本發(fā)明屬于發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)及方法和數(shù)碼發(fā)電機組。

背景技術(shù)：

在野外作業(yè)或者應(yīng)急用電時，常常使用高品質(zhì)電源輸出的小型移動式汽油或柴油發(fā)電機組，發(fā)電機組包括汽油或者柴油發(fā)動機及其驅(qū)動的永磁發(fā)電機以及電能變換的控制裝置，由于控制裝置采用微控制器進行數(shù)字處理和控制，因此也把這類小型移動式汽油或柴油發(fā)電機組稱作數(shù)碼發(fā)電機或數(shù)碼發(fā)電機組。

數(shù)碼發(fā)電機由于內(nèi)置高性能微處理單元，結(jié)合功率器件進行功率變換，其輸出電源品質(zhì)高，整機重量輕，發(fā)電效率高，噪音低，因而廣受歡迎。在實際的使用中，常規(guī)的2kw數(shù)碼發(fā)電機重量約21kg，其額定輸出功率一般是1.6kw，可以滿足一般戶外或應(yīng)急使用條件，能啟動常用的負(fù)載，諸如電飯鍋，電磁爐，電動工具，等等。雖然21kg的凈重比傳統(tǒng)的同步勵磁發(fā)電機重量輕了一倍多，但是在加注燃油和機油后也接近25kg，移動較長的距離時仍然比較費勁。而1kw數(shù)碼發(fā)電機的凈重約12kg，移動比較方便，但是常規(guī)的使用中，由于其額定輸出功率偏小，很多負(fù)載無法啟動。

實際上，很多負(fù)載的啟動功率都較大而連續(xù)運行功率卻較小，例如一個4-5l的電飯鍋，其啟動功率可能需要約1.2kw，而運行功率卻只需800～900w；一個800w的電動工具，其啟動功率可能高達1.6kw，而運行功率卻只有600～800w。

另一種情況，可能只需要很小的用電功率，例如使用筆記本電腦，給手機充電，或者看電視，使用音響，或者使用一些小型的工具設(shè)備等，這些負(fù)載的功率只有幾十到兩三百瓦特，數(shù)碼發(fā)電機的噪音會影響這些工作或休閑活動的品質(zhì)。

綜合上述的情況，市場需要一種總重量較輕，額定功率不高但可以短時間提供較大功率用于啟動各種負(fù)載，在低功率使用時不需要啟動發(fā)動機的數(shù)碼發(fā)電機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)及方法和數(shù)碼發(fā)電機組。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)包括啟動/整流電路、升壓/降壓電路、穩(wěn)壓電路、逆變輸出電路和微處理單元；

所述啟動/整流電路在啟動發(fā)動機時驅(qū)動永磁發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，在發(fā)動機啟動后對永磁發(fā)電機發(fā)出的電壓進行整流；

所述升壓/降壓電路在需要電池組供電時把電池組電壓升高到直流母線電壓，供給所述啟動/整流電路和逆變輸出電路，在需要充電時將直流母線電壓降壓到電池組電壓對電池組進行充電；

所述穩(wěn)壓電路對啟動/整流電路輸出的電壓進行穩(wěn)壓控制，輸出穩(wěn)定的直流母線電壓給所述逆變輸出電路和升壓/降壓電路；

所述逆變輸出電路在需要輸出電源時將直流母線電壓逆變成工頻電源輸出，在需要充電時將外部輸入交流電源整流到直流母線電壓；

所述微處理單元用于控制所述啟動/整流電路、升壓/降壓電路、穩(wěn)壓電路和逆變輸出電路工作。

進一步地，所述啟動/整流電路包括啟動驅(qū)動電路、第一至第六電子開關(guān)和第一電容；所述第一電子開關(guān)與第四電子開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸入端和接地端，所述第二電子開關(guān)與第五電子開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸入端和接地端，所述第三電子開關(guān)與第六電子開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸入端和接地端，所述第一電容并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸入端和接地端；所述微處理單元與所述啟動驅(qū)動電路的輸入端連接，所述啟動驅(qū)動電路的輸出端與所述第一至第六電子開關(guān)的輸入端連接，所述第一電子開關(guān)與第四電子開關(guān)的連接點、所述第二電子開關(guān)與第五電子開關(guān)的連接點以及所述第三電子開關(guān)與第六電子開關(guān)的連接點均與永磁發(fā)電機的定子線圈三相繞組連接。

進一步地，所述升壓/降壓電路包括升壓/降壓驅(qū)動電路、變壓器和第八至第十電子開關(guān)，所述微處理單元與升壓/降壓驅(qū)動電路的輸入端連接，所述升壓/降壓驅(qū)動電路的輸出端與所述第八至第十電子開關(guān)的輸入端連接，所述第八至第十電子開關(guān)的輸出端與所述變壓器連接，所述變壓器與所述穩(wěn)壓電路和電池組連接。

