CN202300666U - 一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，该装置以单片机控制器为核心，配以油机输出功率检测电路和油机调速电路构成，其特征在于，所述的单片机控制器为单片机及其外围电路构成的最小系统；所述的油机输出功率检测电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述的油机调速电路为电阻分压调速电路，其中，所述的电压采样电路和电流采样电路的输出端分别与所述单片机的一I/O口连接，所述的油机调速电路的信号输入端与所述单片机的另一I/O口连接，由所述单片机先将电流和电压信号经A/D转换后计算出所述油机的输出功率，再根据油机的输出功率正比例调节所述电阻分压调速电路的分压比，从而实现最大功率的跟踪控制。

Description

一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置

技术领域

本实用新型涉及直流调速，具体涉及油机发电最大功率跟踪控制。

背景技术

现有的通信基站一般采用汽油发电机或柴油发电机作为通信系统的后备交流电源，当油机启动后，无论负载功率大小，油机始终维持相对固定的转速，以保持相对稳定的输出功率。然而负载的功率是变化的，特别是给通信后备电池充电时，初始的充电电流很大，因此负载的功率也很大，当接近充满时，电流逐渐减小，负载功率也越来越小，因此，当负载功率较小时，油机始终保持较大的输出功率，显然会造成巨大浪费和污染。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是油机最大输出功率跟踪多级控制装置，该装置适通过检测负载功率的大小，实时调整油机的转速，使油机始终保持较高的转换效率，从而实现节能减排。

本实用新型解决上述问题的技术方案如下：

一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，该装置以单片机控制器为核心，配以油机输出功率检测电路和油机调速电路构成，其特征在于，所述的单片机控制器为单片机及其外围电路构成的最小系统；所述的油机输出功率检测电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述的油机调速电路为电阻分压调速电路；所述的电压采样电路和电流采样电路的输出端分别与所述单片机的一I/O口连接，所述的油机调速电路的信号输入端与所述单片机的驱动信号输出I/O口连接，由所述单片机先将电流和电压信号经A/D转换后计算出所述油机的输出功率，再根据油机的输出功率正比例调节所述电阻分压调速电路的分压比。

本实用新型所述的控制装置，当油机开始工作时，单片机控制器即通过输出电压采样电路和输出电流采样电路测量油机输出的电压和电流，若输出的功率发生变化，单片机控制器则根据输出功率的大小，通过控制信号输出端打开电子开关，接通相应的分压调速电阻，调节EFC执行器中驱动电机的工作电压，从而控制EFC执行器供油口的开度，调节柴油或汽油发动机转速，实现发电机最大输出功率的跟踪控制。

本实用新型所述的控制装置，所述的电阻分压调速电路由上臂分压电阻和下臂分压电阻串联组成，本方案可改变上臂分压电阻阻值实现多级分压调速，亦可改变下臂分压电阻阻值实现多级分压调速。若需改变上臂分压电阻，则上臂分压电阻由多只电阻并联组成，所述并联电阻中的每一电阻与下臂分压电阻之间串联一电子开关，该电子开关的控制端与所述单片机的一I/O口连接；若需改变下臂分压电阻，则下臂分压电阻由多只电阻并联组成，所述并联电阻中的每一电阻与上臂分压电阻之间串联一电子开关，该电子开关的控制端与所述单片机的一I/O口连接。

本实用新型所述的控制装置，利用单片机控制器通过油机输出功率检测电路实时检测输出功率大小，同时采用多个分压臂实现多级分压调速功能，实时地跟踪和控制输出功率，因此具有以下显著效果：1、负载电流较大时，因油机内阻的存在导致输出电压变低，若只检测输出电流会导致输出功率检测误差过大，同时监测输出电压和电流，则避免了这一情况；2、由于采用了多级分压闭环调速方式，输出功率有一定容限，既能够在负载功率发生变化时实时调整转速，又能够在工作时，避免一部分负载突然接入或取下，负载功率发生突变引起系统的不稳定，提高了装置的灵敏度和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置的电路结构框图；

图2为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中单片机检测控制过程的程序流程图；

图3为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中输出电压采样电路的电路原理图；

图4为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中输出电流采样电路的电路原理图；

图5为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中单片机控制器的电路原理图；

图6为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中油机调速电路的一个具体实施例的电路原理图；

图7为本实用新型所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置中油机调速电路的另一个具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

