CN108521228A - 车载电源通用控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的车载电源通用控制装置，它包括DSP控制器、输入检漏模块、输入电流采样模块、PWM驱动模块、温度采样模块、输出检漏模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和输入电压采样模块；本发明在电源控制过程中，该通用装置通过电压环和电流环的双环控制，实现了零压零流，保证了电源的稳定输出，大大的降低了损耗。该装置还可对电源工作时异常情况做出及时处理，时时保证产品，负载及人身的安全。

Description

车载电源通用控制装置及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体地指一种车载电源通用控制装置及方法。

技术背景

在车载系统中，以往通过限制电压输出和减少电源种类，一般只给负载提供28V电压输出，导致系统中各种负载在使用电源前需要根据电路的需要，内部再进行电压转换，此设计的好处是整车电源种类少，但是缺点是随着负载数量的增多，往往要求供电电源提供大电流输出，这样就导致电源体积庞大、线缆数量多、整机重量重、当电源有报警或者故障，整车系统就停止工作等不足。针对以上不足，现在的车载系统由以往的低压大电流单种类的电源扩展到现在的低压和高压多种类的电源，可以根据负载需要提供不同输出种类的电源，如28V、48V、56V、160V等，供电电源的分开，既减少了电源本身的体积，又能够相互单独工作，互不影响。因此需要一种通用的电源控制装置，可以在不同输出的电源系统中使用。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种车载电源通用控制装置及方法，该装置和方法可用于各类低压和高压电源系统中，具有集成度高和通用性强的特点。

为实现此目的，本发明所设计的车载电源通用控制装置，其特征在于：它包括DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)控制器、输入检漏模块、输入电流采样模块、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)驱动模块、温度采样模块、输出检漏模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和输入电压采样模块，其中，输入检漏模块的控制器通信端连接DSP控制器的输入检漏模块通信端，输入检漏模块的电压信号输入端与车载电源的AC/DC(交流电/直流电)整流组件的电压信号输出端连接，输入电流采样模块的采样信号输出端连接DSP控制器的输入电流采样通信端，输入电流采样模块的采样信号输入端连接车载电源的AC/DC整流组件内部电流传感器的输出端；

PWM驱动模块的PWM驱动信号输入端连接DSP控制器的PWM驱动信号通信端，PWM驱动模块的PWM驱动信号输出端连接车载电源的全桥电路模块中的功率器件控制信号输入端；

温度采样模块的温度采集端连接车载电源的全桥电路模块中温度传感器的输出端，温度采样模块的输出端连接DSP控制器的温度采样信号通信端；

输出检漏模块的控制器通信端连接DSP控制器的输出检漏模块通信端，输出检漏模块的电压信号输入端连接车载电源的LC滤波储能模块的电压输出端；

输出电流采样模块的采样信号输出端连接DSP控制器的输出电流采样通信端，输出电流采样模块的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块的电流信号输出端；

输出电压采样模块的采样信号输出端连接DSP控制器的输出电压采样通信端，输出电压采样模块的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块的电压信号输出端；

输入电压采样模块的采样信号输出端连接DSP控制器的输入电压采样通信端，输入电压采样模块的采样信号输入端连接车载电源的三相电源的电压采样端。

一种上述装置的车载电源控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：输入电压采样模块采集车载电源的三相电源的电压，并将采集的车载电源的三相电源的电压传输给DSP控制器，DSP控制器判断车载电源的三相电源的电压是否在设定的电压预设值范围内，当车载电源的三相电源电压在设定的电压预设值范围内时，继续后续的流程，当车载电源的三相电源电压欠压或者过压时，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤2：通过输入检漏模块判断车载电源通用控制装置输入电压与车载电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤3：软启动模块在DSP控制器的控制下对车载电源的AC/DC整流组件内部储能电容进行预充电；

步骤4：输入电流采样模块采集车载电源的AC/DC整流组件内部电流传感器的输出电流值，并将电流传感器的输出电流值传输给DSP控制器，DSP控制器判断实时监测的电流传感器的输出电流值是否在对应的预设值范围内，如果是，则车载电源工作正常，否则，车载电源工作异常，DSP控制器通过硬件保护模块控制PWM驱动模块关闭输出；