進一步地，所述穩(wěn)壓電路包括穩(wěn)壓驅(qū)動電路、第七電子開關(guān)、第三電感、二極管和第二電容；所述微處理單元與穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸入端連接，所述穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸出端與第七電子開關(guān)的一輸入端連接，所述第七電子開關(guān)的另一輸入端與啟動/整流電路連接；所述第三電感的一端與第七電子開關(guān)的輸出端連接，其另一端與所述逆變輸出電路連接；所述二極管的負(fù)極與第七電子開關(guān)的輸出端連接，其正極接地；所述第二電容的一端與逆變輸出電路連接，其另一端接地。

進一步地，所述穩(wěn)壓電路包括穩(wěn)壓驅(qū)動電路、第一至第三晶閘管、二極管和第二電容；所述穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸出端與第一至第三晶閘管的控制極連接，所述第一至第三晶閘管的陽極分別與永磁發(fā)電機的定子線圈三相繞組連接，其陰極與所述逆變輸出電路連接；所述二極管的正極與逆變輸出電路連接，其負(fù)極與所述啟動/整流電路連接；所述第二電容的一端與逆變輸出電路連接，其另一端接地。

進一步地，所述逆變輸出電路包括pwm驅(qū)動電路、第十一至第十四電子開關(guān)、第一電感、第二電感以及第三電容；所述第十一電子開關(guān)與第十三電子開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸出端和接地端，所述第十二電子開關(guān)與第十四電子開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路的輸出端和接地端；所述微處理單元與pwm驅(qū)動電路的輸入端連接，所述pwm驅(qū)動電路的輸出端與所述第十一至第十四電子開關(guān)的輸入端連接；所述第十一電子開關(guān)與第十三電子開關(guān)的連接點依次通過所述第一電感、第三電容和第二電感與所述第十二電子開關(guān)與第十四電子開關(guān)的連接點連接，逆變后的交流電在所述第三電容的兩端輸出。

進一步地，所述數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)中還設(shè)置有顯示模塊、熄火控制模塊和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊，所述顯示模塊與微處理單元的通訊接口連接，所述熄火控制模塊與微處理單元的熄火輸出接口連接，所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊與微處理單元的調(diào)速輸出接口連接。

進一步地，所述微處理單元采用tms320f2802x系列單片機、芯片dspic33ep32gs504和者芯片dspic33ep32mc204中的一種。

一種數(shù)碼發(fā)電機組控制方法包括以下步驟：

數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)上電后進行初始化設(shè)置；

微處理單元讀取逆變輸出電路的輸出電壓，并對是否讀取到外接電壓進行判斷；

如果微處理單元讀取到外接電壓，則系統(tǒng)進入充電模式，系統(tǒng)開啟升壓/降壓電路的降壓功能，將直流母線電壓降壓后給電池組充電；

充電模式下，微處理單元讀取電池組電壓，并檢測電池組是否已充滿電；如果未充滿，則繼續(xù)；如果電池組已充滿電，則關(guān)閉升壓/降壓電路，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)；

如果微處理單元未讀取到外接電壓，則系統(tǒng)進入發(fā)電輸出模式；微處理單元讀取電池組電壓，并判定電池組電壓為欠壓狀態(tài)、較低電壓狀態(tài)和正常電壓狀態(tài)中的哪一種；

如果電池組電壓為欠壓狀態(tài)，系統(tǒng)將進入休眠模式，等待外接電源給電池組充電，或者由手拉反沖啟動發(fā)動機給電池組充電；

如果電池組電壓為較低電壓狀態(tài)，系統(tǒng)首先開啟升壓/降壓電路的升壓功能，將電池組電壓升壓到直流母線電壓，并輸出pwm信號開啟啟動/整流電路的啟動功能，使永磁發(fā)電機定子線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)給發(fā)動機提供初速度使發(fā)動機啟動；

發(fā)動機啟動后，永磁發(fā)電機發(fā)電，系統(tǒng)關(guān)閉升壓/降壓電路，啟動/整流電路切換為整流，并經(jīng)過穩(wěn)壓電路輸出直流母線電壓；系統(tǒng)在檢測到直流母線電壓足夠后開啟逆變輸出電路，輸出工頻交流電壓給負(fù)載；

