專利名稱：一種應(yīng)急電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電源領(lǐng)域，具體的說是一種應(yīng)急電源系統(tǒng)(EPS)。
技術(shù)背景
目前的動力、照明型應(yīng)急電源系統(tǒng)，主要由蓄電池、充電器、逆變模塊、逆 變變壓器、逆變驅(qū)動、電池巡檢、監(jiān)控保護、輸出切換、傳感器檢測、顯示與遠 程通訊模塊、輔助開關(guān)電源等元件組成。
在傳感器檢測、監(jiān)控電路中，往往采用可調(diào)電位器校準模擬輸入信號采樣幅 值與逆變輸出電壓幅值，主控芯片不進行信號校準的方案。這種方案雖然減小了 主控芯片的運算處理量。但電位器容易受到元件質(zhì)量、使用時間、與外部環(huán)境的 影響，阻值產(chǎn)生漂移，進而導致信號測量不準、有零漂、保護誤判或不判，降低 了產(chǎn)品的可靠性。
當EPS進行逆變，出現(xiàn)直流過流、驅(qū)動過流、驅(qū)動電源欠壓等嚴重故障時， EPS應(yīng)停止逆變。EPS往往采用主控芯片測量各故障信號，當判斷出現(xiàn)嚴重故障 時，停止逆變PmH言號輸出的方案實現(xiàn)上述保護。這種方案因需要且僅有主控芯 片參于控制，存在著停止逆變延時長、因強干擾導致主控芯片不正常工作則無法 控制逆變的隱患，進而降低了產(chǎn)品的可靠性。
因智能型EPS往往需要點陣液晶顯示，且與其它模塊相隔距離較遠，通常采 用單獨的控制芯片實現(xiàn)液晶顯示控制，模塊間采用串口通訊。往往顯示芯片與主 控芯片之間通訊往往采用不隔離的RS232總線實現(xiàn)，且EPS與遠程計算機的通訊 往往由主控芯片實現(xiàn)，即以主控芯片為主通訊芯片。同時，參數(shù)值僅存于主控芯 片的存儲器中，顯示模塊僅供顯示；電池巡檢是獨立的模塊，或僅提供故障信號 給主控芯片。因中、大功率EPS，顯示模塊與主控模塊相隔較遠，采用RS232通 訊，通訊信號容易受到千擾，調(diào)試參數(shù)在數(shù)據(jù)傳輸時也有可能受干擾而改變，同 時電池巡檢無法實現(xiàn)較多的數(shù)據(jù)通訊，降低了產(chǎn)品的智能化、可靠性程度。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出改進方案，實現(xiàn)一 種高可靠性的智能型應(yīng)急電源系統(tǒng)。本實用新型采用的技術(shù)方案
一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于具有主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電 路、IGB逆變驅(qū)動模塊DR1、驅(qū)動電源、顯示與遠程通訊模塊，主控芯片 MC68HC908MR16及其外圍電路的P麗接口連接到雙保護硬件電路，主控芯片 MC68HC908MR16及其外圍電路的RS485接口連接到顯示與遠程通訊模塊。
所述的主控芯片及其外圍電路，采用MC68HC908MR16主控芯片，以及存儲器 X5043，基準穩(wěn)壓源TL431，帶電氣隔離的RS485通訊接口 MAX3082，模擬信號采樣 通道SIG。存儲與復(fù)位X5043連至主控芯片I2C總線端，用于存儲設(shè)置參數(shù)，并 提供穩(wěn)定的復(fù)位信號，連至主控芯片復(fù)位端；TL431提供穩(wěn)定的2.5V基準電壓 源，連至主控芯片18腳(AD采樣基準端)；MAX3082與主控芯片用于實現(xiàn)主控芯 片與顯示模塊的通訊，連至連至主控芯片串行通訊端；SIG實現(xiàn)將系統(tǒng)交直流電 壓、電流強電信號以及溫度信號轉(zhuǎn)換成主控芯片可采集的弱電壓信號，連至連至 主控芯片AD輸入端。
