CN107196406A - 一种双辅助电源的切换控制方法 - Google Patents

一种双辅助电源的切换控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双辅助电源的切换控制方法，所述的双辅助电源双辅助电源包括主控模块、主辅助电源和休眠辅助电源；主控模块通过开关控制单元控制主辅助电源；主控模块还连接有触发检测电路；触发检测电路由休眠辅助电源供电；主辅助电源输出控制信号到能量转换模块。休眠辅助电源一直处于工作状态，(1)触发检测电路未检测到触发信号或触发信号失效，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于闭锁状态；(2)触发检测电路检测到触发信号后或主控模块收到开机指令，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于工作状态。该双辅助电源的切换控制方法能节约待机能耗且响应迅速。

Description

一种双辅助电源的切换控制方法
技术领域
本发明涉及一种双辅助电源的切换控制方法。
背景技术
目前大多数储能系统只有在电力中断或者人们需要使用时，储能系统才会介入工作，发挥作用。在正常情况下，储能系统处于非工作状态，在非工作状态下，要求储能系统不耗电或者尽可能的少耗电。目前大多数储能系统以下两种方式：第一采用机械开关的方式，在不需要使用储能系统时，断开机械开关，储能系统完全不工作，这种方式成本高，特别是大电流场合，机械开关的价格是相当昂贵的，另外响应不及时，操作繁琐；第二是直接待机的方式，这种方式由于采样单一的辅助电源，待机功耗大，造成极大的能量损耗，增加储能电池的充放电循环次数，影响电池寿命。因此，有必要设计一种新的辅助电源的切换控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双辅助电源的切换控制方法，该双辅助电源的切换控制方法能节约待机能耗且响应迅速。
发明的技术解决方案如下：
一种双辅助电源的切换控制方法，所述的双辅助电源是指主辅助电源和休眠辅助电源；以主控模块作为切换控制模块；
主辅助电源和休眠辅助电源均由储能电池供电；
主辅助电源和休眠辅助电源分别接主控模块的2个供电端；
主控模块通过开关控制单元控制主辅助电源；
主控模块还连接有触发检测电路；触发检测电路由休眠辅助电源供电；
主辅助电源输出控制信号到能量转换模块；
休眠辅助电源一直处于工作状态，依据触发检测电路检测的信号或主控模块收到的指令进行控制:
(1)触发检测电路未检测到触发信号或触发信号失效，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于闭锁状态；
(2)触发检测电路检测到触发信号后或主控模块收到开机指令，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于工作状态。
主控模块为单片机、DSP或ARM处理器。
触发检测电路检测的信号是指当使用者按下按键开机信号，或电网中断信号。
开关控制单元包括PMOS管Q13、NMOS管Q16和PNP型的三极管Q24；
SPS_CNTL为主辅助电源控制使能控制信号，SPS_CNTL端接三极管Q24的b极；三极管Q24的c极接地；三极管Q24的e极与SPS_CNTL端之间接有电阻R68；三极管Q24的e极和c极之间接有电阻R67；
三极管Q24的e极还接NMOS管Q16的G极；NMOS管Q16的S极接地；NMOS管Q16的D极经电阻R65接PMOS管Q13的G极；
PMOS管Q13的S极接供电电压BAT+端(BAT+可以为储能电池电压)；PMOS管Q13的D极为主辅助电源供电，即PMOS管Q13的D极接主辅助电源的电源输入端；PMOS管Q13的D极和S极之间接有电阻R59。
所述的主辅助电源和休眠辅助电源均为基于LDO(LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器)的集成电路，且休眠辅助电源的静态待机电流为uA级。
所述的主辅助电源和休眠辅助电源均输出5V电压。
主控模块还连接有通讯电路。
储能电路通过能量转换电路为用电设备或电网供电；能量转换电路受控于所述的主辅助电源。
储能电池还连接有充电电路。
所述的能量转换电路为DC-DC变换电路或DC-AC逆变电路。
主控模块还连接有控制电路、采样电路、告警电路、人机交互电路和通信电路；
控制电路：是整个储能系统的控制中心，接收采样电路采集的信号及通讯电路的指令和信息，控制电路对这些信号、指令及信息进行处理后做出响应，通过通讯电路(通信模块)发送指令和信息，同时显示储能系统的状态信息，给双辅助电源的电子开关提供控制信号，切换状态，并给能量转换系统的第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、逆变器以及充电输入的电子开关提供控制信号。控制电路一般采用MCU，为现有成熟技术。
