CN109696872A - 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 - Google Patents
一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109696872A CN109696872A CN201910105595.XA CN201910105595A CN109696872A CN 109696872 A CN109696872 A CN 109696872A CN 201910105595 A CN201910105595 A CN 201910105595A CN 109696872 A CN109696872 A CN 109696872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- circuit
- power
- high frequency
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000009123 feedback regulation Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/25—Pc structure of the system
- G05B2219/25257—Microcontroller
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，包括总控制器、从机电源模块、控制箱和通讯总线总控制器通过通讯总线分别与控制箱和从机电源模块连接，总控制器包括总控制板、电压传感器、断路器、电源滤波器和24V电源，外部设有接触器、水压表和水温表，所述接触器、水压表和水温表的输出端与总控制板连接；所述控制箱包括触摸屏、电源开关和电源工作指示灯；本发明利用CAN和RS485双通讯技术，实现高频氧化电源的实时监控、报警和人机交互；利用移相全桥和同步整流技术，大大提高电源控制精度和工作效率；采用并联控制系统，使若干个单机电源模块并联工作，提高电源输出功率和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体涉及一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源。
背景技术
电解氧化电源是一种低电压、大电流的直流供电电源，目前普遍使用的电源以可控硅为核心器件，但需配合体积庞大的变压器和滤波设备，这导致了可控硅整流电源体积重量较大、整机工作效率低下的劣势。高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高的特点，但是单个电源模块的输出功率有限，往往不能满足现代工业生产的实际需求，限制了生产规模的进一步扩大；另外电源安装位置与电解氧化槽有一段相当长的距离，如果操作控制器安装氧化电源处而远离实际生产现场，生产者不能根据生产工作的实时反馈对电源进行相应操作，由此导致的滞后性和延迟性降低了对紧急情况的应变处理能力，增加了生产过程中的风险。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，利用CAN和RS485双通讯技术，实现高频氧化电源的实时监控、报警和人机交互；利用移相全桥和同步整流技术，大大提高电源控制精度和工作效率；采用并联控制系统，使若干个单机电源模块并联工作，提高电源输出功率和稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，包括总控制器、从机电源模块、控制箱和通讯总线，所述总控制器通过通讯总线分别与控制箱和从机电源模块连接，用于输出24V电压作为直流电源供电，所述总控制器包括总控制板、电压传感器、断路器、电源滤波器和24V电源，所述电压传感器输入端接入高频氧化电源的输出电压，输出端连接总控制板，所述断路器输入端接入市电，输出端连接电源滤波器输入端，所述电源滤波器输出端为总控制器供电；所述高频氧化电源外部设有接触器、水压表和水温表，所述接触器、水压表和水温表的输出端与总控制板连接；所述控制箱包括触摸屏、电源开关和电源工作指示灯，所述触摸屏通过RS485总线连接至总控制板，所述电源开关和工作指示灯分别与总控制板连接。
进一步地，所述工作指示灯为三盏不同的颜色灯，其中黄色灯表示待机状态，红色灯代表故障状态，绿色灯代表正常工作状态。
进一步地，所述从机电源模块由若干个单机电源模块并联组成，所述单机电源模块包括控制电路和主电路，所述控制电路与主电路连接，包括控制系统、通讯系统、驱动系统、反馈系统和保护系统，所述控制系统由单片机和移相PWM信号芯片连接组成，所述通讯系统由单片机通过CAN总线与总控制板连接完成，所述驱动系统由IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路组成，所述保护系统包括欠压保护和高温保护；所述控制电路通过单片机和移相PWM信号芯片对IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路进行调控，驱动IGBT管和MOSFET管的开通与关断，实现对输出电压、电流的控制和调节；所述单片机与欠压保护和高温保护连接，所述反馈系统与单片机连接，用于完成单片机对输出电路的采样调节。