所述的雙保護硬件電路，包括LM339四電壓比較器U1B、 U1C、 U1D， 7400 與非門U2A、 U2B、 U2C，LM285微功率電壓基準二極管Tol，八路總線收發(fā)器 SN74LVC245A，達林頓電晶體陣列ULN2003AN; LM339四電壓比較器U1B的反相輸 入端經(jīng)過電阻Rdl連接到直流電流采樣霍爾傳感器Tl，并經(jīng)過電阻Rd2、電容 Cdl接地；LM339四電壓比較器U1D的正相輸入端經(jīng)過電阻Rl連接到驅(qū)動模塊的 OC (短路或驅(qū)動過流)信號輸出端，并經(jīng)過電容C1接地，并經(jīng)過電阻R2連接到 +5V電源；LM339四電壓比較器U1D的反相輸入端經(jīng)過電阻Ref、電容Cef連接 到LM285微功率電壓基準二極管Tol的3腳(A接地端)并接地，LM339四電壓 比較器U1D的反相輸入端連接到LM285微功率電壓基準二極管Tol的2腳(K穩(wěn) 壓端)和LM339四電壓比較器U1C的反相輸入端；LM339四電壓比較器U1C的正 相輸入端經(jīng)過電阻R9連接到驅(qū)動電源的UV (驅(qū)動電源欠壓)信號，并經(jīng)過電阻 R8連接到+5V電源，并經(jīng)過電容C3接地；LM339四電壓比較器U1C的輸出端連 接到7400與非門U2C的第二輸入端并經(jīng)過電阻R10連接到+5V電源，7400與非 門U2C的第一輸入端連接到、7400與非門U2B的第二輸入端、7400與非門U2A 的輸出端連接到主控芯片的22腳(DL直流、逆變過流信號輸入)，7400與非門 U2C的輸出端連接到主控芯片的24腳(FAULT故障匯總信號輸入)和八路總線收發(fā)器SN74LVC245A的19腳(輸出控制端)；7400與非門U2B的第一輸入端連接 到LM339四電壓比較器U1D的輸出端、LM339四電壓比較器U1B的輸出端、并經(jīng) 過電阻R3連接到+5V電源；7400與非門U2B的輸出端經(jīng)過電阻R5和三極管Dl 構(gòu)成的并聯(lián)電路后分為三路， 一路經(jīng)過電阻R4、發(fā)光二極管LEDgL接地，二路 經(jīng)過電容C2接地,三路連接到7400與非門U2A的第二輸入端；7400與非門U2A 的第一輸入端連接到主控芯片的21腳(GL清過流信號輸出)；主控芯片的31、 32、 33、 34、 36、 37腳(P麗輸出)連接到八路總線收發(fā)器SN74LVC245A的輸入 端，八路總線收發(fā)器SN74LVC245A的輸出端連接到達林頓電晶體陣列ULN2003AN 的輸入端，達林頓電晶體陣列ULN2003AN的輸出端連接到逆變驅(qū)動模塊P麗信號 輸入端。
所述的顯示與遠程通訊模塊，包括顯示控制芯片W77E58、漢顯LCD液晶 YM12864C與按鍵陣列、存儲芯片X5045、兩路帶隔離的RS485通訊芯片MAX3082。 YM12864C與按鍵陣列用于實現(xiàn)液晶顯示和按鍵操作，連至顯示控制芯片P0、 P2 端口；存儲與復(fù)位X5045連至顯示控制芯片P1端口，用于存儲設(shè)置參數(shù)，并提 供穩(wěn)定的復(fù)位信號，連至顯示控制芯片復(fù)位端；兩路RS485通訊芯片區(qū)X3082， 連至顯示控制芯片的串口 1、串口2端口，用于實現(xiàn)與主控芯片MC68HC908MR16 和遠程計算機帶隔離的RS485通訊。
本實用新型的設(shè)計思想
在高可靠性的智能型應(yīng)急電源系統(tǒng)中，針對輸入電壓電流和逆變電壓電流等 模擬信號的測量，在EPS生產(chǎn)調(diào)試時通過主控芯片進行數(shù)字校準，而去除電位器 校準。
當出現(xiàn)直流過流、驅(qū)動過流、驅(qū)動電源欠壓等嚴重故障時，EPS采用專用硬 件電路匯總后直接屏蔽逆變P麗信號的輸出，同時故障信號送至主控芯片進行處 理，停止逆變信號輸出，這種"雙保護"的方案。
