CN210514568U - 一种用于ups蓄电池检测系统中的正弦激励源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，通过设置顺次电池连接的信号发生电路、滤波放大电路和电压电流变换电路，可以实现输出稳定的小幅低频交流电流信号，其中，信号发生电路产生正弦波，滤波放大电路将直流信号隔除，并用运算放大器对电压进行放大，电压电流转换电路将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及UPS蓄电池领域，尤其涉及一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源。
背景技术
蓄电池内阻是衡量蓄电池将康状态的重要因素，反映蓄电池的SOH，以及蓄电池的SOH成对应变化关系。目前对UPS蓄电池内阻的测量方法有：开路电压法、密度法、直流放电法、交流阻抗法等，其中，交流阻抗法的原理是对蓄电池注入恒定的小幅低频交流电流信号，在蓄电池两端会产生交流响应信号，检测响应电压信号两者的相位差再计算出蓄电池的内阻，交流阻抗法的优点是可以进行在线测量的同时不会影响系统运行或者电池的寿命，这里要求注入恒定小幅低频交流电流信号的精度直接影响内阻测试的精度，并且注入电流不能太大，否则会影响蓄电池的浮肿状态，电流也能太小，否则产生的响应电压太小影响检测精度，但是现有技术中对注入恒定小幅低频交流电流信号无法精确把控，从而影响蓄电池内阻测试的精度，因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种可以输出稳定的小幅低频交流电流信号的正弦激励源。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种可以输出稳定的小幅低频交流电流信号的正弦激励源。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其包括蓄电池、电压采集电路和内置A/D转换功能的单片机，正弦激励源包括顺次电性连接的信号发生电路、滤波放大电路和电压电流变换电路；
电压电流变换电路的输出端分别与蓄电池的正极电性连接，电压采集电路的输入端分别与蓄电池的正负极电性连接，电压采集电路的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，信号发生电路包括AD9833波形发生器；
AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与单片机的数据接口、时钟接口和触发接口一一对应电性连接，AD9833波形发生器的VOUT引脚与滤波放大电路的输入端电性连接。
进一步优选的，滤波放大电路包括运算放大器LM358、电阻R23、电阻R25-R28和电容C10；
AD9833波形发生器的VOUT引脚通过电容C10分别与电阻R25的一端和运算放大器LM358的第3引脚电性连接，电阻R25的另一端接地，运算放大器LM358的第2引脚通过电阻R23接地，电阻R28的两端分别与运算放大器LM358的第2引脚和第1引脚一一对应电性连接，运算放大器LM358的第1引脚通过电阻R27与运算放大器LM358的第5引脚电性连接，运算放大器LM358的第6引脚通过电阻R26接地，运算放大器LM358的第6引脚与运算放大器LM358的第7引脚电性连接，运算放大器LM358的第7引脚与电压电流变换电路的输入端电性连接。
进一步优选的，电压电流转换电路包括OPA564运算放大器芯片、电阻R16-R19；
运算放大器LM358的第7引脚通过电阻R16与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚电性连接，OPA564运算放大器芯片的-IN引脚通过电阻R17接地，OPA564运算放大器芯片的两个VOUT引脚通过电阻R19与蓄电池正极电性连接，电阻R18的两端分别与OPA564运算放大器芯片的-IN引脚和VOUT引脚一一对应电性连接，电阻R20的两端分别与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚和电阻R19与蓄电池正极中间连接点电性连接。
进一步优选的，单片机为TMS320F28035芯片；
AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与TMS320F28035芯片的数据输出引脚、时钟引脚和触发引脚电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，电压采集电路包括顺次电性连接的仪表放大器和带通滤波器；
仪表放大器的差分输入端分别与蓄电池的正负极一一对应电性连接，带通滤波器的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。
本实用新型的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置顺次电池连接的信号发生电路、滤波放大电路和电压电流变换电路，可以实现输出稳定的小幅低频交流电流信号，其中，信号发生电路产生正弦波，滤波放大电路将直流信号隔除，并用运算放大器对电压进行放大，电压电流转换电路将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源的结构图；
