本發(fā)明涉及于電力分配技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PDU過載自動保護方法以及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

PDU(Power Distribution Unit，電源分配單元)，也就是我們常說的機柜用電源分配插座，PDU是為機柜式安裝的電氣設(shè)備提供電力分配而設(shè)計的產(chǎn)品，擁有不同的功能、安裝方式和不同插位組合的多種系列規(guī)格，能為不同的電源環(huán)境提供適合的機架式電源分配解決方案。PDU的應用，可使機柜中的電源分配更加整齊、可靠、安全、專業(yè)和美觀，并使得機柜中電源的維護更加便利和可靠。

現(xiàn)有技術(shù)中，常因負載啟動電流過大而出現(xiàn)保險絲或者斷路器跳閘斷電。由于PDU一般包括多組回路，每個回路提供數(shù)個負載接入插座，每個回路通過一個斷路器或者保險絲進行過載保護，一旦某個回路過載，則會將整個回路切斷，從而導致該回路上的所有負載無法運行，此必然影響PDU整體的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種PDU過載自動保護方法以及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種PDU過載自動保護方法，包括：

S1、實時獲取各回路中的總電流，如果某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值則進入步驟S2；

S2、根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，切斷某個負載的支路，并轉(zhuǎn)步驟S1。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護方法中，所述步驟S2包括：將回路中最新接入的負載所在支路切斷。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護方法中，所述步驟S2包括：將回路中連接有負載的支路中的卸載優(yōu)先級最高的支路切斷。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護方法中，所述步驟S1之前還包括：

S0、針對每個回路，預設(shè)回路中的各個支路的卸載優(yōu)先級。

本發(fā)明還公開了一種基于所述的過載自動保護方法的PDU過載自動保護系統(tǒng)，包括：

輸出模塊，包括至少一個回路，且每個回路包括多個支路，每個支路用于連接一個負載；

計量模塊，用于實時采集各個支路的電流，并分析計算得到各個回路的總電流；

控制模塊，用于在如果某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值時，根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，切斷某個負載的支路直至該回路的總電流在預設(shè)閾值以內(nèi)。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括用于計量模塊和控制模塊之間的通信的信號隔離模塊以及用于為其他模塊供電的電源模塊；

所述電源模塊包括用于接入火線和地線、數(shù)據(jù)總線和直流電源的與回路數(shù)量對應的至少一個輸入接口，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為芯片所需的各種直流電源的至少一個穩(wěn)壓器，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為隔離電源的電源隔離器。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護系統(tǒng)中，每個支路包括繼電器、負載插座、檢流電阻，所述繼電器的線圈連接控制模塊，同屬一條回路的負載插座的火線引腳通過對應的繼電器的開關(guān)連接至對應的輸入接口的火線接入引腳、零線引腳通過檢流電阻連接隔離電源的地、地線引腳連接輸入接口的地線接入引腳，檢流電阻的兩個電流檢測端連接至計量模塊。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護系統(tǒng)中，所計量模塊包括多個以隔離電源供電的計量芯片，所述信號隔離模塊包括多個光耦。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護系統(tǒng)中，光耦包括輸入端連接直流電源且輸出端連接隔離電源的第一光耦以及輸入端連接隔離電源且輸出端連接直流電源的第二光耦，計量芯片包括三路計量芯片和/或一路計量芯片，各三路計量芯片的片選引腳分別連接一個第一光耦的信號輸出端，各三路計量芯片的同步時鐘引腳連接至同一個第一光耦的信號輸出端，各三路計量芯片的主輸出從輸入引腳連接至同一個第一光耦的信號輸出端，各三路計量芯片的復位引腳連接至同一個第一光耦的信號輸出端，各三路計量芯片的主輸入從輸出引腳連接至同一個第二光耦的信號輸入端，與三路計量芯片連接的所有第一光耦的信號輸入端以及第二光耦的信號輸出端通過一根SPI總線連接至控制模塊；各一路計量芯片的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳分別連接一個第二光耦的信號輸入端，且所有與一路計量芯片連接的第二光耦的信號輸出端連接在一起后通過一根串口通訊線連接至控制模塊；各一路計量芯片的接收數(shù)據(jù)引腳分別連接一個第二光耦的信號輸出端，且所有與一路計量芯片連接的第二光耦的信號輸入端連接在一起后通過一根串口通訊線連接至控制模塊。

