基于雙處理器的eps電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，包括輸入開關(guān)、輸出開關(guān)、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、DSP處理器，還包括信號采樣及調(diào)理模塊和監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；信號采樣及調(diào)理模塊用于采集和處理測量參數(shù)，并傳送給DSP處理器；蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊用于監(jiān)控蓄電池組的運行狀態(tài)，并將監(jiān)控參數(shù)傳送給所述DSP處理器；DSP處理器將測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)傳送給龍芯處理器；龍芯處理器通過人機交互模塊顯示測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)及通過所述無線通信模塊將測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)送至遠(yuǎn)程終端。本實用新型以國產(chǎn)龍芯處理器構(gòu)建EPS電源系統(tǒng)的人機交互和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，采集、顯示、存儲并監(jiān)測系統(tǒng)運行時的各種信息，確保系統(tǒng)各部分工作有序，便于實現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性的檢驗。
【專利說明】基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及EPS應(yīng)急電源領(lǐng)域，特別涉及基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]EPS應(yīng)急電源(Emergency Power Supply:緊急電力供給)作為獨立于電網(wǎng)之外的后備電源，是解決停電事故和電力質(zhì)量不穩(wěn)定等問題的最有效途經(jīng)。在事故發(fā)生時可確保提供所需應(yīng)急電力，以有效降低因斷電造成的損失，保障人們的生產(chǎn)、生活安全。
[0003]EPS應(yīng)急電源原理為:在電網(wǎng)正常時，由市電經(jīng)過輸出切換裝置給負(fù)荷設(shè)備供電，同時充電器為蓄電池進(jìn)行充電或浮充；當(dāng)電網(wǎng)斷電后或電壓超出供電范圍，處理器啟動逆變器，同時輸出切換裝置將市電供電狀態(tài)立即切換到逆變器供電，為負(fù)荷設(shè)備提供應(yīng)急供電；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時，應(yīng)急電源將恢復(fù)為電網(wǎng)供電。
[0004]目前，國內(nèi)外EPS電源的發(fā)展趨勢和研究方向主要體現(xiàn)在高效化、小型化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等幾個方面，研發(fā)性能完善、實用性強的應(yīng)急電源系統(tǒng)有著十分重要的意義。由于現(xiàn)有EPS的安裝及應(yīng)用的具體環(huán)境較差，從而對其運行情況進(jìn)行監(jiān)控比較困難，通常是通過人工定期巡檢的方式進(jìn)行，但是這種監(jiān)控方式在實時性、可靠性等方面存在一定的問題。再者，我國高端EPS電源需要從國外引進(jìn)，即使國內(nèi)自主研發(fā)并投入使用的EPS電源，其處理器也均從國外進(jìn)口，核心技術(shù)受到國外壟斷，急需用國內(nèi)的處理器來填補我國EPS電源領(lǐng)域的空白。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于:提供一種具有智能監(jiān)控功能的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其包括輸入開關(guān)、輸出開關(guān)、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接；所述旁路靜態(tài)開關(guān)和所述逆變靜態(tài)開關(guān)分別與DSP處理器的IO接口連接；所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接；
[0007]系統(tǒng)還包括信號采樣及調(diào)理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；
[0008]所述信號采樣及調(diào)理模塊與所述DSP處理器連接；所述DSP處理器與所述監(jiān)控模塊連接；所述龍芯處理器分別與所述人機交互模塊和無線通信模塊連接；
[0009]所述信號采樣及調(diào)理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數(shù)，并將所述測量參數(shù)傳送給所述DSP處理器；所述蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)，并將所述監(jiān)控參數(shù)傳送給所述DSP處理器；[0010]所述DSP處理器讀取所述信號采樣及調(diào)理模塊的測量參數(shù)和所述蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊的監(jiān)控參數(shù)，并將測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)傳送給所述龍芯處理器；
