一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)，包括：可編程門陣列集成電路、主控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Δ調(diào)制器、右Σ-Δ調(diào)制器、狀態(tài)顯示器；所述存儲器為鐵電存儲器；本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：確保了數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定性與可靠性。這樣也確保了整體設(shè)備的安全性；實(shí)現(xiàn)了電壓、電流的采樣的同步性。通過用FPGA去除了采樣過程中的高頻熱噪聲以及量化噪聲，實(shí)現(xiàn)了高精度采樣。使用DSP實(shí)現(xiàn)了剔除采樣樣本粗大誤差、能量、容量的實(shí)時(shí)計(jì)量，使計(jì)量更準(zhǔn)確。
【專利說明】一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)，屬于充電機(jī)、電池充放電設(shè)備等電力電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率變換控制器功能主要是轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)的協(xié)議指令，并反饋功率輸出級狀態(tài)，功能比較單一。而功率變換器需要的反饋電壓、電流則需通過功率輸出級通過CAN總線傳輸上來，這樣將嚴(yán)重影響時(shí)效性能，并且目前的功率變換器只適用于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)及流程控制，并沒有將整機(jī)并聯(lián)考慮進(jìn)來。同時(shí)現(xiàn)有的功率變換主控制板并沒有監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行時(shí)的溫度變化，在設(shè)備開機(jī)就驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在設(shè)備停機(jī)時(shí)會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。
[0003]目前，傳統(tǒng)現(xiàn)有的電池測試設(shè)備普遍面臨總電壓、總電流測量不同步，造成測量數(shù)據(jù)不一致，從而根據(jù)電壓、電流計(jì)算功率和瓦時(shí)的數(shù)據(jù)無法真實(shí)反應(yīng)電池組的實(shí)際狀態(tài)。另一方面，由于成組電池串聯(lián)的數(shù)量變化范圍很大，造成需要測量的總電壓波動(dòng)范圍寬(0V-1000V)，而傳統(tǒng)現(xiàn)有的測試設(shè)備在寬電壓范圍內(nèi)很難達(dá)到全量程范圍內(nèi)高精度的指標(biāo)，甚至不滿足寬電壓范圍測量的需求。此外，由于涉及到高壓、大電流的場合都要進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，常規(guī)的采樣電路和控制電路的電氣隔離設(shè)計(jì)復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多，影響了測量的線性度，破壞了既有AD芯片的測量精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是實(shí)現(xiàn)充放電設(shè)備的整個(gè)充放電的流程控制，狀態(tài)變換及顯示，參數(shù)微調(diào)，故障互鎖，工步截止條件掃描；實(shí)現(xiàn)上位機(jī)功率設(shè)定指令下發(fā)至功率輸出級，以及實(shí)時(shí)上傳功率輸出級的運(yùn)行狀態(tài)，故障等信息。實(shí)現(xiàn)對充電機(jī)或電池充放電設(shè)備輸出的寬電壓，大電流進(jìn)行高精度同步隔離采樣。同時(shí)對輸出功率，容量，和能量進(jìn)行高精度計(jì)量。實(shí)現(xiàn)充放電設(shè)備機(jī)柜的多點(diǎn)溫度采樣，通過采樣溫度來控制風(fēng)機(jī)功率，并且在溫度過高時(shí)予以過溫保護(hù)。實(shí)現(xiàn)不同充放電設(shè)備間的并聯(lián)均流。
[0006]本實(shí)用新型包括:可編程門陣列集成電路(FPGA)、主控制器(DSP，數(shù)字處理芯片)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器、狀態(tài)顯示器；所述存儲器為鐵電存儲器。
[0007]所述可編程門陣列集成電路(FPGA)與主控制器(DSP，數(shù)字處理芯片)連接；所述左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器分別與FPGA連接；所述DSP分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機(jī)、下位機(jī)連接。
[0008]本實(shí)用新型采用兩路CAN網(wǎng)絡(luò)分別與外部的上位機(jī)，以及充放電內(nèi)部功率輸出級進(jìn)行通信。本主控制器DSP作為中位機(jī)，接收上位下發(fā)的充放電指令信息，并按照一定邏輯將指令參數(shù)下發(fā)至下位機(jī)，變換功率輸出級的輸出電壓、電流。同時(shí)，下位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上送。同時(shí)根據(jù)采樣信息對下位機(jī)指令進(jìn)行微調(diào)控制，達(dá)到精準(zhǔn)輸出的目的。并且，當(dāng)通訊出現(xiàn)問題時(shí)，利用繼電器輸出硬件信號，控制功率輸出級停機(jī)，及時(shí)保護(hù)設(shè)備安全。
[0009]所述主控制器DSP還利用NXP的SJA1000獨(dú)立CAN控制器擴(kuò)展出第三路CAN網(wǎng)絡(luò)CAN3進(jìn)行設(shè)備之間并聯(lián)通訊，達(dá)到設(shè)備并聯(lián)恒流充電式均流效果。
[0010]本實(shí)用新型通過DSP的強(qiáng)大外設(shè)利用三路CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)、功率輸出級之間的流程控制、狀態(tài)反饋、故障保護(hù)、信號采樣。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了寬電壓、大電流全量程范圍內(nèi)同步隔離采樣的高精度測量，通過同步隔離采樣電壓、電流信號，實(shí)現(xiàn)了高精度的功率，容量和能量的計(jì)量。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0012]1.通過DSP的CAN外設(shè)并采用CAN外設(shè)的提供的檢錯(cuò)機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定性與可靠性。這樣也確保了整體設(shè)備的安全性。
