CN220732587U - 一种配电终端的电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种安全、稳定可靠、能确保供电低功耗的配电终端的电源管理系统。本实用新型中，DC/DC降压电路输出有两路，其中一路连接有恒流源（3）及后备电源（4），后备电源经过功率MOS管（5）后连接到DC/DC降压电路的输出端；DC/DC降压电路输出的另一路分别连接有DC/DC模块（6）和外围电源负载（7），并为控制单元供电，DC/DC模块通过隔离电源（8）连接到锂电池充电管理模块（9），锂电池充电管理模块的一侧连接有大功率的锂电池组（10）；控制单元向恒流源发送PWM信号，向功率MOS管发送控制信号。本实用新型可应用于配电设备领域。

Description

一种配电终端的电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及配电设备领域，尤其涉及一种配电终端的电源管理系统。

背景技术

随着配电网的大力建设，智能配电终端的研制在国内取得了很大成就。为满足用户用电的高需求，配电终端要达到更高的水平来实现用电客户的高要求。目前，随着国家对节能环保和低碳的要求，提出了配电终端低功耗的要求。为此，配电终端从主电网上取电的方式由PT取电的方式逐渐转变为CT取电的方式。CT取电的方式功耗低，能够很好地符合国家对于配电终端低功耗的要求。然而，新的取电方式又带来了新的供电问题：当负载过大时，CT取电方式的带载能力存在不足。鉴于此，会在配电终端内配置电池组进行辅助供能。也有一些厂家在配电终端内同时配置可充蓄电池组。为了适配配电终端内的CT取电、常规的电池组供电和可充蓄电池组之间的供能关系，需要设计一款配电终端的电源管理系统来实现这些配电终端内的多方电能的供应关系进行管理，以保证安全和低功耗。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种安全、稳定可靠、能确保供电低功耗的配电终端的电源管理系统。

本实用新型所采用的技术方案是，本实用新型包括电源部分、控制单元和DC/DC降压电路；

所述DC/DC降压电路输出有两路，其中一路连接有恒流源及后备电源，所述后备电源经过功率MOS管后连接到所述DC/DC降压电路的输出端；

所述DC/DC降压电路输出的另一路分别连接有DC/DC模块和外围电源负载，并为所述控制单元供电，所述DC/DC模块通过隔离电源连接到锂电池充电管理模块，所述锂电池充电管理模块的一侧连接有大功率的锂电池组，所述锂电池充电管理模块的另一侧为外围设备负载供电；

所述控制单元分别采集所述电源部分、所述后备电源及所述DC/DC降压电路输出端的电压电流信号，所述控制单元向所述恒流源发送PWM信号，向所述功率MOS管发送控制信号。

上述方案可见，电源部分通过CT取电的方式从外围主电网上取电，这种方式能够保证整个系统消耗的电能极低，保证系统为低功耗系统；经过电源部分整流、滤波、过压保护后，输出电压到DC/DC降压电路后降为一个设定的电压值，DC/DC降压电路再输出两路，一路连接后备电源，后备电源经过功率MOS管后连接到DC/DC降压电路的输出端，DC/DC降压电路输出的另一路连接DC/DC模块和外围电源负载，为DC/DC模块和外围电源负载供电，而DC/DC模块通过隔离电源连接到锂电池充电管理模块，锂电池充电管理模块控制锂电池组向外围设备负载及系统的分合闸开关供电，同时控制单元监测各个模块和电路的电流电压信号，当连接大负载时，而电源部分供电可能存在不足，后备电源启动，即可通过连接功率MOS管调节电压输出，利用后备电源向系统供电，避免大负载时系统电源不正常而影响系统的运行，进而保证了系统的安全性和稳定可靠性。

进一步地，所述电源部分包括两路交流输入，每路交流输入上设置有过压保护模块和整流模块，经过所述整流模块后均输入到合并滤波模块，所述合并滤波模块的输出端连接所述DC/DC降压电路的输入端，所述DC/DC降压电路将电压降至一个设定的电压定值并输出。由此可见，电源部分利用CT取电的方式从外围主电网取电，经过电源部分整流、滤波、过压保护后，输出稳定可靠的电压到DC/DC降压电路后降为一个设定的电压值，进而为后续的电压输出保驾护航。

