一种具备热插拔功能的阀控装置的制作方法

1.本实用新型属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种具备热插拔功能的阀控装置。


背景技术：

2.柔性直流换流阀作为输配电领域的关键设备，其可靠性要求较高。阀控装置是柔性直流换流阀实现控制和保护功能的核心设备，如果阀控装置失效，会造成换流阀停止工作、输电线路跳闸等问题。当阀控装置中的某个板卡出现异常时，应当能够在不影响阀控装置正常工作的条件下更换板卡。因此阀控装置需要具备冗余、可不停机在线更换板卡的功能。
3.当阀控装置中某块板卡异常时，为实现阀控装置的不停机可在线更换功能，通常需要板卡具备热插拔更换的功能。板卡在热插拔过程中，由于阀控装置的负载发生突变，会导致板卡上产生冲击电流，一方面影响阀控装置供电的稳定性，另一方面可能会引起同一阀控装置机箱内其它板卡的复位。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种具备热插拔功能的阀控装置，有效解决在阀控在线更换板卡过程种出现的供电稳定性问题和影响其他板卡复位的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型所述一种具备热插拔功能的阀控装置，包括无源背板和控制板，所述无源背板与控制板通过电连接器连接，所述控制板包括emi滤波电路和热插拔电路，所述电连接器包括无源背板连接器和控制板连接器，所述无源背板连接器包括长针a1、长针a2、长针a3和1根短针a4，所述长针a1和长针a2通过控制板连接器与emi滤波电路输入端连接，emi滤波电路输出通过控制板连接器与长针a3连接，所述无源背板的长针a3和短针a4短接，所述无源背板的短针a4通过控制板连接器与热插拔电路控制信号连接。
6.进一步的，无源背板连接器为公针，控制板连接器为母座。
7.进一步的，无源背板的电源公针与控制板的电源母座连接。
8.进一步的，长针a1、长针a2、长针a3长度相同，所述长针a3比短针a4长2mm。
9.进一步的，emi滤波电路与热插拔电路连接，所述控制板热插拔电路与功能电路连接。
10.进一步的，emi滤波电路为由共模电感、差模电感和电容组成的滤波电路。
11.进一步的，功能电路通过母座与无源背板公针连接，采用lvds通信实现控制。
12.进一步的，无源背板与导轨电源a和导轨电源b连接。
13.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果：
14.本实用新型所述的一种具备热插拔功能的阀控装置，采用无源背板与控制板连接，结构简单，并具备防emi防干扰电路，可靠性高。在热插拔电路中，通常情况下将背板的输入电源信号采用长短针，即电源脚接短针，地脚接长针。而现有大多数的连接器产品中，
一个连接器中只有一根短针，当控制板的负载电流较大时，一根针无法负载大电流，此时需要多个针并联。为避免连接器中短针不够用的问题，本实用新型采用一对长短针作为热插拔电路的控制信号，当控制板插入无源背板时，长针先接触导通，短针后接触导通；即电源与emi滤波电路导通后，再导通热插拔控制器的uv引脚控制端，防止控制板在上电过的不稳定状态下发送和接收错误的数据，此结构更为简单实用。
15.进一步的，emi滤波电路为由共模电感、差模电感和电容组成的滤波电路，能有效防止外部干扰信号导致热插拔电路误导通。
16.进一步的，无源背板与导轨电源a和导轨电源b连接，实现冗余供电，保证供电稳定性。
附图说明
17.图1所示为具备热插拔功能的阀控装置结构图；
18.图2所示为一种具备热插拔功能的控制板原理图。
具体实施方式
19.为使本实用新型的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下文列举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.参照图1，一种具备热插拔功能的阀控装置，由导轨电源a、导轨电源b、无源背板和控制板组成。导轨电源a、导轨电源b与无源背板电连接，无源背板与控制板采用电连接器连接，无源背板提供各控制板卡之间的通信和电源接口，控制板实现换流阀控制功能。电连接器包括无源背板连接器和控制板连接器，无源背板连接器包括无源背板连接器a和无源背板连接器b，控制板连接器包括控制板连接器a和控制板连接器b，无源背板连接器a与控制板连接器a连接，无源背板连接器b与控制板连接器b连接。无源背板连接器为公针，控制板连接器为母座；所述无源背板连接器a的公针中有3根长针a1、a2、a3和1根短针a4，3个长针长度相同，长针比短针长2mm。长针a1、a2为无源背板电源公针，其与控制板电源母座的a1’和a2’接口连接，长针a3与短针a4短接；控制板电源母座的a1’和a2’接口与emi滤波电路连接，emi滤波电路与热插拔电路连接，热插拔电路与功能电路连接。长针a3与控制板连接器