进一步地，所述主电路包括三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路，所述三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路依所列次序前者的输出端连接后者的输入端，所述三相整流滤波电路由三相整流桥模块和无感电容连接组成，所述移相全桥逆变电路由第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管和第四IGBT开关管组成，所述第一IGBT开关管和第二IGBT开关管组成超前桥臂，所述第三IGBT开关管和第四IGBT开关管组成滞后桥臂，每个IGBT开关管反向并联一个二极管和一个谐振电容，所述高频变压器的初级回路上串联由电容并联构成的隔直电容，所述次级同步整流电路由两个MOSFET管、输出滤波电感和电容组成；所述移相全桥逆变电路与IGBT驱动电路连接，所述次级同步整流电路与MOSFET驱动电路连接。
进一步地，在负载的恒流模式下，所述从机电源模块采用单个电流控制环进行控制，所述电流控制环为负反馈控制环；在恒压模式下，采用电压电流双闭环控制系统进行控制运作，所述电压电流双闭环为负反馈控制环。
进一步地，所述高频变压的功率为150A/1200V，频率小于60KHz。
进一步地，所述若干个并联单机电源模块通过CAN总线与总控制板进行通讯连接，其拓扑结构为手牵手式连接。
进一步地，所述单片机的型号为STM32F105。
与现有技术比较，本发明的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源具有以下有益效果和优点：
本发明利用CAN和RS485双通讯技术，信息可在控制箱与总控制器之间、总控制器和从机电源模块之间进行双向传输，实现高频氧化电源的实时监控、报警和人机交互；利用移相全桥和同步整流技术，大大提高电源控制精度和工作效率；采用并联控制系统，使若干个单机电源模块并联工作，提高电源输出功率和稳定性，目前可实现20个模块并联输出，最大功率达到800kW。
附图说明
图1为本发明的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源的总线通讯结构示意图。
图2为本发明的并联系统的总体结构示意图。
图3为本发明的单机电源模块的结构示意图。
图4为本发明的移相全桥逆变电路和次级同步整流电路的电路示意图。
图5为本发明的单机电源模块手牵手式连接示意图。
图6为本发明的通信流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的具体实施作进一步说明。需要指出的是，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。
本发明的电源是一种基于CAN和RS485通讯采用并联控制系统的高频氧化电源，得到了较高的控制精度和电源效率，实现了均流输出、状态监测、人机交互、故障处理等功能。其从机单元电源模块最大功率40KW，输出电流0-2000A可调，输出电压0-20V可调。本发明的主要优势在于双通讯、多拓展、实时监控、自动报警、人机交互、高效节能。
如图1所示，为实施例的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源的总线通讯结构示意图，包括总控制器、从机电源模块、控制箱和通讯总线，所述总控制器通过通讯总线分别与控制箱和从机电源模块连接，用于输出24V电压作为直流电源供电，所述总控制器包括总控制板、电压传感器、断路器、电源滤波器和24V电源，所述电压传感器输入端接入高频氧化电源的输出电压，输出端连接总控制板，所述断路器输入端接入市电，输出端连接电源滤波器输入端，所述电源滤波器输出端为总控制器供电；所述高频氧化电源外部设有接触器、水压表和水温表，所述接触器、水压表和水温表的输出端与总控制板连接；所述控制箱包括触摸屏、电源开关和电源工作指示灯，所述触摸屏通过RS485总线连接至总控制板，所述电源开关和工作指示灯分别与总控制板连接。
本发明工作时，首先对控制箱上的触摸屏进行操作，设置工作模式以及电流、电压、时间等参数。参数与工作模式设置完成后，数据由RS485总线传递到总控制板。所述总控制板根据接受数据后，根据当前系统可用从机单机电源模块数量，经过均流计算器得到每个模块的输出电流设定值并将其数据信号通过CAN总线传递给各电源模块。工作时，从机电源模块通过CAN总线实时将运行数据、故障信息传输给总控制板。总控制板处理数据信息后，通过CAN总线调整每个从机电源模块，并通过RS485通讯线将实时数据信息传输到触摸屏。触摸屏上直接显示实时工作状态，且在接收到故障后报警并记录。从而实现双通讯、实时监控、自动报警、人机交互等功能。设定任务完成后，控制箱结束指示灯亮，此时可关闭电源开关或等待进行下一工作周期。