图2为本实用新型一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源中信号发生电路的电路图；
图3为本实用新型一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源中滤波放大电路的电路图；
图4为本实用新型一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源中电压电流变换电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，UPS蓄电池检测系统包括蓄电池、电压采集电路、正弦激励源和内置A/D转换功能的单片机。
在本实施例中，正弦激励源包括顺次电性连接的信号发生电路、滤波放大电路和电压电流变换电路。具体的，电压电流变换电路的输出端分别与蓄电池的正极电性连接，电压采集电路的输入端分别与蓄电池的正负极电性连接，电压采集电路的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。在本实施例中，标号相同的位置相互电性连接。
信号发生电路，产生正弦波。在本实施例中，如图2所示，信号发生电路包括AD9833波形发生器；具体的，AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与单片机的数据接口、时钟接口和触发接口一一对应电性连接，AD9833波形发生器的VOUT引脚与滤波放大电路的输入端电性连接。其中，AD9833波形发生器的体积非常小，功耗低，兵器其采用了直接数字频率合成技术，具有成本低、操作简单、分辨率高、转换时间快等优点，由于电压限制，AD9833波形发生器只能固定输出电压为600mV单极性的正弦波，并且本领域的技术人员在获知本申请硬件方案时，是可以毫无异议得到相应上位程序的，所以本申请请求保护方案中，并不涉及程序的改进。
由于注入蓄电池的交流信号必须是双极性信号，而AD9833波形发生器输出的信号为600mV单极性的正弦波，因此需要将单极性的正弦波转换为双极性正弦波，并且AD9833波形发生器输出信号的电压等级无法达到要求，所以必须对AD9833波形发生器输出信号做放大处理。在本实施例中，选用一阶高通滤波器将直流信号隔除，并用运算放大器对电压进行放大，本实施例中选用滤波放大电路来实现滤波和放大功能。具体的，如图3所示，滤波放大电路包括运算放大器LM358、电阻R23、电阻R25-R28和电容C10；其中，AD9833波形发生器的VOUT引脚通过电容C10分别与电阻R25的一端和运算放大器LM358的第3引脚电性连接，电阻R25的另一端接地，运算放大器LM358的第2引脚通过电阻R23接地，电阻R28的两端分别与运算放大器LM358的第2引脚和第1引脚一一对应电性连接，运算放大器LM358的第1引脚通过电阻R27与运算放大器LM358的第5引脚电性连接，运算放大器LM358的第6引脚通过电阻R26接地，运算放大器LM358的第6引脚与运算放大器LM358的第7引脚电性连接，运算放大器LM358的第7引脚与电压电流变换电路的输入端电性连接。其中，电阻R23、R25、R28、C10和LM358组成一阶高通滤波器，电阻R26、R27和LM358组成组成低通滤波器，电阻电容的参数如图3所示，经一阶高通滤波器滤波处理和运算放大器放大处理后的信号最后输出为峰峰值为6V，峰峰值的中值为0V的交流电压信号。
电压电流转换电路，将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。在本实施例中，如图4所示，电压电流转换电路包括OPA564运算放大器芯片、电阻R16-R19；具体的，运算放大器LM358的第7引脚通过电阻R16与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚电性连接，OPA564运算放大器芯片的-IN引脚通过电阻R17接地，OPA564运算放大器芯片的两个VOUT引脚通过电阻R19与蓄电池正极电性连接，电阻R18的两端分别与OPA564运算放大器芯片的-IN引脚和VOUT引脚一一对应电性连接，电阻R20的两端分别与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚和电阻R19与蓄电池正极中间连接点电性连接。本实施例的电压电流转换电路不仅仅作为电流源使用，还具有一定的负载能力，能够输出足够大的电流，因此，本实施例中，选用OPA564运算放大器芯片作为电压电流转换电路的功率放大器，其最大输出电流可以达到1.5A，并且具有温度保护与限流保护功能，OPA564运算放大器芯片输出的电流大小只与其输入电压、电阻R16、电阻R17、电阻R18的阻值有关，在本实施例中，电阻R16和电阻R17的阻值均为10K，电阻R18的阻值为20K，通过现有的计算公式可以得出电压电流转换电路最后输出的电流大小为0.3A。
在本实施例中，单片机选用TMS320F28035芯片；AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与TMS320F28035芯片的数据输出引脚、时钟引脚和触发引脚电性连接。TMS320F28035芯片支持ADC、SCI、SPI和GPIO等功能，内集成有12位16通道ADC，因此，在电路设计时，可以不使用A/D转换器，减小体积。
