CN107204715B - 一种数码发电机组控制系统及方法和数码发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数码发电机组控制系统及方法和数码发电机组，控制系统包括启动/整流电路、升压/降压电路、稳压电路、逆变输出电路和微处理单元；启动/整流电路在启动发动机时驱动永磁发电机旋转，在发动机启动后对永磁发电机发出的电压进行整流；升压/降压电路在需要电池组供电时把电池组电压升高到直流母线电压，供给启动/整流电路和逆变输出电路，在需要充电时将直流母线电压降压到电池组电压对电池组进行充电；稳压电路对启动/整流电路输出的电压进行稳压控制，输出直流母线电压给逆变输出电路和升压/降压电路；逆变输出电路在需要输出电源时将直流母线电压逆变成工频电源输出，在需要充电时将外部输入交流电源整流到直流母线电压。
Description
技术领域
本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种数码发电机组控制系统及方法和数码发电机组。
背景技术
在野外作业或者应急用电时，常常使用高品质电源输出的小型移动式汽油或柴油发电机组，发电机组包括汽油或者柴油发动机及其驱动的永磁发电机以及电能变换的控制装置，由于控制装置采用微控制器进行数字处理和控制，因此也把这类小型移动式汽油或柴油发电机组称作数码发电机或数码发电机组。
数码发电机由于内置高性能微处理单元，结合功率器件进行功率变换，其输出电源品质高，整机重量轻，发电效率高，噪音低，因而广受欢迎。在实际的使用中，常规的2KW数码发电机重量约21kg，其额定输出功率一般是1.6kw，可以满足一般户外或应急使用条件，能启动常用的负载，诸如电饭锅，电磁炉，电动工具，等等。虽然21kg的净重比传统的同步励磁发电机重量轻了一倍多，但是在加注燃油和机油后也接近25kg，移动较长的距离时仍然比较费劲。而 1KW数码发电机的净重约12kg，移动比较方便，但是常规的使用中，由于其额定输出功率偏小，很多负载无法启动。
实际上，很多负载的启动功率都较大而连续运行功率却较小，例如一个4-5L 的电饭锅，其启动功率可能需要约1.2kw，而运行功率却只需800～900w；一个 800W的电动工具，其启动功率可能高达1.6kw，而运行功率却只有600～800W。
另一种情况，可能只需要很小的用电功率，例如使用笔记本电脑，给手机充电，或者看电视，使用音响，或者使用一些小型的工具设备等，这些负载的功率只有几十到两三百瓦特，数码发电机的噪音会影响这些工作或休闲活动的品质。
综合上述的情况，市场需要一种总重量较轻，额定功率不高但可以短时间提供较大功率用于启动各种负载，在低功率使用时不需要启动发动机的数码发电机。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种数码发电机组控制系统及方法和数码发电机组。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种数码发电机组控制系统包括启动/整流电路、升压/降压电路、稳压电路、逆变输出电路和微处理单元；
所述启动/整流电路在启动发动机时驱动永磁发电机旋转，在发动机启动后对永磁发电机发出的电压进行整流；
所述升压/降压电路在需要电池组供电时把电池组电压升高到直流母线电压，供给所述启动/整流电路和逆变输出电路，在需要充电时将直流母线电压降压到电池组电压对电池组进行充电；
所述稳压电路对启动/整流电路输出的电压进行稳压控制，输出稳定的直流母线电压给所述逆变输出电路和升压/降压电路；
所述逆变输出电路在需要输出电源时将直流母线电压逆变成工频电源输出，在需要充电时将外部输入交流电源整流到直流母线电压；
所述微处理单元用于控制所述启动/整流电路、升压/降压电路、稳压电路和逆变输出电路工作。
进一步地，所述启动/整流电路包括启动驱动电路、第一至第六电子开关和第一电容；所述第一电子开关与第四电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第二电子开关与第五电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第三电子开关与第六电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第一电容并联在所述稳压电路的输入端和接地端；所述微处理单元与所述启动驱动电路的输入端连接，所述启动驱动电路的输出端与所述第一至第六电子开关的输入端连接，所述第一电子开关与第四电子开关的连接点、所述第二电子开关与第五电子开关的连接点以及所述第三电子开关与第六电子开关的连接点均与永磁发电机的定子线圈三相绕组连接。