在本發(fā)明所述的PDU過載自動保護系統(tǒng)中，所述控制模塊包括：單片機、電平轉(zhuǎn)換芯片、外圍電路、信號收發(fā)器，各繼電器的線圈通過電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機的對應引腳連接，單片機通過信號收發(fā)器與輸入接口的數(shù)據(jù)總線接入引腳連接。

實施本發(fā)明的PDU過載自動保護方法以及系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明通過實時獲取各回路中的總電流，可知及時獲知某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值的異常情況，且在該回路的斷路器或者保險絲啟動斷路保護之前，根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，及時切斷該回路中某個負載的支路直至回路的總電流不超過其預設(shè)閾值，實現(xiàn)過載自動及時保護，且不會影響回路中其他負載的正常運行，提高PDU產(chǎn)品整體的可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖：

圖1是本發(fā)明的PDU過載自動保護方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的PDU過載自動保護系統(tǒng)的較佳實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是圖2中電源模塊的電路圖；

圖4是圖2中輸出模塊的電路圖；

圖5是圖2中計量模塊的電路圖；

圖6是圖2中信號隔離模塊的電路圖；

圖7是圖2中控制模塊的電路圖。

具體實施方式

在本發(fā)明實施例中，通過實時獲取各回路中的總電流，可知及時獲知某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值的異常情況，且在該回路的斷路器或者保險絲啟動斷路保護之前，根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，及時切斷該回路中某個負載的支路直至回路的總電流不超過其預設(shè)閾值，實現(xiàn)過載自動及時保護，且不會影響回路中其他負載的正常運行，提高PDU產(chǎn)品整體的可靠性和穩(wěn)定性。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參考圖1是本發(fā)明的PDU過載自動保護方法的流程圖。本發(fā)明的PDU過載自動保護方法包括：

S1、實時獲取各回路中的總電流，如果某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值則進入步驟S2；

S2、根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，切斷某個負載的支路，并轉(zhuǎn)步驟S1。

如果步驟S2中根據(jù)負載的接入順序切斷負載，則具體為：將回路中最新接入的負載所在支路切斷。

例如，系統(tǒng)有兩個回路，每個回路有12個支路，回路的預設(shè)閾值為14A.如果之前投入運行的支路為1-11，且總電流已經(jīng)達到14A，如果12號支路接入負載，其啟動電流為3A，如果沒有本發(fā)明的自動保護機制，則回路總電流為17A超過預設(shè)閾值14A，因此整個回路的斷路器斷開，所有支路的負載被切斷供電，而本發(fā)明在斷路器工作前，第一時間切斷12號支路的供電，由此可以在不影響其他正在運行負載的工作的前提下，對回路進行過載保護。

如果步驟S2中根據(jù)支路的卸載優(yōu)先級切斷負載，則具體為：將回路中連接有負載的支路中的卸載優(yōu)先級最高的支路切斷。

例如，某個回路有12個支路，1-12支路的卸載優(yōu)先級被預設(shè)為12、11、10、…、3、2、1，回路的預設(shè)閾值為14A，1-11這幾個支路接入了負載，且總電流已經(jīng)為13A，如果12號支路接入負載，其啟動電流為3A，如果沒有本發(fā)明的自動保護機制，則回路總電流為16A超過預設(shè)閾值14A，因此整個回路的斷路器斷開，所有支路的負載被切斷供電，而本發(fā)明在斷路器工作前，第一時間切斷1號支路的供電，回歸步驟S1如果切斷后回路總電流還是沒能降到14A以內(nèi)，則會繼續(xù)執(zhí)行步驟S2切斷2號支路的供電，依次類推，直至回路總電流降到14A以內(nèi)，由此可以在不影響其他正在運行負載的工作的前提下，對回路進行過載保護。

