直流风机的供电装置和供电系统的制作方法

本实用新型涉及电路领域，具体而言，涉及一种直流风机的供电装置和供电系统。

背景技术：

近年来，不同电压/电流标准的直流风机种类越来越多，被广泛的运用在工业、民用等风冷领域，其拥有供电范围选择宽广、控制简单、性价比高等优点。但在实际应用中，特别是需要更换不同功率等级的风机或者需要多个风机协同工作的场合，不得不为其更换相应功率等级的电源或为每一个风机配置专用的电源；此外，在不同的直流供电系统中，系统的直流配电幅值也不尽相同，如此将会大幅增加项目成本，降低产品竞争优势。

为了应对该问题，常通过在一块电源内预先设置两到三个常用电压等级的输出端口来解决，此种方式虽然解决了通用电压等级风机更换问题，但对于同一系统需大量使用该风机时，将严重造成未使用电压等级输出端口资源的浪费；对于不同功率等级的风机则只有为其适配相应等级的电源；而对于系统的直流配电幅值不尽相同的问题，通常均是添加匹配的直流变压器，不但增加成本，而且可靠性风险增大。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种直流风机的供电装置和供电系统，以至少解决风机与直流供电系统不匹配的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种直流风机的供电装置，包括：mos驱动电路，输入端连接PWM控制信号，输出端用于控制输出电压；cuk斩波电路，输入端与所述mos驱动电路的输出端相连接，用于使所述cuk斩波电路输出的电压与输入所述cuk斩波电路的电压相反；电流检测电路，连接在所述cuk斩波电路的输出端，用于检测所述供电装置的输出电流；电压检测电路，连接在所述cuk斩波电路的输出端，用于检测所述供电装置的输出电压；所述供电装置的控制电路，与所述mos驱动电路相连接，且与所述电流检测电路和所述电压检测电路相连接，用于根据检测到的电压值和电流值生成PWM控制信号，以利用所述PWM控制信号控制所述供电装置输出的电压和功率。

可选地，所述mos驱动电路包括：电阻R5，第一端连接所述PWM控制信号；电阻R1，第一端连接电源；光耦T1，包括发光二极管和受光二极管，所述发光二极管的正极连接所述电阻R5的第二端，所述发光二极管的负极接地，所述受光二极管的负极连接所述电阻R1的第二端；晶体管V1，门极连接所述受光二极管的正极，漏极接地，源极连接所述受光二极管的负极，其中，所述晶体管V1的源极作为所述mos驱动电路的输出端，与所述cuk斩波电路相连接。

可选地，所述cuk斩波电路包括：晶体管VT，电感L1，电容C，电感L2和二极管VD，其中：所述晶体管VT的门极与所述mos驱动电路的输出端相连接，所述晶体管的源极与所述电感L1的第二端相连接，且与所述电容C的第一端相连接，所述晶体管的漏极与所述二极管VD的负极相连接，所述电容C的第二端与所述二极管VD的正极相连接，所述电感L2与所述电容C串联。

可选地，所述电感L1的第一端作为输入接口的正极接口，所述晶体管VT的门极作为所述输入接口的负极接口。

可选地，所述电流检测电路包括：电流传感器，与所述电感L2串联；电阻R2，与所述电流传感器并联，并且所述电阻R2的一端作为电流检测信号的输出端，另外一端接地。

可选地，所述电压检测电路包括：电压传感器，用于检测所述供电装置的输出电压；串联的电阻R3和电阻R4，所述电阻R3的一端连接所述电压传感器，另外一端连接所述电阻R4的第一端，所述电阻R4的第二端接地，并且，所述电阻R4的第一端作为电压检测信号的输出端。

可选地，所述电压传感器的一端作为所述供电装置的输出接口的正极接口，另外一端作为所述输出接口的负极接口。

可选地，所述二极管VD的负极作为所述供电装置的输出接口的正极接口，所述电感L2的第一端与所述二极管VD的正极相连接，所述电感L2的第二端作为所述输出接口的负极接口。

可选地，所述供电装置的控制电路包括：通讯接口，用于接收控制指令，所述控制指令用于指示设置所述控制电路的参数。

可选地，所述供电装置的控制电路还包括：控制接口，与直流风机的控制电路相连接。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种直流风机的供电系统，包括上述一个或者多个直流风机的供电装置。