采样电路：负责信号采集，采集储能系统的电池组的电压、电流、充电输入电压和电流，以及能量转换系统的第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换、逆变器器、的输入电压及电流、输出电压及电流、保护状态等信息；
告警电路：当采集电路采集到的信号出现异常时，控制电路通过告警电路以声光信号的形式把储能系统的异常状态传递给使用者。
通信电路：控制电路通过通信电路把双辅助电源的状态信号传送到上位机或者远程控制中心，并且用于接收上位机或远程控制中心的控制指令，同时通过通信电路获取储能电池的电压、电流、温度、保护状态信息。
人机交互电路是指显示屏和键盘等设备。
本发明设计了主辅助电源和休眠辅助电源。主辅助电源与主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等电路模块相连接，提供这些电路模块正常工作所需的电源。休眠辅助电源与主控制电路、触发检测电路相连接，提供系统进入休眠模式是所需的电源。
主辅助电源功耗较大，但是具有较强的带载能力，能够满足主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等电路模块满负荷工作时所需要的能量。休眠辅助电源待机功耗极低，静态待机电流仅为uA级，但是它所提供的能量足以满足主控制电路和触发检测电路在休眠状态下的电力需求。
所述储能系统在没有使用时，一直处于休眠状态。当使用者按下按键开机或者发送开机指令或者电网中断时，储能系统由待机休眠状态转换至工作状态时，主控制电路通过开关控制打开主辅助电源，主辅助电源提供电源给主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等电路模块供电，储能系统迅速进入工作状态。
当使用者按下按键关机或者发送关机指令或者电网恢复正常时，储能系统由工作状态进入待机休眠状态时，主控制电路通过开关控制禁止主辅助电源工作，此时能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等电路模块没有了供电电源，处于不工作状态，不会消耗任何电量。同时主控制模块会进入休眠状态，只打开外部中断触发模块，用于响应触发检测电路，此时主控制模块的待机电流也在uA级别以内。储能系统处于待机休眠状态时，系统中只有主控制模块与触发检测电路处于运行状态，且待机电流在uA级别，休眠辅助电源的供电足以提供此电量需求。
这样的设计既能满足储能系统正常工作时所需要的辅助电源，又能满足储能系统处于待机休眠状态下的低功耗要求，从而减少能量损耗。待机休眠模式下触发检测电路处于工作状态，确保了储能系统响应的及时性。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的双辅助电源的切换控制方法使用了双辅助电源的设计，在工作状态与待机休眠状态使用不同设计要求的辅助电源，解决了使用机械开关成本高，响应不及时的问题，同时解决了单一辅助电源能量损耗的问题。本发明中双辅助电源设计既能满足储能系统正常工作时所需的能量，又能满足储能系统处于待机休眠状态下的低功耗要求，从而减少能量损耗。待机休眠模式下触发检测电路处于工作状态，确保了储能系统响应的及时性。
附图说明
图1为基于双辅助电源的储能系统的总体结构框图；
图2为双辅助电源中切换部分、主辅助电源以及休眠辅助电源部分的原理图；
图3为恒流充电电路的原理示意图；
图4为恒流充电电路的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图1～2，一种双辅助电源的切换控制方法，所述的双辅助电源是指主辅助电源和休眠辅助电源；以主控模块作为切换控制模块；
主辅助电源和休眠辅助电源均由储能电池供电；
主辅助电源和休眠辅助电源分别接主控模块的2个供电端；
主控模块通过开关控制单元控制主辅助电源；
主控模块还连接有触发检测电路；触发检测电路由休眠辅助电源供电；
主辅助电源输出控制信号到能量转换模块；
休眠辅助电源一直处于工作状态，依据触发检测电路检测的信号或主控模块收到的指令进行控制:
(1)触发检测电路未检测到触发信号或触发信号失效，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于闭锁状态；
(2)触发检测电路检测到触发信号后或主控模块收到开机指令，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于工作状态。
主控模块为单片机、DSP或ARM处理器。
