一种电源模块的制作方法
专利名称:一种电源模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电源模块，包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块，多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路；所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。本实用新型的电源模块利用高速收发模块进行连接，可以实时完成电源并联系统的各类控制和瞬时量的测量。其主要优点为硬件结构简单，传输的是数字信号，传输速度快，实时性高，抗干扰性强，灵活性好，误差小，易于实现各类功能。
【专利说明】
一种电源模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及测量电子设备领域，具体涉及电源模块。
【背景技术】
[0002]电源并联运行可以实现电源产品模块化，大容量化，是电源技术的发展方向之一，也是实现组合大功率电源系统的关键。电源并联扩容后，一方面需要采取均流措施，实现电源并联运行时的均流控制，另一方面需要测量并联后的总电流。
[0003]目前实现均流控制和电流加总的测量，主要是基于硬件电路实现的，如图1所示，从机通过取样电路将本机电流信息送至总机上，总机接收各个从机的电流信息，送至加法器输入端，进而得到这一时刻的总电流。这种方案中，链路中传输的是模拟信号，硬件电路较为复杂，抗干扰性差，且测量值误差大。
[0004]具体如本实用新型
【申请人】以前申请过一个关于多机并联系统及电流加总方法的专利，公开号为CN104932340A，一种多机并联系统，由多个电子设备并联组成，其中一个电子设备设置为主机，其余电子设备设置为从机，所述电子设备包括一个电流加总电路，主、从机的采样电流输给主机的电流加总电路，电流加总电路由加法器组成，加法器的反馈电阻采用数字电位器。在【背景技术】中，从机的采样电流通过连接器同步地并行传给主机。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于为电源并联系统提供一种电源模块，采用数字信号进行传输，提高抗干扰能力，减小测量误差。
[0006]本实用新型具体采用如下技术方案:
[0007]—种电源模块，其特征在于包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块，
[0008]多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路；
[0009]所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；
[0010]所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；
[0011]所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。
[0012]本实用新型的电源模块利用高速收发模块进行连接，可以实时完成电源并联系统的各类控制和瞬时量的测量。其主要优点为硬件结构简单，传输的是数字信号，传输速度快，实时性高，抗干扰性强，灵活性好，误差小，易于实现各类功能。
[0013]本实用新型为解决并联电源系统的电流加总和/或电流均流等技术问题，区别于传统的通过各个从机采样电流并行加总的传统构思，本实用新型提供了一种完全不同的构思方案，即通过环路串行的方式实现电流加总，只要该环路的通信速度足够快，例如，通信环路完成一次完整的环路通信在两次电流采样时间间隔内实现实时数据传输。
【附图说明】
[0014]图1为现有技术实现电流加总的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型高速环路实现电流加总和均流控制结构示意图；
[0016]图3为电流加总模块结构示意图；
[0017]图4为均流控制模块结构示意图；
[0018]图5为基于光纤通信实现电流加总的三相多机电源并联系统环路通信实施例。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细说明。
[0020]本实用新型的高速实时电源并联系统结构如图2所示，该系统包含并联的多个电源模块，每一个电源模块内包含了一高速接收模块、一高速发送模块、一电流加总模块和一均流控制模块。前一个电源模块的高速发送模块连接至后一个电源模块的高速接收模块，形成环形通信结构，实现电流加总以及均流控制。高速接收模块和高速发送模块在实际应用中可以整合成一个高速收发模块。
[0021]电流加总模块如图3所示，包括取样电路、模数转换电路和电流累加模块。取样电路采样本电源模块的电流信息。模数转换电路对采样得到的本电源模块的电流信息进行模数转换得到本机数字电流信号。本电源模块利用高速接收模块接收上一个电源模块传来的数字电流信息，该数字电流信息是本电源模块前面各电源模块的电流累加和，利用电流累加模块对接收到的数字电流信息和本电源模块的数字电流信息进行加总，并将加总后的电流信息传给本电源模块的高速发送模块，高速发送模块将电流加总信息发送到下一个模块。
[0022]系统运行时，指定环路中的电源模块的其中一个为主机，其余为从机，这样环路经过一次完整传输，收集了环路中所有设备的电流累加信息，即并联的总电流，并传输回到主机设备。
