求4所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，线性光耦电路包括线性光耦和运算放大器； 线性光耦用于降低外界环境因素对经过调理后的电压或电流模拟信号的干扰； 运算放大器用于对经过调理后的电压或电流模拟信号进行运算放大。
6.如权利要求1所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，日历芯片通过IIC总线与主控制芯片电连接。
7.如权利要求1所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，存储模块为多片并联的NAND FLASH存储芯片。
8.如权利要求1所述的模块化电源故障记录电路，其特征在于，接口电路通过从属FIFO接口与主控制芯片电连接。
9.一种模块化电源故障记录装置，其特征在于，其包括如权利要求1至8任一项所述的模块化电源故障记录电路以及一金属密封壳体； 所述金属密封壳体用于容置模块化电源故障记录电路，金属密封壳体上开设用于提供模块化电源故障记录电路的引脚连接外部电路的通孔。
【文档编号】G01R31/40GK104360289SQ201410617508
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】杜垚, 王军 申请人:中国船舶重工集团公司第七0九研究所