本发明采用基于CAN的并联控制系统，单机电源模块之间、从机电源模块与总控制板之间通过CAN总线完成通讯，单机电源模块输出端相互并联，实现电压电流的并联均流输出，故从机电源模块可根据需要拆除多余模块或增添新的模块，实现多拓展。
本发明采用基于IGBT移相全桥软开关的零电压脉宽调制（ZVS-PWM）技术、基于MOSFET的次级同步整流技术，提高了对输出电压电流控制精度，降低了工作损耗，实现了高效节能。
优选的，所述控制箱包括触摸屏、电源开关和电源工作指示灯，所述触摸屏通过RS485总线连接至总控制板，所述总控制板还分别与电源开关和工作指示灯连接，所述电源开关的远控/近控开关、停止开关、启动开关和构成工作指示灯系统的运行灯、故障灯、结束指示灯通过控制线与总控制器相连，所述运行灯为绿色，故障灯为红色，待机灯为黄色。
优选的，控制箱优选结构为采用威纶通公司生产的型号为MT6071ip的触摸屏，使用24V直流电压供电。由于 485 总线支持长距离通信，因此可以将控制箱灵活设置在远离电源整机的位置，方便使用人员操控。
优选的，触摸屏通过485通讯线与电源的总控制板相连。图形界面的显示及触摸动作执行均由触摸屏内部的 ARM 芯片完成，如此可大大降低控制板单片机的负担，并提高了系统开发效率。触摸屏界面可以对电流、电压、时间等参数进行设置，此外还可以实时监看各个电源模块的实际输出电流、占空比以及状态等信息，通过故障页面可以查看电源的具体故障信息。
优选的，控制箱的启动、停止、远控/近控开关通过接口连接总控制板，控制箱的结束指示灯、控制箱的运行灯和故障灯通过接口连接总控制板。
总控制器电源输入端经过电源滤波器和断路器与外部380V转220V变压器相连，断路器出线与从机各模块滤波器相连，外部监控设备水压表、水温表与总控制器输入端相连，接触器与总控制器输出端相连；电压传感器输出端连接总控制板输入端。
如图2和图3所示，为本发明的并联系统的总体结构示意图和单机电源模块的结构示意图，所述从机电源模块由若干个单机电源模块并联组成，所述单机电源模块包括控制电路和主电路，所述控制电路与主电路连接，包括控制系统、通讯系统、驱动系统、反馈系统和保护系统，所述控制系统由单片机和移相PWM信号芯片连接组成，所述通讯系统由单片机通过CAN总线与总控制板连接完成，所述驱动系统由IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路组成，所述保护系统包括欠压保护和高温保护；所述控制电路通过单片机和移相PWM信号芯片对IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路进行调控，驱动IGBT管和MOSFET管的开通与关断，实现对输出电压、电流的控制和调节；所述单片机与欠压保护和高温保护连接，所述反馈系统与单片机连接，用于完成单片机对输出电路的采样调节。
优选的，所述主电路包括三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路，所述三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路依所列次序前者的输出端连接后者的输入端，所述三相整流滤波电路由三相整流桥模块和无感电容连接组成。
优选的，在图3中，所述单机电源主电路部分，三相工频交流电经三相整流桥后变换为直流电，再经由移相全桥逆变成 20kHz 交流方波进入高频变压器。高频变压器起到降低电压和输出输入电气隔离的作用。变压器的次级连接到 MOSFET 构成的次级同步整流电路，将交流方波整流变换为低压直流输出。
如图4所示，为本发明的移相全桥逆变电路和次级同步整流电路的电路示意图，所述移相全桥逆变电路由第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管和第四IGBT开关管组成，其中第一IGBT开关管（Q1）、第二IGBT开关管（Q2）组成超前桥臂，第三IGBT开关管（Q3）、第四IGBT开关管（Q4）组成滞后桥臂，且每个开关管反向并联一个二极管(D1-D4)、并联一个谐振电容(C1-C4)；高频变压器在实际使用时采用多个较小容量电容并联构成所需的隔直电容，隔直电容串联在变压器初级回路上；次级同步整流电路由两个MOSFET管(SR1、SR2)、输出滤波电感和电容组成。