[0023]均流控制模块如图4所示，均流控制模块同样基于高速通信接口和环路通信结构。高速接收模块接收上一设备发出的数据包，该数据包中含有主机发出的全局控制信息和前面数台从机上传的本机信息。通过解析模块(利用电源模块中的CPU实现)解析该数据包，获得本机有效的控制指令，实现本机均流调整等控制，同时通过数据整合模块(利用电源模块中的CPU实现)将本机信息整合到该数据包中，送往高速发送模块，传递给下一设备，依次类推，经过一次环路的完整传输后，各个从机接收并执行主机发出的主控指令，进行均流调整，同时主机也接收得到各个从机反馈回来的相关信息，为下一轮的均流控制提供参考。
[0024]本实用新型中定义的高速串行通信为上百兆至G比特速率，设计中考虑采用600M至1.25G的传输速率。目前，高速串行接口通信的工业标准协议有XAUI ,PC1-EXpress,FiberChannel,Serial Rapid 1等等，而采用的硬件端口有光纤通信口，以太网口以及CAN总线，电平信号通信口等等。
[0025]本实用新型通信环路基于高速环路通信接口，要实现高速实时测量，还需要确保在两次电流采样时间间隔内完成一次完整的环路通信，即需保证t〈T采样，其中t表示一次环路通信时间，T表示两次电流采样时间，这样得到的电流累加值即为实时的总电流值。这种方案，硬件结构简单，灵活性大，引入误差小。
[0026]对于本实用新型的环路通信结构，采样时间T是固定的，由系统的ADC采样速率决定的，而t受环路的通信速率，设备的数量和处理能力影响的。本实用新型可以通过一系列的设计来减小环路时间。本实用新型采用了高速串口通信，提高通信速率，设备采用流水线的指令方式，大大的减小了处理时间，同时简化通信协议，加快通信指令的解析和执行。
[0027]假设AD的采样率为1MHZ，则t=lus。环路中有6台设备，通信速率为600MHZ，一次通信发送32bit数据，Sbit为一条流水指令，一次完整环路所需的指令通信时间为
[0028]((8*6)+(32-8))/600M=120ns
[0029]FPGA内部主频为100MHZ，一个时钟为10ns，
[0030](Ius -120ns)/1ns=I46
[0031]这样环路中6台设备，每台设备可分配的最多处理时钟个数为
[0032]146/6=24个
[0033]即每台子设备需要在20个时钟内完成相应的数据接收、处理和整合，以及发送。
[0034]如图5所示，基于光纤通信实现电流加总的三相多机电源并联系统环路通信实施例。该多机电源并联系统采用光纤实现高速的发送和接收数据通路，在设备间构成一个完整的高速串行通信传输系统。光纤通信具有传输损耗低，速率高，体积小以及抗电磁干扰等特点，采用FPGA高性能数据采集和处理系统作为主控制芯片。综合应用这两种技术，完成电流加总及均流控制等高速串行光纤传输。该系统是一个多相系统，同相之间由主设备发出通信指令，从设备接收并执行通信指令，同时将系统指令和本机的数据信息传递给下一个从设备，依次级联。本机的数据信息包括电流信息，经过一次完整环路通信，收集了环路中所有设备的电流累加信息，即并联的总电流，并传输回到主机设备。最终从设备的数据信息将全部反馈到主设备中。
[0035]相与相之间是各相的主设备进行信息的交互和反馈，由A相主机为总调度，发出控制指令，其他相的主设备接收指令，同时给出应答。
【主权项】
1.一种电源模块，其特征在于包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块， 多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路； 所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息； 所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息； 所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。2.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于上一个电源模块传来的信息包括全局控制信息，所述电源模块还包括一均流控制模块，用于根据全局控制信息实现本电源模块的均流调整。3.如权利要求2所述的电源模块，其特征在于所述均流控制模块包括一解析模块，用于解析所述全局控制信息得到本电源模块的控制指令。4.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于上一个电源模块传来的信息包括本电源模块前面数个电源模块的本机信息。5.如权利要求1或4所述的电源模块，其特征在于还包括一数据整合模块，用于整合本电源模块的本机信息与上一个电源模块传来的信息。6.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述电流加总模块包括: 取样电路，用于采样本电源模块的电流信息； 模数转换电路，用于对采样得到的本电源模块的电流信息进行模数转换； 电流累加模块，用于加总模数转换后的本电源模块的电流信息和上一个电源模块传来白勺电流ig息。7.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述高速接收模块和高速发送模块采用光纤通信口、以太网口、CAN总线接口或电平信号通信口。8.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述高速发送模块和高速接收模块整合为高速收发模块。
【文档编号】G01R31/40GK205720605SQ201620347905
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】马海波, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】艾德克斯电子（南京）有限公司
