专利名称：基于can总线的开关电源监控板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于CAN总线的开关电源监控板。
背景技术：
外特性不同的电源模块并联工作时，如果不采取一定的均流措施，每个模块的输出电流将出现分配不均的情况，外特性好的电源模块将承担更多的电流，甚至过载，从而降低了可靠性，分担电流小的模块可能处在效率不高的工作状态。目前，公知的开关电源并联均流是由模拟电路来实现的，它是由电流采样电路、电压比较器、均流集成控制芯片和均流母线组成。在实际应用中均流效果不是特别精确，并联运行的开关电源数也受到限制，也受到温度飘移的影响，使得最终均流度在5％左右，同时当一开关电源发生短路时，会波及整个并联运行电源的正常工作。即使采用数字强迫式均流，目前它主要通过监控器向各开关电源发出控制信号，当监控器发生故障时，也会使系统瘫痪。
发明内容
为了克服现有开关电源并联运行时模拟电路受短路、温飘的影响，以及数字均流受监控器的限制和非智能电源同智能电源并联运行的问题，本实用新型提供一种基于CAN总线的开关电源监控板，该开关电源监控板的均流电路不受监控器的影响，使得均流度达到2％，可实现电源的智能化要求。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是基于CAN总线的开关电源监控板，其特征在于，包括开关量检测单元、电源变换单元、中央处理器单元、模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；所述的开关量检测单元包括电压报警电路、过流报警电路和故障报警电路，该电压报警电路、过流报警电路和故障报警电路的输出端与中央处理器单元的输入端连接；所述的模拟量检测单元包括温度测量电路、电流测量电路和电压测量电路，该温度测量电路、电流测量电路和电压测量电路的输出端与中央处理器单元内的A/D转换器的输入端连接；所述的中央处理器单元将接收到的信号进行数据处理后分别输出到模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；再由模拟量输出单元输出均流控制信号和电压调整信号到开关电源的电流调整端和电压调整端；由开关量输出单元输出开关机控制信号到开关电源；由LED指示单元显示监控的数据；所述的CAN总线通信单元与中央处理器单元双向连接。
上述基于CAN总线的开关电源监控板，其中所述的开关量检测单元和开关量输出单元各由一光耦合隔离电路构成。
上述基于CAN总线的开关电源监控板，其中所述的模拟量输出单元包括均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路，所述均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路输入端分别与中央处理单元内的PWM(脉宽调制)电路的输出端连接。
上述基于CAN总线的开关电源监控板，其中所述的PWM(脉宽调制)电路嵌入在中央处理器单元的芯片中，与外围电路配合，构成数模转换器。
由于本实用新型采用了以上的技术方案，在并联的各开关电源中加入一本实用新型的基于CAN总线的通信模块电路，因此，其产生的效果是明显的1、各并联运行的开关电源通过此电路组成现场总线网络，工作中通过中央处理器的计算与分析处理后，由均流控制输出调整开关电源的电流值，可充分利用CAN总线实时通信能力，达到不同外特性的电源并联运行，同时可实现开关电源的智能监控功能。
2、可避免模拟电路中出现的由于某个电源短路带来的整体停机问题。
3、模块电路与监控器都作为CAN总线的一个节点，当监控器失效时，不会对整个电源系统有任何影响，对于不同外特性的电源并联，使用该电路模块可根据不同电源特性达到≤2％的均流度，最终可使电源按照负载能力分配电流，达到了平稳扩容的能力，也保护了电源的正常运行。
本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型开关量检测单元、模拟量检测单元、LED指示单元的电路原理图。
图3是本实用新型中央处理器单元、模拟量输出单元、开关量输出单元的电路原理图。
图4是本实用新型电源变换单元和CAN总线通信单元的电路原理图。
具体实施方式
请参阅图1。本实用新型基于CAN总线的开关电源监控板，加在各开关电源中。该基于CAN总线的开关电源监控板包括开关量检测单元1、模拟量检测单元2、电源变换单元3、中央处理器单元4、模拟量输出单元5、开关量输出单元6、CAN总线通信单元7和LED指示单元8。