EPS監(jiān)控模塊、顯示與遠程通訊模塊之間的通訊采用隔離的RS485總線通訊， 同時電池巡檢模塊也掛在RS485總線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，顯示控制芯片為主通訊芯 片，并負責EPS與遠程計算機的通訊。
EPS的調(diào)試與校驗參數(shù)分兩次冗余存儲于主控芯片的存儲器中，同時存儲于 顯示控制芯片的存儲器中，在EPS啟動時，對兩存儲器中的三組數(shù)據(jù)進行比較處理，若有一組參數(shù)數(shù)值不同，EPS報警，并推薦用戶操作面板按鍵糾正不同的那 組數(shù)據(jù)參數(shù)，EPS統(tǒng)一三組參數(shù)后運行。 本實用新型的優(yōu)點-
本實用新型提供的一種應(yīng)急電源系統(tǒng)采用數(shù)字校準，有效地避免了因電位器 阻值漂移導致的測量不準、有零漂、因測量誤差引起的保護誤判或不判現(xiàn)象；在 產(chǎn)生嚴重故障時，采用硬件電路屏蔽與軟件停止逆變信號輸出，這種"雙保護" 的方案，不僅避免了主控芯片運算處理的時延，更快地實現(xiàn)了保護，而且當主控 芯片因干擾無法正常工作時，也能夠?qū)崿F(xiàn)保護功能；RS485總線因采用差分信號 傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)抗干擾性能得到增強，同時該總線上能夠掛接多個通訊模塊，這 樣可以實現(xiàn)電池巡檢單元的通訊，和統(tǒng)一管理；EPS參數(shù)兩存儲器三次冗余存儲 方案，不僅降低了調(diào)試數(shù)據(jù)受干擾影響的改變，同時在EPS批量生產(chǎn)調(diào)試時，可 通過更改顯示模塊在不同EPS間傳遞已調(diào)參數(shù)。以上這些方案有效地提升了應(yīng)急 電源系統(tǒng)的可靠性和智能化程度。


圖1為數(shù)字校準與校驗參數(shù)冗余存儲的軟件流程圖； 圖2為雙保護硬件電路原理圖； 圖3為顯示與遠程通訊模塊原理框圖。 圖4為本實用新型整體結(jié)構(gòu)框圖具體實施方式
參見圖1-4:
如圖1所示，例如對蓄電池直流輸入電壓V進行數(shù)字校準。通入穩(wěn)定的DC220V 直流電壓值，未校準的EPS上電運行時，主控芯片會使用不準確的K參數(shù)值，顯 示模塊液晶顯示直流電壓值假設(shè)為DC253V。因為通過面板按鍵，進入校準界面， 逐漸減小直流電壓的K參數(shù)值，直至直流電壓值為DC220V。按鍵選擇參數(shù)保存， 則顯示芯片、主控芯片會將校準參數(shù)冗余保存于存儲器中。其它輸入模擬量校準 與上相同，僅對逆變輸出電壓進行校準時，固定顯示值，通過調(diào)整K值，進而調(diào) 整PTO1占空比，改變逆變輸出電壓，使逆變輸出電壓測量值與顯示值相等。
本實用新型EPS通過圖2所示電原理圖實現(xiàn)"雙保護"功能。EPS通過霍爾 傳感器采樣直流電流，生成直流采樣信號DC，傳送至主控芯片和圖1電路；同時傳送至圖1電路的信號還有驅(qū)動模塊的過流OC信號、驅(qū)動電源的電壓檢測信 號UV，主控芯片發(fā)出的清過流信號GL(低電平有效)，輸出至主控芯片的過流信 號DL(低電平有效)、FAULT(高電平有效)。圖1電路圖中還包含監(jiān)控模塊P麗信 號的輸出電路，主控芯片輸出的6路P麗信號經(jīng)SN7禮VC245A、 ULN2003輸出置 逆變驅(qū)動模塊。
