一种VPX电源的健康管理系统和VPX电源的制作方法

一种vpx电源的健康管理系统和vpx电源
技术领域
1.本实用新型涉及电源监测技术领域，尤其涉及一种vpx电源的健康管理系统和vpx电源。


背景技术：

2.vpx规范是目前国际上最新的、兼容性最好的军用嵌入式计算机规范，支持3u、6u模块形式，采用全新的7排引脚阵列高速连接器支持高达6.25gbps的传输速度，支持fabric交换式串行互连体系，支持pmc、xmc扩展卡规范，通过混合形式的底板支持vme64、vxs、vpx多种模块；基于此规范的的vpx电源，在结构上仍然使用欧卡3u和6u尺寸，主要适用于通讯系统的设备供电，军工领域，vpx总线提升了电源供电能力，5v最高可提供115w功率，12v提供384w，48v提供768w。
3.目前在vpx电源领域中，缺乏对电源内部状态的监测和控制，这样在电源的使用过程中，无法准确的对电源输入电压、输入电流、输出电压和输出电流等信息进行掌握。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种vpx电源的健康管理系统和vpx电源，其解决了现有技术中缺乏对vpx电源内部进行监测和控制的问题，通过数据采集模块对vpx电源的电压信息和电流信息进行采集，使微控制器得到vpx电源的当前健康状态，并且通过iic通信模块将当前健康状态上报到外部终端，使工作人员可以及时并准确的掌握vpx电源在使用过程中的健康状态信息。
5.第一方面，本实用新型提供一种vpx电源的健康管理系统，所述系统包括：使能控制模块、数据采集模块、故障触发模块、iic通信模块和微控制器；所述使能控制模块的输入端使用时与外部电源负载的触发端相连，用于根据所述外部电源负载输出的触发信号，输出相对应的使能信号；所述数据采集模块的数据采集端与所述vpx电源相连，用于检测vpx电源输出的电压信息和电流信息；所述微控制器使用时与vpx电源相连，还分别与所述使能控制模块的输出端、所述数据采集模块的输出端和所述故障触发模块的输入端相连，用于根据所述使能控制模块输出的使能信号控制所述vpx电源打开或关闭相对应的输出端，还用于根据所述数据采集模块输出的电压信息或/和电流信息得到所述vpx电源的健康状态信息；所述故障触发模块的输出端使用时与外部控制电路相连，用于当接收到所述微控制器发送的故障信号时，发送相对应的故障触发信号到所述外部控制电路，使所述外部控制电路根据所述故障触发信号进行故障修复；所述iic通信模块的第一端与所述微控制器相连，所述iic通信模块的第二端使用时与外部终端相连，用于将所述微控制器发送的健康状态信息上报到所述外部终端。
6.可选地，所述系统还包括：地址检测模块，所述地址检测模块的检测端使用时与所述vpx电源的地址端相连，所述地址检测模块的输出端与所述微控制器相连，用于检测所述vpx电源的物理地址信息，使所述微控制器根据所述物理地址信息识别vpx电源的身份。
7.可选地，所述系统还包括：温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与所述微控制器相连，用于实时检测vpx电源中的温度信息；电源转换模块，所述电源转换模块的输入端使用时与外部电源输出端相连，所述电源转换模块的输出端分别与所述微控制器、所述使能控制模块、所述故障触发模块和所述iic通信模块相连，用于将所述外部电源输出的原始电压转换成目标电压。
8.可选地，所述使能控制模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第一电阻的第二端使用时与所述外部电源负载的第一触发端相连，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第二电阻的第二端与所述微控制器相连；所述第三电阻的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第三电阻的第二端使用时与所述外部电源负载的第二触发端相连，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端相连，所述第四电阻的第二端与所述微控制器相连。
9.可选地，所述故障触发模块包括：第五电阻、第六电阻、光耦和第七电阻；所述第五电阻的第一端与所述微控制器相连，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端相连，所述第六电阻的第二端接地；所述光耦的原边阳极与所述第五电阻的第二端相连，所述光耦的原边阴极接地，所述光耦的副边集电极与所述外部控制电路相连，所述光耦的副边发射极接地；所述第七电阻的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第七电阻的第二端与所述光耦的副边集电极相连。