例1

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，本实施例为上臂分压调速的油机最大功率跟踪控制装置。

该装置的单片机控制器由集成A/D转换器的型号为Atmel公司生产的ATMEGA8单片机U3及其外围电路电容C13、C14、C15，电阻R35，晶振Y1，按键开关S1组成的单片机最小系统。

该装置的输出电压采样电路由ON公司生产的双集成运算放大器LM358中的1个运放U1A构成的电压跟随器，电阻R2、R6、电容C2构成的分压滤波输入电路，电阻R4、电容C3构成的Γ型半节RC滤波电路，以及二极管D1、D2构成的输出嵌位保护电路组成，所述的分压滤波输入电路并联于油机B1的输出电压两端，分压点与运算放大器U1A的同相输入端连接，运算放大器的输出端经Γ型半节RC滤波电路、输出嵌位保护电路连接至单片机MCU的带A/D转换的I/O口Vout。

该装置的输出电流采样电路由ON公司生产的双集成运算放大器LM358中的1个运放U2A，电阻R18、R19、R20、R23、R24、R25、R26，电容C6、C7、C11、C12构成的差分放大电路，电阻R21，电容C8、C10构成的∏型滤波电路，另一个运放U2B构成的电压跟随器，电阻R22、电容C9构成的Γ型半节RC滤波电路，以及二极管D5、D6构成的输出嵌位保护电路组成，所述的差分放大电路的同相输入端连接于检流电阻RS与负载之间，输出端经∏型滤波电路连接至电压跟随器的同相输入端，电压跟随器的输出端的输出端经Γ型半节RC滤波电路、输出嵌位保护电路连接至单片机MCU的带A/D转换的I/O口Iout。

该装置的油机调速电路的上分压臂为3个继电器驱动电路串联3个阻值不同的分压调速电阻R10、R11、R12后并联，构成7级分压调速臂；下臂为并联于油机电枢两端的分压电阻R13，其中电阻阻值大小依次为R10＞R11＞R12，所述的继电器驱动电路由NPN型三极管构成的共射极放大电路和继电器组成，其中，三个继电器驱动电路的NPN型三极管Q1、Q2、Q3的基极分别经电阻R1、R3、R5与单片机MCU的I/O口Relay1、Relay2、Relay3连接，三个继电器K1、K2、K3的线包分别串联于电源VDD和NPN型三极管Q1、Q2、Q3的集电极之间，三个继电器K1、K2、K3的常开触点串联于油机调速电路的分压点和分压调速电阻R10、R11、R12间。

参见图2、图6，当油机启动工作时，单片机U3即由Relay1口输出高电平，此时NPN型三极管Q1导通，Q1的集电极电压变低，继电器K1的线包带电，常开触点吸合，此时EFC执行器中驱动电机电枢两端电压为R10与R13分压后，R13两端的电压，由于R10的阻值最大，因此R13两端电压此时为最低值，EFC执行器供油口的开度最小，发动机转速最慢，发电机输出功率最低。输出电压采样电路、输出电流采样电路时刻检测输出端的电压和电流，单片机U3经带A/D转换的I/O口Vout、Iout将功率检测电路输出的模拟电压信号转换为数字信号，单片机U3将转换为数字信号相乘即得到此时的负载功率，油机输出端电压值Vo、电流值Io分别为：

$V_O=\frac{R2+R6}{R2}{V}_{\mathrm{out}}$ I)

$I_O=[\frac{V_{\mathrm{Iout}}\×(R26+R24)}{R23\×(R26+R24+R25)}-\frac{V_{\mathrm{cc}}}{R18+R23}]\×\frac{R19+R20+R23}{\mathrm{RS}}$

式I)中，V_out、V_Iout分别为输出电压采样电路、输出电流采样电路的输出电压。当有负载接入时，油机输出端电压值Vo和电流值Io减小，此时单片机根据此时的负载功率，由Relay2或Relay3口输出高电平，使相应的继电器的常开触点吸合，接入对应的分压调速电阻；当有负载断开时，油机输出端电压值Vo和电流值Io增大，此时单片机根据此时的负载功率，断开相应的继电器闭合的常开触点，去除对应的分压调速电阻。根据接入或去除的分压调速电阻的数量和阻值大小，可实现7级调速，油机输出的功率大小也有7级。