[0011]所述龍芯處理器通過所述人機交互模塊顯示測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)，所述龍芯處理器通過所述無線通信模塊將測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)傳送至遠(yuǎn)程終端。
[0012]所述人機交互模塊還可通過龍芯處理器向DSP處理器發(fā)送指令，所述指令經(jīng)DSP處理器執(zhí)行后，DSP處理器將相應(yīng)的輸出信息通過龍芯處理器反饋給人機交互模塊進(jìn)行顯
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[0013]所述無線通信模塊還可接收遠(yuǎn)程終端的指令，并通過龍芯處理器傳送給DSP處理器執(zhí)行。
[0014]所述龍芯處理器通過RS232、中斷口和雙端口 RAM與所述DSP處理器連接。
[0015]所述測量參數(shù)包括市電的電壓、電流及EPS電源系統(tǒng)的運行溫度；所述監(jiān)控參數(shù)包括所述蓄電池組的電壓、電流、容量和溫度。
[0016]所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊，所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口與GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊連接。
[0017]所述人機交互模塊包括真彩IXD和觸摸屏。
[0018]所述龍芯處理器的型號為1B。
[0019]所述DSP處理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。
[0020]所述蓄電池組為閥控密封鉛酸蓄電池。
[0021]所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路。
[0022]所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2。
[0023]所述Boost充電電路包括開關(guān)管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3。
[0024]所述逆變器包括由四個開關(guān)管(Ql、Q2、Q3、Q4)組成全橋逆變電路，開關(guān)管Ql和Q3組成超前橋臂，Q2和Q4組成滯后橋臂。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0026](I)采用雙處理的EPS電源系統(tǒng)可提升整體性能，以國產(chǎn)芯片構(gòu)建EPS電源系統(tǒng)的人機交互和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，采集、顯示、存儲并監(jiān)測系統(tǒng)運行時的各種信息，確保系統(tǒng)各部分工作有序，便于實現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性的檢驗；
[0027](2)采用諧振技術(shù)與PWM控制技術(shù)相結(jié)合的恒頻移相控制方式，實現(xiàn)開關(guān)管零電壓條件下的導(dǎo)通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)四路PWM信號占空比，進(jìn)而控制輸出電壓的頻率和相位，實現(xiàn)EPS電源輸出調(diào)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖2是本實用新型的監(jiān)控模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3是本實用新型的充電器的電路圖；
[0031]圖4是本實用新型的逆變器的電路圖。
【具體實施方式】
[0032]請參閱圖1一4，本實用新型包括輸入開關(guān)、輸出開關(guān)、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接；所述旁路靜態(tài)開關(guān)和所述逆變靜態(tài)開關(guān)分別與DSP處理器的IO接口連接；所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接；
[0033]系統(tǒng)還包括信號采樣及調(diào)理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；所述DSP處理器通過其AD轉(zhuǎn)換接口與所述信號采樣及調(diào)理模塊連接，所述DSP處理器通過其通信接口與所述龍芯處理器連接，所述龍芯處理器分別與所述無線通信模塊和人機交互模塊連接；
[0034]所述信號采樣及調(diào)理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數(shù)，所述測量信號包括市電的電壓、電流及EPS電源系統(tǒng)運行過程中的溫度，所述信號采樣及調(diào)理模塊將所述測量參數(shù)傳送給所述DSP處理器；所述蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)，所述監(jiān)控參數(shù)包括述蓄電池組的電壓、電流、容量和溫度，所述蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊將所述監(jiān)控參數(shù)傳送給所述DSP處理器；
[0035]所述DSP處理器根據(jù)所述信號采樣及調(diào)理模塊輸入的測量參數(shù)以及蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊輸入的監(jiān)控參數(shù)，判斷市電及蓄電池是否正常并進(jìn)行處理，所述DSP處理器將所述測量參數(shù)和所述監(jiān)控參數(shù)傳送給所述龍芯處理器；