步骤5：DSP控制器通过PWM驱动模块向车载电源的全桥电路模块中的功率器件输出驱动控制信号，通过该控制信号控制全桥电路模块的输出电压；

步骤6：温度采样模块实时采集车载电源的全桥电路模块中的功率器件的温度，DSP控制器判断上述全桥电路模块中的功率器件的温度是否在预设的温度预设值内，如果在，则说明全桥电路模块中的功率器件的温度正常，当温度超过设定值时，DSP控制器通过硬件保护模块控制PWM驱动模块关闭输出；

步骤7：输出电压采样模块采集车载电源的输出配电控制模块的输出端电压，DSP控制器判断上述车载电源的输出配电控制模块的输出端电压是否在预设的电压范围内，如果在，则进入步骤8，否则，DSP控制器通过硬件保护模块控制PWM驱动模块关闭输出；

步骤8：输出检漏模块判断车载电源的输出电压与电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤9：输出电流采样模块采集输出配电控制模块的输出电流，DSP控制器判断上述输出配电控制模块的输出电流是否在预设的电流范围内，如果在，则车载电压继续正常工作，否则，DSP控制器通过硬件保护模块控制PWM驱动模块关闭输出。

本发明的有益效果:

本发明集成度高，适用于不同输出电压种类的车载电源，同时本发明有多重的车载电源安全运行保障机制，能对车载电源进行安全控制，另外，本发明的DSP控制器中的各种预设值可以通过人机交互系统灵活设置，使本发明在使用时有更好的灵活性。

本发明在电源控制过程中，该通用装置通过电压环和电流环的双环控制，实现了零压零流，保证了电源的稳定输出，大大的降低了损耗。该装置还可对电源工作时异常情况做出及时处理，时时保证产品，负载及人身的安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，1—DSP控制器、2—输入检漏模块、3—输入电流采样模块、4—PWM驱动模块、5—温度采样模块、6—输出检漏模块、7—输出电流采样模块、8—输出电压采样模块、9—输入电压采样模块、10—AC/DC整流组件、11—全桥电路模块、12—LC滤波储能模块、13—输出配电控制模块、14—软启动模块、15—RS485通信模块、16—智能显示终端、17—以太网通信模块、18—人机交互设备、19—数据存储器、20—硬件保护模块、21—输入EMI滤波器、22—变压器、23—全波整流电路、24—输出EMI滤波器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的车载电源通用控制装置，它包括DSP控制器1、输入检漏模块2、输入电流采样模块3、PWM驱动模块4、温度采样模块5、输出检漏模块6、输出电流采样模块7、输出电压采样模块8和输入电压采样模块9，其中，输入检漏模块2的控制器通信端连接DSP控制器1的输入检漏模块通信端，输入检漏模块2的电压信号输入端与车载电源的AC/DC整流组件10的电压信号输出端连接，输入电流采样模块3的采样信号输出端连接DSP控制器1的输入电流采样通信端，输入电流采样模块3的采样信号输入端连接车载电源的AC/DC整流组件10内部电流传感器的输出端；

PWM驱动模块4的PWM驱动信号输入端连接DSP控制器1的PWM驱动信号通信端，PWM驱动模块4的PWM驱动信号输出端连接车载电源的全桥电路模块11中的功率器件控制信号输入端；全桥电路模块11由四个MOS(金氧半场效晶体管)管组成，全桥电路模块11中的MOS管通过对管交错导通把直流电转换成交流的方波电压。

温度采样模块5的温度采集端连接车载电源的全桥电路模块11中温度传感器的输出端，温度采样模块5的输出端连接DSP控制器1的温度采样信号通信端；

输出检漏模块6的控制器通信端连接DSP控制器1的输出检漏模块通信端，输出检漏模块6的电压信号输入端连接车载电源的LC滤波储能模块12的电压输出端；

输出电流采样模块7的采样信号输出端连接DSP控制器1的输出电流采样通信端，输出电流采样模块7的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块13的电流信号输出端；

输出电压采样模块8的采样信号输出端连接DSP控制器1的输出电压采样通信端，输出电压采样模块8的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块13的电压信号输出端；

输入电压采样模块9的采样信号输出端连接DSP控制器1的输入电压采样通信端，输入电压采样模块9的采样信号输入端连接车载电源的三相电源的电压采样端(空开的输出端)。

上述技术方案中，它还包括软启动模块14，所述软启动模块14的控制信号输入端连接DSP控制器1的软启动控制信号输出端，软启动模块14的控制信号输出端连接车载电源的AC/DC整流组件10内部储能电容的充电端。

