一种220V电源分区供电系统的制作方法

本申请涉及电源供电技术，特别涉及一种具备电源输出控制和电源输出故障检测功能的电路220v电源分区供电系统。

背景技术：

在电源技术领域内，常见的电源输出环节的工作原理一般为，电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→振荡逆变→开关变压器→输出整流与滤波。很多应用场景下，为了适应生产发展的需要、提高生产运行可靠性、以及应用上的便捷，在具备电源多路输出需求的应用条件下，需要采用多路输出电源技术，首先，采用多路输出电源技术可利用原有电源，在其基础上灵活增加减少模块数量，增加或减少电流，如此来提高设备的利用率；其次，对于电源设计时一般采用n+1的模式，正常情况下所有模块均参与工作；此外，这些模块单元一般为通用化，只需备份少许模块单元即可自由更换故障模块，维修相对简易；除以上几点，还有更重要的一点便是，采用电源多路输出技术更加便于与处理器相配合实现控制，然后进一步地利用程序实现各种灵活的控制方式，这有利于本领域内该技术朝着提升控制精度、加快响应速度以及增强可靠度这几个方面不断地优化及发展。

技术人员若实施电源多路输出供电技术，则需要由相应的电路单元构成的系统装置，在本技术领域内，一般采用电源箱，其可采用输入电压220v或380v经可控硅调压整流，输出直流，毕竟不同于普通的单路输出供电，在如此多路输出的供电过程中，不能仅仅依靠手动操控来确保供电输出的安全控制，因而，需要实施具备相应安全保护模块的多路输出供电装置。

本实用新型技术方案之设计人员发现，目前现有的220v供电电源箱电路通常仅为电源多路开关控制输出供电电路，缺少相关的安全保护措施，为了进一步优化来弥补其缺点，需要配置过载和故障检测等安全保护电路，特别是对于在电源输出方面同时兼具多路直通方式与多路受控方式的220v供电电源系统，这种电源系统目前在实际上是没有过载和故障检测保护措施的。

综上所述，本申请正是在现有公知技术的基础上，通过实际应用的验证，提出一种220v电源分区供电系统，其在同时兼具多路直通方式与多路受控方式的基础上实现保护功能，技术人员在进行技术方案初步构思时，是通过一些电路以及保护模块来实施，一些涉及到的电路，例如，可实施分区控制、梯次启动、以太网电路等；一些涉及到的保护模块，例如，故障检测、电压电流检测、输出过载保护等，旨在通过利用这些电路模块，来着重实现对于兼具多路直通方式与多路受控方式的220v供电电源系统使其具备过载保护和故障检测功能，因而，所形成的技术方案能够或至少部分解决现有技术存在的问题，同时也有利于同一技术领域的众多技术问题的解决以及提高技术方案的可拓展性。

技术实现要素：

本申请的目的在于为克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，提供一种220v电源分区供电系统，其在同时兼具多路直通方式与多路受控方式的基础上实现包括过载保护、故障检测在内的安全保护功能。

根据本申请的一个方面，提供了一种220v电源分区供电系统，其用于连续地直通输出或受控输出而为设备供电，该220v电源分区供电系统包括：

主控单元，包括主控芯片部分、以及与主控芯片部分相应引脚连接的晶振电路部分、复位电路部分、jtag调试电路部分；

与主控单元相连接的以太网通讯单元，包括网络接口模块以及网络隔离芯片部分，用于发送系统运行状态和故障状态；

过载检测模块，包括与主控单元相连接的电能计量ic芯片；

电源开关分离模块，包括依次相连接的锁存器、光耦芯片、驱动芯片、继电器，其中，锁存器与主控单元相连接，用于接收并锁存由主控芯片输出的开关电平信号，并且使开关电平信号依次经由光耦芯片、驱动芯片输出并控制继电器的开关；