电压采集电路，采集蓄电池两端的响应电压，根据欧姆定律可以得知蓄电池的内阻。在本实施例中，电压采集电路包括顺次电性连接的仪表放大器和带通滤波器；仪表放大器的差分输入端分别与蓄电池的正负极一一对应电性连接，带通滤波器的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。其中由于UPS中的高频变压器容易产生寄生电容，导致蓄电池上会产生共模干扰，影响测量，因此需要用仪表放大器来放大响应信号，并且滤除共模干扰。带通滤波器滤除幅值很大的高频或者低频成分干扰，保护后级电路。
本实施例的工作原理：单片机控制信号发生电路工作，产生电压为600mV的单极性正弦波，滤波放大电路对600mV的单极性正弦波进行极性转换和放大处理，输出峰峰值为6V的信号，电压电流变换电路将6V信号转换成0.3A的稳定电流，并将0.3A的稳定电流加载在蓄电池的正极，蓄电池产生微弱的响应电压，仪表放大器对响应电压进行共模滤波处理和放大处理，使得响应电压能被采集和处理，带通滤波器滤除响应电压中幅值很大的高频或者低频成分干扰，最后输出至单片机的A/D转换口进行模数转换，根据欧姆定律，可以获得蓄电池的内阻，从而可以得知蓄电池的状态。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其包括蓄电池、电压采集电路和内置A/D转换功能的单片机，其特征在于：所述正弦激励源包括顺次电性连接的信号发生电路、滤波放大电路和电压电流变换电路；
所述电压电流变换电路的输出端分别与蓄电池的正极电性连接，电压采集电路的输入端分别与蓄电池的正负极电性连接，电压采集电路的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。
2.如权利要求1所述的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其特征在于：所述信号发生电路包括AD9833波形发生器；
所述AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与单片机的数据接口、时钟接口和触发接口一一对应电性连接，AD9833波形发生器的VOUT引脚与滤波放大电路的输入端电性连接。
3.如权利要求2所述的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其特征在于：所述滤波放大电路包括运算放大器LM358、电阻R23、电阻R25-R28和电容C10；
所述AD9833波形发生器的VOUT引脚通过电容C10分别与电阻R25的一端和运算放大器LM358的第3引脚电性连接，电阻R25的另一端接地，运算放大器LM358的第2引脚通过电阻R23接地，电阻R28的两端分别与运算放大器LM358的第2引脚和第1引脚一一对应电性连接，运算放大器LM358的第1引脚通过电阻R27与运算放大器LM358的第5引脚电性连接，运算放大器LM358的第6引脚通过电阻R26接地，运算放大器LM358的第6引脚与运算放大器LM358的第7引脚电性连接，运算放大器LM358的第7引脚与电压电流变换电路的输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其特征在于：所述电压电流转换电路包括OPA564运算放大器芯片、电阻R16-R19；
所述运算放大器LM358的第7引脚通过电阻R16与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚电性连接，OPA564运算放大器芯片的-IN引脚通过电阻R17接地，OPA564运算放大器芯片的两个VOUT引脚通过电阻R19与蓄电池正极电性连接，电阻R18的两端分别与OPA564运算放大器芯片的-IN引脚和VOUT引脚一一对应电性连接，电阻R20的两端分别与OPA564运算放大器芯片的+IN引脚和电阻R19与蓄电池正极中间连接点电性连接。
5.如权利要求4所述的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其特征在于：所述单片机为TMS320F28035芯片；
所述AD9833波形发生器的SDATA、SCLK和FSYNC引脚分别与TMS320F28035芯片的数据输出引脚、时钟引脚和触发引脚电性连接。
6.如权利要求1所述的一种用于UPS蓄电池检测系统中的正弦激励源，其特征在于：所述电压采集电路包括顺次电性连接的仪表放大器和带通滤波器；
所述仪表放大器的差分输入端分别与蓄电池的正负极一一对应电性连接，带通滤波器的输出端与单片机的A/D转换口电性连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111638463A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-09-08 | 同济大学 | 一种基于交流阻抗的新能源汽车电池诊断系统 |
| CN112611974A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 厦门科灿信息技术有限公司 | 蓄电池内阻检测装置 |
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