优选的，单机电源模块的控制电路优选结构为：以单片机STM32F105为核心，包含控制系统、通讯系统、驱动系统、反馈系统和保护系统；如图3所示，单机电源模块的控制电路部分以 STM32F105 单片机为核心，该芯片采用 Cortex-M3 内核架构，最高主频可达72MHz，具有双路 CAN 总线接口，芯片内部具有SPI、USART、I2C、ADC 等常用外设接口。在控制电路中，单片机负责实现反馈控制、CAN 总线通信、故障保护等，而移相 PWM 信号由专门的芯片产生。单片机完成数字 PID 计算后，通过 DAC 输出电压到 PWM 芯片以实现移相角调节，从而控制输出大小。
优选的，结合实际应用经验，选择 KA962F 作为 IGBT 的驱动器。该驱动器开关驱动电压分别为+14.5V 和-8V，具有±6A 的驱动峰值电流和 2.5W 的驱动功率，此外，其内部集成了 IGBT 短路保护、反馈功能，IGBT驱动器使用双绞线连接在总控制板。
优选的，如图4所示，移相全桥 ZVS 电路共有 4 个功率开关，需要 4 路对应的PWM 信号驱动。其中每个桥臂上下管之间的信号为互补形式，并在信号高电平间插入死区时间，以防止开关管关断延迟造成上下管直通，使直流母线短路；两个桥臂之间对角开关管的信号采用移相调制，二者开通信号的重叠部分即为初级电压方波宽度。
优选的，采用德州仪器的 UCC2895 电源芯片作为 PWM 信号发生芯片，将其内部误差放大器的输出端与反相端短接，利用单片机数模转换电路发出的电压信号控制同相端电压，从而控制移相角。该方案优点是信号时序精确，移相角调节分辨率高，稳定性高，即使作为主控芯片的单片机发生故障也不会使驱动信号异常，避免了极端情况下单片机程序故障出现桥臂直通等问题。
优选的，采用680A/100V MOSFET 模块，单个模块导通电阻1.25mΩ，实际中，上下整流支路各并联4个模块，共计8个模块。
优选的，为了实现DCM/CCM 双模式同步整流驱动时序，设计了以 EPM570 芯片为核心的同步整流驱动逻辑电路。EPM570 芯片从单元主控制电路获取全桥四个开关管的PWM 信号以及电流模式信号，经过专门设计的 CPLD 内部逻辑门电路计算后，输出上下两路同步整流管驱动波形，实现了全负载范围内的低损耗同步整流。
优选的，多个电源模块并联共同为负载供电，各个模块的控制电路通过 CAN 总线连接到系统的总控制板。总控制板接收来自人机界面或者上位机设定参数（包括设定工作电压、电流和时间等），利用 CAN 总线将均流信息和启停指令发送给参与并联工作的电源模块。除了负责协调控制各个电源模块的工作外，总控制板也将模块的工作参数（如输出电流、占空比、负载电压、故障信息等）实时回传到人机界面或者上位机，操作者可在人机界面或者上位机上实时监控电源工作状况。
优选的，如图5所示，为单机电源模块手牵手式连接示意图，大功率并联电源系统，各个电源模块及系统总控制板均安装于同一机架内，因此选用手牵手式的连接方式进行CAN 总线组网；CAN通信接口电路以磁耦隔离芯片和CAN高速收发器为主要器件，并加入电感、瞬态二极管等元件，实现总线与单片机间的电器隔离、提高电路的抗干扰和防浪涌电压能力。
优选的，如图6所示，为本发明的通信流程示意图，虽然 CAN 总线具有无主通信的特点，但是为了避免总线发生拥塞和便于管理，程序上设计了主-从式的通信方法，即电源系统的总控制板依次向每个受控电源模块发送查询指令，对应的电源模块回复相应状态信息，每次轮询间隔 20ms。当工作中的电源模块无法按时接收到总控制板的查询指令时，说明发生通信故障，此时该模块自动停止运行等待通信恢复。此外，CAN 总线任意节点都可以主动发起通信，因此当某一电源模块发生故障时，可以直接以更高的优先级主动向总线发出故障信息，而无需等待总控制板的查询信号，降低了系统的故障处理延迟时间。
优选的，恒流模式采用单个电流环进行控制，电流控制环位于每个电源模块中。由并联控制系统的总控制板通过人机界面或上位机接收总设定电流，然后根据当前系统中可用的模块数量，经过均流计算器得到每个模块的输出电流设定值，并通过 CAN 总线发送至参与并联工作的每个电源模块。电源模块收到后，将其与当前自身实际输出电流反馈量进行比较，调整移相全桥的 PWM 信号移相角，实现该模块的电流输出调节。由于电流设定值采用了 CAN 总线数字化传输，因而每个电源模块都能得到精确的值，并据此调节自身输出电流大小。在这种状态下，即使每个电源模块间的元件差异使其具有不同的输出特性，在各自电流环的控制下也能实现稳定的均流输出。
优选的，设计了电压电流双闭环控制系统以实现恒压输出模式下的各模块均流控制。在内外两个控制环中，内部的电流环与上文恒流模式的电流环参数完全相同，仍然位于每个电源模块内部，用于调整控制模块自身的输出电流大小；而外部的电压环位于系统总控制板上，用以实现输出电压的反馈调节。整个双闭环控制环工作过程原理如下：首先，位于总控制板上的电压环接收来自人机界面或上位机的设定电压，并转换为用于每个电源模块的参考电流，经 CAN 总线下发至每个参与工作的电源模块，电源模块根据接收到的参考电流和自身输出电流反馈量比较，进行电流环调节。