通過讀取負(fù)載電流并計算出負(fù)載功率，判斷負(fù)載是處于輕載，重載，還是過載；

如果是過載，系統(tǒng)關(guān)閉逆變輸出電路，設(shè)置過載指示，然后開啟升壓/降壓電路的降壓功能為電池組充電，充滿后關(guān)閉升壓/降壓電路；如果是輕載，系統(tǒng)開啟升壓/降壓電路的降壓功能，并同時正常輸出工頻交流電源，此時數(shù)碼發(fā)電機組一邊給負(fù)載供電，一邊給電池組充電，充滿后關(guān)閉升壓/降壓電路；如果是重載，系統(tǒng)直接進入正常輸出狀態(tài)，如果負(fù)載輕微過載，允許輸出輕微降壓以適應(yīng)負(fù)載，此時將點亮過載指示；

正常輸出工頻交流電期間，系統(tǒng)隨時讀取負(fù)載功率，并實時調(diào)整，進入循環(huán)工作；如果是正常電壓狀態(tài)，系統(tǒng)指令開啟升壓/降壓電路的升壓功能，將電池組電壓升壓到直流母線電壓，并指令逆變輸出電路工作，在ac輸出端輸出工頻交流電壓；通過輸出的工頻交流電壓，讀取其產(chǎn)生的負(fù)載電流，計算出負(fù)載功率的大小，并判斷屬于過載，輕載，還是常規(guī)負(fù)載；如果是過載，數(shù)碼發(fā)電機組的永磁發(fā)電機發(fā)電和電池組共同供電仍然無法負(fù)荷，系統(tǒng)關(guān)閉升壓電路，關(guān)閉逆變輸出，設(shè)置過載指示后進入休眠狀態(tài)；如果是輕載，系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)動機，只使用電池組用于輸出；如果是常規(guī)負(fù)載，系統(tǒng)指令啟動/整流電路啟動發(fā)動機，由發(fā)動機帶動永磁電機和電池組升壓共同供電；系統(tǒng)繼續(xù)檢測電池組電壓，判定電池組是處于欠壓，較低電壓，還是正常狀態(tài)；如果是欠壓狀態(tài)，系統(tǒng)關(guān)閉升壓/降壓電路，系統(tǒng)在檢測到直流母線電壓足夠后開啟逆變輸出電路，輸出工頻交流電壓給負(fù)載；如果是較低電壓狀態(tài)且發(fā)動機未啟動，則系統(tǒng)適時啟動發(fā)動機；如果電池電壓正常，則系統(tǒng)將正常輸出，并重新讀負(fù)載功率，判斷負(fù)載屬于過載，輕載，還是常規(guī)負(fù)載，進入循環(huán)。

一種數(shù)碼發(fā)電機組包括數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)、外殼機架、發(fā)動機、永磁發(fā)電機、電池組和輸出插座；所述數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)、發(fā)動機、永磁發(fā)電機、電池組和輸出插座均設(shè)置在所述外殼機架中，所述控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載所需要功率的大小對所述發(fā)動機和電池組進行管理，并進行功率變換，為負(fù)載輸出電源；所述發(fā)動機用于提供源動力，帶動所述永磁發(fā)電機運轉(zhuǎn)；所述輸出插座用于輸出工頻交流電源。

由于采取以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明能夠在短時間提供用于啟動各種負(fù)載的較大功率，在低功率使用時不需要啟動發(fā)動機。當(dāng)負(fù)載功率較小時，發(fā)動機不啟動，由電池組逆變輸出高品質(zhì)工頻交流電源。數(shù)碼發(fā)電機組完全沒有噪音輸出。

本發(fā)明使得啟動功率超過發(fā)動機額定輸出功率較多的負(fù)載能夠正常啟動，運行功率超出發(fā)動機額定功率較少的負(fù)載能夠在電池組電量充足的情況下持續(xù)正常使用。當(dāng)負(fù)載功率較大但不超過發(fā)動機輸出功率時，由發(fā)動機帶動永磁發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)控制模塊功率變換后輸出高品質(zhì)工頻交流電源，滿足一般使用要求的同時給電池組補充電能。

本發(fā)明使得發(fā)動機具有電啟動的能力，不用費力地手拉反沖啟動。當(dāng)電池組的電壓下降到一定值時，如果此時發(fā)動機處于停機狀態(tài)，則可以根據(jù)需要自動啟動發(fā)動機帶動永磁發(fā)電機發(fā)電，給電池組補充電能。也可以使用市電或另一臺發(fā)電機直接連接到輸出插座，給電池組充電。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一實施例中提供的一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中提供的一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)的電路原理圖之一；

圖3是本發(fā)明另一實施例中提供的一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)的電路原理圖之二；

圖4是本發(fā)明另一實施例中提供的一種數(shù)碼發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明另一實施例中提供的一種數(shù)碼發(fā)電機組控制方法的流程圖。