电源输出部分，包括与电源开关分离模块相连接的若干电源受控输出单元，每一电源受控输出单元通过设置开关用以切换手动或自动模式的电源输出。

对于以上本实用新型之总体技术方案，具体实施时，还包括以下技术手段的补充，其能够为总体技术方案带来积极的技术效果：

对于电能计量ic芯片，用于测量电压和电流并计算有功、无功、功率以及瞬时电压电流有效值，可采用ade7953-acpz芯片；

当电能计量ic芯片于检测到某一输出通道输出电压为零的状态时，其产生一个故障信息，并且将该输出通道标记为故障状态，从而发挥了220v电源分区供电系统故障检测功能；

当电能计量ic芯片于检测到某一输出通道输出功率大于设定限额的状态时，其主动切断改路供电，从而发挥了220v电源分区供电系统过载保护功能。

相应地，为了进行电路配置，对于电能计量ic芯片相应的引脚可分别接入一电流互感器、一电压互感器。

对于本实用新型所采用之技术方案，还可选择以下技术手段进行相应的实施，具体包括：

对于电源输出部分，其同时包括若干电源受控输出单元与用于直接输出电源的若干电源直通输出单元；

对于220v电源分区供电系统，其还包括时钟电路、与时钟电路相连接的配置信息存储电路；

其中，时钟电路优选采用ds1302芯片处理，配置信息存储电路优选采用w25x16芯片处理。

进一步地，主控单元电路采用型号为stm32f407vet6芯片。

对于以太网通讯电路，其网络接口模块优选采用lan8720a芯片，并且网络隔离芯片具备与该lan8720a芯片相接的相应引脚。

另外，对于其它电路所采用的芯片也可为技术人员具体实施时提供可选条件。

本实用新型在同时兼具多路直通方式与多路受控方式的220v电源分区供电系统的基础上实现包括过载保护、故障检测在内的安全保护功能，从而弥补了以往多路输出的供电过程中，仅依靠手动操控开关来确保安全供电输出而带来的弊端；其可用于地铁、大型楼宇等需要电源监控及远程管理的监控系统，系统内各个单元模块之间的接线简单且清晰。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。

图1是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的主控芯片部分示意图；

图1-1是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的晶振电路部分示意图一；

图1-2是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的晶振电路部分示意图二；

图1-3是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的晶振电路部分示意图三；

图1-4是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的复位电路部分示意图；

图1-5是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其主控单元的jtag调试电路部分示意图；

图2是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其时钟电路部分示意图；

图2-1是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其配置信息存储电路部分示意图；

图3是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其以太网通讯电路lan8720a芯片部分示意图；

图3-1是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其以太网通讯电路h1102d网络隔离芯片部分示意图；

图4是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其过载检测电路部分示意图。

图5是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源开关分离电路所用74hc573锁存器芯片部分示意图；

图5-1是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源开关分离电路所用光耦芯片tlp521-4芯片部分示意图一；

图5-2是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源开关分离电路所用光耦芯片tlp521-4芯片部分示意图二；

图5-3是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源开关分离电路所用光耦芯片tlp521-4芯片部分示意图；

图6是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源直通输出部分示意图；

图7是本申请实施例之220v电源分区供电系统，其电源受控输出部分示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图，对本申请做进一步详细介绍。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

本实用新型之技术方案所要解决的问题在于，针对目前现有的同时兼具多路直通方式与多路受控方式的220v供电电源装置通常仅为电源多路开关控制输出供电电路，而缺少相关安全保护措施的技术问题，通过实施相应的技术方案来实现220v供电电源装置过载和故障检测安全保护功能。

如图1所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，首先包括用于过载检测的主控单元，具体实施时，其采用型号为stm32f407vet6芯片作为主控单元电路的主控芯片(最小系统)，在该主控单元中，包括主控芯片部分、晶振电路部分、复位电路部分以及jtag调试电路部分。

如图1-1、图1-2、图1-3、图1-4、图1-5所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，具体实施时，技术人员可根据常规手段对主控单元内部各个电路之间连接：