正常情況下，DC與OC信號低于門限電壓，Ul LM339比較芯片漏極開路輸出 端截止，R3上拉至高電平，使得U2 7400與非門6腳為低，3腳為高，同樣UV 信號截止為高電平，U114腳輸出為高，U2 8腳輸出的FAULT為低。出現(xiàn)直流過 流或逆變過流、短路時，DC或OC信號電壓高出比較闕值，U1B或U1D輸出漏極 開路的低電平，U2B4腳拉低，6腳輸出高電平，過流指示燈LEDgL亮，3腳輸 出低電平DL信號，并保持DL信號(消除故障后，手動置GL為低，清除DL信號， 確保故障消除)，U2 8腳FAULT故障信號置高。FAULT置高使得SN74LVC245A關(guān) 斷逆變輸出，同時主控芯片檢測到DL、 FAULT信號有效，停止逆變輸出，實現(xiàn)了 "雙保護"功能。同樣，驅(qū)動電源欠壓后，UV導通，拉低U19腳，14腳，F(xiàn)AULT 置高，實現(xiàn)"雙保護"功能。主控芯片可通過DL信號區(qū)別過流和驅(qū)動電源失壓 信號。圖中TOl、 Rref用于實現(xiàn)2.5V精密基準源，R5、 Dl、 C2用于防止U2產(chǎn) 生自激振蕩。
如圖3所示，顯示模塊使用W77E58芯片(兩串口)串口 l實現(xiàn)與監(jiān)控模塊、 電池巡檢模塊實現(xiàn)RS485總線通訊，串口 2實現(xiàn)與遠程計算機的RS485總線通訊。 每模塊的通訊電路均采用DC/DC及光耦實現(xiàn)電氣隔離，有效解決了因引線過長導 致的抗干擾能力差的現(xiàn)象，增強了系統(tǒng)可靠性。
權(quán)利要求1、一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于具有主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路、IGBT逆變驅(qū)動模塊、驅(qū)動電源、顯示與遠程通訊模塊；主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路的PWM接口連接到雙保護硬件電路，主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路的RS485接口連接到顯示與遠程通訊模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述的主控芯片及 其外圍電路，采用MC68HC908MR16主控芯片，以及存儲器X5043，基準穩(wěn)壓源 TL431，帶電氣隔離的RS485通訊接口區(qū)X3082，模擬信號采樣通道SIG;存儲 器X5043采用I2C總線與主控芯片相連，用于存儲設(shè)置參數(shù)；TL431提供穩(wěn) 定的2. 5V基準電壓源，連至主控芯片18腳——AD采樣基準端；區(qū)X3082與 主控芯片用于實現(xiàn)主控芯片與顯示模塊的通訊，連至連至主控芯片串行通訊 端；SIG實現(xiàn)將系統(tǒng)交直流電壓、電流強電信號以及溫度信號轉(zhuǎn)換成主控芯 片可采集的弱電壓信號，連至連至主控芯片AD輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述的雙保護硬件 電路，包括LM339四電壓比較器U1B、 U1C、 U1D， 7400與非門U2A、 U2B、 U2C，LM285微功率電壓基準二極管To1，八路總線收發(fā)器SN74LVC245A，達林 頓電晶體陣列ULN2003AN; LM339四電壓比較器U1B的反相輸入端經(jīng)過電阻 Rdl連接到霍爾傳感器T1，并經(jīng)過電阻Rd2、電容Cdl接地；LM339四電壓比 較器U1D的正相輸入端經(jīng)過電阻Rl連接到驅(qū)動模塊的短路或驅(qū)動過流OC信 號輸出端，并經(jīng)過電容C1接地，并經(jīng)過電阻R2連接到+5V電源；LM339四電 壓比較器U1D的反相輸入端經(jīng)過電阻Ref、電容Cef連接到LM285微功率電 壓基準二極管Tol的A接地端3腳并接地，LM339四電壓比較器U1D的反相 輸入端連接到LM285微功率電壓基準二極管Tol的K穩(wěn)壓端2腳和LM339四 電壓比較器U1C的反相輸入端；LM339四電壓比較器U1C的正相輸入端經(jīng)過 