圖中：1-數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)；11-啟動/整流電路；12-穩(wěn)壓電路；13-逆變輸出電路；14-升壓/降壓電路；15-微處理單元；2-發(fā)動機；3-永磁發(fā)電機；4-電池組；5-輸出插座。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)，其包括啟動/整流電路11、穩(wěn)壓電路12、逆變輸出電路13、升壓/降壓電路14和微處理單元15。啟動/整流電路11與穩(wěn)壓電路12連接，穩(wěn)壓電路12與逆變輸出電路13連接，電池組4與升壓/降壓電路14連接，升壓/降壓電路14與穩(wěn)壓電路12連接。微處理單元15與啟動/整流電路11、升壓/降壓電路14、穩(wěn)壓電路12和逆變輸出電路13連接，用于控制各電路工作。

啟動/整流電路11在啟動發(fā)動機2時驅(qū)動永磁發(fā)電機3旋轉(zhuǎn)，在發(fā)動機2啟動后對永磁發(fā)電機3發(fā)出的電壓進行整流。升壓/降壓電路14在需要電池組4供電時把電池組4電壓升高到直流母線電壓，供給啟動/整流電路11和逆變輸出電路13，在需要充電時將直流母線電壓降壓到電池組4電壓對電池組4進行充電。穩(wěn)壓電路12對啟動/整流電路11輸出的電壓進行穩(wěn)壓控制，輸出穩(wěn)定的直流母線電壓給逆變輸出電路13和升壓/降壓電路14。逆變輸出電路13在需要輸出電源時將直流母線電壓逆變成高品質(zhì)工頻電源輸出，在需要充電時將外部輸入交流電源整流到直流母線電壓。微處理單元15用于控制啟動/整流電路11、升壓/降壓電路14、穩(wěn)壓電路12和逆變輸出電路13工作。

實施例1圖2示出了本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1的一種電路原理圖，下面對控制系統(tǒng)中的各部分電路進行詳細說明。

啟動/整流電路11包括啟動驅(qū)動電路、六個帶有二極管的電子開關(guān)即第一至第六電子開關(guān)s1～s6和第一電容c1。

第一電子開關(guān)s1與第四電子開關(guān)s4串聯(lián)后并聯(lián)在穩(wěn)壓電路12的輸入端和接地端，第二電子開關(guān)s2與第五電子開關(guān)s5串聯(lián)后并聯(lián)在穩(wěn)壓電路12的輸入端和接地端，第三電子開關(guān)s3與第六電子開關(guān)s6串聯(lián)后并聯(lián)在穩(wěn)壓電路12的輸入端和接地端，第一電容c1并聯(lián)在穩(wěn)壓電路12的輸入端和接地端。微處理單元15與啟動驅(qū)動電路的輸入端連接，啟動驅(qū)動電路的輸出端與第一至第六電子開關(guān)s1～s6的輸入端連接，第一電子開關(guān)s1與第四電子開關(guān)s4的連接點、第二電子開關(guān)s2與第五電子開關(guān)s5的連接點以及第三電子開關(guān)s3與第六電子開關(guān)s6的連接點均與永磁發(fā)電機3的定子線圈三相繞組連接。

微處理單元15控制啟動驅(qū)動電路工作。在需要啟動的時候，使用pwm信號驅(qū)動第一至第六電子開關(guān)s1～s6，使永磁發(fā)電機3的定子線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場與永磁發(fā)電機3的轉(zhuǎn)子永磁體相互作用而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)使內(nèi)燃發(fā)動機2獲得初速度而完成啟動。永磁發(fā)電機3啟動后，啟動驅(qū)動電路停止工作，第一至第六電子開關(guān)s1～s6內(nèi)部的二極管對永磁發(fā)電機3輸出的三相交流電壓ac1、ac2、ac3進行整流，經(jīng)第一電容c1濾波后輸出到穩(wěn)壓電路12。

在需要啟動內(nèi)燃發(fā)動機2時，升壓/降壓電路14將電池組4電壓升壓到直流母線電壓后輸出到第二電容c2，并經(jīng)第三電感l(wèi)3和第七電子開關(guān)s7的反向二極管輸出到第一電容c1。在微處理單元15的控制下，第一至第六電子開關(guān)s1～s6將第一電容c1的電壓斬波并加到永磁發(fā)電機3的定子線圈三相繞組上，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動內(nèi)燃發(fā)動機2轉(zhuǎn)動，獲得內(nèi)燃發(fā)動機2啟動的初速度。

升壓/降壓電路14包括升壓/降壓驅(qū)動電路、變壓器t1和第八至第十電子開關(guān)s8～s10。微處理單元15與升壓/降壓驅(qū)動電路的輸入端連接，升壓/降壓驅(qū)動電路的輸出端與第八至第十電子開關(guān)s8～s10的輸入端連接，第八至第十電子開關(guān)s8～s10的輸出端與變壓器t1連接，變壓器與穩(wěn)壓電路12和電池組4連接。

