专利名称：高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信、电力，电子技术领域，特别涉及一种用于在线检测通信基站 高频开关电源模块故障的装置。
背景技术：
随着通信业务的不断扩展，通信基站迅速增加并且逐渐边缘化，基站又多建在山 地且无人值守，使得通信基站的维护管理的工作量和难度成倍增加。通信电源是通信基站 的核心部分，为了使通信基站能安全稳定的运行，需要对电源进行检测和维护。目前通常由 维护人员到现场以离线方式进行检修，受条件的限制多有不便。特别是瞬间出现又恢复的 隐性故障和必须在线运行才能反映出来的故障，往往无法及时检测得到。基站配有交直流供电系统，高频开关电源在其间起到桥梁作用，是两者之间的关 键环节。一方面要保证负载的供电要求，另一方面又要对蓄电池组进充电维护。在设计中， 《通信电源设备安装设计规范》要求开关电源的负载能力必须满足最大负载电流加均充电 流再加1的冗余设计。一般高频开关电源都由多个模块组合成，而满负荷和均充的时间占整个工作的时 间比例是比较小的。半年或者一年均充一次，每次12个小时。

实用新型内容(一)技术问题本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中离线检修开关电源的缺陷，利用 开关电源模块多数时间都工作在轻载、低效率的工作区域这一特点，通过智能化管理实现 通信基站高频开关电源模块的在线检测和维护。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案提供了一种高频开关电源智能在线 检测优化管理控制装置，包括传感器，用于采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；数据处理器，对所述特征信号进行放大及滤波处理；模数转换器，对所述数据处理器输出的信号进行模数转换后获得所述多个电源模 块的特征值数据；数据存储器，存储转换后的特征值数据，以及多个故障判断特征子集和性能判断 特征子集；故障判断器，读取所述数据存储器中的特征值数据和故障判断特征子集，存储需 要退出的故障电源模块标识及其故障权重等级；性能排序器，读取所述数据存储器中的所述特征值数据和性能判断特征子集，以 及读取所述故障判断器中存储的故障权重等级，并存储所述多个电源模块的优劣排序结 果；
3[0015]模块选择器，读取所述性能排序器的优劣排序结果，存储排位较高的电源模块作 为故障模块的替换模块；控制器，关闭与所述故障判断器中存储的故障电源模块相对应的开关以使其离 线，以及开启与所述模块选择器所存储的替换模块相对应的开关以使其在线。进一步地，还包括检修人员操作器，包括键盘、显示屏以及远端传送串行通信电路，用于检修维护人 员向所述数据存储器输入指令、参数，以及根据所述指令显示各个模块的工作状态、电量测 量状态、温度测量状态。其中，所述数据存储器还记录特征值信号中出现表征瞬间异常工作状态的频率， 当所述频率达到一定的阈值时，所述故障判断器将其对应的电源模块存储为故障模块。其中，所述传感器包括多个电流电压互感器和温度传感器。进一步地，还包括预警器，用于根据所述故障判断器中存储的故障权重等级发出 预警信号，以及向远端传输预警数据。(三)有益效果本实用新型的有益效果在于通过本实用新型的装置，能以在线检测的方式检测高频开关电源模块的异常或故 障，自动排除故障模块，记录故障工作点状态，特别是能记录瞬时出现的异常和隐形故障， 做出预警提示，由此提高了开关电源的安全时效并减少了维护工作量；本实用新型的传感器除了检测开关电源的输入输出的电量外，还增加了对重点电 路单元的温度检测，更全面的反映模块的工作状态，以方便查找品质性潜在故障并记录做 出预警提示，避免了低效率和有隐形故障的模块投入运行，给维护工作带来极大方便。本实用新型的装置充分的利用了高频开关电源模块的不同工作方式，在绝对多数 时间以少数模块在线，多数模块离线的方式，避免了遭雷击使开关电源瘫痪的问题，并能自 动切除故障模块，投入好的离线模块，有节能增效、延长开关电源模块的使用周期的功能， 减少了维护人员必须到现场维护的周期，提高电源的安全性。

图1是根据本实用新型的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置的结构 示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，结合附图和实 施例说明如下。如图1所示，本实施例的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置包括传感器，包括多个电流电压互感器和温度传感器，用于采集多个开关电源模块的、 表征其各自的工作状态的特征值；包括输入的交流电流值、交流电压值，输出的直流电流 值、直流电压值，以及重点电路功率单元的温度值。数据处理器，对传感器单元采集到的信号进行放大及滤波处理；具体实施过程中， 可以由LM258运算放大器等电路完成。
