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】本發(fā)明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)轉換器、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Δ調制器、右Σ-Δ調制器、狀態(tài)顯示器；所述存儲器為鐵電存儲器；本發(fā)明的優(yōu)點是：實現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)快速收發(fā)，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備的安全性；實現(xiàn)了電壓、電流的采樣的同步性。通過用FPGA內部實現(xiàn)數(shù)字低通濾波以及數(shù)字抽取濾波，去除了采樣過程中的高頻熱噪聲以及量化噪聲，實現(xiàn)了高精度采樣。使用DSP對采樣電壓、電流進行數(shù)據(jù)處理，其強大的運算能力和高速性能，實現(xiàn)了剔除采樣樣本粗大誤差、能量、容量的實時計量，使計量更準確。
【專利說明】一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明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、電池充放電設備等電力電子設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，功率變換控制器功能主要是轉發(fā)上位機的協(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，這樣將嚴重影響時效性能，并且目前的功率變換器只適用于單機運行狀態(tài)下的協(xié)議轉發(fā)及流程控制，并沒有將整機并聯(lián)考慮進來。同時現(xiàn)有的功率變換主控制板并沒有監(jiān)控設備運行時的溫度變化，在設備開機就驅動風機轉動，這樣在設備停機時會造成不必要的浪費。
[0003]目前，傳統(tǒng)現(xiàn)有的電池測試設備普遍面臨總電壓、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、電流計算功率和瓦時的數(shù)據(jù)無法真實反應電池組的實際狀態(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范圍寬(0V-1000V)，而傳統(tǒng)現(xiàn)有的測試設備在寬電壓范圍內很難達到全量程范圍內高精度的指標，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行隔離設計，常規(guī)的采樣電路和控制電路的電氣隔離設計復雜，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。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術問題的高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是實現(xiàn)充放電設備的整個充放電的流程控制，狀態(tài)變換及顯示，參數(shù)微調，故障互鎖，工步截止條件掃描；實現(xiàn)上位機功率設定指令下發(fā)至功率輸出級，以及實時上傳功率輸出級的運行狀態(tài)，故障等信息。實現(xiàn)對充電機或電池充放電設備輸出的寬電壓，大電流進行高精度同步隔離采樣。同時對輸出功率，容量，和能量進行高精度計量。實現(xiàn)充放電設備機柜的多點溫度采樣，通過采樣溫度來控制風機功率，并且在溫度過高時予以過溫保護。實現(xiàn)不同充放電設備間的并聯(lián)均流。
[0006]本發(fā)明包括: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)轉換器(AD)、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調制器、右Σ-Λ調制器、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調制器、右Σ-Λ調制器分別與FPGA連接；所述DSP分別與模數(shù)轉換器(AD)、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機、下位機連接。
[0008]本發(fā)明米用兩路CAN網(wǎng)絡分別與外部的上位機，以及充放電內部功率輸出級進行通信。本主控制器DSP作為中位機，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，變換功率輸出級的輸出電壓、電流。同時，下位機運行狀態(tài)將會內部CAN網(wǎng)絡實時上送。同時根據(jù)采樣信息對下位機指令進行微調控制，達到精準輸出的目的。并且，當通訊出現(xiàn)問題時，利用繼電器輸出硬件信號，控制功率輸出級停機，及時保護設備安全。
[0009]所述主控制器DSP還利用NXP的SJA1000獨立CAN控制器擴展出第三路CAN網(wǎng)絡CAN3進行設備之間并聯(lián)通訊，達到設備并聯(lián)恒流充電式均流效果。
[0010]本發(fā)明通過DSP的強大外設利用三路CAN網(wǎng)絡實現(xiàn)了與上位機、功率輸出級之間的良好的數(shù)據(jù)交互、流程控制、狀態(tài)反饋、故障保護、信號采樣、指令微調以及設備間并聯(lián)的數(shù)據(jù)交互。同時實現(xiàn)了寬電壓、大電流全量程范圍內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，基于DSP數(shù)學算法及數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)了高精度的功率，容量和能量的計量。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0012]1.通過DSP的CAN外設實現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)快速收發(fā)，在IOms之內發(fā)送多幀數(shù)據(jù)，并采用CAN外設的提供的檢錯機制，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備的安全性。