进一步地，所述升压/降压电路包括升压/降压驱动电路、变压器和第八至第十电子开关，所述微处理单元与升压/降压驱动电路的输入端连接，所述升压 /降压驱动电路的输出端与所述第八至第十电子开关的输入端连接，所述第八至第十电子开关的输出端与所述变压器连接，所述变压器与所述稳压电路和电池组连接。
进一步地，所述稳压电路包括稳压驱动电路、第七电子开关、第三电感、二极管和第二电容；所述微处理单元与稳压驱动电路的输入端连接，所述稳压驱动电路的输出端与第七电子开关的一输入端连接，所述第七电子开关的另一输入端与启动/整流电路连接；所述第三电感的一端与第七电子开关的输出端连接，其另一端与所述逆变输出电路连接；所述二极管的负极与第七电子开关的输出端连接，其正极接地；所述第二电容的一端与逆变输出电路连接，其另一端接地。
进一步地，所述稳压电路包括稳压驱动电路、第一至第三晶闸管、二极管和第二电容；所述稳压驱动电路的输出端与第一至第三晶闸管的控制极连接，所述第一至第三晶闸管的阳极分别与永磁发电机的定子线圈三相绕组连接，其阴极与所述逆变输出电路连接；所述二极管的正极与逆变输出电路连接，其负极与所述启动/整流电路连接；所述第二电容的一端与逆变输出电路连接，其另一端接地。
进一步地，所述逆变输出电路包括PWM驱动电路、第十一至第十四电子开关、第一电感、第二电感以及第三电容；所述第十一电子开关与第十三电子开关串联后并联在所述稳压电路的输出端和接地端，所述第十二电子开关与第十四电子开关串联后并联在所述稳压电路的输出端和接地端；所述微处理单元与PWM驱动电路的输入端连接，所述PWM驱动电路的输出端与所述第十一至第十四电子开关的输入端连接；所述第十一电子开关与第十三电子开关的连接点依次通过所述第一电感、第三电容和第二电感与所述第十二电子开关与第十四电子开关的连接点连接，逆变后的交流电在所述第三电容的两端输出。
进一步地，所述数码发电机组控制系统中还设置有显示模块、熄火控制模块和转速调节模块，所述显示模块与微处理单元的通讯接口连接，所述熄火控制模块与微处理单元的熄火输出接口连接，所述转速调节模块与微处理单元的调速输出接口连接。
进一步地，所述微处理单元采用TMS320F2802x系列单片机、芯片DSPIC33EP32GS504和者芯片DSPIC33EP32MC204中的一种。
一种数码发电机组控制方法包括以下步骤：
数码发电机组控制系统上电后进行初始化设置；
微处理单元读取逆变输出电路的输出电压，并对是否读取到外接电压进行判断；
如果微处理单元读取到外接电压，则系统进入充电模式，系统开启升压/ 降压电路的降压功能，将直流母线电压降压后给电池组充电；
充电模式下，微处理单元读取电池组电压，并检测电池组是否已充满电；如果未充满，则继续；如果电池组已充满电，则关闭升压/降压电路，系统进入休眠状态；
如果微处理单元未读取到外接电压，则系统进入发电输出模式；微处理单元读取电池组电压，并判定电池组电压为欠压状态、较低电压状态和正常电压状态中的哪一种；
如果电池组电压为欠压状态，系统将进入休眠模式，等待外接电源给电池组充电，或者由手拉反冲启动发动机给电池组充电；
如果电池组电压为较低电压状态，系统首先开启升压/降压电路的升压功能，将电池组电压升压到直流母线电压，并输出PWM信号开启启动/整流电路的启动功能，使永磁发电机定子线圈绕组产生旋转磁场，带动转子旋转给发动机提供初速度使发动机启动；
发动机启动后，永磁发电机发电，系统关闭升压/降压电路，启动/整流电路切换为整流，并经过稳压电路输出直流母线电压；系统在检测到直流母线电压足够后开启逆变输出电路，输出工频交流电压给负载；
通过读取负载电流并计算出负载功率，判断负载是处于轻载，重载，还是过载；
如果是过载，系统关闭逆变输出电路，设置过载指示，然后开启升压/降压电路的降压功能为电池组充电，充满后关闭升压/降压电路；如果是轻载，系统开启升压/降压电路的降压功能，并同时正常输出工频交流电源，此时数码发电机组一边给负载供电，一边给电池组充电，充满后关闭升压/降压电路；如果是重载，系统直接进入正常输出状态，如果负载轻微过载，允许输出轻微降压以适应负载，此时将点亮过载指示；