4[0032]模数转换器，对所述信号处理单元输出的信号进行模数转换后获得所述多个电源 模块的特征值数据；具体地，可以采用MSP430单片机的A/D端执行采集信号的模数转换；数据存储器，转换后的数据经过数字滤波器滤波后存到存储器的特征队列表中， 所述存储的数据包括实时检测特征值数据和历史检测特征值数据；上述特征队列表内已经 存储有M个故障判断特征子集以及N个性能判断特征子集；故障判断器，用于根据数据存储器的特征值数据和故障判断特征子集识别、记录 需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；其中，所述故障判断特征子集包括表征模块 故障类型的标识和与这种故障类型相对应的特征值，例如，电流异常故障可分为控制脉冲 异常，控制脉冲消失，功率器件开路，功率器件老化，风机故障，功率器件短路；根据上述表 征各开关电源模块工作状态的实时及历史特征值数据以及多个判断子集，对每一模块的特 征值数据与所述故障判断特征子集中的故障特征值分别进行模糊搜索对比，将对比结果表 征严重影响电源工作的故障模块识别为需退出模块，例如过压模块、过流模块、隐形故障模 块以及瞬间异常累计到一定程度的异常模块等，并将其按照故障等级权重排位；此外，数据存储器还记录传感器所采集到的信号中出现的表征瞬间异常工作状态 的频率，当所述频率达到一定的阈值时，故障判断器也将其对应的电源模块标识为需要退 出的模块；性能排序器，用于根据数据存储器的所述特征值数据和性能判断特征子集，以及 所述故障判断器记录的故障权重等级，对所述多个电源模块进行优劣排序；其中，性能判断 特征子集包括表征模块性能优劣程度的标识和与这种性能相对应的特征值，例如在某一工 况下采集到的输入电压、电流、输出的电压、电流和温度值；将每一模块的历史特征值数据 与性能判断特征子集分别进行模糊对比，综合评述其性能并进行级别标识，同时对多个模 块的性能级别标识进行纵向对比，实现优劣排序；模块选择器，根据需要按照性能排序器的排序结果选择排位较高的电源模块为故 障模块的替换模块；选择上述性能排序结果中具有最高或较靠前排位的模块为待投入的替 换模块；控制器，包括开关电路和驱动执行电路，关闭与所述故障判断器记录的故障电源 模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述模块选择器所选择的替换模块相对应的开 关以使其在线。此外，所述高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置还可以包括输入输出界 面及显示器，包括输入工具(如键盘)、显示工具(如液晶屏)及串行通信工具(如RS-232 串行输出通信电路)；用于根据检修维护人员输入的指令、参数，通过图形，汉字，曲线的方 式显示异常或故障模块的运行状态、电量测量状态、温度测量状态，以方便维护工作人员的 检修和故障的排除。下面将通过具体故障的检测对本实施例的装置进行进一步详细描述。当开关电源的器件故障或功率器件老化时，该模块的传感器采集到的电流信号会 偏差较大，即，虽然有均流信号，但信号仍有较大偏差时，故障判断器通过对存储器内历史 工作数据的纵向对比，以及各个模块之间特征数据的横向对比，将具有与M种故障状态中 的相应状态相对应的特征值数据的模块记录为故障模块，并通过控制器使该模块退出，同 时投入特征队列表中具有最高排位的模块以替换该故障模块。[0042]若投入的开关电源模块中存在一个过压模块，会引起所有模块过压保护。故障判 断器对传感器单元采集的特征值信号进行处理并判断其中包含表征过压模块的特征数据 时，控制器将按模块运行时间的长短顺序轮换投入一个模块，再退出另一个模块的方式操 作，直到通过模糊搜索比较方法找到该过压模块，并标定该模块的特征数据与M种状态中 的相应状态相对应的值，记录该模块并将其退出；电源电压恢复正常后，控制器锁定该模 块，使其不能自动投入运行，并发出检修信号，使故障指示灯闪动，并通过通信口向远端发 出检修指令。如果开关电源模块的功率器件损坏，故障判断器识别、记录该模块后，控制器将直 接退出并锁定该模块使其不得再次投入；如果故障判断器通过模糊搜索比较方法判断其 是因功率器件品质因素故障或风扇停机引起的故障或驱动脉冲异常的故障，标定该模块的 特征数据与M种状态中的相应状态相对应的值，按照其故障权排入队列尾部并做出预警记 录。此时，该模块只能作备用。如果传感器采集到的信号显示当开关电源工作在效率曲线80%以上而输出电流 再也不能增加时，故障判断器通过模糊搜索比较以后，确定故障标记，通过控制器投入队列 中性能排位最靠前的模块，并退出该故障模块，将其按照故障权重排入队列尾部并做出预
