CN207398829U - 一种基于dsp的智能电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP的智能电源系统，该智能电源系统包括主供电模块、辅助供电模块、供电选择模块、信号采集模块、电路调理模块、DSP处理模块，显示模块，键盘模块。太阳能电池板选用80mm×45mm的电池板，该电池板最大输出功率时输出电压为5.5V,电流为150mA，转换效率为16％，锂电池采用没有记忆效应的容量为2000mAh，工作电压为3.7V的锂电池。该系统采用了高效安全的充电控制技术，独特的电池电压监测电路，以及低功耗的DC‑DC转换电路。该系统进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，保证系统可靠工作。

Description

一种基于DSP的智能电源系统

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种基于DSP的智能电源系统。

背景技术

电源是嵌入式系统的重要组成部分，特别是对于野外布置的无线传感器网络节点来说，供电线路的铺设难度较大，采用电池供电时需要定期更换电池，在一定程度上增加了系统维护的成本。太阳能供电系统不仅解决了野外长时间无人监护的网络节点的供电问题，而且还具有供电持久、环保节能和便于维护等优点，具有良好的应用前景。

太阳能供电系统设计的关键问题是通过太阳能电池板对锂电池进行充电，同时需要实时检测充电电压和充电电流，避免因过充而导致锂电池永久性损坏；此外还需要设计锂电池放电保护电路，对放电电压进行实时监测，防止过放电导致锂电池损坏。太阳能供电系统主要由太阳能电池板、可充电锂电池、充电控制器和放电保护电路组成。由于太阳能电池板的输出电压不稳定，传统的太阳能供电系统往往因为锂电池充放电管理不合理，导致锂电池使用寿命大大缩短。这已成为了急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种基于DSP的智能电源系统，该系统以TI公司的TMS320LF2407ADSP为控制核心，包括主供电模块、辅助供电模块、供电选择模块、信号采集模块、电路调理模块、DSP处理模块，显示模块，键盘模块。该系统进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，保证系统可靠工作。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于DSP的智能电源系统，该智能电源系统包括主供电模块、辅助供电模块、供电选择模块、信号采集模块、电路调理模块、DSP处理模块，显示模块，键盘模块，其特征在于：

所述主供电模块和辅助供电模块分别与所述供电选择模块连接，所述供电选择模块与DSP处理模块相连，并接收并执行来自所述DSP处理模块的指令，其中所述供电选择模块采用DRA60-12A型继电器；所述主供电模块依次与所述信号采集模块、所述电路调理模块连接，所述电路调理模块的输出与所述DSP处理模块相连；

所述主供电模块的输入端前端采用RF201-10R电阻保险丝、压敏电阻MOV201-TVR10471作防雷保护，后端经过BUCK芯片MP1584，MP1584通过引脚FB检测输出电压的大小，自动调节内部占空比，输出稳定5V电压，5V电压后端接BUCK芯片XC6206转3.3V稳定直流电压；

所述显示模块和所述键盘模块分别与所述DSP处理模块相连；

所述辅助供电模块包括太阳能电池板、充电控制单元、锂电池、放电保护单元以及直流转换单元，充电控制单元分别与太阳能电池板和锂电池连接，该充电控制单元将收集到的能量存储在锂电池中，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；

所述DSP处理模块采用TMS320LF2407ADSP芯片；

所述太阳能电池板选用80mm×45mm的电池板，该电池板最大输出功率时输出电压为5.5V,电流为150mA，转换效率为16％。

优选地，所述锂电池采用没有记忆效应的容量为2000mAh，工作电压为3.7V的锂电池；

优选地，所述充电控制单元采用面向锂离子电池的智能充电控制芯片LTC4070。

优选地，所述放电保护单元采用电压检测芯片CN301。

本实用新型的技术方案所能获得的有益效果包括：该系统采用了高效安全的充电控制技术,独特的电池电压监测电路,以及低功耗的DC-DC转换电路。通过实验验证，基于此太阳能电源的传感器节点功耗动态调整节性能好,生存周期显著增加。该系统可应用于各种户外监测的节点，如环境监测、精细农业、森林防火等。