正常输出工频交流电期间，系统随时读取负载功率，并实时调整，进入循环工作；如果是正常电压状态，系统指令开启升压/降压电路的升压功能，将电池组电压升压到直流母线电压，并指令逆变输出电路工作，在AC输出端输出工频交流电压；通过输出的工频交流电压，读取其产生的负载电流，计算出负载功率的大小，并判断属于过载，轻载，还是常规负载；如果是过载，数码发电机组的永磁发电机发电和电池组共同供电仍然无法负荷，系统关闭升压电路，关闭逆变输出，设置过载指示后进入休眠状态；如果是轻载，系统关闭发动机，只使用电池组用于输出；如果是常规负载，系统指令启动/整流电路启动发动机，由发动机带动永磁电机和电池组升压共同供电；系统继续检测电池组电压，判定电池组是处于欠压，较低电压，还是正常状态；如果是欠压状态，系统关闭升压/降压电路，系统在检测到直流母线电压足够后开启逆变输出电路，输出工频交流电压给负载；如果是较低电压状态且发动机未启动，则系统适时启动发动机；如果电池电压正常，则系统将正常输出，并重新读负载功率，判断负载属于过载，轻载，还是常规负载，进入循环。
一种数码发电机组包括数码发电机组控制系统、外壳机架、发动机、永磁发电机、电池组和输出插座；所述数码发电机组控制系统、发动机、永磁发电机、电池组和输出插座均设置在所述外壳机架中，所述控制系统根据负载所需要功率的大小对所述发动机和电池组进行管理，并进行功率变换，为负载输出电源；所述发动机用于提供源动力，带动所述永磁发电机运转；所述输出插座用于输出工频交流电源。
由于采取以上技术方案，本发明具有以下优点：本发明能够在短时间提供用于启动各种负载的较大功率，在低功率使用时不需要启动发动机。当负载功率较小时，发动机不启动，由电池组逆变输出高品质工频交流电源。数码发电机组完全没有噪音输出。
本发明使得启动功率超过发动机额定输出功率较多的负载能够正常启动，运行功率超出发动机额定功率较少的负载能够在电池组电量充足的情况下持续正常使用。当负载功率较大但不超过发动机输出功率时，由发动机带动永磁发电机发电，经控制模块功率变换后输出高品质工频交流电源，满足一般使用要求的同时给电池组补充电能。
本发明使得发动机具有电启动的能力，不用费力地手拉反冲启动。当电池组的电压下降到一定值时，如果此时发动机处于停机状态，则可以根据需要自动启动发动机带动永磁发电机发电，给电池组补充电能。也可以使用市电或另一台发电机直接连接到输出插座，给电池组充电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中提供的一种数码发电机组控制系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中提供的一种数码发电机组控制系统的电路原理图之一；
图3是本发明另一实施例中提供的一种数码发电机组控制系统的电路原理图之二；
图4是本发明另一实施例中提供的一种数码发电机组的结构示意图；
图5是本发明另一实施例中提供的一种数码发电机组控制方法的流程图。
图中：1-数码发电机组控制系统；11-启动/整流电路；12-稳压电路；13- 逆变输出电路；14-升压/降压电路；15-微处理单元；2-发动机；3-永磁发电机； 4-电池组；5-输出插座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种数码发电机组控制系统，其包括启动/整流电路11、稳压电路12、逆变输出电路13、升压/降压电路14和微处理单元15。启动/整流电路11与稳压电路12连接，稳压电路12与逆变输出电路13连接，电池组4与升压/降压电路14连接，升压/降压电路14与稳压电路12连接。微处理单元15与启动/整流电路11、升压/降压电路14、稳压电路12和逆变输出电路13连接，用于控制各电路工作。
启动/整流电路11在启动发动机2时驱动永磁发电机3旋转，在发动机2 启动后对永磁发电机3发出的电压进行整流。升压/降压电路14在需要电池组4 供电时把电池组4电压升高到直流母线电压，供给启动/整流电路11和逆变输出电路13，在需要充电时将直流母线电压降压到电池组4电压对电池组4进行充电。稳压电路12对启动/整流电路11输出的电压进行稳压控制，输出稳定的直流母线电压给逆变输出电路13和升压/降压电路14。逆变输出电路13在需要输出电源时将直流母线电压逆变成高品质工频电源输出，在需要充电时将外部输入交流电源整流到直流母线电压。微处理单元15用于控制启动/整流电路11、升压/降压电路14、稳压电路12和逆变输出电路13工作。
实施例1图2示出了本发明数码发电机组控制系统1的一种电路原理图，下面对控制系统中的各部分电路进行详细说明。
启动/整流电路11包括启动驱动电路、六个带有二极管的电子开关即第一至第六电子开关S1～S6和第一电容C1。
第一电子开关S1与第四电子开关S4串联后并联在稳压电路12的输入端和接地端，第二电子开关S2与第五电子开关S5串联后并联在稳压电路12的输入端和接地端，第三电子开关S3与第六电子开关S6串联后并联在稳压电路 12的输入端和接地端，第一电容C1并联在稳压电路12的输入端和接地端。微处理单元15与启动驱动电路的输入端连接，启动驱动电路的输出端与第一至第六电子开关S1～S6的输入端连接，第一电子开关S1与第四电子开关S4的连接点、第二电子开关S2与第五电子开关S5的连接点以及第三电子开关S3与第六电子开关S6的连接点均与永磁发电机3的定子线圈三相绕组连接。