所述的开关量检测单元1包括电压报警电路11、过流报警电路12和故障报警电路13，该电压报警电路、过流报警电路和故障报警电路的输出端分别与中央处理器单元4的输入接口连接。
所述的模拟量检测单元2包括温度测量电路21、电流测量电路22和电压测量电路23，该温度测量电路、电流测量电路和电压测量电路的输出端分别与中央处理器单元4内的A/D转换器41的输入接口连接。
所述的中央处理器单元4将接收到所信号进行数据处理后分别输出到模拟量输出单元5、开关量输出单元6、CAN总线通信单元7和LED指示单元8；再由模拟量输出单元输出均流控制信号和电压调整信号到开关电源的电流调整端和电压调整端；由开关量输出单元输出开关机控制信号到开关电源；由LED指示单元显示电源的状态；所述的开关电源输出电流的均流度控制在±2％以内。所述的模拟量输出单元包括均流控制信号输出电路51和电压调整信号输出电路52，其输入端分别与单片机内PWM电路42的输出端连接。PWM(脉宽调制)电路嵌入在中央处理器单元的芯片中，与外围电路配合，构成高精度的数字模拟量转换器，精度可达到0.5％。
请参阅图2。本实用新型的开关量检测单元利用光耦隔离完成输入开关量的检测和隔离，其电压报警电路11、过流报警电路12和故障报警电路13分别主要由光耦合隔离器U63、U62、U61构成，光耦合隔离器的型号例如为TLP561。
本实用新型的电压测量电路、电流测量电路使用霍尔传感器或直接利用精密电阻分压方式，本实施例中采用了电位器调整电路，保证输入到AD转换器的范围为0-5V；温度的测量是采用ADI公司的集成温度传感器AD590来实现的，配合内部由U401A、U401B、U401C组成的放大电路，可测量温度的范围为-50℃-150℃。放大器的型号例如为OPA4277。
LED指示利用LED来指示开关电源的工作状况，包括绿灯电源开和工作正常指示；红灯输出过电压或关机黄灯输出欠压或模块故障，闪烁代表通信故障。
请参阅图3。本实用新型的中央处理单元的微处理器具有失电保护、扩展RAM功能，使用了Intel MCS196系列中低成本、高性能、低功耗的16位80C196KC微处理器，寻址能力达到64K字节，内ROM为16K字节，内RAM为488字节，内部集成了A/D转换、PWM输出、串行口、定时/计数器、高速输入/输出器等外设，它是本实用新型的核心元件。
本实用新型监控板在CPU外部扩展了2K的RAM，芯片为6116。
本实用新型采用了集看门狗、掉电保护和复位功能于一体的美国Xicro公司生产的X25043芯片，大大简化了硬件设计，提高了系统可靠性。
微处理器的ACH0/P0.0口设置为电压采集输入口；ACH1/P0.1口设置为电流采集输入口；ACH2/P0.2口设置为温度采集输入口；ACH5/P0.5口设置为开关量输入口；ACH6/P0.6口设置为开关量输入口；ACH7/P0.7口设置为开关量输入口；P1.0，P1.1，P1.2口设置为LED输出口；PWM/P1.3口设置为PWM均流控制输出口；PWM/P1.4口设置为PWM电压调整输出口；EXTINT/P2.2口设置为外部中断输入口；P2.5/PWM，P2.6/T2UPDN，P2.7/T2CAPTURE，P1.7/HOLD设置为IO口，用于X25043的控制信号；P3，P4口配置为16位地址/8位数据总线方式；扩展RAM端口地址范围为6000H-67FFH。本实用新型采用PWM信号输出，经缓冲、滤波调整后代替数模转换，得到0-5V的电压信号，完成均流控制和电压调节输出。为增强系统可靠性，在输出端采用了隔离措施。
本实用新型的开关量输出单元提供了由功率三极管Q2驱动继电器RV1干节点控制开关电源的开关机。
本实用新型的模拟量输出单元包括均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路，所述均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路输入端分别与中央处理单元内的PWM(脉宽调制)电路的输出端连接。均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路基本是相似的，其中均流控制信号输出电路主要由缓冲器U33A(例如型号为OPA4277)和隔离放大器U31(例如型号为ISO122)构成；电压调整信号输出电路主要由缓冲器U33B(例如型号为OPA4277)和隔离放大器U32(例如型号为ISO122)构成。