附图说明

图1为该基于DSP的智能电源系统的组成原理图；

图2为主供电模块的电路示意图；

图3为充电控制单元的电路示意图；

图4为放电保护单元的电路示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本实用新型，现结合具体实施例以及说明书附图对技术方案作进一步的说明。虽然实施例中记载了这些具体的实施方式，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

该基于DSP的智能电源系统的组成原理图如图1所示。该智能电源系统安全可靠、低成本、输出功率为200W的12V直流并联供电系统应用于野外现场。系统能满足当负载改变时，输出电压基本不变。并联供电系统输出电流可按照一定比例自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5％。

具体要求如下:①负载改变时，保持输出电压不变，使负载电流Iout在10～20A之间变化时，两个模块的输出电流可在5～15A范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2％。②额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。③具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为20A(±0.2A的偏差)。

该智能电源系统包括主供电模块、辅助供电模块、供电选择模块、信号采集模块、电路调理模块、DSP处理模块，显示模块，键盘模块。所述主供电模块和辅助供电模块分别与所述供电选择模块连接，所述供电选择模块与DSP处理模块相连，并接收并执行来自所述DSP处理模块的指令，其中所述供电选择模块采用DRA60-12A型继电器；所述主供电模块依次与所述信号采集模块、所述电路调理模块连接，所述电路调理模块的输出与所述DSP处理模块相连；所述主供电模块的输入端前端采用RF201-10R电阻保险丝、压敏电阻MOV201-TVR10471作防雷保护；所述显示模块和所述键盘模块分别与所述DSP处理模块相连；所述辅助供电模块包括太阳能电池板、充电控制单元、锂电池、放电保护单元以及直流转换单元，充电控制单元分别与太阳能电池板和锂电池连接，该充电控制单元将收集到的能量存储在锂电池中，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；所述DSP处理模块采用TMS320LF2407ADSP芯片。

图2是主供电模块的电路示意图。主供电模块的输入端前端采用RF201-10R电阻保险丝，压敏电阻作防雷保护，电阻在雷击瞬间电压通过时，做一个缓冲吸收，后端压敏电阻MOV201-TVR10471，在高压输入时，内阻瞬间降低使其导通，有效泄放和吸收雷击电压，电路理论防雷等级为线对线2KV/线对地2KV，输入220V经过隔离12V电源模块后，输出稳定直流电压DC12V，后端经过BUCK芯片MP1584，MP1584通过引脚FB检测输出电压的大小，自动调节内部占空比，使其输出稳定5V电压，5V电压后端接BUCK芯片XC6206转3.3V稳定直流电压。

本产品中太阳能电池板选用80mm×45mm的电池板，此电池板最大输出功率时输出电压为5.5V,电流为150mA,转换效率为16％。锂电池没有记忆效应,选用一款容量为2000mAh,工作电压为3.7V的锂电池。

该智能电源系统中，太阳能电池板产生的能量通过充电控制单元被存储在锂电池中，同时对锂电池提供充电保护，防止过充；由于电池放电时其端电压会逐渐降低，因此需要放电保护单元对放电电压进行监测，当电池电压下降到一定程度时切断放电电路，避免锂电池过放电。由于应尽可能少地消耗电池能量，必须提高电源的转换效率，因此设计了一个具有高效率的直流转换单元为节点上的负载提供稳定的电压。

该智能电源系统各个单元电路的设计主要采用集成IC外加少量阻容器件的形式实现。系统设计的思路是：首先估算系统总功耗，然后选择合适的锂电池，进而根据锂电池的容量来选择所需的太阳能电池板；根据太阳能电池板和锂电池的充电电压、充电电流等参数，可以选择合适的充电管理IC来设计充电控制电路；最后根据锂电池输出电压和zigbee无线传感器网络节点所需的工作电压来设计合适的DC-DC变换电路。

充电控制单元的电路示意图如图3所示。充电控制单元连接着太阳能电池板和锂电池，主要功能是将收集到的能量有效地存储在锂电池中。该充电控制单元采用凌力尔特公司(Linear Tech2nology Corporation)推出面向锂离子电池的智能充电控制芯片LTC4070。该器件以其450nA的工作电流，用以前不能使用的非常低电流、断续或连续充电，对电池进行充电和保护。该器件的功能非常适用于连续和断续、低功率充电电源应用。LTC4070具有引脚可选的4.0V，4.1V或4.2V设置，其1％准确度的电池浮置电压允许用户优化电池容量和寿命之间的平衡。