再进一步地，所述DC/DC降压电路输出的另一路为所述控制单元提供5V/3.3V的电源，所述隔离电源为所述锂电池充电管理模块提供直流5V电源，所述电源部分为所述控制单元提供1.5V基准电源。由此可见，对于不同的模块或单元，分别输入不同的电压，从而保证系统各个模块或电路的正常运行和可靠性及安全性；控制单元获得1.5V基准电源，从而确保了控制单元的电压可靠性，为后备电源的控制提供参照物，且保证后背电源输出的电压为稳定和安全的。

又进一步地，所述控制单元为单片机，所述单片机上设置有RS485电路单元与配电终端的主控制器通讯，实时地将采集到的信号传输给配电终端的主控制器，所述单片机的型号为GD32F350G8U6。由此可见，利用单片机的小体积、高集成、低功耗和高灵活性的特点，保证了系统的低功耗和设置灵活性及安全性；利用RS485电路单元与配电终端的主控制器通讯，确保了本系统与整个配电终端的通信可靠性，保证配电终端的可靠和安全运行。

此外，所述DC/DC降压电路由DC-DC控制芯片、第一MOS管及RC电路组成，所述DC/DC降压电路将电压降至设定的电压定值为28.8V并输出。由此可知，DC/DC降压电路利用由DC-DC控制芯片、第一MOS管及RC电路组成的电路保证了DC/DC降压电路输出电压的稳定性和可靠性。

具体地，所述锂电池充电管理模块采用型号为LM5085的电池管理芯片。由此可见，采用这一型号的电池管理芯片，利用该芯片的可靠性和安全性，为锂电池组的供电提供了可靠的保障。

附图说明

图1是本实用新型系统的系统框架示意图；

图2是所述电源部分的电路原理图；

图3是所述DC/DC降压电路的电路原理图；

图4是所述DC/DC降压电路输出的两路的电路原理图；

图5是所述控制单元的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型包括电源部分、控制单元1和DC/DC降压电路2；

所述DC/DC降压电路2输出有两路，其中一路连接有恒流源3及后备电源4，所述后备电源4经过功率MOS管5后连接到所述DC/DC降压电路2的输出端；

所述DC/DC降压电路2输出的另一路分别连接有DC/DC模块6和外围电源负载7，并为所述控制单元1供电，所述DC/DC模块6通过隔离电源8连接到锂电池充电管理模块9，所述锂电池充电管理模块9的一侧连接有大功率的锂电池组10，所述锂电池充电管理模块9的另一侧为外围设备负载11供电；在本实施例中，所述锂电池充电管理模块9采用型号为LM5085的电池管理芯片。

所述控制单元1分别采集所述电源部分、所述后备电源4及所述DC/DC降压电路2输出端的电压电流信号，所述控制单元1向所述恒流源3发送PWM信号，向所述功率MOS管5发送控制信号。

具体地，所述电源部分包括两路交流输入，每路交流输入上设置有过压保护模块12和整流模块13，经过所述整流模块13后均输入到合并滤波模块14，所述合并滤波模块14的输出端连接所述DC/DC降压电路5的输入端，所述DC/DC降压电路5将电压降至一个设定的电压定值并输出。

所述DC/DC降压电路2输出的另一路为所述控制单元1提供5V/3.3V的电源，所述隔离电源8为所述锂电池充电管理模块9提供直流5V电源，所述电源部分为所述控制单元1提供1.5V基准电源。所述控制单元1为单片机，所述单片机上设置有RS485电路单元与配电终端的主控制器通讯，实时地将采集到的信号传输给配电终端的主控制器，所述单片机的型号为GD32F350G8U6。所述DC/DC降压电路2由DC-DC控制芯片U7、第一MOS管Q1及RC电路组成，所述DC/DC降压电路5将电压降至设定的电压定值为28.8V并输出。

