一种PDU过载自动保护方法以及系统与流程

本发明涉及于电力分配技术领域，尤其涉及一种PDU过载自动保护方法以及系统。

背景技术：

PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)，也就是我们常说的机柜用电源分配插座，PDU是为机柜式安装的电气设备提供电力分配而设计的产品，拥有不同的功能、安装方式和不同插位组合的多种系列规格，能为不同的电源环境提供适合的机架式电源分配解决方案。PDU的应用，可使机柜中的电源分配更加整齐、可靠、安全、专业和美观，并使得机柜中电源的维护更加便利和可靠。

现有技术中，常因负载启动电流过大而出现保险丝或者断路器跳闸断电。由于PDU一般包括多组回路，每个回路提供数个负载接入插座，每个回路通过一个断路器或者保险丝进行过载保护，一旦某个回路过载，则会将整个回路切断，从而导致该回路上的所有负载无法运行，此必然影响PDU整体的可靠性和稳定性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种PDU过载自动保护方法以及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种PDU过载自动保护方法，包括：

S1、实时获取各回路中的总电流，如果某个回路的总电流超过其预设阈值则进入步骤S2；

S2、根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，切断某个负载的支路，并转步骤S1。

在本发明所述的PDU过载自动保护方法中，所述步骤S2包括：将回路中最新接入的负载所在支路切断。

在本发明所述的PDU过载自动保护方法中，所述步骤S2包括：将回路中连接有负载的支路中的卸载优先级最高的支路切断。

在本发明所述的PDU过载自动保护方法中，所述步骤S1之前还包括：

S0、针对每个回路，预设回路中的各个支路的卸载优先级。

本发明还公开了一种基于所述的过载自动保护方法的PDU过载自动保护系统，包括：

输出模块，包括至少一个回路，且每个回路包括多个支路，每个支路用于连接一个负载；

计量模块，用于实时采集各个支路的电流，并分析计算得到各个回路的总电流；

控制模块，用于在如果某个回路的总电流超过其预设阈值时，根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，切断某个负载的支路直至该回路的总电流在预设阈值以内。

在本发明所述的PDU过载自动保护系统中，所述系统还包括用于计量模块和控制模块之间的通信的信号隔离模块以及用于为其他模块供电的电源模块；

所述电源模块包括用于接入火线和地线、数据总线和直流电源的与回路数量对应的至少一个输入接口，用于将直流电源转换为芯片所需的各种直流电源的至少一个稳压器，用于将直流电源转换为隔离电源的电源隔离器。

在本发明所述的PDU过载自动保护系统中，每个支路包括继电器、负载插座、检流电阻，所述继电器的线圈连接控制模块，同属一条回路的负载插座的火线引脚通过对应的继电器的开关连接至对应的输入接口的火线接入引脚、零线引脚通过检流电阻连接隔离电源的地、地线引脚连接输入接口的地线接入引脚，检流电阻的两个电流检测端连接至计量模块。

在本发明所述的PDU过载自动保护系统中，所计量模块包括多个以隔离电源供电的计量芯片，所述信号隔离模块包括多个光耦。

在本发明所述的PDU过载自动保护系统中，光耦包括输入端连接直流电源且输出端连接隔离电源的第一光耦以及输入端连接隔离电源且输出端连接直流电源的第二光耦，计量芯片包括三路计量芯片和/或一路计量芯片，各三路计量芯片的片选引脚分别连接一个第一光耦的信号输出端，各三路计量芯片的同步时钟引脚连接至同一个第一光耦的信号输出端，各三路计量芯片的主输出从输入引脚连接至同一个第一光耦的信号输出端，各三路计量芯片的复位引脚连接至同一个第一光耦的信号输出端，各三路计量芯片的主输入从输出引脚连接至同一个第二光耦的信号输入端，与三路计量芯片连接的所有第一光耦的信号输入端以及第二光耦的信号输出端通过一根SPI总线连接至控制模块；各一路计量芯片的发送数据引脚分别连接一个第二光耦的信号输入端，且所有与一路计量芯片连接的第二光耦的信号输出端连接在一起后通过一根串口通讯线连接至控制模块；各一路计量芯片的接收数据引脚分别连接一个第二光耦的信号输出端，且所有与一路计量芯片连接的第二光耦的信号输入端连接在一起后通过一根串口通讯线连接至控制模块。

在本发明所述的PDU过载自动保护系统中，所述控制模块包括：单片机、电平转换芯片、外围电路、信号收发器，各继电器的线圈通过电平转换芯片与单片机的对应引脚连接，单片机通过信号收发器与输入接口的数据总线接入引脚连接。

实施本发明的PDU过载自动保护方法以及系统，具有以下有益效果：本发明通过实时获取各回路中的总电流，可知及时获知某个回路的总电流超过其预设阈值的异常情况，且在该回路的断路器或者保险丝启动断路保护之前，根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，及时切断该回路中某个负载的支路直至回路的总电流不超过其预设阈值，实现过载自动及时保护，且不会影响回路中其他负载的正常运行，提高PDU产品整体的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明的PDU过载自动保护方法的流程图；