在本实用新型实施例中，供电装置的控制电路根据检测到的电压值和电流值生成PWM控制信号，从而控制供电装置输出的电压和功率，以匹配不同的直流供电系统，从而解决了现有技术中供电装置输出的电压或者功率与直流供电系统不匹配的技术问题，达到了使供电装置与直流供电系统相匹配的技术效果。同时，由于不需要预先设置不同电压等级的输出端口以及不同功率等级的输出端口，因此，可以避免输出端口的浪费，降低了成本且增加了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的直流风机的供电装置的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的标准单元电路的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的供电装置的电路图；

图4是根据本实用新型实施例的配置供电装置的方法流程图；

图5是根据本实用新型优选实施例的配置供电装置的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种直流风机的供电装置。

图1是根据本实用新型实施例的直流风机的供电装置的结构框图。如图1所示，该直流风机的供电装置包括：

mos驱动电路，输入端连接PWM控制信号，输出端用于控制输出电压；

cuk斩波电路，输入端与mos驱动电路的输出端相连接，用于使cuk斩波电路输出的电压与输入cuk斩波电路的电压相反；

电流检测电路，连接在cuk斩波电路的输出端，用于检测供电装置的输出电流；

电压检测电路，连接在cuk斩波电路的输出端，用于检测供电装置的输出电压；

供电装置的控制电路，与mos驱动电路相连接，且与电流检测电路和电压检测电路相连接，用于根据检测到的电压值和电流值生成PWM控制信号，以利用所述PWM控制信号控制所述供电装置输出的电压和功率。

本实施例的mos驱动电路、cuk斩波电路、电流检测电路和电压检测电路形成图1所示的模块化标准单元电路，供电装置的控制电路可以图1的组件化控制电路。该供电装置的控制电路可以为DSP处理器。供电装置的控制电路生成PWM信号输出给mos驱动电路。

在本实施例中，供电装置的控制电路根据检测到的电压值和电流值生成PWM控制信号，从而控制供电装置输出的电压和功率，以匹配不同的直流供电系统，从而解决了现有技术中供电装置输出的电压或者功率与直流供电系统不匹配的技术问题，达到了使供电装置与直流供电系统相匹配的技术效果。同时，由于不需要预先设置不同电压等级的输出端口以及不同功率等级的输出端口，因此，可以避免输出端口的浪费，降低了成本且增加了系统的稳定性和可靠性。

如图1所示，该组件化控制电路还可以包括通讯接口，用于接收控制指令，控制指令用于指示设置控制电路的参数。该通讯接口可以包括485通讯接口、CAN通讯接口和UART通讯接口。通过这些接口与供电装置的控制电路进行通信，以便设置该控制电路的参数，以使供电装置输出电流和电压与直流供电系统相匹配。

可选地，如图1所示，供电装置的控制电路还包括：控制接口，与直流风机的控制电路相连接。该控制接口可以通过直流风机的控制电路对直流风机进行控制。

本实用新型实施例的模块化标准单元电路结构框图如图2所示，该标准单元电路包括MOS驱动电路、Cuk斩波电路、信号采集电路(电压检测电路和电流检测电路)，并将MOS驱动电路、Cuk斩波电路、电压检测电路和电流检测电路集中在一块电路板上，设置标准的输入输出接口，包括：PWM控制信号输入端、直流配电系统输入端、Cuk斩波电路输出端、电压/电流检测信号输出端。如此，可根据应用场合和需要的模块电路数量，采取铜柱等支撑的叠成式安装以及卡扣式的插装，乃至将其封装在一个散热良好、结构紧凑的盒子作为一个单独产品。

图3是根据本实用新型实施例的供电装置的电路图。以下结合图3对本实施例的标准单元电路进行说明。

如图3所示，mos驱动电路包括：电阻R5，第一端连接PWM控制信号；电阻R1，第一端连接电源；光耦T1，包括发光二极管和受光二极管，发光二极管的正极连接电阻R5的第二端，发光二极管的负极接地，受光二极管的负极连接电阻R1的第二端；晶体管V1，门极连接受光二极管的正极，漏极接地，源极连接受光二极管的负极，其中，晶体管V1的源极作为mos驱动电路的输出端，与cuk斩波电路相连接。