上述技术方案中，它还包括RS485通信模块15，所述DSP控制器1的显示信号通信端通过RS485通信模块15连接智能显示终端16的显示信号通信端。

上述技术方案中，它还包括以太网通信模块17，所述DSP控制器1的人机交互接口通过以太网通信模块17连接人机交互设备18。

上述技术方案中，它还包括数据存储器19，所述DSP控制器1的数据存储端连接数据存储器19的数据存储端。

上述技术方案中，它还包括硬件保护模块20，DSP控制器1的硬件保护信号输出端连接硬件保护模块20的输入端，硬件保护模块20的输出端连接PWM驱动模块4的控制信号输入端。

上述技术方案中，车载电源包括依次连接的输入EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)滤波器21、AC/DC整流组件10、全桥电路模块11、变压器22、全波整流电路23、LC滤波储能模块21、输出EMI滤波器24和输出配电控制模块13；

本发明中的检漏电路分为输入检漏和输出检漏，其工作原理一样，实现对检测电压的正漏状态、负漏状态、零位状态的电路切换。由于检测电压是多路的，同时不同的器件，参数的偏差，为保证检测的准确性和正确性，任何一次检漏开始前，都必须先校零位，将采样的零位值作为基准值，零位采样完成后再进行正漏、负漏的采样。

数据存储电路实现系统中状态信息的存储功能，该电路主要由外扩的FLASH组成，本设计中选择深圳国微的型号为SM29LV160的FLASH，通过外扩地址线和数据线与DSP控制器相连接。系统工作时实时存储电源系统工作最后一次关机前五分钟的数据，包括输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度、电压预设值、以太网通信电路中的IP(InternetProtocol，网络协议)地址等。一般系统出现故障后系统就会关机，导致在排故时有很大的难度，系统的数据无法得知，通过保存一定时间段的系统的状态信息，当系统出现故障时，通过读取该存储电路中的数据信息可有助于系统的排故。

以太网通信电路在系统程控状态下完成系统与外界的信息交互功能，该电路中使用的模块选用的是广州致远公司的ZNE-100TL+-I，该模块实现串口与以太网的相互转化，该模块移植性强。上位机可以通过以太网通信电路对系统中的任何状态信息进行实时交互。同时完成整机的软件升级功能，在后期电源的维护中，起着重要的作用。

RS485通信电路由RS485收发器和隔离电源组成。该通信电路主要实现在本控状态下系统的状态信息与智能显示终端进行信息交互，用于本地显示或者对系统的状态信息进行查询或者操作功能。485的抗干扰能力要优于422和232通信，同时采用半双工模式可以降低容错率，提高数据的可靠性，RS485收发器选用的是NVE公司的IL485E，隔离电源同样采用TI公司的DCR010505U。

一种上述装置的车载电源控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：输入电压采样模块9采集车载电源的三相电源的电压，并将采集的车载电源的三相电源的电压传输给DSP控制器1，DSP控制器1判断车载电源的三相电源的电压是否在设定的电压预设值范围内，当车载电源的三相电源电压在设定的电压预设值范围内时，继续后续的流程，当车载电源的三相电源电压欠压或者过压时，则车载电源通用控制装置停止运行，通过智能显示终端16或者人机交互设备18中的上位机报警进行提示；

步骤2：通过输入检漏模块2判断车载电源通用控制装置输入电压与车载电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，在DSP控制器1内将量化的阻值与对应的预设值进行比较，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行，通过智能显示终端16或者人机交互设备18中的上位机报警进行提示；

步骤3：在输入电压检测正常和检漏电满足要求后，软启动模块14在DSP控制器1的控制下对车载电源的AC/DC整流组件10内部储能电容进行预充电，避免上电时的浪涌电压和浪涌电流，保护前级器件；

步骤4：输入电流采样模块3采集车载电源的AC/DC整流组件10内部电流传感器的输出电流值，并将电流传感器的输出电流值传输给DSP控制器1，将电流传感器的输出电流值在智能显示终端16上显示，DSP控制器1判断实时监测的电流传感器的输出电流值是否在对应的预设值范围内，如果是，则车载电源工作正常，否则，车载电源工作异常，DSP控制器1通过硬件保护模块20控制PWM驱动模块4关闭输出，及时保护整机的器件；