图2是本发明的PDU过载自动保护系统的较佳实施例的结构框图；

图3是图2中电源模块的电路图；

图4是图2中输出模块的电路图；

图5是图2中计量模块的电路图；

图6是图2中信号隔离模块的电路图；

图7是图2中控制模块的电路图。

具体实施方式

在本发明实施例中，通过实时获取各回路中的总电流，可知及时获知某个回路的总电流超过其预设阈值的异常情况，且在该回路的断路器或者保险丝启动断路保护之前，根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，及时切断该回路中某个负载的支路直至回路的总电流不超过其预设阈值，实现过载自动及时保护，且不会影响回路中其他负载的正常运行，提高PDU产品整体的可靠性和稳定性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1是本发明的PDU过载自动保护方法的流程图。本发明的PDU过载自动保护方法包括：

S1、实时获取各回路中的总电流，如果某个回路的总电流超过其预设阈值则进入步骤S2；

S2、根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，切断某个负载的支路，并转步骤S1。

如果步骤S2中根据负载的接入顺序切断负载，则具体为：将回路中最新接入的负载所在支路切断。

例如，系统有两个回路，每个回路有12个支路，回路的预设阈值为14A.如果之前投入运行的支路为1-11，且总电流已经达到14A，如果12号支路接入负载，其启动电流为3A，如果没有本发明的自动保护机制，则回路总电流为17A超过预设阈值14A，因此整个回路的断路器断开，所有支路的负载被切断供电，而本发明在断路器工作前，第一时间切断12号支路的供电，由此可以在不影响其他正在运行负载的工作的前提下，对回路进行过载保护。

如果步骤S2中根据支路的卸载优先级切断负载，则具体为：将回路中连接有负载的支路中的卸载优先级最高的支路切断。

例如，某个回路有12个支路，1-12支路的卸载优先级被预设为12、11、10、…、3、2、1，回路的预设阈值为14A，1-11这几个支路接入了负载，且总电流已经为13A，如果12号支路接入负载，其启动电流为3A，如果没有本发明的自动保护机制，则回路总电流为16A超过预设阈值14A，因此整个回路的断路器断开，所有支路的负载被切断供电，而本发明在断路器工作前，第一时间切断1号支路的供电，回归步骤S1如果切断后回路总电流还是没能降到14A以内，则会继续执行步骤S2切断2号支路的供电，依次类推，直至回路总电流降到14A以内，由此可以在不影响其他正在运行负载的工作的前提下，对回路进行过载保护。

需要明确的是，以上关于回路中支路的卸载优先级的设定情况仅仅是一个示意，实际上可以根据实际情况自行设定，并不限于于此。

可以理解的是，回路中支路的卸载优先级可以是系统默认设置好的，也可以在投入使用的过程中，根据情况进行调整，所以优选的，所述步骤S1之前还包括：

S0、针对每个回路，预设回路中的各个支路的卸载优先级。

另外，切断某个支路，可以通过控制支路中的继电器开关的通断实现。当然，还可以是其他类型的电气开关，只要能通过接受触发信号自动控制支路的通断都在本发明的保护范围之内。

下面介绍一种基于上述保护方法的PDU过载自动保护系统。参考图2，较佳实施例的PDU过载自动保护系统包括：

输出模块，包括M个回路，M为正整数，且每个回路包括多个支路1-N，N为正整数，每个支路用于连接一个负载；

计量模块，用于实时采集各个支路的电流，并分析计算得到各个回路的总电流；

控制模块，用于在如果某个回路的总电流超过其预设阈值时，根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，切断某个负载的支路直至该回路的总电流在预设阈值以内；

信号隔离模块，用于计量模块和控制模块之间的通信；

电源模块，用于为其他模块供电。所述电源模块包括用于接入火线和地线、数据总线和直流电源的与回路数量对应的至少一个输入接口，用于将直流电源转换为芯片所需的各种直流电源的至少一个稳压器，用于将直流电源转换为隔离电源的电源隔离器。

下面以两个回路且每个回路4个支路为例，结合具体的电路图对各个模块进行详细说明。

电源模块：

参考图3，所述电源模块包括与回路数量对应的2个输入接口J2和J3，其均有：6号引脚连接火线L-in1/L-in2，5号引脚连接与火线匹配的地线，2、3号引脚连接485数据总线485A、485B，1、4号引脚连接+12V直流电源的电源端和接地端。其中，第一稳压器U9将+12V直流电源转换为+5V直流电源，第二稳压器U10将+5V直流电源转换为+3.3V直流电源，电源隔离器U7将+5V直流电源转换为5V隔离电源，如图中AFE 5V，第三稳压器U8将5V隔离电源转换为3.3V隔离电源，如图中S3.3。本实施例中，U9为LM780，U10为SPX1117M3-3.3，U7为DCDC-5V-1W-WB，U8为SPX1117M3-3.3。