[0036]所述龍芯處理器將所述測量參數(shù)和所述監(jiān)控參數(shù)傳送給所述無線通信模塊和所述人機交互模塊；所述人機交互模塊將所述測量參數(shù)和所述監(jiān)控參數(shù)在本地顯示；所述無線通信模塊將所述測量參數(shù)和所述監(jiān)控參數(shù)發(fā)送至遠(yuǎn)端PC機或移動終端。
[0037]所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊；所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口外接GPRS模塊和ZigBee無線通信模塊。
[0038]所述人機交互模塊包括真彩IXD和觸摸屏，運行Linux操作系統(tǒng)，并通過奇趣科技(Trolltech)公司QT軟件設(shè)計開發(fā)人機界面，開發(fā)語言為C++。人機界面是用戶與EPS電源之間現(xiàn)場實時傳遞、交換信息的媒介，用戶通過LCD面板觸控操作向系統(tǒng)發(fā)出命令，輸入控制參數(shù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后又通過人機界面將輸出信息反饋給用戶。
[0039]所述龍芯處理器通過RS232、中斷口和雙端口 RAM與所述DSP處理器連接。
[0040]所述龍芯處理器的型號為1B。
[0041 ] 所述DSP處理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。
[0042]所述蓄電池組為閥控密封鉛酸蓄電池。
[0043]所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路，所述DSP處理器通過其PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)口與所述充電器連接。所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2，市電由整流橋全波整流，再經(jīng)過濾波電容，得到恒定直流電；所述Boost充電電路包括開關(guān)管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3，所述DSP處理器通過PWM口輸入信號來控制開關(guān)管Ql的導(dǎo)通與關(guān)斷，通過電感L1、二極管Dl以及電容C3完成充放電過程。
[0044]本實用新型的充電選擇“三段式”充電方式，包含恒流、恒壓、浮充三個充電階段。此種方式符合相關(guān)規(guī)范要求，能在短時間內(nèi)將蓄電池電量充滿。充滿后自動轉(zhuǎn)為浮充充電方式，使EPS在待機情況下不會因自放電造成電量的減少。同時能夠保證在不損壞電池、縮短電池壽命的情況下，維持蓄電池組電量的飽和狀態(tài):[0045](I)恒流充電階段:反饋量為充電電流，按照設(shè)定的電流對電池充電，電池端壓持續(xù)上升；
[0046](2)恒壓充電階段:反饋量為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設(shè)定的均充電壓，充電電流持續(xù)減小；
[0047](3)浮充充電階段:反饋量仍為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設(shè)定的涓流充電電壓，充電電流繼續(xù)減小。
[0048]通過DSP處理器改變功率開關(guān)管Ql的輸出占空比調(diào)節(jié)輸出，根據(jù)蓄電池電壓、電流、容量的采樣結(jié)果，計算占空比，并進(jìn)一步反饋控制DSP控制信號，調(diào)節(jié)輸出，最終完成充電過程。
[0049]本實用新型的逆變器包括由四個開關(guān)管(Ql、Q2、Q3、Q4)組成全橋逆變電路，開關(guān)管Ql和Q3組成超前橋臂，Q2和Q4組成滯后橋臂。利用變壓器Tl的漏電感和一次側(cè)串聯(lián)的電感Lr和功率管的輸出電容Cl作為諧振元件，在一個完整的開關(guān)周期中通過諧振使全橋變換器中的四個功率開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，在功率管輸出電容作用下零電壓關(guān)斷。采用諧振技術(shù)與PWM控制技術(shù)相結(jié)合的恒頻移相控制方式，實現(xiàn)開關(guān)管零電壓條件下的導(dǎo)通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)四路PWM信號占空比，進(jìn)而控制輸出電壓的頻率和相位，實現(xiàn)EPS電源輸出調(diào)節(jié)。
[0050]本實用新型的控制原理如下:
[0051 ] (I)EPS電源系統(tǒng)上電并初始化；
[0052](2)信號采樣及調(diào)理模塊檢測市電的電壓、電流以及EPS電源系統(tǒng)運行過程的溫度參數(shù)，蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊檢測蓄電池組的電壓、電流、容量及溫度參數(shù)；
[0053](3)DSP處理器讀取并記錄信號采樣及調(diào)理模塊AD采樣值，并記錄蓄電池組電壓、電流、容量及溫度參數(shù)；
[0054](4) DSP處理器判斷蓄電池組是否有故障，
[0055]若發(fā)現(xiàn)故障則進(jìn)行故障報警，并記錄設(shè)備故障時的參數(shù)方便后續(xù)診斷和維護(hù)，同時啟動設(shè)備自保護(hù)，包括但不限于關(guān)斷PWM控制信號以保護(hù)開關(guān)管；
[0056]若無故障則將測量參數(shù)送至本地人機交互模塊顯示，同時通過無線通信模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程終端記錄并保存；
[0057](5) DSP處理器對市電電壓進(jìn)行判斷，