警记录。此外，有很多瞬间出现的输出异常，维护人员无法得知，数据存储器也可以将其记 录下来，同时记录下各个测量点的信号，并累计其出现频率，发出预警信号，以帮助维护人 查找故障原因。当数据存储器的记录显示某一模块出现瞬间异常的频率累计到一定数量 时，故障判断器识别其为需要退出的模块，并通过控制器将该模块退出，并排入开关电源组 队列的尾部。在具体实施过程中，故障判断器可以对高频开关电源模块的异常工状记录并判 别、标识故障等级，以方便维护人员查找故障点；按工况的需要，以高效节能的方式投入少 数模块，退出多数模块，保证投入的模块是队列中最优模块(排位靠前的模块)，同时增加 了开关电源模块的电子使用周期；控制器根据故障判断器的判断结果代替维护人员自动切 除严重影响电源稳定运行的模块，根据模块选择器的选择结果投入离线运行的模块并锁定 已故障的开关电源模块，防止误操作危害整个电源系统；在通信基站受到雷电攻击损坏后， 自动切除故障模块，投入好的离线模块(离线模块往往不会受到攻击)，保证电源系统不被 瘫痪。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领 域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和 变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应 由权利要求限定。
权利要求1.一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，包括传感器，用于采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；数据处理器，对所述特征信号进行放大及滤波处理；模数转换器，对所述数据处理器输出的信号进行模数转换后获得所述多个电源模块的 特征值数据；数据存储器，存储转换后的特征值数据，以及多个故障判断特征子集和性能判断特征 子集；故障判断器，读取所述数据存储器中的特征值数据和故障判断特征子集，存储需要退 出的故障电源模块标识及其故障权重等级；性能排序器，读取所述数据存储器中的所述特征值数据和性能判断特征子集，以及读 取所述故障判断器中存储的故障权重等级，并存储所述多个电源模块的优劣排序结果；模块选择器，读取所述性能排序器的优劣排序结果，存储排位较高的电源模块作为故 障模块的替换模块；控制器，关闭与所述故障判断器中存储的故障电源模块相对应的开关以使其离线，以 及开启与所述模块选择器所存储的替换模块相对应的开关以使其在线。
2.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于， 还包括检修人员操作器，包括键盘、显示屏以及远端传送串行通信电路，用于检修维护人员向 所述数据存储器输入指令、参数，以及根据所述指令显示各个模块的工作状态、电量测量状 态、温度测量状态。
3.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于， 所述数据存储器还记录特征值信号中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到 一定的阈值时，所述故障判断器将其对应的电源模块存储为故障模块。
4.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于， 所述传感器包括多个电流电压互感器和温度传感器。
5.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于， 还包括预警器，用于根据所述故障判断器中存储的故障权重等级发出预警信号，以及向远 端传输预警数据。
专利摘要本实用新型提供了一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，包括传感器，采集多个开关电源模块的工作状态特征信号；数据处理器，对特征信号进行放大及滤波处理；模数转换器，对处理后的信号进行模数转换；数据存储器，存储转换后的特征值数据，以及多个故障判断特征子集和性能判断特征子集；故障判断器，读取特征值数据和故障判断特征子集，存储需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；性能排序器，读取特征值数据和性能判断特征子集，以及读取故障权重等级，存储电源模块的优劣排序结果；模块选择器，读取排序结果，存储排位较高的电源模块为替换模块；控制器，关闭与故障模块相对应的开关，以及开启与替换模块相对应的开关。
文档编号G01R31/40GK201893605SQ20102011466
公开日2011年7月6日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者不公告发明人 申请人:北京奥福瑞科技有限公司