[0013]2.利用AD7705差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器和AQW212光繼電器實(shí)現(xiàn)充放電設(shè)備內(nèi)的多點(diǎn)溫度采樣，由于T熱電偶可采集到-100°c?400°C內(nèi)的溫度變化，滿足設(shè)備運(yùn)行時(shí)的最高，最低溫度采樣，為過溫保護(hù)提供了可靠的數(shù)據(jù)。
[0014]3.利用閃存存儲器，對系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，一旦運(yùn)行時(shí)監(jiān)控上位離線，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法及時(shí)上傳，利用閃存存儲器備份，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電不丟失。
[0015]4.通過FPGA控制Σ-Λ調(diào)制器啟動(dòng)采樣，實(shí)現(xiàn)了電壓、電流的采樣的同步性。通過用FPGA去除了采樣過程中的高頻熱噪聲以及量化噪聲，實(shí)現(xiàn)了高精度采樣。
[0016]5.使用DSP實(shí)現(xiàn)了剔除采樣樣本粗大誤差、能量、容量的實(shí)時(shí)計(jì)量，使計(jì)量更準(zhǔn)確。
[0017]6.本實(shí)用新型滿足了寬電壓、大電流的全量程外圍內(nèi)高精度采樣要求。實(shí)現(xiàn)了電壓O?1000V，誤差0.2V，電流O?1000A范圍內(nèi)誤差0.1A，電壓電流同步隔離采樣保證了計(jì)算的功率、容量和能量的有效性，真實(shí)地反映了功率輸出級的輸出狀態(tài)，其中功率的誤差為0.02W,容量精度為0.3%，能量精度為0.5%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型所述一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括:可編程門陣列集成電路(FPGA)、主控制器(DSP,數(shù)字處理芯片)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD )、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器、狀態(tài)顯示器；所述存儲器為鐵電存儲器。
[0020]所述可編程門陣列集成電路(FPGA)與主控制器(DSP，數(shù)字處理芯片)連接；所述左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器分別與FPGA連接；所述DSP分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機(jī)、下位機(jī)連接。
[0021]本實(shí)用新型采用兩路CAN網(wǎng)絡(luò)分別與外部的上位機(jī)，以及充放電內(nèi)部功率輸出級進(jìn)行通信。本主控制器DSP作為中位機(jī)，接收上位下發(fā)的充放電指令信息，并按照一定邏輯將指令參數(shù)下發(fā)至下位機(jī)，變換功率輸出級的輸出電壓、電流。同時(shí)，下位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上送。同時(shí)根據(jù)采樣信息對下位機(jī)指令進(jìn)行微調(diào)控制，達(dá)到精準(zhǔn)輸出的目的。并且，當(dāng)通訊出現(xiàn)問題時(shí)，利用繼電器輸出硬件信號，控制功率輸出級停機(jī)，及時(shí)保護(hù)設(shè)備安全。
[0022]本實(shí)用新型的主控制器DSP采用德州儀器公司型號為TM320F28335的DSP數(shù)字信號處理器。該型號DSP具備高速實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，指令周期為6.67ns，工作頻率為150MHz，可以滿足高速信號處理要求，以及高速，高效的計(jì)算能力。同時(shí)該型號DSP具備豐富的外設(shè)和GP1 (通用輸入/輸出)，方便擴(kuò)展外部器件。
[0023]本實(shí)用新型采用AD公司的AD7705模數(shù)轉(zhuǎn)換器作充放電設(shè)備多點(diǎn)溫度采樣芯片，該芯片是Σ-Λ型全差分高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器采用T型熱電偶，測量溫度范圍可在-100°C?400°C，測量精度為0.5°C。并利用光繼電器AQW212切換多路溫度采樣通道。
[0024]所述Σ - Λ調(diào)制器采用AD公司的型號為AD7401的Σ - Λ調(diào)制器作為充放電設(shè)備的輸出電壓、電流采樣芯片。該型號模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用了先進(jìn)的Σ-Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用過采樣提高模擬采樣精度以及優(yōu)化了隔離措施，簡化了采樣電路隔離設(shè)計(jì)的中間環(huán)節(jié)，確保采樣的高線性度，從而滿足了在寬電壓、大電流在全量程范圍的電壓、電流、功率、容量、能量測量、計(jì)算的高精度要求。同時(shí)利用Altera公司的cyclonell系列的FPGA做模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后級的數(shù)字低通濾波和抽取濾波，濾除模擬采樣中的高頻分量，從而提高采樣精度，減少采樣誤差。所述主控制器DSP通過光隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)對采樣電路檔位的切換，電壓通過電阻分壓分檔，電流通過差分運(yùn)放分檔，此外本實(shí)用新型增加了硬件看門狗確保了不正常工作時(shí)的復(fù)位，最后，系統(tǒng)測量的容量、能量將會(huì)儲存在鐵電存儲器中。
[0025]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:可編程門陣列集成電路FPGA、主控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器、狀態(tài)顯示器； 所述可編程門陣列集成電路FPGA與主控制器連接；所述左Σ-Λ調(diào)制器、右Σ-Λ調(diào)制器分別與可編程門陣列集成電路FPGA連接；所述主控制器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機(jī)、下位機(jī)連接；所述主控制器采用DSP數(shù)字處理芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器為鐵電存儲器。
【文檔編號】G05B19/05GK204065767SQ201320849200
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】李威, 邢云嶺, 王浩, 于勤錄 申請人:優(yōu)科新能源科技有限公司