独立的低电池电量和高电池电量监察状态输出表明电池已放电或充分充电。加上一个与负载串联的外部PFET，该低电池电量状态输出实现了锁断功能，该功能自动使系统负载与电池断接，以保护电池免于深度放电。太阳能电池板未对锂电池进行充电时为了减少L TC4070能量消耗添加三极管Q1，当Q1基极电压下降时将LTC4070与锂电池隔离。在正常充电模式下大部分电流通过Q1流向锂电池。当VCC到达ADJ设置的浮点电压时，LTC4070分流Q1中bc结的电流持续的减少电池充电电流直至0，并且Q1进入饱和状态。

如果热敏电阻T升高浮点电压降低，L TC4070将分流更多的电流，Q1强制进入反偏状态直到电池电压下降。ADJ引脚用于设置浮点电压，当接至地时为4.0V，接至VCC时为4.2V，悬空时为4.1V。当锂电池电压低于3.2V时LBO拉高D1点亮,当锂电池充电饱和后，HBO拉高，D2点亮。

放电保护单元的电路示意图如图4所示。传统的放电保护电路是使用一路ADC来不断检测电池电压，当电池电压降低到一定程度时切断放电电路。在此提出了一种使用电池端电压检测芯片CN301组成的锂电池电压检测电路，无需系统软件支持，完全使用硬件电路来检测电池端电压，当达到过度放电阈值时，自动切断系统放电电路。该电路工作原理分析：当电池端电压下降到过度放电。低电压检测阈值时，LBO引脚输出低电平，NMOS管截止，PMOS管栅极为高电平，PMOS管截止，放电回路被切断，起到了保护锂电池过度放电的作用；当太阳能板自动对锂电池充电，充电电压达到高电压检测阈值时，LBO输出高电平，NMOS管导通，PMOS管栅极为低电平，PMOS管导通，放电回路重新被打开，如果zigbee节点软件设计时配置为上电后自动加入网络并进行数据采集，那么该节点将会自动加入到原来的网络中。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种基于DSP的智能电源系统，该智能电源系统包括主供电模块、辅助供电模块、供电选择模块、信号采集模块、电路调理模块、DSP处理模块，显示模块，键盘模块，其特征在于：

所述主供电模块和辅助供电模块分别与所述供电选择模块连接，所述供电选择模块与DSP处理模块相连，并接收并执行来自所述DSP处理模块的指令，其中所述供电选择模块采用DRA60-12A型继电器；所述主供电模块依次与所述信号采集模块、所述电路调理模块连接，所述电路调理模块的输出与所述DSP处理模块相连；

所述主供电模块的输入端前端采用RF201-10R电阻保险丝、压敏电阻MOV201-TVR10471作防雷保护，后端经过BUCK芯片MP1584，MP1584通过引脚FB检测输出电压的大小，自动调节内部占空比，输出稳定5V电压，5V电压后端接BUCK芯片XC6206转3.3V稳定直流电压；

所述显示模块和所述键盘模块分别与所述DSP处理模块相连；

所述辅助供电模块包括太阳能电池板、充电控制单元、锂电池、放电保护单元以及直流转换单元，充电控制单元分别与太阳能电池板和锂电池连接，该充电控制单元将收集到的能量存储在锂电池中，放电保护单元分别与锂电池和直流转换单元连接；

所述DSP处理模块采用TMS320LF2407ADSP芯片；

所述太阳能电池板选用80mm×45mm的电池板，该电池板最大输出功率时输出电压为5.5V,电流为150mA，转换效率为16％。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的智能电源系统，其特征在于：所述锂电池采用没有记忆效应的容量为2000mAh，工作电压为3.7V的锂电池。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的智能电源系统，其特征在于：所述充电控制单元采用面向锂离子电池的智能充电控制芯片LTC4070。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的智能电源系统，其特征在于：所述放电保护单元采用电压检测芯片CN301。