需要明確的是，以上關(guān)于回路中支路的卸載優(yōu)先級的設(shè)定情況僅僅是一個示意，實際上可以根據(jù)實際情況自行設(shè)定，并不限于于此。

可以理解的是，回路中支路的卸載優(yōu)先級可以是系統(tǒng)默認設(shè)置好的，也可以在投入使用的過程中，根據(jù)情況進行調(diào)整，所以優(yōu)選的，所述步驟S1之前還包括：

S0、針對每個回路，預設(shè)回路中的各個支路的卸載優(yōu)先級。

另外，切斷某個支路，可以通過控制支路中的繼電器開關(guān)的通斷實現(xiàn)。當然，還可以是其他類型的電氣開關(guān)，只要能通過接受觸發(fā)信號自動控制支路的通斷都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

下面介紹一種基于上述保護方法的PDU過載自動保護系統(tǒng)。參考圖2，較佳實施例的PDU過載自動保護系統(tǒng)包括：

輸出模塊，包括M個回路，M為正整數(shù)，且每個回路包括多個支路1-N，N為正整數(shù)，每個支路用于連接一個負載；

計量模塊，用于實時采集各個支路的電流，并分析計算得到各個回路的總電流；

控制模塊，用于在如果某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值時，根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，切斷某個負載的支路直至該回路的總電流在預設(shè)閾值以內(nèi)；

信號隔離模塊，用于計量模塊和控制模塊之間的通信；

電源模塊，用于為其他模塊供電。所述電源模塊包括用于接入火線和地線、數(shù)據(jù)總線和直流電源的與回路數(shù)量對應的至少一個輸入接口，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為芯片所需的各種直流電源的至少一個穩(wěn)壓器，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為隔離電源的電源隔離器。

下面以兩個回路且每個回路4個支路為例，結(jié)合具體的電路圖對各個模塊進行詳細說明。

電源模塊：

參考圖3，所述電源模塊包括與回路數(shù)量對應的2個輸入接口J2和J3，其均有：6號引腳連接火線L-in1/L-in2，5號引腳連接與火線匹配的地線，2、3號引腳連接485數(shù)據(jù)總線485A、485B，1、4號引腳連接+12V直流電源的電源端和接地端。其中，第一穩(wěn)壓器U9將+12V直流電源轉(zhuǎn)換為+5V直流電源，第二穩(wěn)壓器U10將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為+3.3V直流電源，電源隔離器U7將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為5V隔離電源，如圖中AFE 5V，第三穩(wěn)壓器U8將5V隔離電源轉(zhuǎn)換為3.3V隔離電源，如圖中S3.3。本實施例中，U9為LM780，U10為SPX1117M3-3.3，U7為DCDC-5V-1W-WB，U8為SPX1117M3-3.3。

輸出模塊：

參考圖4，輸出模塊包括兩個支路，每個支路包括繼電器、負載插座、檢流電阻、濾波電容CAP1和CAP2，如圖中8個支路的繼電器為K1-K8，負載插座為P1-P8，檢流電阻為R1-R8，圖中MV1-MV8對繼電器開關(guān)進行過壓保護。繼電器的線圈連接控制模塊，同屬一條回路的負載插座的火線引腳通過對應的繼電器的開關(guān)連接至對應的輸入接口的火線接入引腳、零線引腳通過檢流電阻連接隔離電源的地、地線引腳連接輸入接口的地線接入引腳，檢流電阻的兩個電流檢測端連接至計量模塊。如圖中，R1的兩個電流檢測端為CTA1和CTA2，R2的兩個電流檢測端為CTB1和CTB2等?？梢岳斫獾氖牵娏鳈z測端并不限于圖示位置，可根據(jù)情況自行設(shè)定，只要能獲取到特定阻值上的電壓即可。

計量模塊和信號隔離模塊：

計量模塊包括多個以隔離電源供電的計量芯片，計量芯片包括三路計量芯片和/或一路計量芯片?？梢岳斫獾氖?，計量芯片的選取可以根據(jù)具體的支路數(shù)量進行組合。參考圖5，由于輸出模塊總共有8路信號需要處理，因此為盡量避免不必要的浪費充分利用元器件，減小電路體積，可以用兩個三路計量芯片和兩個一路計量芯片U1、U3。圖中僅示意出了分別與一個三路計量芯片RN7302連接的接口UA1和UB1。