在需要電池組4供電時，升壓/降壓電路14工作于升壓模式，第九電子開關(guān)s9和第十電子開關(guān)s10配合變壓器t1完成升壓，將電池組4的電壓變成高壓交流電，第八電子開關(guān)s8作為整流器使用，將輸出電壓整流后連接到直流母線。在需要給電池組4充電時，第八電子開關(guān)s8配合變壓器t1完成降壓，將直流母線電壓變成低壓交流電。第九電子開關(guān)s9和第十電子開關(guān)s10作為整流器使用，將輸出電壓連接到電池組4，對電池組4進行充電。

升壓/降壓驅(qū)動電路對第八至第十電子開關(guān)s8～s10進行驅(qū)動，微處理單元15適時地為升壓/降壓驅(qū)動電路提供pwm信號。也可以由獨立的升壓控制ic和降壓控制ic配合第八至第十電子開關(guān)s8～s10單獨完成升壓和降壓控制，微處理單元15只施加使能信號進行開啟和關(guān)閉即可。

穩(wěn)壓電路12包括穩(wěn)壓驅(qū)動電路、第七電子開關(guān)s7、第三電感l(wèi)3、二極管d1和第二電容c2。微處理單元15與穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸入端連接，穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸出端與第七電子開關(guān)s7的一輸入端連接，第七電子開關(guān)s7的另一輸入端與啟動/整流電路11連接。第三電感l(wèi)3的一端與第七電子開關(guān)s7的輸出端連接，其另一端與逆變輸出電路13連接。二極管d1的負(fù)極與第七電子開關(guān)s7的輸出端連接，其正極接地。第二電容c2的一端與逆變輸出電路13連接，其另一端接地。

在內(nèi)燃發(fā)動機2工作時，穩(wěn)壓電路12將啟動/整流電路11中第一電容c1輸出的電壓降壓穩(wěn)壓到直流母線電壓，并在第二電容c2上輸出。

穩(wěn)壓電路12可以采用常規(guī)的buck降壓電路，也可以采用boost升壓電路，以滿足逆變輸出電路13對直流母線電壓的需求。

一般地，啟動/整流電路11中第一電容c1輸出的直流電壓為250～350v，逆變輸出電壓為220～240acv時，直流母線電壓設(shè)置為400v，需要使用boost升壓電路。而逆變輸出電壓為100～120v時，直流母線電壓設(shè)置為200v，需要使用buck降壓電路。由于此類電路為公知技術(shù)，在此不再詳述。

微處理單元15輸出的pwm信號經(jīng)過穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動第七電子開關(guān)s7，也可以由獨立的buck或boost驅(qū)動電路產(chǎn)生pwm信號進行驅(qū)動。

第二電容c2輸出的直流母線電壓主要用于為逆變輸出電路13提供能量。在電池組4需要充電時，通過升壓/降壓電路14為電池組4充電。

當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機2為停機狀態(tài)需要啟動時，升壓/降壓電路14將電池組4電壓升壓到直流母線電壓輸出到第二電容c2，再經(jīng)第三電感l(wèi)3和第七電子開關(guān)s7中的反向二極管到達第一電容c1，為啟動/整流電路11提供電源。

逆變輸出電路13包括pwm驅(qū)動電路、第十一至第十四電子開關(guān)s11～s14、第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2以及第三電容c3。第十一電子開關(guān)s11與第十三電子開關(guān)s13串聯(lián)后并聯(lián)在所述穩(wěn)壓電路12的輸出端和接地端，第十二電子開關(guān)s12與第十四電子開關(guān)s14串聯(lián)后并聯(lián)在穩(wěn)壓電路12的輸出端和接地端；微處理單元15與pwm驅(qū)動電路的輸入端連接，pwm驅(qū)動電路的輸出端與第十一至第十四電子開關(guān)s11～s14的輸入端連接；第十一電子開關(guān)s11與第十三電子開關(guān)s13的連接點依次通過第一電感l(wèi)1、第三電容c3和第二電感l(wèi)2與第十二電子開關(guān)s12與第十四電子開關(guān)s14的連接點連接，逆變后的交流電在第三電容c3的兩端輸出。

當(dāng)數(shù)碼發(fā)電機組需要輸出電源時，微處理單元15輸出pwm信號，pwm信號通過pwm驅(qū)動電路使第十一至第十四電子開關(guān)s11～s14適時開關(guān)，將直流電壓斬波變成高頻交流電壓，其開關(guān)波形按正弦規(guī)律變化。斬波后的電壓經(jīng)過第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2以及第三電容c3濾波得到工頻交流電壓后輸出。