微处理单元15控制启动驱动电路工作。在需要启动的时候，使用PWM信号驱动第一至第六电子开关S1～S6，使永磁发电机3的定子线圈绕组产生旋转磁场，旋转磁场与永磁发电机3的转子永磁体相互作用而使转子旋转，转子的旋转使内燃发动机2获得初速度而完成启动。永磁发电机3启动后，启动驱动电路停止工作，第一至第六电子开关S1～S6内部的二极管对永磁发电机3输出的三相交流电压AC1、AC2、AC3进行整流，经第一电容C1滤波后输出到稳压电路12。
在需要启动内燃发动机2时，升压/降压电路14将电池组4电压升压到直流母线电压后输出到第二电容C2，并经第三电感L3和第七电子开关S7的反向二极管输出到第一电容C1。在微处理单元15的控制下，第一至第六电子开关S1～S6将第一电容C1的电压斩波并加到永磁发电机3的定子线圈三相绕组上，产生旋转磁场驱动转子旋转，从而带动内燃发动机2转动，获得内燃发动机2启动的初速度。
升压/降压电路14包括升压/降压驱动电路、变压器T1和第八至第十电子开关S8～S10。微处理单元15与升压/降压驱动电路的输入端连接，升压/降压驱动电路的输出端与第八至第十电子开关S8～S10的输入端连接，第八至第十电子开关S8～S10的输出端与变压器T1连接，变压器与稳压电路12和电池组4 连接。
在需要电池组4供电时，升压/降压电路14工作于升压模式，第九电子开关S9和第十电子开关S10配合变压器T1完成升压，将电池组4的电压变成高压交流电，第八电子开关S8作为整流器使用，将输出电压整流后连接到直流母线。在需要给电池组4充电时，第八电子开关S8配合变压器T1完成降压，将直流母线电压变成低压交流电。第九电子开关S9和第十电子开关S10作为整流器使用，将输出电压连接到电池组4，对电池组4进行充电。
升压/降压驱动电路对第八至第十电子开关S8～S10进行驱动，微处理单元 15适时地为升压/降压驱动电路提供PWM信号。也可以由独立的升压控制IC 和降压控制IC配合第八至第十电子开关S8～S10单独完成升压和降压控制，微处理单元15只施加使能信号进行开启和关闭即可。
稳压电路12包括稳压驱动电路、第七电子开关S7、第三电感L3、二极管 D1和第二电容C2。微处理单元15与稳压驱动电路的输入端连接，稳压驱动电路的输出端与第七电子开关S7的一输入端连接，第七电子开关S7的另一输入端与启动/整流电路11连接。第三电感L3的一端与第七电子开关S7的输出端连接，其另一端与逆变输出电路13连接。二极管D1的负极与第七电子开关S7 的输出端连接，其正极接地。第二电容C2的一端与逆变输出电路13连接，其另一端接地。
在内燃发动机2工作时，稳压电路12将启动/整流电路11中第一电容C1 输出的电压降压稳压到直流母线电压，并在第二电容C2上输出。
稳压电路12可以采用常规的BUCK降压电路，也可以采用BOOST升压电路，以满足逆变输出电路13对直流母线电压的需求。
一般地，启动/整流电路11中第一电容C1输出的直流电压为250～350V，逆变输出电压为220～240ACV时，直流母线电压设置为400V，需要使用BOOST 升压电路。而逆变输出电压为100～120V时，直流母线电压设置为200V，需要使用BUCK降压电路。由于此类电路为公知技术，在此不再详述。
微处理单元15输出的PWM信号经过稳压驱动电路驱动第七电子开关S7，也可以由独立的BUCK或BOOST驱动电路产生PWM信号进行驱动。
第二电容C2输出的直流母线电压主要用于为逆变输出电路13提供能量。在电池组4需要充电时，通过升压/降压电路14为电池组4充电。
当内燃发动机2为停机状态需要启动时，升压/降压电路14将电池组4电压升压到直流母线电压输出到第二电容C2，再经第三电感L3和第七电子开关 S7中的反向二极管到达第一电容C1，为启动/整流电路11提供电源。
逆变输出电路13包括PWM驱动电路、第十一至第十四电子开关S11～S14、第一电感L1、第二电感L2以及第三电容C3。第十一电子开关S11与第十三电子开关S13串联后并联在所述稳压电路12的输出端和接地端，第十二电子开关 S12与第十四电子开关S14串联后并联在稳压电路12的输出端和接地端；微处理单元15与PWM驱动电路的输入端连接，PWM驱动电路的输出端与第十一至第十四电子开关S11～S14的输入端连接；第十一电子开关S11与第十三电子开关S13的连接点依次通过第一电感L1、第三电容C3和第二电感L2与第十二电子开关S12与第十四电子开关S14的连接点连接，逆变后的交流电在第三电容C3的两端输出。