例2

参见图7，本实施例为下臂分压调速的油机最大功率跟踪控制装置。该装置的油机调速电路的上分压臂为与油机电枢串联的分压电阻R14，下分压臂为3个继电器驱动电路串联3个阻值不同的分压调速电阻R15、R16、R17后并联于油机电枢两端，构成7级分压调速臂；其中电阻阻值大小依次为R15＞R16＞R17，所述的继电器驱动电路由NPN型三极管构成的共射极放大电路和继电器组成，其中，三个继电器驱动电路的NPN型三极管Q1、Q2、Q3的基极分别经电阻R1、R3、R5与单片机MCU的I/O口Relay1、Relay2、Relay3连接，三个继电器K1、K2、K3的线包分别串联于电源VDD和NPN型三极管Q1、Q2、Q3的集电极之间，三个继电器K1、K2、K3的常闭触点串联于油机调速电路的分压点和分压调速电阻R10、R11、R12间。其他电路连接与例1相同。

参见图2、图7，当油机启动工作时，单片机U3的Relay1、Relay2、Relay3口均为低电平，此时NPN型三极管Q1、Q2、Q3截止，继电器K1、K2、K3常闭触点吸合，此时EFC执行器中驱动电机电枢两端电压为并联的电阻R15、R16、R17和R14分压后，并联的电阻R15、R16、R17两端的电压，EFC执行器中驱动电机电枢两端电压此时为最低值，EFC执行器供油口的开度最小，发动机转速最慢，输出功率最低。输出电压采样电路、输出电流采样电路时刻检测输出端的电压和电流，单片机U3经带A/D转换的I/O口Vout、Iout将功率检测电路输出的模拟电压信号转换为数字信号，单片机U3将转换为数字信号相乘即得到此时的负载功率，发电机输出端电压值Vo、电流值Io分别为：

$V_O=\frac{R2+R6}{R2}{V}_{\mathrm{out}}$ I)

$I_O=[\frac{V_{\mathrm{Iout}}\×(R26+R24)}{R23\×(R26+R24+R25)}-\frac{V_{\mathrm{cc}}}{R18+R23}]\×\frac{R19+R20+R23}{\mathrm{RS}}$

式I)中，V_out、V_Iout分别为输出电压采样电路、输出电流采样电路的输出电压。当有负载接入时，油机输出端电压值Vo和电流值Io减小，此时单片机根据此时的负载功率，由Relay1、Relay2、Relay3中的一个口或多个口输出高电平，使相应的继电器的常闭触点释放，去除对应的分压调速电阻；当有负载断开时，油机输出端电压值Vo和电流值Io增大，此时单片机根据此时的负载功率，再次使相应的继电器常闭触点吸合，接入对应的分压调速电阻。根据接入或去除的分压调速电阻的数量和阻值大小，可实现7级调速，油机输出的功率大小也可实现7级输出。

Claims (5)

1.一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，该装置以单片机控制器为核心，配以油机输出功率检测电路和油机调速电路构成，其特征在于，

所述的单片机控制器为单片机及其外围电路构成的最小系统；所述的油机输出功率检测电路由电压采样电路和电流采样电路组成；所述的油机调速电路为电阻分压调速电路；所述的电压采样电路和电流采样电路的输出端分别与所述单片机的一I/O口连接，所述的油机调速电路的信号输入端与所述单片机的驱动信号输出I/O口连接，由所述单片机先将电流和电压信号经A/D转换后计算出所述油机的输出功率，再根据油机的输出功率正比例调节所述电阻分压调速电路的分压比。

2.根据权利要求1所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，其特征在于，所述电阻分压调速电路由上臂分压电阻和下臂分压电阻串联组成，其中，下臂分压电阻由多只电阻并联组成，所述并联电阻中的每一电阻与下臂分压电阻之间串联一电子开关，该电子开关的控制端与所述单片机的一I/O口连接。

3.根据权利要求1所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，其特征在于，所述电阻分压调速电路由上臂分压电阻和下臂分压电阻串联组成，其中，所述上臂分压电阻由多只电阻并联组成，所述并联电阻中的每一电阻与下臂分压电阻之间串联一电子开关，该电子开关的控制端与所述单片机的一I/O口连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，其特征在于，所述的电流采样电路由与负载串联的采样电阻、差分放大电路、滤波电路、电压跟随器依次连接组成，采样电阻将输出电流转换成电压信号，经差分放大电路放大后，再经滤波输出至电压跟随器，电压跟随器再将信号发送至单片机的一I/O。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种通信领域中的油机最大功率跟踪控制装置，其特征在于，所述的电压采样电路由分压电路、输入滤波电路、电压跟随器，输出滤波电路依次连接组成，油机的输出电压经分压、滤波后，输入电压跟随器的输入端，再由电压跟随器的输出端输出，经输出滤波后发送至单片机的一I/O。

Images