由于微處理單元15具有強大的處理能力，可以精細調(diào)節(jié)各路pwm信號，使得從第三電容c3輸出的工頻交流電壓具有很低的波形畸變率、很高的頻率、電壓穩(wěn)定度以及良好的負(fù)載適應(yīng)性。這種高品質(zhì)的電源可以滿足大部分需求。第十一至第十四電子開關(guān)s11～s14內(nèi)部的二極管除了在逆變輸出時續(xù)流，還在電池組4需要充電時，將連接到第三電容c3的外部電源輸入進行整流，輸出到直流母線上并傳遞到第二電容c2，經(jīng)過升壓/降壓電路14進行降壓給電池組4充電。

微處理單元15采用16位或32位的dsp或單片機，要求其具有快速的處理能力。6～12通道的pwm輸出，10～12位ad轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)置比較器和運算放大器以及多路信號輸入輸出控制等功能。多通道的pwm波形用于各個電子開關(guān)的斬波控制，由于第一至第六電子開關(guān)s1～s6只在啟動內(nèi)燃發(fā)動機2時需要pwm信號，此時第七電子開關(guān)s7以及第十一至第十四電子開關(guān)s11～s14不需要pwm信號，因此這些pwm信號可以被復(fù)用。這減少了對pwm信號的通道需求。10～12位ad轉(zhuǎn)換模塊用于檢測各路直流電壓和交流電壓的實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對pwm信號進行調(diào)節(jié)。內(nèi)置比較器和運算放大器能夠?qū)Χ嗦沸盘栠M行監(jiān)測，在信號發(fā)生跳變時進行處理，確?？刂颇K工作在安全范圍內(nèi)。其他輸入輸出信號用于檢測和控制各子模塊電路的工作狀態(tài)，適時開啟和關(guān)閉子模塊電路。

微處理單元15還根據(jù)電池組4的電量和輸出功率等因數(shù)，輸出控制信號?？刂菩盘柦?jīng)驅(qū)動放大后通過安裝在發(fā)動機2化油器上的步進電機，實時地調(diào)整發(fā)動機2轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機組的效率最高而噪音最低。

微處理單元15還根據(jù)需要通過通訊信號輸出給顯示模塊進行數(shù)據(jù)顯示，輸出熄火信號適時關(guān)閉發(fā)動機，以及輸出調(diào)速信號調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使發(fā)動機工作于最佳轉(zhuǎn)速，以降低噪音，提高燃油效率。

應(yīng)用上述電路組成的數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1，其數(shù)碼發(fā)電機組具有以下優(yōu)點：

當(dāng)負(fù)載功率較小時，發(fā)動機2不啟動，由電池組4逆變輸出高品質(zhì)工頻交流電源。此時數(shù)碼發(fā)電機組完全沒有噪音輸出。

當(dāng)負(fù)載功率超過發(fā)動機2輸出功率時，發(fā)動機2帶動永磁發(fā)電機3發(fā)電的同時，控制系統(tǒng)將電池組4的電壓逆變成高電壓合并發(fā)電機的能量，同時輸出高品質(zhì)工頻交流電源。這一功能的實現(xiàn)使得啟動功率超過發(fā)動機2額定輸出功率較多的負(fù)載可以正常啟動，運行功率超出發(fā)動機2額定功率較少的負(fù)載可以在電池組4電量充足的情況下持續(xù)正常使用。

當(dāng)負(fù)載功率較大但不超過發(fā)動機2輸出功率時，由發(fā)動機2帶動永磁發(fā)電機3發(fā)電，經(jīng)控制系統(tǒng)功率變換后輸出高品質(zhì)工頻交流電源，滿足一般使用要求的同時給電池組4補充電能。

在特定的時刻，當(dāng)需要啟動發(fā)動機2時，控制系統(tǒng)使用電池組4的能量驅(qū)動永磁發(fā)電機3轉(zhuǎn)動并加速到一定的轉(zhuǎn)速使發(fā)動機2自動啟動。這一功能使發(fā)動機2具有電啟動的能力，不用費力地手拉反沖啟動。

當(dāng)電池組4的電壓下降到一定值時，如果此時發(fā)動機2處于停機狀態(tài)，則可以根據(jù)需要自動啟動發(fā)動機2帶動永磁發(fā)電機3發(fā)電，給電池組4補充電能。也可以使用市電或另一臺發(fā)電機直接連接到輸出插座5，給電池組4充電。