优选的，通过数字化的 CAN 总线控制系统，可以在多个电源模块并联工作时灵活配置缓升与缓降的工作方式，既可以使各个模块同时接收广播指令，做到精确的同步缓升或缓降过程，且在上升或下降过程中始终保持均流输出，也可以控制各个模块依次按顺序异步启动，实现灵活多变的加载过程。
以上说明了本发明如何提高控制精度和电源效率，并实现均流输出、状态监测、人机交互等功能，补充说明本发明如何实现故障处理功能。
从机电源模块故障扫描周期内故障即可被扫描检测到。当电源模块发生不会立即损坏机器的非严重故障时，通过 CAN 总线上报总控制板，等待总控制板的进一步指令；而此时总控制板收到某个模块的非严重故障信息，将发出指令使故障模块输出缓慢降低并关闭输出，其他正常模块补充故障模块的原有负载输出。当电源模块发生可能立即损坏机器的严重故障时，将立即关闭自身输出并通过 CAN 总线上报给总控制板，同时收到了严重故障信息的总控制板发送广播指令使所有其他正常模块也立即关断输出。电源各模块监控到故障并发出警报后，总控制板将故障信号通过RS485总线反馈到控制箱触摸屏并记录，查看故障页面便可获取故障发生位置、时间及内容。
综上所述，本发明的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源利用CAN和RS485双通讯技术，信息可在控制箱与总控制器之间、总控制器和从机电源模块之间进行双向传输，实现高频氧化电源的实时监控、报警和人机交互；利用移相全桥和同步整流技术，大大提高电源控制精度和工作效率；采用并联控制系统，使若干个单机电源模块并联工作，提高电源输出功率和稳定性，目前可实现20个模块并联输出，最大功率达到800kW。
Claims (8)
1.一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，包括总控制器、从机电源模块、控制箱和通讯总线，所述总控制器通过通讯总线分别与控制箱和从机电源模块连接，用于输出24V电压作为直流电源供电，其特征在于：所述总控制器包括总控制板、电压传感器、断路器、电源滤波器和24V电源，所述电压传感器输入端接入高频氧化电源的输出电压，输出端连接总控制板，所述断路器输入端接入市电，输出端连接电源滤波器输入端，所述电源滤波器输出端为总控制器供电；所述高频氧化电源外部设有接触器、水压表和水温表，所述接触器、水压表和水温表的输出端与总控制板连接；所述控制箱包括触摸屏、电源开关和电源工作指示灯，所述触摸屏通过RS485总线连接至总控制板，所述电源开关和工作指示灯分别与总控制板连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述工作指示灯为三盏不同的颜色灯，其中黄色灯表示待机状态，红色灯代表故障状态，绿色灯代表正常工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述从机电源模块由若干个单机电源模块并联组成，所述单机电源模块包括控制电路和主电路，所述控制电路与主电路连接，包括控制系统、通讯系统、驱动系统、反馈系统和保护系统，所述控制系统由单片机和移相PWM信号芯片连接组成，所述通讯系统由单片机通过CAN总线与总控制板连接完成，所述驱动系统由IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路组成，所述保护系统包括欠压保护和高温保护；所述控制电路通过单片机和移相PWM信号芯片对IGBT驱动电路和MOSFET驱动电路进行调控，驱动IGBT管和MOSFET管的开通与关断，实现对输出电压、电流的控制和调节；所述单片机与欠压保护和高温保护连接，所述反馈系统与单片机连接，用于完成单片机对输出电路的采样调节。
4.根据权利要求3所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述主电路包括三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路，所述三相整流滤波电路、移相全桥逆变电路、高频变压器和次级同步整流电路依所列次序前者的输出端连接后者的输入端，所述三相整流滤波电路由三相整流桥模块和无感电容连接组成，所述移相全桥逆变电路由第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管和第四IGBT开关管组成，所述第一IGBT开关管和第二IGBT开关管组成超前桥臂，所述第三IGBT开关管和第四IGBT开关管组成滞后桥臂，每个IGBT开关管反向并联一个二极管和一个谐振电容，所述高频变压器的初级回路上串联由电容并联构成的隔直电容，所述次级同步整流电路由两个MOSFET管、输出滤波电感和电容组成；所述移相全桥逆变电路与IGBT驱动电路连接，所述次级同步整流电路与MOSFET驱动电路连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：在负载的恒流模式下，所述从机电源模块采用单个电流控制环进行控制，所述电流控制环为负反馈控制环；在恒压模式下，采用电压电流双闭环控制系统进行控制运作，所述电压电流双闭环为负反馈控制环。