【专利摘要】本实用新型公开一种电源模块，包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块，多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路；所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。本实用新型的电源模块利用高速收发模块进行连接，可以实时完成电源并联系统的各类控制和瞬时量的测量。其主要优点为硬件结构简单，传输的是数字信号，传输速度快，实时性高，抗干扰性强，灵活性好，误差小，易于实现各类功能。
【专利说明】
一种电源模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及测量电子设备领域，具体涉及电源模块。
【背景技术】
[0002]电源并联运行可以实现电源产品模块化，大容量化，是电源技术的发展方向之一，也是实现组合大功率电源系统的关键。电源并联扩容后，一方面需要采取均流措施，实现电源并联运行时的均流控制，另一方面需要测量并联后的总电流。
[0003]目前实现均流控制和电流加总的测量，主要是基于硬件电路实现的，如图1所示，从机通过取样电路将本机电流信息送至总机上，总机接收各个从机的电流信息，送至加法器输入端，进而得到这一时刻的总电流。这种方案中，链路中传输的是模拟信号，硬件电路较为复杂，抗干扰性差，且测量值误差大。
[0004]具体如本实用新型
【申请人】以前申请过一个关于多机并联系统及电流加总方法的专利，公开号为CN104932340A，一种多机并联系统，由多个电子设备并联组成，其中一个电子设备设置为主机，其余电子设备设置为从机，所述电子设备包括一个电流加总电路，主、从机的采样电流输给主机的电流加总电路，电流加总电路由加法器组成，加法器的反馈电阻采用数字电位器。在【背景技术】中，从机的采样电流通过连接器同步地并行传给主机。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于为电源并联系统提供一种电源模块，采用数字信号进行传输，提高抗干扰能力，减小测量误差。
[0006]本实用新型具体采用如下技术方案:
[0007]—种电源模块，其特征在于包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块，
[0008]多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路；
[0009]所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；
[0010]所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息；
[0011]所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。
[0012]本实用新型的电源模块利用高速收发模块进行连接，可以实时完成电源并联系统的各类控制和瞬时量的测量。其主要优点为硬件结构简单，传输的是数字信号，传输速度快，实时性高，抗干扰性强，灵活性好，误差小，易于实现各类功能。
[0013]本实用新型为解决并联电源系统的电流加总和/或电流均流等技术问题，区别于传统的通过各个从机采样电流并行加总的传统构思，本实用新型提供了一种完全不同的构思方案，即通过环路串行的方式实现电流加总，只要该环路的通信速度足够快，例如，通信环路完成一次完整的环路通信在两次电流采样时间间隔内实现实时数据传输。
【附图说明】
[0014]图1为现有技术实现电流加总的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型高速环路实现电流加总和均流控制结构示意图；
[0016]图3为电流加总模块结构示意图；
[0017]图4为均流控制模块结构示意图；
[0018]图5为基于光纤通信实现电流加总的三相多机电源并联系统环路通信实施例。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细说明。
[0020]本实用新型的高速实时电源并联系统结构如图2所示，该系统包含并联的多个电源模块，每一个电源模块内包含了一高速接收模块、一高速发送模块、一电流加总模块和一均流控制模块。前一个电源模块的高速发送模块连接至后一个电源模块的高速接收模块，形成环形通信结构，实现电流加总以及均流控制。高速接收模块和高速发送模块在实际应用中可以整合成一个高速收发模块。
[0021]电流加总模块如图3所示，包括取样电路、模数转换电路和电流累加模块。取样电路采样本电源模块的电流信息。模数转换电路对采样得到的本电源模块的电流信息进行模数转换得到本机数字电流信号。本电源模块利用高速接收模块接收上一个电源模块传来的数字电流信息，该数字电流信息是本电源模块前面各电源模块的电流累加和，利用电流累加模块对接收到的数字电流信息和本电源模块的数字电流信息进行加总，并将加总后的电流信息传给本电源模块的高速发送模块，高速发送模块将电流加总信息发送到下一个模块。
[0022]系统运行时，指定环路中的电源模块的其中一个为主机，其余为从机，这样环路经过一次完整传输，收集了环路中所有设备的电流累加信息，即并联的总电流，并传输回到主机设备。