步骤5：DSP控制器1通过PWM驱动模块4向车载电源的全桥电路模块11中的功率器件输出驱动控制信号，通过该控制信号控制全桥电路模块11的输出电压；

步骤6：温度采样模块5实时采集车载电源的全桥电路模块11中的功率器件的温度，在智能显示终端16上显示的同时，DSP控制器1判断上述全桥电路模块11中的功率器件的温度是否在预设的温度预设值内，如果在，则说明全桥电路模块11中的功率器件的温度正常，当温度超过设定值时，DSP控制器1通过硬件保护模块20控制PWM驱动模块4关闭输出，及时保护整机的器件；

步骤7：输出电压采样模块8采集车载电源的输出配电控制模块13的输出端电压，在智能显示终端16上显示，DSP控制器1判断上述车载电源的输出配电控制模块13的输出端电压是否在预设的电压范围内，如果在，则进入步骤8，否则，DSP控制器1通过硬件保护模块20控制PWM驱动模块4关闭输出，及时保护整机的器件；

步骤8：输出检漏模块6判断车载电源的输出电压与电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，在DSP控制器1内将量化的阻值与对应的预设值进行比较，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行，通过智能显示终端16或者人机交互设备18中的上位机报警进行提示；

步骤9：输出电流采样模块7采集输出配电控制模块13的输出电流，DSP控制器1判断上述输出配电控制模块13的输出电流是否在预设的电流范围内，如果在，则车载电压继续正常工作，否则，DSP控制器1通过硬件保护模块20控制PWM驱动模块4关闭输出。

上述技术方案的步骤1中，DSP控制器1与人机交互设备18通信，通过人机交互设备18在DSP控制器1内设置输入电压预设值、输入电流预设值、输出电压预设值、输出电流预设值、温度预设值，并将以太网通信模块17中的IP地址传输给上位机或者驾驶室内的操作终端用于远控显示。同时，可以通过上位机或者驾驶室内的操作终端实现电源的配电、断电、电压预设、IP地址查询修改等功能，实现人机交互功能。

DSP控制器1外扩的数据存储器19上电后存储车载电源通用控制装置工作的最新五分钟的状态数据。包括输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度、电压预设值、以太网通信电路中的IP地址等，特别是电源出现异常时，能够及时记录故障信息，断电后故障信息不消失，有助于系统排故时快速定位故障。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种车载电源通用控制装置，其特征在于：它包括DSP控制器(1)、输入检漏模块(2)、输入电流采样模块(3)、PWM驱动模块(4)、温度采样模块(5)、输出检漏模块(6)、输出电流采样模块(7)、输出电压采样模块(8)和输入电压采样模块(9)，其中，输入检漏模块(2)的控制器通信端连接DSP控制器(1)的输入检漏模块通信端，输入检漏模块(2)的电压信号输入端与车载电源的AC/DC整流组件(10)的电压信号输出端连接，输入电流采样模块(3)的采样信号输出端连接DSP控制器(1)的输入电流采样通信端，输入电流采样模块(3)的采样信号输入端连接车载电源的AC/DC整流组件(10)内部电流传感器的输出端；

PWM驱动模块(4)的PWM驱动信号输入端连接DSP控制器(1)的PWM驱动信号通信端，PWM驱动模块(4)的PWM驱动信号输出端连接车载电源的全桥电路模块(11)中的功率器件控制信号输入端；

温度采样模块(5)的温度采集端连接车载电源的全桥电路模块(11)中温度传感器的输出端，温度采样模块(5)的输出端连接DSP控制器(1)的温度采样信号通信端；

输出检漏模块(6)的控制器通信端连接DSP控制器(1)的输出检漏模块通信端，输出检漏模块(6)的电压信号输入端连接车载电源的LC滤波储能模块(12)的电压输出端；

输出电流采样模块(7)的采样信号输出端连接DSP控制器(1)的输出电流采样通信端，输出电流采样模块(7)的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块(13)的电流信号输出端连接；

输出电压采样模块(8)的采样信号输出端连接DSP控制器(1)的输出电压采样通信端，输出电压采样模块(8)的采样信号输入端连接车载电源的输出配电控制模块(13)的电压信号输出端；

输入电压采样模块(9)的采样信号输出端连接DSP控制器(1)的输入电压采样通信端，输入电压采样模块(9)的采样信号输入端连接车载电源的三相电源的电压采样端。

2.根据权利要求1所述的车载电源通用控制装置，其特征在于：它还包括软启动模块(14)，所述软启动模块(14)的控制信号输入端连接DSP控制器(1)的软启动控制信号输出端，软启动模块(14)的控制信号输出端连接车载电源的AC/DC整流组件(10)内部储能电容的充电端。