[0058]若市電電壓正常，則控制旁路靜態(tài)開關(guān)直接市電輸出，同時對蓄電池組充電或浮充；
[0059]若市電斷電，則在蓄電池組電壓正常的情況下控制逆變靜態(tài)開關(guān)和逆變器提供應(yīng)急供電；若蓄電池組電壓不正常，也不提供應(yīng)急供電；
[0060](6)DSP處理器檢測是否有遠(yuǎn)程控制指令(遠(yuǎn)程終端可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令到系統(tǒng)處理器)，
[0061]若檢測到有遠(yuǎn)程控制指令，則根據(jù)指令相應(yīng)動作，包括但不限于關(guān)斷PWM信號、進(jìn)行一次當(dāng)前電池電壓和市電電壓讀取并發(fā)送、遠(yuǎn)程關(guān)機；
[0062]若無遠(yuǎn)程控制指令，則返回讀取信號采樣及調(diào)理模塊AD采樣值，開始下一輪循環(huán)過程。
[0063]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本實用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實用新型構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng),包括輸入開關(guān)、輸出開關(guān)、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接，所述旁路靜態(tài)開關(guān)和所述逆變靜態(tài)開關(guān)分別與DSP處理器的IO接口連接，所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接； 其特征在于:還包括信號采樣及調(diào)理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊，所述龍芯處理器分別與所述人機交互模塊、所述無線通信模塊連接，所述DSP處理器分別與所述信號采樣及調(diào)理模塊、所述監(jiān)控模塊連接， 所述信號采樣及調(diào)理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數(shù)，所述蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)；所述DSP處理器讀取信號采樣及調(diào)理模塊的測量參數(shù)和蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊的監(jiān)控參數(shù)，并將所述測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)傳送給所述龍芯處理器；所述龍芯處理器通過所述人機交互模塊顯示測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)及通過所述無線通信模塊將測量參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)傳送至遠(yuǎn)程終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路，所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2，所述Boost充電電路包括開關(guān)管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變器包括由開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2、開關(guān)管Q3和開關(guān)管Q4組成的全橋逆變電路，所述開關(guān)管Ql和Q3組成超前橋臂，所述Q2和Q4組成滯后橋臂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊可通過所述龍芯處理器向所述DSP處理器發(fā)送指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊包括真彩LCD和觸摸屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊可接收遠(yuǎn)程終端的指令，并通過所述龍芯處理器傳送給所述DSP處理器執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊，所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口與GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙控制器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述龍芯控制器通過RS232、中斷口和雙端口 RAM與所述DSP控制器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙控制器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述測量參數(shù)包括市電的電壓、電流和EPS電源系統(tǒng)的運行溫度溫度，所述監(jiān)控參數(shù)包括蓄電池組的電壓、電流、容量和溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙控制器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述龍芯控制器的型號為1B。
【文檔編號】H02J9/04GK203734370SQ201320839488
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】蔣曉明, 劉曉光, 黃丹, 王攀, 劉全軍, 梅平 申請人:廣東省自動化研究所