專利名稱：模塊式全數(shù)字化智能電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模塊式全數(shù)字化智能電源裝置。
目前的模塊式智能電源裝置包括交流配電單元、直流配電單元、監(jiān)控單元、N個并聯(lián)模塊，每個模塊具有主功率電路、電壓變送電路、電流變送電路、故障檢測電路、驅(qū)動電路、單片機、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和專用控制芯片。各模塊中的單片機分別通過接口與監(jiān)控單元相連，實現(xiàn)通信，而模塊之間不直接交換信息。工作時，交流電經(jīng)過交流配電單元輸入模塊，各模塊電流迭加，經(jīng)直流配電單元供給負載，各模塊中的主功率電路輸出的電壓和電流分別經(jīng)電壓變送電路和電流變送電路變成電壓信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入單片機，主功率電路的故障信號經(jīng)故障檢測電路輸入單片機，由監(jiān)控單元對各模塊的工作狀況輪流查詢，作出顯示和故障報警等，同時各模塊中的單片機根據(jù)來自監(jiān)控單元的命令和數(shù)據(jù)，以專用控制芯片為核心來控制主功率電路的熱開關(guān)機和調(diào)節(jié)控制環(huán)的給定基準。這種電源裝置雖比分立元件構(gòu)成的模擬控制電路簡化了很多，也能實現(xiàn)PID(比例積分微分)控制，但其控制環(huán)路中的反饋控制網(wǎng)絡(luò)仍需外接大量的電阻，電容等器件，會影響電源裝置的可靠性，而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在許多場合PID控制方法已不能滿足要求，另外模塊之間的電流均勻分配是保證電源裝置正常工作的關(guān)健，現(xiàn)在的電源裝置是利用專用控制芯片實現(xiàn)均流的，這些并聯(lián)工作的N個模塊中，以輸出電流最大的模塊自動作為主模塊，其余N-1個模塊則為從模塊，主模塊按電壓源方式工作，決定整個電源裝置的輸出電壓，從模塊按電流源方式工作，都隨主模塊分配電流，起平均分配電流的作用，它永遠不能達到主模塊的電流值，這種均流方式均流的精度不高。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠、均流效果好、精度高的模塊式全數(shù)字化智能電源裝置。
為達上述目的，本實用新型提供的模塊式全數(shù)字化智能電源裝置用DSP數(shù)字信號處理器(簡稱DSP)取代原模塊中的單片機，對主功率電路實行閉環(huán)控制。該電源裝置包括交流配電單元、直流配電單元、監(jiān)控單元和N個并聯(lián)模塊，每個模塊包括主功率電路、電壓變送電路、電流變送電路、故障檢測電路、驅(qū)動電路、DSP數(shù)字信號處理器和用于控制主功率電路中功率管互補導(dǎo)通的互補及死區(qū)發(fā)生電路，主功率電路輸出的電壓和電流分別經(jīng)電壓變送電路和電流變送電路各與DSP的A/D引腳相連，主功率電路輸出的故障信號經(jīng)故障檢測電路與DSP的并行I/O口相連，互補及死區(qū)發(fā)生電路的輸入端與DSP的脈寬調(diào)制信號輸出端相連，輸出端與接主功率電路的驅(qū)動電路相連，DSP的串行口通過接口與監(jiān)控單元相連，DSP的CAN端與CAN總線收發(fā)器相連，各模塊的CAN總線收發(fā)器并聯(lián)連接。
工作時，各模塊中的DSP將來自電壓變送電路和電流變送電路的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換并進行運算后產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，該脈寬調(diào)制信號經(jīng)互補及死區(qū)發(fā)生電路變成兩對互補的PWM信號給驅(qū)動電路，用于控制主功率管，避免同橋臂的兩個主功率管同時導(dǎo)通，主功率電路的故障信號經(jīng)故障檢測電路輸入DSP，由監(jiān)控單元巡回監(jiān)控各模塊的工作狀態(tài)和故障，DSP根據(jù)監(jiān)控單元的命令和數(shù)據(jù)控制主功率電路的熱開關(guān)機和調(diào)節(jié)控制環(huán)的給定基準，DSP的CAN屬總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，通過CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)并聯(lián)工作的各模塊之間的數(shù)據(jù)通信，各模塊電流都以廣播形式向總線發(fā)送，每個模塊中DSP的CAN端接收到其它模塊在總線上發(fā)送的模塊電流值后，根據(jù)并聯(lián)工作的模塊總數(shù)和各模塊的電流，進行均流計算，算出電流總和及各模塊電流平均值，再用這個平均電流值與本模塊電流值比較，比較的結(jié)果用來補償電壓基準。
由于CAN總線收發(fā)器為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一模塊均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其它模塊發(fā)送信息，而不分主從，當多個模塊同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的模塊會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的模塊可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，故采用CAN總線收發(fā)器的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性優(yōu)點。本實用新型用具有高速信號處理能力的DSP參與主功率電路的控制，均流效果好，精度高，將模塊的輸出電壓控制和均流功能集中于一片DSP完成，電路集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，利于提高電源裝置可靠性。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。