3.根据权利要求1所述的车载电源通用控制装置，其特征在于：它还包括RS485通信模块(15)，所述DSP控制器(1)的显示信号通信端通过RS485通信模块(15)连接智能显示终端(16)的显示信号通信端。

4.根据权利要求1所述的车载电源通用控制装置，其特征在于：它还包括以太网通信模块(17)，所述DSP控制器(1)的人机交互接口通过以太网通信模块(17)连接人机交互设备(18)。

5.根据权利要求1所述的车载电源通用控制装置，其特征在于：它还包括数据存储器(19)，所述DSP控制器(1)的数据存储端连接数据存储器(19)的数据存储端。

6.根据权利要求1所述的车载电源通用控制装置，其特征在于：它还包括硬件保护模块(20)，DSP控制器(1)的硬件保护信号输出端连接硬件保护模块(20)的输入端，硬件保护模块(20)的输出端连接PWM驱动模块(4)的控制信号输入端。

7.一种权利要求1所述装置的车载电源控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：输入电压采样模块(9)采集车载电源的三相电源的电压，并将采集的车载电源的三相电源的电压传输给DSP控制器(1)，DSP控制器(1)判断车载电源的三相电源的电压是否在设定的电压预设值范围内，当车载电源的三相电源电压在设定的电压预设值范围内时，继续后续的流程，当车载电源的三相电源电压欠压或者过压时，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤2：通过输入检漏模块(2)判断车载电源通用控制装置输入电压与车载电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤3：软启动模块(14)在DSP控制器(1)的控制下对车载电源的AC/DC整流组件(10)内部储能电容进行预充电；

步骤4：输入电流采样模块(3)采集车载电源的AC/DC整流组件(10)内部电流传感器的输出电流值，并将电流传感器的输出电流值传输给DSP控制器(1)，DSP控制器(1)判断实时监测的电流传感器的输出电流值是否在对应的预设值范围内，如果是，则车载电源工作正常，否则，车载电源工作异常，DSP控制器(1)通过硬件保护模块(20)控制PWM驱动模块(4)关闭输出；

步骤5：DSP控制器(1)通过PWM驱动模块(4)向车载电源的全桥电路模块(11)中的功率器件输出驱动控制信号，通过该控制信号控制全桥电路模块(11)的输出电压；

步骤6：温度采样模块(5)实时采集车载电源的全桥电路模块(11)中的功率器件的温度，DSP控制器(1)判断上述全桥电路模块(11)中的功率器件的温度是否在预设的温度预设值内，如果在，则说明全桥电路模块(11)中的功率器件的温度正常，当温度超过设定值时，DSP控制器(1)通过硬件保护模块(20)控制PWM驱动模块(4)关闭输出；

步骤7：输出电压采样模块(8)采集车载电源的输出配电控制模块(13)的输出端电压，DSP控制器(1)判断上述车载电源的输出配电控制模块(13)的输出端电压是否在预设的电压范围内，如果在，则进入步骤8，否则，DSP控制器(1)通过硬件保护模块(20)控制PWM驱动模块(4)关闭输出；

步骤8：输出检漏模块(6)判断车载电源的输出电压与电源外壳之间是否有直接或者间接的连接，通过阻值量化漏电程度，若阻值在设定值内，则继续后续流程，若阻值小于设定值，则车载电源通用控制装置停止运行；

步骤9：输出电流采样模块(7)采集输出配电控制模块(13)的输出电流，DSP控制器(1)判断上述输出配电控制模块(13)的输出电流是否在预设的电流范围内，如果在，则车载电压继续正常工作，否则，DSP控制器(1)通过硬件保护模块(20)控制PWM驱动模块(4)关闭输出。

8.根据权利要求7所述的车载电源控制方法，其特征在于：步骤1中，DSP控制器(1)与人机交互设备(18)通信，通过人机交互设备(18)在DSP控制器(1)内设置输入电压预设值、输入电流预设值、输出电压预设值、输出电流预设值、温度预设值，并将以太网通信模块(17)中的IP地址传输给上位机或者驾驶室内的操作终端用于远控显示。

9.根据权利要求7所述的车载电源控制方法，其特征在于：DSP控制器(1)的数据存储器(19)上电后车载电源通用控制装置工作的最新五分钟的状态数据。