電源控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源輸出控制，特別涉及一種具有多種波形輸出的電源控制系統(tǒng)及控制方法，可應(yīng)用于金屬表面處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的大功率金屬表面處理電源控制系統(tǒng)，主要由專用PffM調(diào)制芯片，例如:TL494、SG3525、UCC2895等，模擬PID調(diào)節(jié)器，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換板、單片機(jī)通訊板、單片機(jī)并機(jī)板、數(shù)字量I/O板、功率管驅(qū)動(dòng)板等輔助電路組成，該控制系統(tǒng)主要是用于控制電源設(shè)備輸出純直流、脈動(dòng)直流，從某種程度上講，該控制系統(tǒng)相對(duì)可靠性較高，至今大部分金屬表面處理電源生產(chǎn)廠家仍然延續(xù)該控制系統(tǒng)，但隨著金屬表面處理工藝對(duì)金屬表面處理電源要求不斷提高，要求設(shè)備能夠兼具輸出純直流、脈動(dòng)直流、正負(fù)雙脈沖、多波形、多功能大功率電能時(shí)，受制于專用PffM(Pulse-Width Modulat1n，脈寬調(diào)制)調(diào)制芯片輸出PffM波單一特性，而無法滿足兼具輸出多種波形、多功能電能的金屬表面處理生產(chǎn)工藝要求；其次，其實(shí)現(xiàn)大功率輸出是通過并機(jī)完成，由單片機(jī)均流板控制，只能在恒流工作模式時(shí)實(shí)現(xiàn)均流，恒壓狀態(tài)不能實(shí)現(xiàn)均流，并且恒流工作模式下均流平衡度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的大功率輸出；再次，控制方式大部分是通過模擬PID (Proport1nal integralderivative,比例-積分-微分)實(shí)現(xiàn)，元器件電氣特性受環(huán)境影響很大，尤其是電容器，使已整定好的控制參數(shù)變化，使輸出電能品質(zhì)變差、甚至電源癱瘓，一定程度上降低了設(shè)備的可靠性；除此之外，還有功率管故障保護(hù)響應(yīng)速度慢、不可靠及生產(chǎn)工藝邏輯控制策略在現(xiàn)有控制系統(tǒng)不能較好實(shí)現(xiàn)、能量轉(zhuǎn)換效率低、總諧波失真度高的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可輸出多種波形、在恒壓恒流工作模式下都能均流工作的電源控制系統(tǒng)及控制方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電源控制系統(tǒng)，包括:供電模塊，用于提供電能；數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于接收參數(shù)信號(hào)，生成PWM信號(hào)發(fā)送至邏輯控制模塊；數(shù)字開關(guān)量模塊，用于檢測(cè)控制系統(tǒng)外圍邏輯狀態(tài)數(shù)字量；邏輯控制模塊，用于接收和處理數(shù)字開關(guān)量模塊的信息，接收和處理數(shù)字信號(hào)處理模塊的PWM信號(hào)，根據(jù)數(shù)字開關(guān)量模塊的信息選擇是否將處理的PWM信號(hào)發(fā)送至功率管驅(qū)動(dòng)模塊；功率管驅(qū)動(dòng)模塊，用于接收和放大邏輯控制模塊的PWM信號(hào)；電能變換模塊，用于接收功率管驅(qū)動(dòng)模塊的PWM信號(hào)，并輸出對(duì)應(yīng)控制的強(qiáng)電信號(hào)；電源輸出模塊，用于接收電能變換模塊的強(qiáng)電信號(hào)，控制電能輸出。由此，數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)接收的參數(shù)進(jìn)行能量變換、PID控制、PffM調(diào)節(jié)等控制，使控制環(huán)路電壓環(huán)、電流環(huán)、均流環(huán)穩(wěn)態(tài)工作?？