圖1是本實用新型的電源裝置方框圖；圖2是本實用新型的一個模塊實施例；圖3是互補及死區(qū)發(fā)生電路的電路圖。
參照圖1，本實用新型的模塊式全數(shù)字化智能電源裝置，包括交流配電單元12、直流配電單元13、監(jiān)控單元11和N個并聯(lián)模塊14，每個模塊包括主功率電路1、電壓變送電路5、電流變送電路6、故障檢測電路3、驅(qū)動電路2、DSP數(shù)字信號處理器4、互補及死區(qū)發(fā)生電路7，主功率電路1輸出的電壓和電流分別經(jīng)電壓變送電路5和電流變送電路6各與DSP數(shù)字信號處理器4的A/D引腳相連，主功率電路輸出的故障信號經(jīng)故障檢測電路3與DSP數(shù)字信號處理器4的并行I/O口相連，互補及死區(qū)發(fā)生電路7的輸入端與DSP的脈寬調(diào)制信號輸出端相連，輸出端與接主功率電路1的驅(qū)動電路2相連，DSP數(shù)字信號處理器4的串行口通過接口9與監(jiān)控單元11相連，DSP數(shù)字信號處理器4的CAN端與CAN總線收發(fā)器8相連，各模塊的CAN總線收發(fā)器8并聯(lián)連接。
在圖2所示實例中，DSP數(shù)字信號處理器4采用TMS320X241，主功率電路1輸出的電壓通過電壓變送電路5變成0～5伏電壓輸入DSP的引腳ADCIN00，主功率電路1輸出的電流通過電流變送電路6變成0～5伏電壓輸入DSP的引腳ADCIN01，DSP將ADCIN00和ADCIN01腳輸入的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換并進行運算后產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號PWMLEAD和PWMLAG，該脈寬調(diào)制信號經(jīng)互補及死區(qū)發(fā)生電路7變成4個PWM信號，其中PWMQ1與PWMQ3互補，PWMQ2與PWMQ4互補，故采用兩個互補及死區(qū)發(fā)生電路，兩個互補的PWM信號間有死區(qū)，可避免同橋臂的兩個主功率管同時導(dǎo)通，每個互補及死區(qū)發(fā)生電路如圖3所示，由施密特非門、二極管、電阻和電容構(gòu)成，DSP輸出的PWMLEAD經(jīng)施密特非門A后，得到與原輸入的PWM信號互補的信號，這兩個互補信號分別經(jīng)過二極管與電阻并聯(lián)，再串聯(lián)電容的電路，利用電容充放電回路的時間常數(shù)不同，得到死區(qū)，經(jīng)施密特非門B、C整形和反相，輸出兩路分別控制主功率電路同一橋臂的兩個主功率管的互補信號PWMQ1和PWMQ3，DSP輸出的PWMLAG也經(jīng)過同樣的電路得到PWMQ2和PWMQ4。DSP的串行口引腳SCITXD、SCIRXD與接口RS485相連，DSP的IOPA2和IOPB6引腳與故障檢測電路3輸出的過流信號OVERCURR和模塊過溫信號OVERTEMP相連，過流時DSP從引腳OPA3輸出PWM封鎖信號INHIBIT給驅(qū)動電路2，封鎖PWM信號，以保護主功率電路1。DSP的CANRX和CANTX引腳與CAN總線收發(fā)器芯片82C250相連。
權(quán)利要求1.模塊式全數(shù)字化智能電源裝置，包括交流配電單元[12]、直流配電單元[13]、監(jiān)控單元[11]、N個并聯(lián)模塊[14]，每個模塊包括主功率電路[1]、電壓變送電路[5]、電流變送電路[6]、故障檢測電路[3]、驅(qū)動電路[2]、其特征是每個模塊中還包括DSP數(shù)字信號處理器[4]和用于控制主功率電路中功率管互補導(dǎo)通的互補及死區(qū)發(fā)生電路[7]，主功率電路[1]輸出的電壓和電流分別經(jīng)電壓變送電路[5]和電流變送電路[6]各與DSP[4]的A/D引腳相連，主功率電路輸出的故障信號經(jīng)故障檢測電路[3]與DSP[4]的并行I/0口相連，互補及死區(qū)發(fā)生電路[7]的輸入端與DSP的脈寬調(diào)制信號輸出端相連，輸出端與接主功率電路[1]的驅(qū)動電路[2]相連，DSP的串行口通過接口[9]與監(jiān)控單元[11]相連，DSP的CAN端與CAN總線收發(fā)器[8]相連，各模塊的CAN總線收發(fā)器[8]并聯(lián)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的模塊式全數(shù)字化智能電源裝置，其特征是所說的互補及死區(qū)發(fā)生電路[7]是由施密特非門、二極管、電阻和電容構(gòu)成。
專利摘要本實用新型包括交流配電單元、直流配電單元、監(jiān)控單元和N個并聯(lián)模塊,每個模塊包括主功率電路、電壓變送電路、電流變送電路、故障檢測電路、驅(qū)動電路、DSP數(shù)字信號處理器和用于控制主功率電路中功率管互補導(dǎo)通的互補及死區(qū)發(fā)生電路,各模塊之間采用CAN總線收發(fā)器實現(xiàn)通信,通過DSP控制模塊的輸出電壓,完成均流功能,它比現(xiàn)有的模塊式智能電源裝置電路集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、均流效果好。
文檔編號G05F1/00GK2488093SQ0122542
公開日2002年4月24日 申請日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者吳燮華 申請人:浙江大學