的母座a3’一端连接，控制板连接器的母座a3’另一端与emi滤波电路输出连接，短针a4与控制板连接器的母座a4’一端连接，控制板连接器的母座a4’另一端与热插拔电路控制信号连接。无源背板连接器b和无源背板连接器a结构和连接方式相同。无源背板通过连接器为各控制板之间提供通讯和供电接口，控制板实现换流阀的控制和保护功能。控制板上具有热插拔电路，无源背板采用长针a3和短针a4连接控制板的热插拔电路。导轨电源a和导轨电源b为控制板提供两路独立的冗余供电。
22.功能电路是包含由fpga、arm、dsp等集成芯片组成的具备换流阀控制功能的电路。功能电路通过母座与无源背板公针连接，采用lvds通信实现控制。
23.一种具备热插拔功能的控制板原理图如图2所示，当控制板插入无源背板后，24v电源通过由差模电感l1、共模电感l2和滤波电容c1、c2组成的emi滤波电路。当输入差模干扰信号时，差模电感l1和电容c1串联构成回路，因差模电感l1对差模高频干扰的感抗大，而电容c1对差模高频干扰的容抗小，这样可以滤除差模干扰信号；当输入共模干扰信号时，共模电流流过共模电感l2时，因共模电流在共模电感l2内同方向，共模电感l2内上下两个电感产生同方向的磁场，这时增大了共模电感l2的电感量，也就增大了共模电感l2对共模电流的感抗，加上电容c2对共模干扰信号的滤波作用，共同起到抑制共模干扰信号的作用。此电路可以有效滤除外部干扰信号，可以防止干扰信号造成热插拔电路误导通的问题。
24.热插拔电路由高精度采样电阻r8、开关管mosfet和具备欠压保护或者使能引脚的集成电路——热插拔控制器等器件组成。热插拔控制器上具有uv引脚、vdd引脚、sense引脚、gate引脚、fb引脚和power_good引脚。
25.emi滤波电路之后，热插拔控制器的uv引脚通过电阻r1和电阻r2组成的分压网络连接到无源背板的短针a4，短针a4与长针a3短接后，与控制板24v电源连接。在控制板插入无源背板时，长针a3先接触导通，短针a4后接触；即控制板上24v电源与emi滤波电路导通后，再导通热插拔控制器的uv引脚控制端。
26.在24v电源通过电阻r1和电阻r2组成的分压网络后，当输入热插拔控制器uv引脚的电压大于其内部基准电压时，热插拔控制器控制gate引脚输出电压达到mosfet的门槛电压，开通mosfet；当输入热插拔控制器uv引脚的电压小于其内部基准电压时，gate引脚电压关闭mosfet。
27.当热插拔控制器的gate引脚电压达到mosfet开启的门槛电压时，为了防止控制板在插入无源背板过程中的抖动，热插拔控制器在延时100ms后再驱动导通mosfet，此时电源通过mosfet后以一定的斜率缓慢上升到24v，防止了控制板在突然上电过程中导致较大的冲击电流，可能会造成供电电源电压被拉低以及其他控制板被复位的问题。
28.当热插拔电路的输出电压通过r5和r6组成的分压网络到热插拔控制器fb引脚的电压大于其内部基准电压时，此时热插拔控制器power_good引脚输出电压为低，表示供电电压正常，power_good引脚与后端功能电路连接，功能电路检测到此低电平后，通过内部逻辑电路使能，此时功能电路与无源背板之间可接收和发送数据。当热插拔电路的输出电压通过r5和r6组成的分压网络到热插拔控制器fb引脚的电压小于等于其内部基准电压时，热插拔控制器power_good引脚输出电压为高表示供电电压不正常，功能电路检测到此高电平后，通过内部逻辑电路使能，此时功能电路与无源背板之间不接收和发送数据。此引脚可以防止控制板在上电过程中的不稳定状态下发送和接收数据，避免其发送或接收错误的数
据。
29.当控制板从无源背板拔出时，控制板与无源背板之间的连接器，电源长针a3会先拔出，此时热插拔控制器的uv输入端电压低于其内部基准电压，热插拔控制器gate引脚电压迅速降低并关断mosfet，热插拔电路后端无输出电压；此时fb引脚输入电压低于其内部基准电压，热插拔控制器的power_good引脚输出为高；当功能电路检测到此高电平后，立即停止功能电路与无源背板之间的通讯，防止掉电过程中，导致发送或接收到错误的数据帧。
30.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。