刂葡到y(tǒng)異常時(shí)，邏輯控制模塊能快速、可靠關(guān)斷功率管的PWM信號(hào)，邏輯控制模塊接收數(shù)字信號(hào)處理模塊所輸出PWM脈沖并對(duì)其進(jìn)行疊加、切換、調(diào)制變換、同步、邏輯運(yùn)算處理，經(jīng)功率管驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)隔離放大，控制電能變換模塊，使電源設(shè)備兼具純直流、脈動(dòng)直流、正負(fù)雙脈沖、多波形脈沖、多功能電能輸出、實(shí)現(xiàn)同步整流驅(qū)動(dòng)和有源功率因素校正驅(qū)動(dòng)技術(shù)，大大地降低了電源設(shè)備能耗、總諧波失真度，提高了設(shè)備整機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0005]在一些實(shí)施方式中，數(shù)字信號(hào)處理模塊包括DSP芯片，便于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，可并行執(zhí)行多個(gè)操作。
[0006]在一些實(shí)施方式中，邏輯控制模塊包括FPGA芯片或CPLD芯片，可快速響應(yīng)控制系統(tǒng)邏輯狀態(tài)。
[0007]在一些實(shí)施方式中，電源控制系統(tǒng)還包括并機(jī)均流模塊，用于自數(shù)字信號(hào)處理模塊獲取并機(jī)參數(shù)，以CAN2.0通信發(fā)送并機(jī)參數(shù)至另一電源控制系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理模塊。將每個(gè)電源控制系統(tǒng)并機(jī)數(shù)據(jù)以CAN2.0為載體傳送電壓值、電流值均流信息給數(shù)字信號(hào)處理模塊，實(shí)現(xiàn)在恒壓、恒流工作模式時(shí)都能精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的均流及N+1冗余備份技術(shù)，提高設(shè)備可靠性及實(shí)現(xiàn)大功率輸出。
[0008]在一些實(shí)施方式中，電源控制系統(tǒng)還包括輸出反饋處理模塊，用于采集輸出電壓、輸出電流、功率管溫度參數(shù)，發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理模塊。由此，輸出反饋處理模塊為數(shù)字信號(hào)處理模塊提供反饋信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理模塊根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的能量變換、PID控制、PffM調(diào)節(jié)等控制，使電源控制系統(tǒng)的輸出電能更加穩(wěn)定。
[0009]在一些實(shí)施方式中，電源控制系統(tǒng)還包括上位機(jī)通訊模塊，用于向數(shù)字信號(hào)處理模塊發(fā)送設(shè)定參數(shù)。由此，上位機(jī)通訊模塊便于進(jìn)行人機(jī)交互。
[0010]在一些實(shí)施方式中，電源控制系統(tǒng)還包括參數(shù)存儲(chǔ)模塊，用于保存上位機(jī)通訊模塊設(shè)定的參數(shù)，將參數(shù)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理模塊。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了上述電源控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0012](I)數(shù)字信號(hào)處理模塊接收參數(shù)，進(jìn)行故障狀態(tài)自檢，若系統(tǒng)正常，則進(jìn)行運(yùn)算生成PffM信號(hào)，若系統(tǒng)故障則關(guān)斷PffM信號(hào)并初始化系統(tǒng)；
[0013](2)邏輯控制模塊接收數(shù)字信號(hào)處理模塊發(fā)送的PffM信號(hào)，接收數(shù)字開關(guān)量模塊的信號(hào)，根據(jù)數(shù)字開關(guān)量模塊的信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)故障自檢，系統(tǒng)正常則生成電能變換模塊需要的PWM信號(hào)，系統(tǒng)故障則關(guān)斷PWM信號(hào)并初始化系統(tǒng)；
[0014](3)邏輯控制模塊對(duì)電能變換模塊需要的PWM信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，輸出不同邏輯關(guān)系的PWM信號(hào)至電能變換模塊。