触发检测电路检测的信号是指当使用者按下按键开机信号，或电网中断信号。
开关控制单元包括PMOS管Q13、NMOS管Q16和PNP型的三极管Q24；
SPS_CNTL为主辅助电源控制使能控制信号，SPS_CNTL端接三极管Q24的b极；三极管Q24的c极接地；三极管Q24的e极与SPS_CNTL端之间接有电阻R68；三极管Q24的e极和c极之间接有电阻R67；
三极管Q24的e极还接NMOS管Q16的G极；NMOS管Q16的S极接地；NMOS管Q16的D极经电阻R65接PMOS管Q13的G极；
PMOS管Q13的S极接供电电压BAT+端(BAT+可以为储能电池电压)；PMOS管Q13的D极为主辅助电源供电，即PMOS管Q13的D极接主辅助电源的电源输入端；PMOS管Q13的D极和S极之间接有电阻R59。
所述的主辅助电源和休眠辅助电源均为基于LDO(LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器)的集成电路，且休眠辅助电源的静态待机电流为uA级。
所述的主辅助电源和休眠辅助电源均输出5V电压。
主控模块还连接有通讯电路。
储能电路通过能量转换电路为用电设备或电网供电；能量转换电路受控于所述的主辅助电源。
储能电池还连接有充电电路。
所述的能量转换电路为DC-DC变换电路或DC-AC逆变电路。
针对图2中原理图定义说明：
BAT+----------储能电池供电输入。
SPS_CNTL----------主辅助电源控制使能控制信号。
SPS_Work----------主辅助电源提供给主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等模块的供电电源。
SPS_Sleep----------休眠辅助电源提供给主控制电路和触发检测的供电电源。
U6----------静态待机电流为uA级别的线性LDO，优选精工的S812C50AMC-C3E-T2G，输出电压为+5Vdc，U6及其外围电路给处于休眠状态的储能系统的主控制电路和触发检测模块供电。
U7----------带载能力极强的线性LDO，优选TI公司的LM1117IDTX-5.0，输出电压为+5.0Vdc，U7及其外围电路满足储能系统正常工作时主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等模块的供电需求。
Q13----------PMOS管,用做电子开关，所选用的PMOS管满足VDS大于30V，ID(A)大于2A,在本发明中，优选IR的IRLML9301TRPBF。
控制原理说明：
储能系统处于休眠状态时，休眠辅助电源给处于休眠状态的储能系统的主控制电路和触发检测模块供电，此时整个储能系统的耗电在uA级别，待机功耗极低，大大减小了能量消耗。当触发检测模块检测到使用者按下按键开机或者发送开机指令或者电网中断时，触发检测模块唤醒处于休眠状态的主控制模块，主控制模块将SPS_CNTL置高，打开Q13，Q13导通后，主辅助电源工作给主控制电路、能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等模块供电，储能系统进入工作状态。当关闭储能系统时，主控制电路将SPS_CNTL置低，关闭Q13，主辅助电源停止工作，此时能量转系统、控制电路、采样电路、告警电路、通讯电路、人机交互电路等模块也停止工作，此时储能系统进入休眠状态，储能系统的待机功耗大大减小，而此时触发检测模块仍由休眠辅助电源供电，可以检测开机信号等外部激励信号，从而触发主控制模块进入工作状态，保证了储能系统的实时响应性。
恒流充电电路如图3-4所示，各元件或标号说明：
VIN+-----输入电源正极。
VIN------输入电源负极。
VOUT+-----输出电源正极。
VOUT-----输出电源负极。
VREF+-----参考电源的正极
C1为输入滤波电容。
C2为输出滤波电容。
C3为电流采样反馈滤波。
R1，R2，R5，C3组成电流采样反馈线路。
R3，R4，为电压采样反馈电路。
D1为隔离二级管。
工作原理说明：
采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。
恒流计算：
设R5上流过电流产生的电压为VIo,输出电流为Io
参考电压为VREF+＝2.5V，
FB电压为VFB＝0.6V，
R5＝0.1Ω，R1＝40KΩ，R2＝10KΩ
则：
VIo＝Io*R5
VFB＝VIo+((VREF+-VIo)*R2/(R1+R2))
计算得：
Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5
如果取K＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1则等式
Io＝K/R5