即驱动电路包括限流电阻R1、电阻R5、光耦T1、晶体管V1，PWM信号通过PWMX端口输入，当PWM信号为高电平时，光耦T1触发晶体管V1导通，则VT门极收到的信号为高电平；当PWM信号为低电平时，光耦T1停止工作，促使晶体管V1关断，则VT门极收到的信号为低电平。如此便可通过控制PWM信号的占空比控制MOS管VT的工作状况，实现对输出电压的有效控制。

可选地，cuk斩波电路包括：MOS管VT，电感L1，电容C，电感L2和二极管VD，其中：MOS管VT的门极与mos驱动电路的输出端相连接，晶体管的源极与电感L1的第二端相连接，且与电容C的第一端相连接，晶体管的漏极与二极管VD的负极相连接，电容C的第二端与二极管VD的正极相连接，电感L2与电容C串联。

电感L1的第一端作为输入接口的正极接口，MOS管VT的门极作为输入接口的负极接口。

当MOS管VT处于导通状态时，Uz-L1-VT回路和Ub-L2-C-VT回路分别流过电流；当MOS管VT处于断开状态时，Uz-L1-C-VD回路和Ub-L2-VD回路分别流过电流，cuk斩波电路使输出电压的极性与电源电压极性相反。设MOS管VT处于导通状态的时间为ton，处于断开状态的时间为toff，电容C左右两点电压平均值分别为Ucl与Ucr；则Ucl＝toff*Uc/T；又因电感L1的电压平均值为零，所以Uz＝Ucl＝toff*Uc/T。另一方面，Ucr＝-ton*Uc/T，且L2的电压平均值为零，则Ub＝ton*Uc/T；也即输出电压Ub与电源电压Uz的关系为：Ub＝ton*Uz/toff＝ton*Uz/(T-ton)＝a*Uz/(1-a)。

可选地，电流检测电路包括：电流传感器，与电感L2串联；电阻R2，与电流传感器并联，并且电阻R2的一端作为电流检测信号的输出端，另外一端接地。

如图3所示，电流检测电路由一个电流传感器A(电流型，输出4到20mA标准电流)和一个采样电阻R2组成，ADCX端口输出的信号Ui＝R2*I，其中I为传感器输出电流。

可选地，电压检测电路包括：电压传感器，用于检测供电装置的输出电压；串联的电阻R3和电阻R4，电阻R3的一端连接电压传感器，另外一端连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端接地，并且，电阻R4的第一端作为电压检测信号的输出端。

如图3所示，电压检测电路由一个电压传感器V(电压型，输出0到10V标准电流)和采样电阻R4、限流电阻R3组成；ADCY端口输出的信号Uv＝Uvs*R4/(R3+R4)；其中Uvs为电压传感器输出电压。

可选地，电压传感器的一端作为供电装置的输出接口的正极接口，另外一端作为输出接口的负极接口。

可选地，二极管VD的负极作为供电装置的输出接口的正极接口，电感L2的第一端与二极管VD的正极相连接，电感L2的第二端作为输出接口的负极接口。

由于cuk斩波电路可以使输出的电压与电源电压相反，电压传感器可以检测输出接口的电压。电流传感器设置在输出接口的电路上，可以检测输出接口的电流。

本实用新型实施例还提供了一种直流风机的供电系统。该直流风机的供电系统可以应用上述一个或者多个直流风机的供电装置。

由上述实施例可知，MOS驱动电路、Cuk斩波电路、信号采集电路作为一个标准单元电路模块化，其输入输出电压可调，标准单元电路模块之间可以协同或独立工作，并可以根据不同功率要求添加或减少标准单元单元电路的数量，且组合安装形式多样，并将控制电路做成一个标准组件，实现一种简单、高效、低成本、多功能的智能供电装置。