当数码发电机组需要输出电源时，微处理单元15输出PWM信号，PWM 信号通过PWM驱动电路使第十一至第十四电子开关S11～S14适时开关，将直流电压斩波变成高频交流电压，其开关波形按正弦规律变化。斩波后的电压经过第一电感L1、第二电感L2以及第三电容C3滤波得到工频交流电压后输出。
由于微处理单元15具有强大的处理能力，可以精细调节各路PWM信号，使得从第三电容C3输出的工频交流电压具有很低的波形畸变率、很高的频率、电压稳定度以及良好的负载适应性。这种高品质的电源可以满足大部分需求。第十一至第十四电子开关S11～S14内部的二极管除了在逆变输出时续流，还在电池组4需要充电时，将连接到第三电容C3的外部电源输入进行整流，输出到直流母线上并传递到第二电容C2，经过升压/降压电路14进行降压给电池组 4充电。
微处理单元15采用16位或32位的DSP或单片机，要求其具有快速的处理能力。6～12通道的PWM输出，10～12位AD转换模块，内置比较器和运算放大器以及多路信号输入输出控制等功能。多通道的PWM波形用于各个电子开关的斩波控制，由于第一至第六电子开关S1～S6只在启动内燃发动机2时需要PWM信号，此时第七电子开关S7以及第十一至第十四电子开关S11～S14 不需要PWM信号，因此这些PWM信号可以被复用。这减少了对PWM信号的通道需求。10～12位AD转换模块用于检测各路直流电压和交流电压的实时数据，并根据数据对PWM信号进行调节。内置比较器和运算放大器能够对多路信号进行监测，在信号发生跳变时进行处理，确保控制模块工作在安全范围内。其他输入输出信号用于检测和控制各子模块电路的工作状态，适时开启和关闭子模块电路。
微处理单元15还根据电池组4的电量和输出功率等因数，输出控制信号。控制信号经驱动放大后通过安装在发动机2化油器上的步进电机，实时地调整发动机2转速，使发电机组的效率最高而噪音最低。
微处理单元15还根据需要通过通讯信号输出给显示模块进行数据显示，输出熄火信号适时关闭发动机，以及输出调速信号调整发动机转速，使发动机工作于最佳转速，以降低噪音，提高燃油效率。
应用上述电路组成的数码发电机组控制系统1，其数码发电机组具有以下优点：
当负载功率较小时，发动机2不启动，由电池组4逆变输出高品质工频交流电源。此时数码发电机组完全没有噪音输出。
当负载功率超过发动机2输出功率时，发动机2带动永磁发电机3发电的同时，控制系统将电池组4的电压逆变成高电压合并发电机的能量，同时输出高品质工频交流电源。这一功能的实现使得启动功率超过发动机2额定输出功率较多的负载可以正常启动，运行功率超出发动机2额定功率较少的负载可以在电池组4电量充足的情况下持续正常使用。
当负载功率较大但不超过发动机2输出功率时，由发动机2带动永磁发电机3发电，经控制系统功率变换后输出高品质工频交流电源，满足一般使用要求的同时给电池组4补充电能。
在特定的时刻，当需要启动发动机2时，控制系统使用电池组4的能量驱动永磁发电机3转动并加速到一定的转速使发动机2自动启动。这一功能使发动机2具有电启动的能力，不用费力地手拉反冲启动。
当电池组4的电压下降到一定值时，如果此时发动机2处于停机状态，则可以根据需要自动启动发动机2带动永磁发电机3发电，给电池组4补充电能。也可以使用市电或另一台发电机直接连接到输出插座5，给电池组4充电。
本发明数码发电机组控制系统1中还设置有显示模块、蓝牙模块或WIFI 模块。显示模块、蓝牙模块或WIFI模块均与微处理单元15连接。本发明数码发电机组控制系统1可以根据需要将当前工作状态如输出功率、电池电量及可用时间等信息通过通讯接口发送给接显示模块、蓝牙模块或WIFI模块，从而方便手机等智能终端通过APP连接使用这些信息，也可以接收指令进行开关机等操作。本发明数码发电机组控制系统1中还设置有熄火控制模块和转速调节模块，熄火控制模块与微处理单元的熄火输出接口连接，转速调节模块与微处理单元的调速输出接口连接。
进一步地，微处理单元15采用TMS320F2802x系列单片机或者芯片DSPIC33EP32GS504或者芯片DSPIC33EP32MC204等。
实施例2图3示出了本发明数码发电机组控制系统1的另一种电路原理图。与实施例1中给出的电路原理图相比，实施例2中的稳压电路12与实施例 1中的稳压电路12不同，其他电路均相同。
稳压电路12包括稳压驱动电路、第一至第三晶闸管SCR1～SCR3、二极管 D1和第二电容C2。稳压驱动电路的输出端与第一至第三晶闸管的控制极连接，第一至第三晶闸管SCR1～SCR3的阳极分别与永磁发电机3的定子线圈三相绕组连接，其阴极与逆变输出电路13连接。二极管D1的正极与逆变输出电路13 连接，其负极与启动/整流电路11连接。第二电容C2的一端与逆变输出电路 13连接，其另一端接地。稳压驱动电路通过对第二电容C2的正端电压进行采样，直接控制第一至第三晶闸管SCR1～SCR3，使第一至第三晶闸管SCR1～SCR3 适时导通，并输出稳定的直流电压到第二电容C2。