输出模块：

参考图4，输出模块包括两个支路，每个支路包括继电器、负载插座、检流电阻、滤波电容CAP1和CAP2，如图中8个支路的继电器为K1-K8，负载插座为P1-P8，检流电阻为R1-R8，图中MV1-MV8对继电器开关进行过压保护。继电器的线圈连接控制模块，同属一条回路的负载插座的火线引脚通过对应的继电器的开关连接至对应的输入接口的火线接入引脚、零线引脚通过检流电阻连接隔离电源的地、地线引脚连接输入接口的地线接入引脚，检流电阻的两个电流检测端连接至计量模块。如图中，R1的两个电流检测端为CTA1和CTA2，R2的两个电流检测端为CTB1和CTB2等。可以理解的是，电流检测端并不限于图示位置，可根据情况自行设定，只要能获取到特定阻值上的电压即可。

计量模块和信号隔离模块：

计量模块包括多个以隔离电源供电的计量芯片，计量芯片包括三路计量芯片和/或一路计量芯片。可以理解的是，计量芯片的选取可以根据具体的支路数量进行组合。参考图5，由于输出模块总共有8路信号需要处理，因此为尽量避免不必要的浪费充分利用元器件，减小电路体积，可以用两个三路计量芯片和两个一路计量芯片U1、U3。图中仅示意出了分别与一个三路计量芯片RN7302连接的接口UA1和UB1。

所述信号隔离模块包括多个光耦，光耦的数量与计量模块的输入信号和输出信号的路数相同。因为三路计量芯片和一路计量芯片与总控模块之间总共有10路信号交互，因此光耦数量为10。参考图6，光耦采用NEC2501，我们将输入端连接直流电源+3.3V且输出端连接隔离电源S3.3V的光耦记为第一光耦，如图中US3-US8以及US10，将输入端连接隔离电源S3.3V且输出端连接直流电源+3.3V的光耦记为第二光耦，如图中US1、US2和US9。

结合图5和图6，各三路计量芯片的片选引脚即CS1、CS2分别连接一个第一光耦US8、US6的信号输出端，各三路计量芯片的同步时钟引脚SCK1连接至同一个第一光耦US7的信号输出端，各三路计量芯片的主输出从输入引脚MOSI_S连接至同一个第一光耦US4的信号输出端，各三路计量芯片的复位引脚RST1S1连接至同一个第一光耦US5的信号输出端，各三路计量芯片的主输入从输出引脚SISO_S连接至同一个第二光耦US2的信号输入端，与三路计量芯片连接的所有第一光耦US4-US8的信号输入端以及第二光耦US2的信号输出端通过一根SPI总线连接至控制模块；各一路计量芯片U1、U3的发送数据引脚TX1、TX2分别连接一个第二光耦US1、US9的信号输入端，且所有与一路计量芯片U1、U3连接的第二光耦US1、US9的信号输出端连接在一起后通过一根串口通讯线连接至控制模块；各一路计量芯片U1、U3的接收数据引脚RX1、RX2分别连接一个第二光耦US3、US10的信号输出端，且所有与一路计量芯片U1、U3连接的第二光耦US3、US10的信号输入端连接在一起后通过一根串口通讯线连接至控制模块。

控制模块：

控制模块包括单片机U5、电平转换芯片U2、外围电路、485的信号收发器U6，各继电器K1-K8的线圈通过电平转换芯片U2与单片机U5的对应引脚连接，单片机U5通过信号收发器U6与输入接口J2或者J3的数据总线接入引脚连接，输入接口J2和J3的2、3号引脚分别通过485数据总线与整个PDU的主控模块连接。本实施例中U2为STM32F103，U5为ULN2803，U4为ATC24C04，U6为SN75LBC184DR。

本发明的工作原理是，当单片机U5根据计量模块上传的信号计算得到回路总电流大于预设阈值时，则U5根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，通过U2控制与U2连接的某个继电器的线圈电流变为0，进而使得继电器开关打开，继电器的开关所在支路即被切断。

需要明确的是，本发明中所有元器件以及其型号仅为示例，其可以被功能等同的其他结构替代，所有基于本发明的思路所确定的元器件及其型号都落入本发明的保护范围之内。

综上所述，实施本发明的PDU过载自动保护方法以及系统，具有以下有益效果：本发明通过实时获取各回路中的总电流，可知及时获知某个回路的总电流超过其预设阈值的异常情况，且在该回路的断路器或者保险丝启动断路保护之前，根据回路中的负载的接入顺序或者负载所在支路的卸载优先级，及时切断该回路中某个负载的支路直至回路的总电流不超过其预设阈值，实现过载自动及时保护，且不会影响回路中其他负载的正常运行，提高PDU产品整体的可靠性和稳定性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。