请参阅图4。为实现CAN总线通信，通信电路模块采用了PHILIPS公司生产的SJA1000 CAN总线控制芯片U2和82C250驱动芯片，并使用光耦隔离集成电路U22、U23(6N137)实现总线间电气隔离。SJA1000芯片基地址为8000H，最高通信速率可达1Mbps。
本实用新型为了满足上述电气隔离措施以及满足稳定低噪声要求，采用了隔离型DC/DC模块(本实施例的型号选为HPR405和HPR400)和稳压DC/DC模块(本实施例的型号选为MC34063和LM7912)作为电源变换单元的电路。电源变换单元输出三个相隔离的+5V电压，其中一个+5V电压提供CAN总线通信单元工作电源，另一个+5V电压提供开关量输入单元工作电源，再一个+5V电压提供中央处理器单元和开关量输出电路工作电源。该电源变换单元还输出±12V电压和±15V电压，其中±12V电压提供模拟量输入单元的工作电源和模拟量输出单元的隔离放大器的输入部分的工作电源；±15V电压提供模拟量输出单元隔离放大器的输出部分的工作电源。
使用时，将本实用新型监控板加入各开关电源中，开关电源的输出电源和输出电流信号通过传感器或分压电阻取样，同时报警开关量信号接入该监控板，各监控板通过CAN总线进行信号传输，经中央处理器分析计算后，由监控板上的电压调整输出电路和均流控制输出电路分别输出电压调整输出和均流控制输出，作为各开关电源的电源调整和电流调整信号，从而实现对开关电源的监控功能，并可实现开关电源的智能化要求。
权利要求1.基于CAN总线的开关电源监控板，其特征在于，包括开关量检测单元、电源变换单元、中央处理器单元、模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；所述的开关量检测单元包括电压报警电路、过流报警电路和故障报警电路，该电压报警电路、过流报警电路和故障报警电路的输出端与中央处理器单元的输入端连接；所述的模拟量检测单元包括温度测量电路、电流测量电路和电压测量电路，该温度测量电路、电流测量电路和电压测量电路的输出端与中央处理器单元内的A/D转换器的输入端连接；所述的中央处理器单元将接收到的信号进行数据处理后分别输出到模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；再由模拟量输出单元输出均流控制信号和电压调整信号到开关电源的电流调整端和电压调整端；由开关量输出单元输出开关机控制信号到开关电源；由LED指示单元显示监控的数据；所述的CAN总线通信单元与中央处理器单元双向连接。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的开关电源监控板，其特征在于所述的开关量检测单元和开关量输出单元各由一光耦合隔离电路构成。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的开关电源监控板，其特征在于所述的模拟量输出单元包括均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路，所述均流控制信号输出电路和电压调整信号输出电路输入端分别与中央处理器单元内脉宽调制电路的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的基于CAN总线的开关电源监控板，其特征在于所述的脉宽调制电路嵌入在中央处理器单元的芯片中，与外围电路配合，构成数模转换器。
专利摘要本实用新型基于CAN总线的开关电源监控板，其特点是，包括开关量检测单元、电源变换单元、中央处理器单元、模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；开关量检测单元的输出端与中央处理器单元的输入端连接；模拟量检测单元的输出端与中央处理器单元内的A/D转换器的输入端连接；中央处理器单元将接收到的信号进行数据处理后分别输出到模拟量输出单元、开关量输出单元、CAN总线通信单元和LED指示单元；再由模拟量输出单元输出均流控制信号和电压调整信号以及由开关量输出单元输出开关机控制信号到开关电源；由LED指示单元显示监控的数据。可实现不同外特性的电源并联运行，并实现开关电源的智能监控功能。
文档编号H02J4/00GK2659001SQ200320109419
公开日2004年11月24日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者李培植 申请人:上海新华电子设备有限公司