永磁发电机3的三相输出AC1～AC3与晶闸管SCR1～SCR3的输入端对应连接。永磁发电机3输出的电压经第二电容C2滤波后得到直流母线电压。二极管D1的作用在于在需要启动发动机2时，将升压/降压电路14输出的直流母线电压单向输送到第一电容C1，为启动/整流电路11提供电源。
与实施例1中的稳压电路12相比，实施例2中的稳压电路12具有损耗小、电路简单和成本较低的特点。但是晶闸管的稳压精度低，第一电容C1存储的能量不能利用。实施例1中的稳压电路12虽然较复杂，成本较高，损耗稍大，但是其稳压精度高，第一电容C1存储的能量可以利用。
如图4所示，一种数码发电机组包括本发明数码发电机组控制系统1、外壳机架(图中未示出)、发动机2、永磁发电机3、电池组4和输出插座5。其中，控制系统根据负载所需要功率的大小对发动机2和电池组4进行管理，并进行功率变换，为负载输出高品质的电源。发动机2用于提供源动力，其带动永磁发电机3运转。输出插座5用于输出工频交流电源。
使用常规1kW数码发电机所使用的发动机2、永磁发电机3、实施例1示出的控制系统以及合适的电池组4构成的数码发电机组能够达到以下性能：一键电启动数码发电机组；数码发电机组的额定输出功率900W；短时最大输出功率1800W持续5分钟；最大持续输出功率1200W 1小时以上；100W全静音输出2.5小时以上；整机重量低于15kg；可连接市电或另一台发电机为其充电。
如图5所示，基于本发明数码发电机组控制系统1，本发明还提供了一种数码发电机组控制方法，其包括以下步骤：
S1、数码发电机组控制系统1上电后进行初始化设置。
S2、微处理单元15读取逆变输出电路13的输出电压，并对是否读取到外接电压进行判断。由于系统初始化后无输出，此时的输出插座5上如果外接了市电或者另一台发电机的输出电压用于给本数码发电机组的电池组4充电，将可以读到外接交流电压或在直流母线上读到被整流后的直流电压。
S3、如果微处理单元15读取到外接电压，则系统进入充电模式，系统开启升压/降压电路14的降压功能，将直流母线电压降压后给电池组4充电。
充电模式下，微处理单元15读取电池组4电压，并检测电池组4是否已充满电。如果未充满，则继续。如果电池组4已充满电，则关闭升压/降压电路14，系统进入休眠状态。
S4、如果微处理单元15未读取到外接电压，则系统进入发电输出模式。微处理单元15读取电池组4电压，并判定电池组4电压为欠压状态、较低电压状态和正常电压状态中的哪一种。
S5、如果电池组4电压为欠压状态，系统将进入休眠模式，等待外接电源给电池组4充电，或者由手拉反冲启动发动机2给电池组4充电。
S6、如果电池组4电压为较低电压状态，系统首先开启升压/降压电路14 的升压功能，将电池组4电压升压到直流母线电压，并输出PWM信号开启启动/整流电路11的启动功能，使永磁发电机3定子线圈绕组产生旋转磁场，带动转子旋转给发动机2提供初速度使发动机2启动。
S61、发动机2启动后，永磁发电机3发电，系统关闭升压/降压电路14，启动/整流电路11切换为整流，并经过稳压电路12输出直流母线电压。系统在检测到直流母线电压足够后开启逆变输出电路13，输出工频交流电压给负载。
S62、通过读取负载电流并计算出负载功率，判断负载是处于轻载，重载，还是过载。
S621、如果是过载，一般是超过1.1倍额定负载，系统将关闭逆变输出电路13，设置过载指示，然后开启升压/降压电路14的降压功能为电池组4充电，充满后关闭升压/降压电路14。也可以跳转至步骤S3。
S622、如果是轻载，系统将开启升压/降压电路14的降压功能，并同时正常输出工频交流电源，此时数码发电机组一边给负载供电，一边给电池组4充电，充满后关闭升压/降压电路14。
S623、如果是重载，一般是0.8倍～1.1倍额定负载，系统直接进入正常输出状态，如果负载轻微过载，将允许输出轻微降压以适应负载。此时将点亮过载指示。
正常输出工频交流电期间，系统随时读取负载功率，并实时调整，进入循环工作。
S7、如果是正常电压状态，系统指令开启升压/降压电路14的升压功能，将电池组4电压升压到直流母线电压，并指令逆变输出电路13工作，在AC输出端输出工频交流电压。
S8、通过输出的工频交流电压，读取其产生的负载电流，计算出负载功率的大小，并判断属于过载，轻载，还是常规负载。
S81、如果是过载，一般是超过额定功率2倍的负载，或1-2倍额定负载持续时间较长，数码发电机组的永磁发电机3发电和电池组4共同供电仍然无法负荷，系统将关闭升压电路，关闭逆变输出，设置过载指示后进入休眠状态。