其中，所实施主控单元的主控芯片的osc_in第12引脚、osc_out第13引脚依次分别对应连接晶振电路部分的osc_in连接端、osc_out连接端，主控芯片的osc_rtc_in第8引脚、osc_rtc_out第9引脚依次分别对应连接晶振电路部分的osc_rtc_in连接端、osc_rtc_out连接端，主控芯片的boot0第94引脚、boot1第37引脚依次分别对应连接晶振电路部分的boot0连接端、boot1连接端；其中，所实施主控单元的复位电路部分包括r2、以及电容c9；其中，所实施主控单元的jtag调试电路部分具备jtms、jtck、jtdo连接端并且这些连接端与分别与主控芯片的对应引脚端相连接。

如图2、图2-1、图1-3、图1-4、图1-5所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，还包括时钟电路、配置信息存储电路，所实施的时钟电路优选采用ds1302芯片进行处理，所实施的配置信息存储电路优选采用w25x16芯片进行处理，具体实施时，技术人员可根据常规手段对电路内部各个元件之间连接：

其中的ds1302芯片的ds1302_sclk第7引脚、ds1302_i/o第6引脚、ds1302_cs第5引脚依次分别与主控芯片的ds1302_sclk第81引脚、ds1302_i/o第82引脚、ds1302_cs第83引脚相连接；其中的w25x16芯片的spi_flash_cs第1引脚、spi_flash_dout第2引脚、spi_flash_din第5引脚、spi_flash_clk第6引脚依次分别与主控芯片的spi_flash_cs第85引脚、spi_flash_dout第92引脚、spi_flash_din第91引脚、spi_flash_clk第30引脚对应连接。

如图3、图3-1所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，还包括以太网通讯单元，所实施的以太网通讯电路优选采用lan8720a网络接口芯片和h1102d网络隔离芯片进行处理，其便于将设备的运行状态和故障状态发送至控制中心，以便及时了解设备运行状态，在具体实施时，技术人员可根据常规手段对电路内部各个电路元件之间连接：

其中的lan8720a芯片的eth_mdio第12引脚、eth_mdc第13引脚、eth_txd0第17引脚、eth_txd1第18引脚、eth_rxd0第8引脚、eth_rxd1第7引脚、eth_crs第11引脚、eth_ref_clk第14引脚，依次分别与主控芯片的eth_mdio第25引脚、eth_mdc第16引脚、eth_txd0第51引脚、eth_txd1第52引脚、eth_rxd0第33引脚、eth_rxd1第34引脚、eth_crs第32引脚、eth_ref_clk第24引脚对应连接；

其中的h1102d网络隔离芯片的rj45_tp第1连接端、rj45_tn第3连接端、rj45_rp第6连接端、rj45_rn第8连接端依次分别与所采用lan8720a芯片的rj45_tp第21引脚、rj45_tn第20引脚、rj45_rp第23引脚、rj45_rn第22引脚对应连接。

如图4所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，还包括过载检测模块，所实施的过载检测模块优选采用ade7953-acpz芯片进行处理，该ade7953-acpz芯片属于电能计量ic芯片，能够测量电压和电流，并计算有功、无功、功率以及瞬时电压电流有效值，在具体实施时，技术人员可根据常规手段对电路内部各个元件部分之间连接：

其中的ade7953-acpz芯片的sclk第25引脚、miso第26引脚、misi第27引脚依次分别与主控芯片的ade_sclk第64引脚、ade_miso第65引脚、ade_misi第66引脚对应连接，该ade7953-acpz芯片的第5引脚与第6引脚接入l1电流互感器，第11引脚与第12引脚接入v1电压互感器。

如图5、图5-1、图5-2、图5-3所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，还包括电源开关分离模块，所实施的电源开关分离模块由锁存器74hc573、光耦芯片tlp521-4、达林顿驱动芯片uln2803和欧姆龙继电器组成，有利于分区控制和梯次启动，通过梯次启动可有效防止供电设备因同时上电而对整个供电网络的瞬时功率的冲击，起到相应的保护作用。具体实施时，技术人员可根据常规手段对电路内部各个元件部分之间连接：

对于该电源开关分离模块与主控单元之间的关联，所实施的主控单元的主控芯片通过其pe0、pe1、pe2、pe3、pe4、pe5、pe6、pe7引脚依次分别对应接入74hc573锁存器的pe0、pe1、pe2、pe3、pe4、pe5、pe6、pe7引脚；