[0013]2.利用AD7705差分模數(shù)轉換器和AQW212光繼電器實現(xiàn)充放電設備內的多點溫度采樣，由于T熱電偶可采集到-100°c?400°C內的溫度變化，滿足設備運行時的最高，最低溫度采樣，為過溫保護提供了可靠的數(shù)據(jù)。
[0014]3.利用閃存存儲器，對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行備份，一旦運行時監(jiān)控上位離線，導致數(shù)據(jù)無法及時上傳，利用閃存存儲器備份，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電不丟失。
[0015]4.通過FPGA控制Σ-Λ調制器啟動采樣，實現(xiàn)了電壓、電流的采樣的同步性。通過用FPGA內部實現(xiàn)數(shù)字低通濾波以及數(shù)字抽取濾波，去除了采樣過程中的高頻熱噪聲以及量化噪聲，實現(xiàn)了高精度采樣。
[0016]5.使用DSP對采樣電壓、電流進行數(shù)據(jù)處理，其強大的運算能力和高速性能，實現(xiàn)了剔除采樣樣本粗大誤差、能量、容量的實時計量，使計量更準確。
[0017]6.本發(fā)明滿足了寬電壓、大電流的全量程外圍內高精度采樣要求。實現(xiàn)了電壓O?1000V，誤差0.2V，電流O?1000A范圍內誤差0.1A，電壓電流同步隔離采樣保證了計算的功率、容量和能量的有效性，真實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是本發(fā)明所述一種高精度多功能功率變換主控制系統(tǒng)的整體結構示意圖?！揪唧w實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明包括: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)轉換器(AD)、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調制器、右Σ-Λ調制器、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調制器、右Σ-Λ調制器分別與FPGA連接；所述DSP分別與模數(shù)轉換器(AD)、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機、下位機連接。
[0021]本發(fā)明采用兩路CAN網(wǎng)絡分別與外部的上位機，以及充放電內部功率輸出級進行通信。本主控制器DSP作為中位機，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，變換功率輸出級的輸出電壓、電流。同時，下位機運行狀態(tài)將會內部CAN網(wǎng)絡實時上送。同時根據(jù)采樣信息對下位機指令進行微調控制，達到精準輸出的目的。并且，當通訊出現(xiàn)問題時，利用繼電器輸出硬件信號，控制功率輸出級停機，及時保護設備安全。
[0022]本發(fā)明的主控制器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具備高速實時運算能力，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，高效的計算能力。同時該型號DSP具備豐富的外設和GPIO(通用輸入/輸出)，方便擴展外部器件。
[0023]本發(fā)明采用AD公司的AD7705模數(shù)轉換器作充放電設備多點溫度采樣芯片，該芯片是Σ-Λ型全差分高精度模數(shù)轉換器。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調制器采用AD公司的型號為AD7401的Σ - Λ調制器作為充放電設備的輸出電壓、電流采樣芯片。該型號模數(shù)轉換器采用了先進的Σ-Λ模數(shù)轉換技術，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計的中間環(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、計算的高精度要求。同時利用Altera公司的cyclonell系列的FPGA做模數(shù)轉換器的后級的數(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通過光隔離開關實現(xiàn)對采樣電路檔位的切換，電壓通過電阻分壓分檔，電流通過差分運放分檔，此外本發(fā)明增加了硬件看門狗確保了不正常工作時的復位，最后，系統(tǒng)測量的容量、能量將會儲存在鐵電存儲器中。
[0025]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【技術領域】的技術人員在本發(fā)明公開的范圍內，能夠輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
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)轉換器、閃存存儲器、存儲器、左Σ-Λ調制器、右Σ-Λ調制器、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調制器、右Σ-Λ調制器分別與可編程門陣列集成電路FPGA連接；所述DSP分別與模數(shù)轉換器、狀態(tài)顯示器、閃存存儲器、存儲器、上位機、下位機連接。
2.根據(jù)權利要求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，所述主控制器采用DSP數(shù)字處理芯片。
3.根據(jù)權利要求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】H02J7/00GK103676765SQ201310712233
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日: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