从计算公式看,Io输出电流与输出电压和输入电压没有任何关系，只与VFB.R1,R2,VREF有关，而这些参数在具体的设计中，它们都是固定的(VFB在稳态时是固定的，对于芯片fp7192恒压芯片，其稳态值为0.6v)，所以K必然为一个固定的值，所以算式：
Io＝K/R5具有极好的线性度，及具有优良的可控性。
把上面的参数赋予上面设定的具体值可得：
Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5
＝(0.6*(40+10)-10*2.5)/40*0.1
＝1.25A
恒压芯片，成本约0.8元
从以上的等式中可以看到，此方案引入固定的VREF+，从而使Io变成一个只与R5取样电阻成线性关系的等式，使Io变成恒定，从而达到恒流的目的。
本方案参考电压恒流法的特点如下：
1.使用稳定固定VREF+电压，便于精度的控制和稳定性控制。
2.使用将电流采样变成电阻分压反馈，更简单可靠。
3.适用性广，任何需要恒流的线路都可以使用。
4.成本大幅降低，成本约为使用IC恒流方案做12V/1A输出的1/3。
恒流充电电路是一种全新的恒流实现方案。其核心是通过用恒压芯片实现恒流。而且，输出电流的大小可以灵活设定，灵活性好。比原来的采用恒流芯片应用效果好。实践表明，本发明的充电电路控制效果突出，成本显著降低。

Claims (10)

1.一种双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，所述的双辅助电源是指主辅助电源和休眠辅助电源；以主控模块作为切换控制模块；
主辅助电源和休眠辅助电源均由储能电池供电；
主辅助电源和休眠辅助电源分别接主控模块的2个供电端；
主控模块通过开关控制单元控制主辅助电源；
主控模块还连接有触发检测电路；触发检测电路由休眠辅助电源供电；
主辅助电源输出控制信号到能量转换模块；
休眠辅助电源一直处于工作状态，依据触发检测电路检测的信号或主控模块收到的指令进行控制:
(1)触发检测电路未检测到触发信号或触发信号失效，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于闭锁状态；
(2)触发检测电路检测到触发信号后或主控模块收到开机指令，在所述开关控制单元的控制下，主辅助电源处于工作状态。
2.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，主控模块为单片机、DSP或ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，触发检测电路检测的信号是指当使用者按下按键开机信号，或电网中断信号。
4.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，开关控制单元包括PMOS管Q13、NMOS管Q16和PNP型的三极管Q24；
SPS_CNTL为主辅助电源控制使能控制信号，SPS_CNTL端接三极管Q24的b极；三极管Q24的c极接地；三极管Q24的e极与SPS_CNTL端之间接有电阻R68；三极管Q24的e极和c极之间接有电阻R67；
三极管Q24的e极还接NMOS管Q16的G极；NMOS管Q16的S极接地；NMOS管Q16的D极经电阻R65接PMOS管Q13的G极；
PMOS管Q13的S极接供电电压BAT+端(BAT+可以为储能电池电压)；PMOS管Q13的D极为主辅助电源供电；PMOS管Q13的D极和S极之间接有电阻R59。
5.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，所述的主辅助电源和休眠辅助电源均为基于LDO的集成电路，且休眠辅助电源的静态待机电流为uA级。
6.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，所述的主辅助电源和休眠辅助电源均输出5V电压。
7.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，主控模块还连接有通讯电路。
8.根据权利要求1所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，储能电路通过能量转换电路为用电设备或电网供电；能量转换电路受控于所述的主辅助电源。
9.根据权利要求8所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，储能电池还连接有充电电路。
10.根据权利要求9所述的双辅助电源的切换控制方法，其特征在于，所述的能量转换电路为DC-DC变换电路或DC-AC逆变电路。
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