进一步地，74hc573锁存器的pwr1、pwr2、pwr3、pwr4、pwr5、pwr6、pwr7、pwr8输出引脚依次分别对应接入光耦芯片tlp521-4的pwr1、pwr2、pwr3、pwr4、pwr5、pwr6、pwr7、pwr8连接端；

再进一步地，光耦芯片tlp521-4的uln1b、uln2b、uln3b、uln4b、uln5b、uln6b、uln7b、uln8b输出连接端依次分别对应接入达林顿驱动芯片uln2803的uln1b、uln2b、uln3b、uln4b、uln5b、uln6b、uln7b、uln8b连接端；

最后，达林顿驱动芯片uln2803的sw1-sw8连接端接入omrom欧姆龙继电器；

通过实施以上电路连接，其工作原理为，由主控芯片向74hc573锁存器输出开关电平信号，由74hc573锁存器锁存并输出电平信号给光耦芯片tlp521-4，再由光耦芯片tlp521-4最终输出给达林顿驱动芯片uln2803来控制继电器的开关。

如图6、图7所示，本实用新型实施例所实施的220v电源分区供电系统，还包括由两路电源直通输出电路与八路电源受控输出电路构成的电源输出部分，以此为优选例具体实施时，技术人员可根据常规手段对电路内部各个元件部分之间连接：

所实施的电源开关分离模块的达林顿驱动芯片uln2803的sw1-sw8每个连接端依次分别接入电源受控输出电路对应的继电器，并且在每一路电源受控输出电路中，设置通过开关切换手动模式或自动模式，最后由该路通道输出电源。

当然，技术人员可结合实际不同的应用需求对供电系统进行设置，这涉及到不同的应用条件，例如，可使电源受控输出电路受到设置开关机，灵活设置每路在每天的开关机时间，每路最大电流不超过10a；对于八路受控电源分别采用8个开关，具有手动和自动输出功能，当开关处于手动状态，可以保证该路电源不再受开关机时间影响，不间断输出电压，当开关处于自动状态，该路电源将按照事先设定好的开关机时间工作，每路受控电源可另外设置对应的10a灼热式熔断20mm保险，当然所涉及到的具体方式仅属于本实用新型技术方案之外的拓展方向，技术人员也可采用常规技术手段。

所实施的两路电源直通输出电路则直接进行电源输出，其有利于实现连接不间断供电，每路最大电流不超过10a。

本实用新型所实施之技术方案主要采用芯片检测过载，再通过继电器控制电路通断的安全保护电路，其工作原理为，当电源输出通道发生过载时，过载保护电路会检测通道的输出功率，判断通道输出功率大于设定的限额时，会主动切断改路供电，可保护电源输出电路，防止短路、输出功率过大导致线路发热的问题，从而实现过载保护的功能；当通道输出开路时，通过过载检测模块的ade7953-acpz芯片检测，输出电压为零，则会产生一个故障信息，将该输出通道标记为故障状态，从而实现电源故障报警检测的功能。

本实用新型在实现故障检测安全保护功能的基础上，以本实用新型技术方案为参照，也有利于技术人员下一步围绕该技术方案进行周边拓展或根据不同应用需求另外实施相应的可行性的技术手段，例如，由于具备了故障检测功能，技术人员可利用常规技术手段通过接入显示装置，将检测到的故障信息显示在液晶屏上，并且也便于将报警信息上报控制中心，方便设备检修维护；又如，可通过设备面板液晶屏显示或软件远程监控每路输出电流数值；再如，以太网通讯端口可通过udp协议方便远程监控设备状态和参数配置；此外，还可预留外部强行开机接口和设备运营指示端口(dc24v)，方便与其它系统联动，预留rs422通讯端口，根据用户需求定制开发。当然，这些技术手段仅是由本实用新型技术方案实施之后为技术人员后续操作带来的便捷之处，技术人员具体如何进行后续的实施，不仅如以上举例，其方式也可灵活配置，但都不包含在本实用新型技术方案之内。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。