一种适用于多类型负载的电源管理设计

一种适用于多类型负载的电源管理设计

徐洪

贵州航天天马机电科技有限公司

摘要：供配电系统是车辆装备工作的重要基础设施，主要用于输送电能和控制后端用电设备的电能通断。在供配电系统设计中，随着车辆装备的日益智能化、集成化，车辆装备后端的负载特性也随之变得复杂，为适应于车辆装备的后端电源管理和工作数据监测，实现车辆装备工作时的稳定性和可靠性，本文针对车辆装备电源管理设计进行了原理分析和详细阐述，为后续车辆装备电源管理设计的研制提供一定的参考。

主题词：车辆装备；供配电系统；电源管理；可靠性

1引言

为实现车辆装备的电源管理，使得该配电设备具备输出高压直流、低压直流的供电能力和并网功能，本文基于车辆装备的使用情况，基于智能电源管理、多级保护等设计理念，进行了一种适用于多类型负载的电源管理设计。

2组成及工作原理

2.1 组成及功能

2.1.1 组成

电源管理设备主要由控制板、滤波器、并网模块、固态功率控制器、DC/DC电源模块、继电器、直流接触器、开关指示灯组件、机箱、连接器等组成。

图1电源管理设备内部组成示意图

2.2 工作原理

具体工作原理如下：

a)通过“远控/本控”切换开关选择启动方式；

b)在远控档位时，响应控制/显示终端的“启动”指令；在本控档位时，响应电源管理设备面板“本控”开关；两种模式启动方式互锁；

c)接收到启动信号时，接通蓄电池低压直流电源输入，通过DC/DC电源模块进行隔离输出，开始输出辅电，供配电系统中的工作设备得电启动；

d)电源管理设备接收到控制/显示终端“电源输出”指令后，控制板使用KI口采集该信号，通过KO输出控制继电器送出供电设备输出信号，控制供电设备启动并自动合闸输出高压直流，控制电源2接通高压直流母线；

e)组合接收到高压直流电源后，负责自转换辅电的DC/DC电源模块在启动指令信号有效情况下开始工作，输出低压直流电源与辅电电路进行并网，并控制蓄电池输入线路上的延时继电器常闭触点弹开，断开蓄电池DC 24V电源接入，电源模块在工作过程中实时采集该路电压电流状态以CAN通信方式将工作状态信息发送至控制板；

f)电源管理设备通过固态功率控制器电压采集电路对高压直流电压进行采集，发送至控制板进行监测，当监测到高压直流输入电压大于设定值以上时，输出控制指令打开固态功率控制器模块使能端；

g)固态功率控制器模块在判断本控“高压直流输出”开关状态和输出使能信号均有效情况下，先开启预充回路，以持续限流的方式进行缓启加电，随后放开限流限制，对负载进行正常加电，同时实时采集该路电压电流状态以CAN通信方式将工作状态信息发送至控制板；

h)当控制板监测到高压直流输入电压大于设定值以上时，输出控制指令打开DC/DC电源模块使能端，两个DC/DC电源模块进行组网并联输出额定低压直流电源；通过面板本控开关可单独对多路低压直流对外输出进行通断操作；

i)组合设计有2个独立CAN网，内部CAN网用于组合内部固态功率控制器模块、电源模块上报信息；外部CAN网用于将控制板整合后的电源管理设备工作状态信息上报至控制/显示终端。

3设计分析

3.1 高压直流并网设计

高压直流并网功能设计：通过并网模块将来自电源1、电源2与电源3的电源输入进行高压直流并网。

3.2 辅电输出设计

辅电（工作电源）设计：采用蓄电池低压直流电源提供启动电能，在电源管理设备中通过DC/DC电源模块进行隔离转换后为其他供配电设备提供工作电源；当电源管理设备有高压直流输入后，采用DC/DC电源模块并网提供低压直流辅电，替代蓄电池供电。

3.3 高压直流电源控制输出设计

高压直流控制输出设计：主要通过固态功率控制器对高压直流进行控制输出，固态功率控制器模块集成了输出控制、电压采集、电流采集、状态反馈、预充保护功能，集成度高，可靠性好。

3.4 固态功率控制器设计

固态功率控制器模块通过CAN总线进行远程控制，能够接通或断开负载，具有过流保护、短路保护功能，过流保护时间可通过CAN总线进行设置。此外，CAN总线可获取负载状态信息，保证产品具备丰富的BIT能力。通过上位机软件，固态功率控制器模块在其（20%～100%）规格电流范围内，可任意设置过流保护基准电流，以满足不同工作电流设备的配电需求。

固态功率控制器模块由主控模块与功率模块组成，原理框图如图所示。主控模块接收总线命令，根据接收到的控制命令控制功率模块的固态功率开关，完成配电控制操作，对功率模块的输出电压、电流以及触点状态等信息进行采集处理。

3.5 低压直流变换及控制设计

电源变换及控制输出设计：使用DC/DC源模块进行并联输出低压直流电源，实现低压直流电源输出功能；电源模块集成电压电流采集、组网同步启动、组网均流输出、CAN通信等功能

3.6 保护设计

保护功能设计如下：

a)　过压保护：控制板监测到高压直流电压高于设定值1时，向控制/显示终端发出过压预警信息；高于设定值2时

，断开固态功率控制器模块使能信号与DC/DC电源模块使能信号并向控制/显示终端上报故障信息；

b)　欠压保护:控制板监测到高压直流电压设定值3，向控制/显示终端发出发出欠压预警信息；低于设定值4时，断开固态功率控制器模块使能信号与电源模块使能信号并向控制/显示终端上报故障信息；

c)　过流保护（包含短路）：固态功率控制器模块、DC/DC电源模块均集成了过流保护电路，在输出端均配置了熔断器；

d)　过温保护：固态功率控制器模块、DC/DC电源模块均集成了过温保护电路，温度过高时会断开输出并将故障信息上报至控制/显示终端。

4结束语

本文针对车辆装备多类型负载下，设计了一种适用于多类型负载的电源管理设备，通过该电源管理设备，能够实现供配电系统的多类型负载供电输出和中继控制。

5参考文献

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