10.可选地，所述iic通信模块包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻；所述第八电阻的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第八电阻的第二端使用时与所述外部终端的时钟信号端相连，所述第九电阻的第一端与所述第八电阻的第二端相连，所述第九电阻的第二端与所述微控制器的时钟信号端相连；所述第十电阻的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第十电阻的第二端使用时与所述外部终端的数据信号端相连，所述第十一电阻的第一端与所述第十电阻的第二端相连，所述第十一电阻的第二端与所述微控制器的数据信号端相连。
11.可选地，所述iic通信模块还包括：第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的阴极与所述第九电阻的第二端相连，所述第一二极管的阳极接地；所述第二二极管的阴极与所述第十一电阻的第二端相连，所述第二二极管的阳极接地。
12.可选地，所述电源转换模块包括：稳压芯片、第一电容、第二电容和第三二极管；所述稳压芯片的输入端使用时与所述外部电源输出端相连，所述稳压芯片的输出端为所述电源转换模块的输出端；所述第一电容的第一端与所述稳压芯片的输入端相连，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述稳压芯片的输出端相连，所述第二电容的第二端接地；所述第三二极管的阴极与所述稳压芯片的输出端相连，所述第三二极管的阳极接地。
13.可选地，所述微控制器包括型号为stm32f103的单片机。
14.第二方面，本实用新型提供一种vpx电源，所述vpx电源包括所述的vpx电源的健康管理系统。
15.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
16.本实用新型通过使能控制模块对外部电源负载的触发信号进行检测，使微控制器
控制vpx电源的输出进行控制，从而实现vpx电源的软启动；通过数据采集模块对vpx电源的电压信息和电流信息进行采集，使微控制器得到vpx电源的当前健康状态，并且通过iic通信模块将当前健康状态上报到外部终端，使工作人员可以及时并准确的掌握vpx电源在使用过程中的健康状态信息；进一步地，若微控制器判断出当前健康状态存在故障时，通过故障触发模块发送相对应的故障触发信号到外部控制电路，使外部控制电路及时进行故障修复，减少对电源负载的影响。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1所示为本实用新型实施例提供的一种vpx电源的健康管理系统的结构示意图；
20.图2所示为本实用新型实施例提供的一种使能控制模块的电路示意图；
21.图3所示为本实用新型实施例提供的一种故障触发模块的电路示意图；
22.图4所示为本实用新型实施例提供的一种iic通信模块的电路示意图；
23.图5所示为本实用新型实施例提供的一种电源转换模块的电路示意图。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
26.图1所示为本实用新型实施例提供的一种vpx电源的健康管理系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的vpx电源的健康管理系统100具体包括：
27.使能控制模块110、数据采集模块120、故障触发模块130、iic通信模块140和微控制器150；
28.所述使能控制模块110的输入端使用时与外部电源负载200的触发端相连，用于根据所述外部电源负载200输出的触发信号，输出相对应的使能信号；
29.所述数据采集模块120的数据采集端与所述vpx电源300相连，用于检测vpx电源300输出的电压信息和电流信息；
30.所述微控制器150使用时与vpx电源300相连，还分别与所述使能控制模块110的输出端、所述数据采集模块120的输出端和所述故障触发模块130的输入端相连，用于根据所述使能控制模块110输出的使能信号控制所述vpx电源300打开或关闭相对应的输出端，还用于根据所述数据采集模块120输出的电压信息或/和电流信息得到所述vpx电源300的健康状态信息；
31.所述故障触发模块130的输出端使用时与外部控制电路400相连，用于当接收到所
述微控制器150发送的故障信号时，发送相对应的故障触发信号到所述外部控制电路400，使所述外部控制电路400根据所述故障触发信号进行故障修复；
32.所述iic通信模块140的第一端与所述微控制器150相连，所述iic通信模块140的第二端使用时与外部终端500相连，用于将所述微控制器150发送的健康状态信息上报到所述外部终端500。
33.在本实施例提供的vpx电源300的健康管理系统100的技术原理为：通过使能控制模块110判断当前外部电源负载200是否需要vpx电源300供电，当接收到外部电源负载200输出的触发信号时，所述使能控制模块110输出相对应的使能信号到所述微控制器150，使所述微控制器150根据所述使能信号控制所述vpx电源300打开相对应的输出端口，进而使所述vpx电源300为所述外部电源负载200提供电能。