6.根据权利要求3所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述高频变压的功率为150A/1200V，频率小于60KHz。
7.根据权利要求3所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述若干个并联单机电源模块通过CAN总线与总控制板进行通讯连接，其拓扑结构为手牵手式连接。
8.根据权利要求3所述的一种基于CAN和RS485通讯的高频氧化电源，其特征在于：所述单片机的型号为STM32F105。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910105595.XA CN109696872B (zh) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910105595.XA CN109696872B (zh) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109696872A true CN109696872A (zh) | 2019-04-30 |
| CN109696872B CN109696872B (zh) | 2024-01-12 |
Family
ID=66234772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910105595.XA Active CN109696872B (zh) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109696872B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110417249A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-05 | 华南理工大学 | 一种大功率高频氧化电源的故障保护电路 |
| CN110957925A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-03 | 武汉合康动力技术有限公司 | 一种车载隔离型应急双向dcdc系统 |
| CN112003482A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-11-27 | 佛山市杰创科技有限公司 | 整流单元组合式高频开关电源的控制系统及其控制方法 |
| CN114977776A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-30 | 中国核动力研究设计院 | 模块化整流柜及制作方法、控制棒驱动机构电源 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202696491U (zh) * | 2012-07-13 | 2013-01-23 | 绍兴意来客电器设备有限公司 | 一种数字高频整流电源控制装置 |
| CN204241883U (zh) * | 2014-09-28 | 2015-04-01 | 常州联力自动化科技有限公司 | 一种电化学水处理电源控制系统 |
| CN206180870U (zh) * | 2016-11-19 | 2017-05-17 | 杭州步聚信息科技有限公司 | 一种用于采集器的电源电路 |
| CN108127239A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-06-08 | 华南理工大学 | 铝合金机器人变极性等离子弧智能穿孔焊接系统 |
| CN209514353U (zh) * | 2019-02-01 | 2019-10-18 | 华南理工大学 | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 |
-
2019
- 2019-02-01 CN CN201910105595.XA patent/CN109696872B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202696491U (zh) * | 2012-07-13 | 2013-01-23 | 绍兴意来客电器设备有限公司 | 一种数字高频整流电源控制装置 |
| CN204241883U (zh) * | 2014-09-28 | 2015-04-01 | 常州联力自动化科技有限公司 | 一种电化学水处理电源控制系统 |
| CN206180870U (zh) * | 2016-11-19 | 2017-05-17 | 杭州步聚信息科技有限公司 | 一种用于采集器的电源电路 |