S82、如果是轻载，一般是低于额定功率20％的状态，系统将关闭发动机2 (如果已开启)，只使用电池组4用于输出。
S83、如果是常规负载，即大于20％额定功率，小于2倍额定功率的负载，系统将指令启动/整流电路11启动发动机2，由发动机2带动永磁电机和电池组 4升压共同供电。系统继续检测电池组4电压，判定电池组4是处于欠压，较低电压，还是正常状态。
如果是欠压状态，则系统关闭升压/降压电路14并跳转到步骤S61。
如果是较低电压状态且发动机未启动，则系统将适时启动发动机2。
如果电池电压正常，则系统将正常输出，并重新读负载功率，跳转回步骤 S8进入循环。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种数码发电机组控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
数码发电机组控制系统上电后进行初始化设置；
微处理单元读取逆变输出电路的输出电压，并对是否读取到外接电压进行判断；
如果微处理单元读取到外接电压，则系统进入充电模式，系统开启升压/降压电路的降压功能，将直流母线电压降压后给电池组充电；
充电模式下，微处理单元读取电池组电压，并检测电池组是否已充满电；如果未充满，则继续；如果电池组已充满电，则关闭升压/降压电路，系统进入休眠状态；
如果微处理单元未读取到外接电压，则系统进入发电输出模式；微处理单元读取电池组电压，并判定电池组电压为欠压状态、较低电压状态和正常电压状态中的哪一种；
如果电池组电压为欠压状态，系统将进入休眠模式，等待外接电源给电池组充电，或者由手拉反冲启动发动机给电池组充电；
如果电池组电压为较低电压状态，系统首先开启升压/降压电路的升压功能，将电池组电压升压到直流母线电压，并输出PWM信号开启启动/整流电路的启动功能，使永磁发电机定子线圈绕组产生旋转磁场，带动转子旋转给发动机提供初速度使发动机启动；
发动机启动后，永磁发电机发电，系统关闭升压/降压电路，启动/整流电路切换为整流，并经过稳压电路输出直流母线电压；系统在检测到直流母线电压足够后开启逆变输出电路，输出工频交流电压给负载；
通过读取负载电流并计算出负载功率，判断负载是处于轻载，重载，还是过载；
如果是过载，系统关闭逆变输出电路，设置过载指示，然后开启升压/降压电路的降压功能为电池组充电，充满后关闭升压/降压电路；如果是轻载，系统开启升压/降压电路的降压功能，并同时正常输出工频交流电源，此时数码发电机组一边给负载供电，一边给电池组充电，充满后关闭升压/降压电路；如果是重载，系统直接进入正常输出状态，如果负载轻微过载，允许输出轻微降压以适应负载，此时将点亮过载指示；
正常输出工频交流电期间，系统随时读取负载功率，并实时调整，进入循环工作；如果是正常电压状态，系统指令开启升压/降压电路的升压功能，将电池组电压升压到直流母线电压，并指令逆变输出电路工作，在AC输出端输出工频交流电压；通过输出的工频交流电压，读取其产生的负载电流，计算出负载功率的大小，并判断属于过载，轻载，还是常规负载；如果是过载，数码发电机组的永磁发电机发电和电池组共同供电仍然无法负荷，系统关闭升压电路，关闭逆变输出，设置过载指示后进入休眠状态；如果是轻载，系统关闭发动机，只使用电池组用于输出；如果是常规负载，系统指令启动/整流电路启动发动机，由发动机带动永磁发电机和电池组升压共同供电；系统继续检测电池组电压，判定电池组是处于欠压，较低电压，还是正常状态；如果是欠压状态，系统关闭升压/降压电路，系统在检测到直流母线电压足够后开启逆变输出电路，输出工频交流电压给负载；如果是较低电压状态且发动机未启动，则系统启动发动机；如果电池电压正常，则系统将正常输出，并重新读负载功率，判断负载属于过载，轻载，还是常规负载，进入循环。
2.一种数码发电机组控制系统，其特征在于，用于执行如权利要求1所述的数码发电机组控制方法，它包括启动/整流电路、升压/降压电路、稳压电路、逆变输出电路和微处理单元；
所述启动/整流电路在启动发动机时驱动永磁发电机旋转，在发动机启动后对永磁发电机发出的电压进行整流；
所述升压/降压电路在需要电池组供电时把电池组电压升高到直流母线电压，供给所述启动/整流电路和逆变输出电路，在需要充电时将直流母线电压降压到电池组电压对电池组进行充电；
所述稳压电路对启动/整流电路输出的电压进行稳压控制，输出稳定的直流母线电压给所述逆变输出电路和升压/降压电路；
所述逆变输出电路在需要输出电源时将直流母线电压逆变成工频电源输出，在需要充电时将外部输入交流电源整流到直流母线电压；