34.进一步地，本实施例通过数据采集模块120实时监测vpx电源300输出的电压信息和电流信息，其中，所述电压信息包括vpx电源300的输入电压值和输出电压值，所述电流信息包括vpx电源300的输入电流值和输出电流值；所述微控制器150根据所述数据采集模块120输出的电源信息或/和电流信息得到所述vpx电源300的当前健康状态信息，其中所述当前健康状态信息包括故障和正常，故障包括但不限于输入电压过高、输出电压过低和输出电流过高。
35.可选地，当vpx电源300存在故障时，所述微控制器150发送相应的故障信号到所述故障触发模块130，则所述故障触发模块130发送相应的故障触发信号到所述外部控制电路400，使所述外部控制电路400根据所述故障触发信号进行故障修复。
36.进一步地，本实施例通过iic通信模块140，使微控制器150将vpx电源300的健康状态信息上报到外部终端500。
37.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
38.本实用新型通过使能控制模块对外部电源负载的触发信号进行检测，使微控制器控制vpx电源的输出进行控制，从而实现vpx电源的软启动；通过数据采集模块对vpx电源的电压信息和电流信息进行采集，使微控制器得到vpx电源的当前健康状态，并且通过iic通信模块将当前健康状态上报到外部终端，使工作人员可以及时并准确的掌握vpx电源在使用过程中的健康状态信息；进一步地，若微控制器判断出当前健康状态存在故障时，通过故障触发模块发送相对应的故障触发信号到外部控制电路，使外部控制电路及时进行故障修复，减少对电源负载的影响。
39.在本实施例中，所述系统还包括：地址检测模块，所述地址检测模块的检测端使用时与所述vpx电源的地址端相连，所述地址检测模块的输出端与所述微控制器相连，用于检测所述vpx电源的物理地址信息，使所述微控制器根据所述物理地址信息识别vpx电源的身份。
40.在本实施例中，所述系统还包括：温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与所述微控制器相连，用于实时检测vpx电源中的温度信息；电源转换模块，所述电源转换模块的输入端使用时与外部电源输出端相连，所述电源转换模块的输出端分别与所述微控制器、所述使能控制模块、所述故障触发模块和所述iic通信模块相连，用于将所述外部电源输出的原始电压转换成目标电压。
41.需要说明的是，本实施例中的地址检测模块和数据采集模块采用多路选通开关的
方式分别检测vpx电源的物理地址和检测vpx电源的电压信息和电流信息；其中，所述地址检测模块采用cd4051b芯片进行物理地址检测，所述数据采集模块采用cd4067b芯片进行电压信息和电流信息采集。
42.图2所示为本实用新型实施例提供的一种使能控制模块的电路示意图，如图2所示，本实施例提供的所述使能控制模块包括：
43.第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；
44.所述第一电阻r1的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第一电阻r1的第二端使用时与所述外部电源负载的第一触发端相连，所述第二电阻r2的第一端与所述第一电阻r1的第二端相连，所述第二电阻r2的第二端与所述微控制器相连；
45.所述第三电阻r3的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第三电阻r3的第二端使用时与所述外部电源负载的第二触发端相连，所述第四电阻r4的第一端与所述第三电阻r3的第二端相连，所述第四电阻r4的第二端与所述微控制器相连。
46.需要说明的是，如图2所示，当所述外部电源负载的第一触发端和第二触发端未发送触发信号时，所述使能控制模块输出两个高电平到所述微控制器中，则所述微控制器不启动所述vpx电源；若所述外部电源负载的第一触发端或/和第二触发端发送触发信号使，所述使能控制模块输出一个高电平一个低电平或两个低电平到所述微控制器，则所述微控制器根据高低电平和两个低电平的组合形式，控制vpx电源打开相应的输出端。
47.图3所示为本实用新型实施例提供的一种故障触发模块的电路示意图，如图3所示，本实施例中的故障触发模块包括：
48.第五电阻r5、第六电阻r6、光耦u1和第七电阻r7；所述第五电阻r5的第一端与所述微控制器相连，所述第五电阻r5的第二端与所述第六电阻r6的第一端相连，所述第六电阻r6的第二端接地；所述光耦u1的原边阳极与所述第五电阻r5的第二端相连，所述光耦u1的原边阴极接地，所述光耦u1的副边集电极与所述外部控制电路相连，所述光耦u1的副边发射极接地；所述第七电阻r7的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第七电阻r7的第二端与所述光耦u1的副边集电极相连。