本实用新型实施例还提供了一种直流风机的供电装置的配置方法。

图4是根据本实用新型实施例的配置供电装置的方法流程图。以下结合图4对本实施例对配置供电装置进行说明。

如图4所示，该方法包括如下步骤：

S402，获取直流配电系统的额定功率和供电装置的功率；

S404，根据额定功率和供电装置的功率确定供电装置的数量；

S406，为直流配电系统配置数量的供电装置，其中，配置的数量的供电装置的总功率和总电压与直流配电系统相匹配。

首先得确定直流配电系统的额定功率及额定电压，定义Pt为直流配电系统的额定功率，定义Ut为直流配电系统的额定电压；确定供电装置的输入电压，定义其为Uz；确定供电装置输出电压，定义其为Ub，则有Ub＝Ut；计算供电装置的总输入电流，定义其为Iz，则Iz＝Pt/Uz；计算供电装置的总输出电流，定义其为Io，则Io＝Pt/Ut；确定供电装置的数量，定义其为CS，定义单个供电装置的功率为Pm，则CS＝Pt/Pm，CS向上取整，即假如算出CS＝3.5，则取CS＝4。

其次，参考图5可知，确定单元模块的数量之后，就是复核供电装置的输入输出电流是否符合需求，定义单块供电装置的额定最大输入电流为In,最大输出电流为Ix，要求Iz/CS小于In，Io/CS小于Ix，若不满足，则需调整CS的值(增加供电装置的数量)。即，根据额定功率和供电装置的功率确定供电装置的数量包括：检测在供电装置为数量时，供电装置的输出电流是否小于供电装置的最大输出电流，以及供电装置的输入电流是否小于供电装置的最大输入电流；在确定供电装置的输出电流大于供电装置的最大输出电流，或者供电装置的输入电流大于供电装置的最大输入电流，则调整供电装置的数量。

最后就是配置占空比参数，定义占空比为a，则根据公式Ut＝a*Uz/(1-a)即可获得，更新参数确认输入输出是否满足实际需求。即，在根据额定功率和供电装置的功率确定供电装置的数量之后，方法还包括：根据直流风机的额定输入电压和直流配电系统的额定输入电压确定占空比；根据占空比生成PWM控制信号。

举例说明本实施例的供电装置的配置过程如下：

本实用新型实施例中，可以将供电装置做成输出功率为200W的单元模块，最大输入电流为10A，最大输入电压为650V；最大输出电流20A，最大输出电压450V；也即单块单元模块输入电压可调范围为20V至650V，输出电压范围为10V至450V。

在实际使用时，首先确定负载风机的额定功率和额定输入电压，假设其额定功率为500W，额定输入电压为110V，初步确定需要3块单元模块，则每个单元模块的额定输出电压为110V、额定输出电流为4.5A，单块单元模块额定输出电压为110V、额定输出电流为1.5A，满足单个单元模块最大输出电流小于20A的要求。

再确定直流配电系统输入电压，假设为310V，则3个单元模块的总输入电流为1.62A，单个单元模块的额定输入电流为0.532A，满足单块模块最大输入电流小于10A的要求，因此，可以确定使用3块单元电路模块协同工作。

再通过485通信/CAN通信/UART通信任意一种方式设定电压检测反馈比较值为110V，MOS驱动电路PWM控制信号占空比a根据公式U0＝a*E/(1-a)设置为26.2％，其中，U0为风机额定输入电压，E为流配电系统输入电压，电流检测反馈值则与风机控制电路的控制信号相匹配而随控制程序运行实时更新。

同理，对同一功率等级不同电压等级的风机，例如将额定功率50W、输入电压110V的风机替换为相同功率等级但额定输入电压为48V的风机，通过功率换算公式P＝U*I(P为功率、U为额定电压、I为额定电流)可得在额定电压48V、额定功率50W的情况下，电源模块的输出电流为1.042A(满足单个单元模块最大输出电流小于20A的要求)，同上MOS驱动电路PWM控制信号占空比a计算方法可得，更换前a＝50％，更换后a＝30.38％；也即在此情况下，只需一块标准化模块且仅需调整占空比即可实现同功率等级不同电压等级的风机更换。对于需要多个单元模块协同工作的情况，其安装通常与其它电路采用铜柱支撑、螺母锁紧的方式，或者对边卡槽的抽屉层叠式安装。如此便可匹配风机的功率和额定输入电压/电流、系统直流配电系统电压，实现直流风机供电的智能模块化且不会出现闲置模块的状况。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。