| CN108127239A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-06-08 | 华南理工大学 | 铝合金机器人变极性等离子弧智能穿孔焊接系统 |
| CN209514353U (zh) * | 2019-02-01 | 2019-10-18 | 华南理工大学 | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周恒辉;焦斌;: "基于Modbus通信协议的臭氧发生器监控系统", 上海电机学院学报, no. 03 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110417249A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-05 | 华南理工大学 | 一种大功率高频氧化电源的故障保护电路 |
| CN110957925A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-03 | 武汉合康动力技术有限公司 | 一种车载隔离型应急双向dcdc系统 |
| CN112003482A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-11-27 | 佛山市杰创科技有限公司 | 整流单元组合式高频开关电源的控制系统及其控制方法 |
| CN114977776A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-30 | 中国核动力研究设计院 | 模块化整流柜及制作方法、控制棒驱动机构电源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109696872B (zh) | 2024-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN209514353U (zh) | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 | |
| CN109696872A (zh) | 一种基于can和rs485通讯的高频氧化电源 | |
| CN201035433Y (zh) | 能量双向流动的电压调节器 | |
| CN102983593B (zh) | 基于智能开关的微网无缝切换控制方法 | |
| CN107910892A (zh) | 一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置 | |
| CN108964476A (zh) | 基于双有源桥的隔离型双向ac/dc变换器的控制方法 | |
| CN109406936B (zh) | 充电桩报警保护模块 | |
| CN105471297B (zh) | T型三电平变流器功率模块 | |
| CN105845005A (zh) | 智能微电网实验系统 | |
| CN104198853A (zh) | 一种风电并网测试装置及测试方法 | |
| CN201699602U (zh) | 一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源 | |
| CN110808604B (zh) | 一种基于mmc结构的三端口能量控制装置 | |
| CN109981006A (zh) | 一种无节点直流转辙机安全驱动方法及驱动模块 | |
| CN105743358B (zh) | 一种后备式不间断变频电源 | |
| CN102281010A (zh) | 一种大功率单回路逆变软开关弧焊电源 | |
| CN108792859A (zh) | 基于电梯电源装置实现电梯系统供电的方法及装置和系统 | |
| CN111600488A (zh) | 一种利用过零检测技术提高电力电子变压器效率的方法 | |
| CN109378887B (zh) | 充电桩控制系统 | |
| CN203445788U (zh) | 一种用于血液透析机的供电装置 | |
| CN208561318U (zh) | 基于电梯电源装置实现电梯系统供电的装置和系统 | |
| CN202797977U (zh) | 一种兼顾电压支撑及故障限流的电力电子系统 | |
| CN203313448U (zh) | 一种led照明灯控制电路 | |
| CN114336647A (zh) | 一种动态电压恢复器双向充电装置及其控制方法 | |
| CN110412427B (zh) | 一种低压电力故障检测定位系统及故障检测方法 | |
| CN203406660U (zh) | 轨道车辆充电机系统及轨道车辆 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |