CN104201764A - 在－40°c环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，其特征在于：电源通过温度采集电路中的温度传感器将外部温度信号线性转化为电信号，然后将此信号反馈给PWM控制部分，PWM控制部分根据此信号调整功率变化与输出整流滤波，其针对配电自动化终端在北方等高寒地区设备后备电源系统无法正常启动导致配电网络出现大规模终端掉线的状况，采用全工业设计的电源管理模块和新型乳体硅能蓄电池设计，选取抗低温能力强的工业级芯片以及复合硅盐用为蓄电池的电解质保证蓄电池在－40°C时，容量仍能保持在80%以上，同时在－40°C至＋60°C度的户外环境中工作，使用寿命不小于5年。
Description
技术领域
本发明涉及一种在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，应用于配电自动化系统中，属于电力系统及其自动化领域。
背景技术
配电自动化建设是未来智能电网发展的必然趋势。在配电自动化系统中，大多数终端后备电源系统在常温下都能正常工作，满足配电终端在智能电网建设中的各项技术指标。但是，在高寒地区低温环境下，往往会出现无法正常启动的现象，严重影响配电自动化系统在高纬度地区的推广与建设。于是，自然就产生了对抗低温能力强，低温环境能正常直接冷启动的新型后备电源系统的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，其针对配电自动化终端在北方等高寒地区设备后备电源系统无法正常启动导致配电网络出现大规模终端掉线的状况，采用全工业设计的电源管理模块和新型乳体硅能蓄电池设计，选取抗低温能力强的工业级芯片以及复合硅盐用为蓄电池的电解质，使得后备电源系统能够在－40°C低温环境直接冷启动，保证蓄电池在－40°C时，容量仍能保持在80%以上，同时在－40°C至＋60°C度的户外环境中工作，使用寿命不小于5年。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，由温度采集电路和输出电压控制电路组成，其特征在于：电源通过温度采集电路中的温度传感器将外部温度信号线性转化为电信号，然后将此信号反馈给PWM控制部分，PWM控制部分根据此信号调整功率变化与输出整流滤波，其中温度采集电路中的R11、R12、R13 和PT100 组成传感器测量电桥，电桥输入端通过TL431稳压，调整桥臂电阻R13，可以改变输入到运放的差分电压信号大小用于调零；电桥输出端设计了两级放大电路；在输出电压控制电路中，输入电压Vin首先经EMI滤波电路滤除EMI干扰并对交流输入整流，得到稳定的直流输入电压Vdc，RCD箝位电路位于变压器初级侧，用来抑制漏感能量所激发的尖峰，LD7575为PWM产生及控制芯片，保持电路开关元件的恒定工作周期（T=ton+toff）；电路输出接闭环负反馈，输出电压Vout经分压得到反馈电压Vfb，Vfb与温度采集电路输出的采样电压Vo1经差值放大器EA输出调制电压Vc，Vc通过光耦后，经PWM脉宽调制器（LD7575）控制MOS管（Q1）的导通时间ton，从而控制输出电压Vout。
本发明的积极效果是采用工业级电路设计，并选取工业级元器件，用高效抗低温芯片嵌入电源回路中，实现能在低温环境正常实现控制装置供电以及蓄电池充放电的功能；蓄电池采用乳体硅能蓄电池，用乳体电解液代替硫酸电解液，电解质采用了新型的复合硅盐，使电池的低温性能得到了极大改善，从而保证蓄电池在－40°C时，容量仍能保持在80%以上，同时在－40°C至＋60°C度的户外环境中工作，使用寿命不小于5年。
附图说明
图1是在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统的电源工作原理框图。
图2是在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统的电源部分的电路图。
图3是在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统的电源的部分引脚图。
图4是在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统的工作原理图。
图5是在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统的蓄电池－40°C充放电实验曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1、2所示，在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，由温度采集电路和输出电压控制电路组成，其特征在于：电源通过温度采集电路中的温度传感器将外部温度信号线性转化为电信号，然后将此信号反馈给PWM控制部分，PWM控制部分根据此信号调整功率变化与输出整流滤波，其中温度采集电路中的R11、R12、R13 和PT100 组成传感器测量电桥，电桥输入端通过TL431稳压，调整桥臂电阻R13，可以改变输入到运放的差分电压信号大小用于调零；电桥输出端设计了两级放大电路；在输出电压控制电路中，输入电压Vin首先经EMI滤波电路滤除EMI干扰并对交流输入整流，得到稳定的直流输入电压Vdc，RCD箝位电路位于变压器初级侧，用来抑制漏感能量所激发的尖峰，LD7575为PWM产生及控制芯片，保持电路开关元件的恒定工作周期（T=ton+toff）；电路输出接闭环负反馈，输出电压Vout经分压得到反馈电压Vfb，Vfb与温度采集电路输出的采样电压Vo1经差值放大器EA输出调制电压Vc，Vc通过光耦后，经PWM脉宽调制器（LD7575）控制MOS管（Q1）的导通时间ton，从而控制输出电压Vout。
PWM控制部分根据此信号调整功率变化与输出整流滤波，从而实现在低温状况下，依然保持能输出电压的稳定正常。
为防止单级放大倍数过高引起非线性误差，电桥输出端设计了两级放大电路（集成运算放大器可采用LM358等）。当温度下降时，PT100阻值变小，输入到放大电路的差分信号变小，放大电路的输出电压Vo1对应降低。
如图3、4所示输出电源控制电路包括两路交流输入和两路直流输出以及蓄电池的充放电接口，工业级芯片保证了模块在－40°C的低温环境下也能正常启动。当交流输入正常时，模块不仅能输入直流电，还能对蓄电池进行充电，保持蓄电池的电量充足；当交流失电的时候，自动无缝切换到蓄电池供电模式，直流输入始终保持稳定。另外在电路上还有电池活化的节点，可随时对蓄电池进行活化，从而使蓄电池在低温条件下仍能保持良好工作状态。如图5所示后备电源系统的蓄电池采用新型乳体硅能蓄电池，低温性能良好，展示的是在－40°C的条件下12V系列新型乳体硅能蓄电池一次充放电的过程，每次充电和放电的时间为6小时左右，红色曲线为充放电电流，绿色曲线为充放电电压，坐标轴的横坐标为充放电时间，坐标轴的纵坐标为电压和电流值。从图中可以看出，电池每次放电电量都达到额定容量的40%，符合相关技术标准要求；即在－40°C的条件下充放电电流仍能维持正常稳定。
Claims (1)
1.在－40°C环境下直接应用的智能配电终端后备电源系统，由温度采集电路和输出电压控制电路组成，其特征在于：电源通过温度采集电路中的温度传感器将外部温度信号线性转化为电信号，然后将此信号反馈给PWM控制部分，PWM控制部分根据此信号调整功率变化与输出整流滤波，其中温度采集电路中的R11、R12、R13 和PT100 组成传感器测量电桥，电桥输入端通过TL431稳压，调整桥臂电阻R13，可以改变输入到运放的差分电压信号大小用于调零；电桥输出端设计了两级放大电路；在输出电压控制电路中，输入电压Vin首先经EMI滤波电路滤除EMI干扰并对交流输入整流，得到稳定的直流输入电压Vdc，RCD箝位电路位于变压器初级侧，用来抑制漏感能量所激发的尖峰，LD7575为PWM产生及控制芯片，保持电路开关元件的恒定工作周期（T=ton+toff）；电路输出接闭环负反馈，输出电压Vout经分压得到反馈电压Vfb，Vfb与温度采集电路输出的采样电压Vo1经差值放大器EA输出调制电压Vc，Vc通过光耦后，经PWM脉宽调制器（LD7575）控制MOS管（Q1）的导通时间ton，从而控制输出电压Vout。
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