下面对本实用新型的实施做更加具体的说明。

当后备电源投入时，

1、通过硬件比较器电路，比较当前后备电源（即电池）电压与电源输入的工作电压值的大小，当后备电源电压低于电源输入的工作电压时，后备电源（即电池）处于充电状态，否则电池处于放电状态。

2、当后级电路需要带动大负载工作时，通过单片机控制后备电源放电，给后级电路供电。

具体地，充电方式：当后备电源（即电池）电压小于16V时，经2s确认时间，电池截止放电。当电池电压低于20V时，经2s确认时间，启动低压预充，通过单片机的DAC输出一个模拟量，限制电池充电电流为100mA；当后备电源（即电池）电压大于20V且小于28V时，启动恒流充电，充电电流限制为300mA；当后备电源（即电池）电压大于28V，启动恒压充电。后备电源（即电池）正常充满电后，电池电压低于25.6V，开始重新恒流充电。

后备电源结束充电的条件：

1、充电电流小于50mA；

2、电池温度大于100℃；

3、充电总时间超过电池容量的1.3倍；(公式：((15000/300)*3600*1000)*1.3）15000为15AH，300为充电电流)；

4、恒压充电时间到；(1800s)；

满足以上任一条件，均结束充电。

后备电源保护功能：

1、过流保护：

通过通讯规约设定充电过流定值和放电过流定值，当充电电流或放电电流大于设定值，延时16秒保护，电池停止充放电；

2、过压保护：

后备电源电压大于32V，经2s确认时间，停止充电；

3、高温保护：

后备电源温度大于100℃，停止充放电，并且发送电源高温告警信号。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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)

1.一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：它包括电源部分、控制单元（1）和DC/DC降压电路（2）；

所述DC/DC降压电路（2）输出有两路，其中一路连接有恒流源（3）及后备电源（4），所述后备电源（4）经过功率MOS管（5）后连接到所述DC/DC降压电路（2）的输出端；

所述DC/DC降压电路（2）输出的另一路分别连接有DC/DC模块（6）和外围电源负载（7），并为所述控制单元（1）供电，所述DC/DC模块（6）通过隔离电源（8）连接到锂电池充电管理模块（9），所述锂电池充电管理模块（9）的一侧连接有大功率的锂电池组（10），所述锂电池充电管理模块（9）的另一侧为外围设备负载（11）供电；

所述控制单元（1）分别采集所述电源部分、所述后备电源（4）及所述DC/DC降压电路（2）输出端的电压电流信号，所述控制单元（1）向所述恒流源（3）发送PWM信号，向所述功率MOS管（5）发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：所述电源部分包括两路交流输入，每路交流输入上设置有过压保护模块（12）和整流模块（13），经过所述整流模块（13）后均输入到合并滤波模块（14），所述合并滤波模块（14）的输出端连接所述DC/DC降压电路（2）的输入端，所述DC/DC降压电路（2）将电压降至一个设定的电压定值并输出。

3.根据权利要求1所述的一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：所述DC/DC降压电路（2）输出的另一路为所述控制单元（1）提供5V/3.3V的电源，所述隔离电源（8）为所述锂电池充电管理模块（9）提供直流5V电源，所述电源部分为所述控制单元（1）提供1.5V基准电源。

4.根据权利要求1所述的一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：所述控制单元（1）为单片机，所述单片机上设置有RS485电路单元与配电终端的主控制器通讯，实时地将采集到的信号传输给配电终端的主控制器，所述单片机的型号为GD32F350G8U6。

5.根据权利要求2所述的一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：所述DC/DC降压电路（2）由DC-DC控制芯片（U7）、第一MOS管（Q1）及RC电路组成，所述DC/DC降压电路（2）将电压降至设定的电压定值为28.8V并输出。

6.根据权利要求1所述的一种配电终端的电源管理系统，其特征在于：所述锂电池充电管理模块（9）采用型号为LM5085的电池管理芯片。