所述微处理单元用于控制所述启动/整流电路、升压/降压电路、稳压电路和逆变输出电路工作。
3.如权利要求2所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述启动/整流电路包括启动驱动电路、第一至第六电子开关和第一电容；所述第一电子开关与第四电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第二电子开关与第五电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第三电子开关与第六电子开关串联后并联在所述稳压电路的输入端和接地端，所述第一电容并联在所述稳压电路的输入端和接地端；所述微处理单元与所述启动驱动电路的输入端连接，所述启动驱动电路的输出端与所述第一至第六电子开关的输入端连接，所述第一电子开关与第四电子开关的连接点、所述第二电子开关与第五电子开关的连接点以及所述第三电子开关与第六电子开关的连接点均与永磁发电机的定子线圈三相绕组连接。
4.如权利要求2所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述升压/降压电路包括升压/降压驱动电路、变压器和第八至第十电子开关，所述微处理单元与升压/降压驱动电路的输入端连接，所述升压/降压驱动电路的输出端与所述第八至第十电子开关的输入端连接，所述第八至第十电子开关的输出端与所述变压器连接，所述变压器与所述稳压电路和电池组连接。
5.如权利要求2所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述稳压电路包括稳压驱动电路、第七电子开关、第三电感、二极管和第二电容；所述微处理单元与稳压驱动电路的输入端连接，所述稳压驱动电路的输出端与第七电子开关的一输入端连接，所述第七电子开关的另一输入端与启动/整流电路连接；所述第三电感的一端与第七电子开关的输出端连接，其另一端与所述逆变输出电路连接；所述二极管的负极与第七电子开关的输出端连接，其正极接地；所述第二电容的一端与逆变输出电路连接，其另一端接地。
6.如权利要求2所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述稳压电路包括稳压驱动电路、第一至第三晶闸管、二极管和第二电容；所述稳压驱动电路的输出端与第一至第三晶闸管的控制极连接，所述第一至第三晶闸管的阳极分别与永磁发电机的定子线圈三相绕组连接，其阴极与所述逆变输出电路连接；所述二极管的正极与逆变输出电路连接，其负极与所述启动/整流电路连接；所述第二电容的一端与逆变输出电路连接，其另一端接地。
7.如权利要求2或3或4或5所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述逆变输出电路包括PWM驱动电路、第十一至第十四电子开关、第一电感、第二电感以及第三电容；所述第十一电子开关与第十三电子开关串联后并联在所述稳压电路的输出端和接地端，所述第十二电子开关与第十四电子开关串联后并联在所述稳压电路的输出端和接地端；所述微处理单元与PWM驱动电路的输入端连接，所述PWM驱动电路的输出端与所述第十一至第十四电子开关的输入端连接；所述第十一电子开关与第十三电子开关的连接点依次通过所述第一电感、第三电容和第二电感与所述第十二电子开关与第十四电子开关的连接点连接，逆变后的交流电在所述第三电容的两端输出。
8.如权利要求2或3或4或5所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述数码发电机组控制系统中还设置有显示模块、熄火控制模块和转速调节模块，所述显示模块与微处理单元的通讯接口连接，所述熄火控制模块与微处理单元的熄火输出接口连接，所述转速调节模块与微处理单元的调速输出接口连接。
9.如权利要求2或3或4或5所述的一种数码发电机组控制系统，其特征在于，所述微处理单元采用TMS320F2802x系列单片机、芯片DSPIC33EP32GS504或者芯片DSPIC33EP32MC204中的一种。
10.一种数码发电机组，其特征在于，它包括如权利要求2～9任一项所述的数码发电机组控制系统、外壳机架、发动机、永磁发电机、电池组和输出插座；所述数码发电机组控制系统、发动机、永磁发电机、电池组和输出插座均设置在所述外壳机架中，所述控制系统根据负载所需要功率的大小对所述发动机和电池组进行管理，并进行功率变换，为负载输出电源；所述发动机用于提供源动力，带动所述永磁发电机运转；所述输出插座用于输出工频交流电源。
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