本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1中還設(shè)置有顯示模塊、藍牙模塊或wifi模塊。顯示模塊、藍牙模塊或wifi模塊均與微處理單元15連接。本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1可以根據(jù)需要將當(dāng)前工作狀態(tài)如輸出功率、電池電量及可用時間等信息通過通訊接口發(fā)送給接顯示模塊、藍牙模塊或wifi模塊，從而方便手機等智能終端通過app連接使用這些信息，也可以接收指令進行開關(guān)機等操作。本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1中還設(shè)置有熄火控制模塊和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊，熄火控制模塊與微處理單元的熄火輸出接口連接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊與微處理單元的調(diào)速輸出接口連接。

進一步地，微處理單元15采用tms320f2802x系列單片機或者芯片dspic33ep32gs504或者芯片dspic33ep32mc204等。

實施例2圖3示出了本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1的另一種電路原理圖。與實施例1中給出的電路原理圖相比，實施例2中的穩(wěn)壓電路12與實施例1中的穩(wěn)壓電路12不同，其他電路均相同。

穩(wěn)壓電路12包括穩(wěn)壓驅(qū)動電路、第一至第三晶閘管scr1～scr3、二極管d1和第二電容c2。穩(wěn)壓驅(qū)動電路的輸出端與第一至第三晶閘管的控制極連接，第一至第三晶閘管scr1～scr3的陽極分別與永磁發(fā)電機3的定子線圈三相繞組連接，其陰極與逆變輸出電路13連接。二極管d1的正極與逆變輸出電路13連接，其負(fù)極與啟動/整流電路11連接。第二電容c2的一端與逆變輸出電路13連接，其另一端接地。穩(wěn)壓驅(qū)動電路通過對第二電容c2的正端電壓進行采樣，直接控制第一至第三晶閘管scr1～scr3，使第一至第三晶閘管scr1～scr3適時導(dǎo)通，并輸出穩(wěn)定的直流電壓到第二電容c2。

永磁發(fā)電機3的三相輸出ac1～ac3與晶閘管scr1～scr3的輸入端對應(yīng)連接。永磁發(fā)電機3輸出的電壓經(jīng)第二電容c2濾波后得到直流母線電壓。二極管d1的作用在于在需要啟動發(fā)動機2時，將升壓/降壓電路14輸出的直流母線電壓單向輸送到第一電容c1，為啟動/整流電路11提供電源。

與實施例1中的穩(wěn)壓電路12相比，實施例2中的穩(wěn)壓電路12具有損耗小、電路簡單和成本較低的特點。但是晶閘管的穩(wěn)壓精度低，第一電容c1存儲的能量不能利用。實施例1中的穩(wěn)壓電路12雖然較復(fù)雜，成本較高，損耗稍大，但是其穩(wěn)壓精度高，第一電容c1存儲的能量可以利用。

如圖4所示，一種數(shù)碼發(fā)電機組包括本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1、外殼機架(圖中未示出)、發(fā)動機2、永磁發(fā)電機3、電池組4和輸出插座5。其中，控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載所需要功率的大小對發(fā)動機2和電池組4進行管理，并進行功率變換，為負(fù)載輸出高品質(zhì)的電源。發(fā)動機2用于提供源動力，其帶動永磁發(fā)電機3運轉(zhuǎn)。輸出插座5用于輸出工頻交流電源。

使用常規(guī)1kw數(shù)碼發(fā)電機所使用的發(fā)動機2、永磁發(fā)電機3、實施例1示出的控制系統(tǒng)以及合適的電池組4構(gòu)成的數(shù)碼發(fā)電機組能夠達到以下性能：一鍵電啟動數(shù)碼發(fā)電機組；數(shù)碼發(fā)電機組的額定輸出功率900w；短時最大輸出功率1800w持續(xù)5分鐘；最大持續(xù)輸出功率1200w1小時以上；100w全靜音輸出2.5小時以上；整機重量低于15kg；可連接市電或另一臺發(fā)電機為其充電。

如圖5所示，基于本發(fā)明數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1，本發(fā)明還提供了一種數(shù)碼發(fā)電機組控制方法，其包括以下步驟：

s1、數(shù)碼發(fā)電機組控制系統(tǒng)1上電后進行初始化設(shè)置。

s2、微處理單元15讀取逆變輸出電路13的輸出電壓，并對是否讀取到外接電壓進行判斷。由于系統(tǒng)初始化后無輸出，此時的輸出插座5上如果外接了市電或者另一臺發(fā)電機的輸出電壓用于給本數(shù)碼發(fā)電機組的電池組4充電，將可以讀到外接交流電壓或在直流母線上讀到被整流后的直流電壓。

s3、如果微處理單元15讀取到外接電壓，則系統(tǒng)進入充電模式，系統(tǒng)開啟升壓/降壓電路14的降壓功能，將直流母線電壓降壓后給電池組4充電。

充電模式下，微處理單元15讀取電池組4電壓，并檢測電池組4是否已充滿電。如果未充滿，則繼續(xù)。如果電池組4已充滿電，則關(guān)閉升壓/降壓電路14，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)。