[0015]在一些實(shí)施方式中，參數(shù)為輸出反饋模塊的參數(shù)、上位機(jī)通訊模塊的參數(shù)、并機(jī)均流模塊的參數(shù)或參數(shù)存儲(chǔ)模塊的參數(shù)。
[0016]在一些實(shí)施方式中，邏輯控制模塊對(duì)PffM信號(hào)進(jìn)行的邏輯運(yùn)算處理包括疊加處理、調(diào)制變換處理、切換處理、同步處理中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:通過數(shù)字信號(hào)處理模塊及邏輯控制模塊的配合，形成不同邏輯關(guān)系的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)純直流、脈動(dòng)直流、正負(fù)雙脈沖、多波形脈沖、同步整流、有源功率因素校正的PWM脈沖驅(qū)動(dòng)方法。通過并機(jī)均流模塊的CAN2.0通信模式，實(shí)現(xiàn)在恒壓、恒流工作模式時(shí)都能均流工作，其均流精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。數(shù)字信號(hào)處理模塊及邏輯控制模塊的系統(tǒng)自檢步驟，可以雙重、快速、可靠保護(hù)功率管，極大地提高了電源設(shè)備的可靠性。本發(fā)明的電源控制系統(tǒng)及控制方法為金屬表面處理領(lǐng)域提供高能量轉(zhuǎn)換效率、低能耗、低總諧波失真度、高品質(zhì)電能輸出。需要說明的是，本發(fā)明的電源控制系統(tǒng)及控制方法還可應(yīng)用于除金屬表面處理外的其他領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的電源控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1所示電源控制系統(tǒng)并機(jī)的原理圖；
[0020]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式的電源控制系統(tǒng)的控制方法的流程圖；
[0021]圖4為圖3所示控制方法的數(shù)字信號(hào)處理模塊的工作流程圖；
[0022]圖5為圖3所示控制方法的邏輯控制模塊的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]圖1和圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電源控制系統(tǒng)。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施方式的電源控制系統(tǒng)，包括:供電模塊1、數(shù)字信號(hào)處理模塊2、邏輯控制模塊3、數(shù)字開關(guān)量模塊4、功率管驅(qū)動(dòng)模塊5、電能變換模塊6、電源輸出模塊7、并機(jī)均流模塊8、輸出反饋處理模塊9、上位機(jī)通訊模塊10和參數(shù)存儲(chǔ)模塊11。
[0026]供電模塊1，用于提供電能，為整個(gè)控制系統(tǒng)正常工作提供電能需求。
[0027]數(shù)字信號(hào)處理模塊2，用于接收參數(shù)信號(hào)，生成PffM信號(hào)發(fā)送至邏輯控制模塊3。參數(shù)信號(hào)來自并機(jī)均流模塊8、輸出反饋處理模塊9、上位機(jī)通訊模塊10或參數(shù)存儲(chǔ)模塊11。數(shù)字信號(hào)處理模塊2包括DSP芯片(digital signal processor，數(shù)字信號(hào)處理器)，可采用德州儀器生產(chǎn)的芯片C2000控制器。該芯片集高精度A/D轉(zhuǎn)換器、PffM控制器、多功能通信接口于一體的可編程芯片，其接收輸出反饋處理模塊9、并機(jī)均流模塊8、參數(shù)存儲(chǔ)模塊11、上位機(jī)通訊模塊信號(hào)10的參數(shù)信息，通過內(nèi)置程序進(jìn)行能量變換、PID控制、PffM調(diào)節(jié)等控制，使控制環(huán)路電壓環(huán)、電流環(huán)、均流環(huán)穩(wěn)態(tài)工作。
[0028]數(shù)字開關(guān)量模塊4，用于檢測(cè)控制系統(tǒng)外圍邏輯狀態(tài)數(shù)字量，為邏輯控制模塊3判斷控制系統(tǒng)邏輯狀態(tài)提供依據(jù)。控制系統(tǒng)外圍邏輯狀態(tài)數(shù)字量，即為數(shù)字電