49.需要说明的是，当微控制器判断出当前的健康状态中存在故障时，发送高电平的故障信号到第五电阻的第一端，使所述光耦导通输出低电平信号到外部控制电路，使所述外部控制电路根据所述低电平信号进行故障修复或者发送告警信息。
50.图4所示为本实用新型实施例提供的一种iic通信模块的电路示意图，如图4所示，本实施例中的iic通信模块包括：
51.第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第十一电阻r11；所述第八电阻r8的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第八电阻r8的第二端使用时与所述外部终端的时钟信号端相连，所述第九电阻r9的第一端与所述第八电阻r8的第二端相连，所述第九电阻r9的第二端与所述微控制器的时钟信号端相连；所述第十电阻r10的第一端与所述电源转换模块的输出端相连，所述第十电阻r10的第二端使用时与所述外部终端的数据信号端相连，所述第十一电阻r11的第一端与所述第十电阻r10的第二端相连，所述第十一电阻r11的第二端与所述微控制器的数据信号端相连。
52.在本实施例，所述iic通信模块还包括：
53.第一二极管d1和第二二极管d2；所述第一二极管d1的阴极与所述第九电阻r9的第
二端相连，所述第一二极管d1的阳极接地；所述第二二极管d2的阴极与所述第十一电阻r1的第二端相连，所述第二二极管d2的阳极接地。
54.需要说明的是，由图4可知，本实施例采用双路冗余的iic通信模块，当一路iic通信模块出现异常时，微控制器可以选择另一路iic通信模块进行正常通信，保证了健康管理系统的数据通信的稳定性；本实施例中的iic通信模块包括时钟信号线和数据信号线，使微控制器和外部终端之间通过触发时钟进行数据信号的收发，还通过两个二极管实现电路保护，防止外部终端的时钟信号端口或/和数据信号端口的电压过大烧坏微控制器。
55.图5所示为本实用新型实施例提供的一种电源转换模块的电路示意图，如图5所示，本实施例中的电源转换模块包括：
56.稳压芯片u2、第一电容c1、第二电容c2和第三二极管d3；
57.所述稳压芯片u2的输入端使用时与所述外部电源输出端相连，所述稳压芯片u2的输出端为所述电源转换模块的输出端；所述第一电容c1的第一端与所述稳压芯片u2的输入端相连，所述第一电容c1的第二端接地；所述第二电容c2的第一端与所述稳压芯片u2的输出端相连，所述第二电容c2的第二端接地；所述第三二极管d3的阴极与所述稳压芯片u2的输出端相连，所述第三二极管d3的阳极接地。
58.需要说明的是，本实施例通过稳压芯片可将5v的输入电压转换成3.3v，并为所述微控制器、所述使能控制模块、所述故障触发模块和所述iic通信模块提供电能。
59.在本实施例中，所述微控制器包括型号为stm32f103的单片机。
60.在本实施例中，微控制器为健康管理系统的核心部分，与使能控制模块、数据采集模块、物理地址采集模块输出端相连，故障触发模块、电源状态指示、各路输出开关控制、上级管理系统相连。微控制器通过使能模块采集到的电平信号，依据约定对应输出状态的真值表，控制各路输出有无。温度采集模块采集温度信息，数据采集模块采集实时电源输入、输出电压和电流状态给微控制器，微控制器依据使能信号分析判断电源的健康状况(不健康状态包含输入过压、输入欠压、输入过流、输出欠压、输出过流、输出短路、电源温度过高)，一方面通过控制电源状态指示灯显示电源的健康状况，另一方面微控制器通过iic通信线与上级管理系统相连，上报给上级管理系统该vpx电源的物理地址(该电源在机箱内为冗余使用，用以区分是那块电源)和电压、电流、温度。如果电源出现故障，微控制器控制电源状态指示灯显示故障色，同时通过故障触发模块输出低电平，上级管理系统会有相应动作。
61.综上所述，本实用新型提供的一种vpx电源的健康管理系统具备的功能包括：(1)双路冗余iic健康信息上报；(2)多路选通开关检测物理地址并上报；(3)多路选通开关检测输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信息并上报；(4)对每路输出电压可控；(5)实现状态检测并通过指示灯表示；(6)故障信息和系统控制输出；(7)双板卡边缘温度检测并上报。
62.在本实用新型中，利用stm32f103系列单片机对以上功能进行实现，该系列单片机有成熟的工艺和完善的软件库，加上便宜的价格，在实现方面更具优势。stm32f103系列单片机在电路方面有成熟的应用可供参考，在软件编程实方面有成熟的代码可供参考，在使用可靠性上也可满足长时间的测试。stm32f103系列单片机支持宽范围的温度测试，满足工业级-40℃～+85℃的环境实验测试，可满足较高的环境实验标准。
63.本实用新型提供一种vpx电源，所述vpx电源包括上述实施例中的vpx电源的健康管理系统。
64.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。