[0023]均流控制模块如图4所示，均流控制模块同样基于高速通信接口和环路通信结构。高速接收模块接收上一设备发出的数据包，该数据包中含有主机发出的全局控制信息和前面数台从机上传的本机信息。通过解析模块(利用电源模块中的CPU实现)解析该数据包，获得本机有效的控制指令，实现本机均流调整等控制，同时通过数据整合模块(利用电源模块中的CPU实现)将本机信息整合到该数据包中，送往高速发送模块，传递给下一设备，依次类推，经过一次环路的完整传输后，各个从机接收并执行主机发出的主控指令，进行均流调整，同时主机也接收得到各个从机反馈回来的相关信息，为下一轮的均流控制提供参考。
[0024]本实用新型中定义的高速串行通信为上百兆至G比特速率，设计中考虑采用600M至1.25G的传输速率。目前，高速串行接口通信的工业标准协议有XAUI ,PC1-EXpress,FiberChannel,Serial Rapid 1等等，而采用的硬件端口有光纤通信口，以太网口以及CAN总线，电平信号通信口等等。
[0025]本实用新型通信环路基于高速环路通信接口，要实现高速实时测量，还需要确保在两次电流采样时间间隔内完成一次完整的环路通信，即需保证t〈T采样，其中t表示一次环路通信时间，T表示两次电流采样时间，这样得到的电流累加值即为实时的总电流值。这种方案，硬件结构简单，灵活性大，引入误差小。
[0026]对于本实用新型的环路通信结构，采样时间T是固定的，由系统的ADC采样速率决定的，而t受环路的通信速率，设备的数量和处理能力影响的。本实用新型可以通过一系列的设计来减小环路时间。本实用新型采用了高速串口通信，提高通信速率，设备采用流水线的指令方式，大大的减小了处理时间，同时简化通信协议，加快通信指令的解析和执行。
[0027]假设AD的采样率为1MHZ，则t=lus。环路中有6台设备，通信速率为600MHZ，一次通信发送32bit数据，Sbit为一条流水指令，一次完整环路所需的指令通信时间为
[0028]((8*6)+(32-8))/600M=120ns
[0029]FPGA内部主频为100MHZ，一个时钟为10ns，
[0030](Ius -120ns)/1ns=I46
[0031]这样环路中6台设备，每台设备可分配的最多处理时钟个数为
[0032]146/6=24个
[0033]即每台子设备需要在20个时钟内完成相应的数据接收、处理和整合，以及发送。
[0034]如图5所示，基于光纤通信实现电流加总的三相多机电源并联系统环路通信实施例。该多机电源并联系统采用光纤实现高速的发送和接收数据通路，在设备间构成一个完整的高速串行通信传输系统。光纤通信具有传输损耗低，速率高，体积小以及抗电磁干扰等特点，采用FPGA高性能数据采集和处理系统作为主控制芯片。综合应用这两种技术，完成电流加总及均流控制等高速串行光纤传输。该系统是一个多相系统，同相之间由主设备发出通信指令，从设备接收并执行通信指令，同时将系统指令和本机的数据信息传递给下一个从设备，依次级联。本机的数据信息包括电流信息，经过一次完整环路通信，收集了环路中所有设备的电流累加信息，即并联的总电流，并传输回到主机设备。最终从设备的数据信息将全部反馈到主设备中。
[0035]相与相之间是各相的主设备进行信息的交互和反馈，由A相主机为总调度，发出控制指令，其他相的主设备接收指令，同时给出应答。
【主权项】
1.一种电源模块，其特征在于包括一高速接收模块、一高速发送模块和一电流加总模块， 多个电源模块的高速接收模块和高速发送模块顺次连接形成通信环路； 所述高速接收模块接收上一个电源模块传来的信息，所述信息包括本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息； 所述电流加总模块加总本电源模块的电流信息和所述本电源模块前面数个电源模块的电流加总信息； 所述高速发送模块发送加总后的电流信息到下一个电源模块。2.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于上一个电源模块传来的信息包括全局控制信息，所述电源模块还包括一均流控制模块，用于根据全局控制信息实现本电源模块的均流调整。3.如权利要求2所述的电源模块，其特征在于所述均流控制模块包括一解析模块，用于解析所述全局控制信息得到本电源模块的控制指令。4.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于上一个电源模块传来的信息包括本电源模块前面数个电源模块的本机信息。5.如权利要求1或4所述的电源模块，其特征在于还包括一数据整合模块，用于整合本电源模块的本机信息与上一个电源模块传来的信息。6.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述电流加总模块包括: 取样电路，用于采样本电源模块的电流信息； 模数转换电路，用于对采样得到的本电源模块的电流信息进行模数转换； 电流累加模块，用于加总模数转换后的本电源模块的电流信息和上一个电源模块传来白勺电流ig息。7.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述高速接收模块和高速发送模块采用光纤通信口、以太网口、CAN总线接口或电平信号通信口。8.如权利要求1所述的电源模块，其特征在于所述高速发送模块和高速接收模块整合为高速收发模块。
【文档编号】G01R31/40GK205720605SQ201620347905
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】马海波, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】艾德克斯电子（南京）有限公司
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