所述信號隔離模塊包括多個光耦，光耦的數(shù)量與計量模塊的輸入信號和輸出信號的路數(shù)相同。因為三路計量芯片和一路計量芯片與總控模塊之間總共有10路信號交互，因此光耦數(shù)量為10。參考圖6，光耦采用NEC2501，我們將輸入端連接直流電源+3.3V且輸出端連接隔離電源S3.3V的光耦記為第一光耦，如圖中US3-US8以及US10，將輸入端連接隔離電源S3.3V且輸出端連接直流電源+3.3V的光耦記為第二光耦，如圖中US1、US2和US9。

結(jié)合圖5和圖6，各三路計量芯片的片選引腳即CS1、CS2分別連接一個第一光耦US8、US6的信號輸出端，各三路計量芯片的同步時鐘引腳SCK1連接至同一個第一光耦US7的信號輸出端，各三路計量芯片的主輸出從輸入引腳MOSI_S連接至同一個第一光耦US4的信號輸出端，各三路計量芯片的復位引腳RST1S1連接至同一個第一光耦US5的信號輸出端，各三路計量芯片的主輸入從輸出引腳SISO_S連接至同一個第二光耦US2的信號輸入端，與三路計量芯片連接的所有第一光耦US4-US8的信號輸入端以及第二光耦US2的信號輸出端通過一根SPI總線連接至控制模塊；各一路計量芯片U1、U3的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳TX1、TX2分別連接一個第二光耦US1、US9的信號輸入端，且所有與一路計量芯片U1、U3連接的第二光耦US1、US9的信號輸出端連接在一起后通過一根串口通訊線連接至控制模塊；各一路計量芯片U1、U3的接收數(shù)據(jù)引腳RX1、RX2分別連接一個第二光耦US3、US10的信號輸出端，且所有與一路計量芯片U1、U3連接的第二光耦US3、US10的信號輸入端連接在一起后通過一根串口通訊線連接至控制模塊。

控制模塊：

控制模塊包括單片機U5、電平轉(zhuǎn)換芯片U2、外圍電路、485的信號收發(fā)器U6，各繼電器K1-K8的線圈通過電平轉(zhuǎn)換芯片U2與單片機U5的對應引腳連接，單片機U5通過信號收發(fā)器U6與輸入接口J2或者J3的數(shù)據(jù)總線接入引腳連接，輸入接口J2和J3的2、3號引腳分別通過485數(shù)據(jù)總線與整個PDU的主控模塊連接。本實施例中U2為STM32F103，U5為ULN2803，U4為ATC24C04，U6為SN75LBC184DR。

本發(fā)明的工作原理是，當單片機U5根據(jù)計量模塊上傳的信號計算得到回路總電流大于預設(shè)閾值時，則U5根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，通過U2控制與U2連接的某個繼電器的線圈電流變?yōu)?，進而使得繼電器開關(guān)打開，繼電器的開關(guān)所在支路即被切斷。

需要明確的是，本發(fā)明中所有元器件以及其型號僅為示例，其可以被功能等同的其他結(jié)構(gòu)替代，所有基于本發(fā)明的思路所確定的元器件及其型號都落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

綜上所述，實施本發(fā)明的PDU過載自動保護方法以及系統(tǒng)，具有以下有益效果：本發(fā)明通過實時獲取各回路中的總電流，可知及時獲知某個回路的總電流超過其預設(shè)閾值的異常情況，且在該回路的斷路器或者保險絲啟動斷路保護之前，根據(jù)回路中的負載的接入順序或者負載所在支路的卸載優(yōu)先級，及時切斷該回路中某個負載的支路直至回路的總電流不超過其預設(shè)閾值，實現(xiàn)過載自動及時保護，且不會影響回路中其他負載的正常運行，提高PDU產(chǎn)品整體的可靠性和穩(wěn)定性。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。