電阻R9連接到驅(qū)動電源的驅(qū)動電源欠壓UV信號，并經(jīng)過電阻R8連接到+5V 電源，并經(jīng)過電容C3接地；LM339四電壓比較器U1C的輸出端連接到7400 與非門U2C的第二輸入端并經(jīng)過電阻R10連接到+5V電源，7400與非門U2C 的第一輸入端連接到、7400與非門U2B的第二輸入端、7400與非門U2A的輸 出端連接到主控芯片的DL直流、逆變過流信號輸入22腳，7400與非門U2C的輸出端連接到主控芯片的FAULT故障匯總信號輸入24腳和八路總線收發(fā)器 SN74LVC245A的輸出控制端19腳；7400與非門U2B的第一輸入端連接到LM339 四電壓比較器U1D的輸出端、LM339四電壓比較器U1B的輸出端、并經(jīng)過電 阻R3連接到+5V電源；7400與非門U2B的輸出端經(jīng)過電阻R5和三極管Dl 構(gòu)成的并聯(lián)電路后分為三路， 一路經(jīng)過電阻R4、發(fā)光二極管LEDgL接地，二 路經(jīng)過電容C2接地，三路連接到7400與非門U2A的第二輸入端；7400與非 門U2A的第一輸入端連接到主控芯片的GL清過流信號輸出21腳；主控芯片 的PWM輸出31、 32、 33、 34、 36、 37腳連接到八路總線收發(fā)器SN74LVC245A 的輸入端，八路總線收發(fā)器SN74LVC245A的輸出端連接到達林頓電晶體陣列 ULN2003AN的輸入端，達林頓電晶體陣列ULN2003AN的輸出端連接到逆變驅(qū) 動模塊PBI信號輸入端。
4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述的顯示與遠程 通訊模塊，包括上述的主控芯片與外圍電路、雙保護硬件電路、與顯示模塊， 其中顯示模塊包括顯示控制芯片W77E58、漢顯LCD液晶YM12864C與按鍵陣 列、存儲芯片X5045、兩路帶隔離的RS485通訊芯片MAX3082， YM12864C與 按鍵陣列用于實現(xiàn)液晶顯示和按鍵操作，連至顯示控制芯片PO、 P2端口；存 儲與復(fù)位X5045連至顯示控制芯片P1端口，用于存儲設(shè)置參數(shù)，并提供穩(wěn)定 的復(fù)位信號，連至顯示控制芯片復(fù)位端；兩路RS485通訊芯片區(qū)X3082，連 至顯示控制芯片的串口 1、串口2端口，用于實現(xiàn)與主控芯片MC68HC908MR16 和遠程計算機帶隔離的RS485通訊。
專利摘要本實用新型公開了一種應(yīng)急電源系統(tǒng)，具有主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路、IGBT逆變驅(qū)動模塊、驅(qū)動電源，主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路PWM與控制端口直接連接到雙保護硬件電路，主控芯片MC68HC908MR16及其外圍電路的RS485接口連接到顯示與遠程通訊模塊。有效地避免了因電位器阻值漂移導致的測量不準、有零漂、因測量誤差引起的保護誤判或不判現(xiàn)象；在產(chǎn)生嚴重故障時，采用硬件電路屏蔽與軟件停止逆變信號輸出，不僅避免了主控芯片運算處理的時延，更快地實現(xiàn)了保護，而且當主控芯片因干擾無法正常工作時，也能夠?qū)崿F(xiàn)保護功能；采用了RS485總線因采用差分信號傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)抗干擾性能得到增強。
文檔編號H02J9/00GK201352725SQ200920142899
公開日2009年11月25日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者李大欽 申請人:合肥英特電力設(shè)備有限公司