s4、如果微處理單元15未讀取到外接電壓，則系統(tǒng)進入發(fā)電輸出模式。微處理單元15讀取電池組4電壓，并判定電池組4電壓為欠壓狀態(tài)、較低電壓狀態(tài)和正常電壓狀態(tài)中的哪一種。

s5、如果電池組4電壓為欠壓狀態(tài)，系統(tǒng)將進入休眠模式，等待外接電源給電池組4充電，或者由手拉反沖啟動發(fā)動機2給電池組4充電。

s6、如果電池組4電壓為較低電壓狀態(tài)，系統(tǒng)首先開啟升壓/降壓電路14的升壓功能，將電池組4電壓升壓到直流母線電壓，并輸出pwm信號開啟啟動/整流電路11的啟動功能，使永磁發(fā)電機3定子線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)給發(fā)動機2提供初速度使發(fā)動機2啟動。

s61、發(fā)動機2啟動后，永磁發(fā)電機3發(fā)電，系統(tǒng)關(guān)閉升壓/降壓電路14，啟動/整流電路11切換為整流，并經(jīng)過穩(wěn)壓電路12輸出直流母線電壓。系統(tǒng)在檢測到直流母線電壓足夠后開啟逆變輸出電路13，輸出工頻交流電壓給負(fù)載。

s62、通過讀取負(fù)載電流并計算出負(fù)載功率，判斷負(fù)載是處于輕載，重載，還是過載。

s621、如果是過載，一般是超過1.1倍額定負(fù)載，系統(tǒng)將關(guān)閉逆變輸出電路13，設(shè)置過載指示，然后開啟升壓/降壓電路14的降壓功能為電池組4充電，充滿后關(guān)閉升壓/降壓電路14。也可以跳轉(zhuǎn)至步驟s3。

s622、如果是輕載，系統(tǒng)將開啟升壓/降壓電路14的降壓功能，并同時正常輸出工頻交流電源，此時數(shù)碼發(fā)電機組一邊給負(fù)載供電，一邊給電池組4充電，充滿后關(guān)閉升壓/降壓電路14。

s623、如果是重載，一般是0.8倍～1.1倍額定負(fù)載，系統(tǒng)直接進入正常輸出狀態(tài)，如果負(fù)載輕微過載，將允許輸出輕微降壓以適應(yīng)負(fù)載。此時將點亮過載指示。

正常輸出工頻交流電期間，系統(tǒng)隨時讀取負(fù)載功率，并實時調(diào)整，進入循環(huán)工作。

s7、如果是正常電壓狀態(tài)，系統(tǒng)指令開啟升壓/降壓電路14的升壓功能，將電池組4電壓升壓到直流母線電壓，并指令逆變輸出電路13工作，在ac輸出端輸出工頻交流電壓。

s8、通過輸出的工頻交流電壓，讀取其產(chǎn)生的負(fù)載電流，計算出負(fù)載功率的大小，并判斷屬于過載，輕載，還是常規(guī)負(fù)載。

s81、如果是過載，一般是超過額定功率2倍的負(fù)載，或1-2倍額定負(fù)載持續(xù)時間較長，數(shù)碼發(fā)電機組的永磁發(fā)電機3發(fā)電和電池組4共同供電仍然無法負(fù)荷，系統(tǒng)將關(guān)閉升壓電路，關(guān)閉逆變輸出，設(shè)置過載指示后進入休眠狀態(tài)。

s82、如果是輕載，一般是低于額定功率20％的狀態(tài)，系統(tǒng)將關(guān)閉發(fā)動機2(如果已開啟)，只使用電池組4用于輸出。

s83、如果是常規(guī)負(fù)載，即大于20％額定功率，小于2倍額定功率的負(fù)載，系統(tǒng)將指令啟動/整流電路11啟動發(fā)動機2，由發(fā)動機2帶動永磁電機和電池組4升壓共同供電。系統(tǒng)繼續(xù)檢測電池組4電壓，判定電池組4是處于欠壓，較低電壓，還是正常狀態(tài)。

如果是欠壓狀態(tài)，則系統(tǒng)關(guān)閉升壓/降壓電路14并跳轉(zhuǎn)到步驟s61。

如果是較低電壓狀態(tài)且發(fā)動機未啟動，則系統(tǒng)將適時啟動發(fā)動機2。

如果電池電壓正常，則系統(tǒng)將正常輸出，并重新讀負(fù)載功率，跳轉(zhuǎn)回步驟s8進入循環(huán)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。