專利名稱：電能監控與節能系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源產品老化、蓄電池產品的充放電測試系統，尤其涉及一種充電器、適配器、開關電源以及蓄電池產品的充放電測試的電能監控與節能系統。
背景技術：
電子產品如電源等在出廠前，通常需要進行一定時間的老化以期性能穩定，這樣 可以剔除早期失效產品，是電源品質控制的一項重要手段。電源老化就是讓電源產品在一定的溫度、輸入電壓、負載電流的環境下工作。充電 器、適配器、開關電源等行業的電源產品老化是靠傳統的電阻負載模擬實行。這種老化方法 從原理上來說比較簡單待老化電源為恒壓輸出時，輸出電流等于電壓除以電阻；待老化 電源為恒流輸出時，輸出電壓等于電流乘以電阻。功率負載將電能轉化為熱能損耗掉。這 種老化方法在被老化電源為小功率輸出時能比較容易的實現，但是，隨著被老化電源輸出 功率的增加，電阻負載工作時不但要消耗很多電能而且產生很多熱量釋放出來，這不僅需 要支付電費成本，而且還要投入大量的溫控設備、散熱設備、高溫費等額外支出，因此降低 老化成本改善老化條件是每個電源企業迫切的需求。現有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池等蓄電池產品的充放電測試，是采用 可控硅放電機進行放電的，不僅會帶來諧波污染，而且浪費放電電能、惡化工作環境。據不 完全統計，每年各類電源生產企業和電池生產企業由于產品老化和電池放電所損失的電能 達幾千億元，這是一種驚人的浪費。目前電子產品的市場競爭愈加激烈，如何降低產品的成 本是生產企業首要大事，人們提出了很多電源變換器的老化和節能的思路，將輸出能量回 收后回饋給電網就是其中一種。中國專利文獻CN 101064434A公開的《一種開關電源老化 能量回饋的方法及實現電路》，它是將開關電源的輸出經過可控開關、采樣電阻、比例放大 電路、負反饋電路、分壓電阻以及二極管后與并聯母線相連，再有并聯母線統一逆變，回饋 電網。這個系統雖然解決了多路輸出電源老化回饋的問題，但是存在以下一些缺陷第一， 電源產品老化測試條件不可以設定恒定參數值，這給老化條件帶來了局限性。第二，并網逆 變電源無均流功能，不能使逆變器均流輸出，輸出功率有限。第三，不能用于蓄電池產品的 充放電測試。
發明內容
本發明的目的是解決上述問題，提供一種在滿足常規的輸出能量回收后回饋電網 的要求的基礎上又可以設定測試參數值、實現全數字化控制的電源產品老化、蓄電池產品 的電能監控與節能系統。實現本發明目的的技術方案是一種電能監控與節能系統，包括放電電路模塊和并 網逆變電路模塊；并網逆變電路模塊包括高性能DSP主板；放電電路模塊的輸出端接入并 網逆變電路模塊的輸入端，并網逆變電路模塊的輸出端接入電網；放電電路模塊包括由電 感Ll和電容Cl組成的LC濾波電路以及功率管Ql ；放電電路模塊的功率管Q1、并網逆變電路模塊的逆變電路均由高性能DSP主板控制。所述并網逆變電路模塊的逆變電路包括第一逆變橋、變壓器、由D2、D3、D4、D5四 個二極管組成的整流橋電路和第二逆變橋；第一逆變橋的輸入端與放電電路模塊的輸出端 電連接，其輸出端接變壓器的初級線圈；變壓器的次級線圈接整流橋電路的輸入端；第二 逆變橋的輸入端與整流橋電路的輸出端電連接，其輸出端接入電網；第一逆變橋和第二逆 變橋均為全橋式逆變電路，分別由四只功率管Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6、Q7、Q8、Q9組成，由高 性能DSP主板輸出的高頻SPWM控制，使得第一逆變橋中的Q2和Q3、Q4和Q5，第二逆變橋 的Q6和Q7、Q8和Q9交替開關。本電能監控與節能系統還可以包括多組相互并聯的包含高性能DSP主板的并網 逆變電路模塊，各并網逆變電路模塊的高性能DSP主板之間通過CAN總線通信傳輸指令電流。
所述放電電路模塊還包括串聯在LC濾波電路中的二極管D1。所述并網逆變電路模塊還包括又電感L2和電容L2組成的LC濾波電路，其位于第 二逆變橋的輸出端。本電能監控與節能系統還包括接口電路模塊，接口電路模塊的輸入端連接電源產 品和蓄電池，接口電路模塊的輸出端接入放電電路模塊的輸入端，本電能監控與節能系統還包括基于CAN總線的監控電路模塊。本發明具有以下有益的效果(1)本發明的電能監控與節能系統的放電模塊中采 用LC濾波電路，一方面由于接口電路模塊輸入的220V直流可能由于抖動、欠壓或過壓等情 況而不夠穩定，設置LC濾波電路可以獲得穩定的直流電，另一方面由于電感有阻礙電流變 化的作用，能獲得恒定的電流，電容有穩壓儲能的作用，能獲得恒定的電壓，這樣在使用時， 只需設置系統的電源老化條件及蓄電池充放電測試下的電流、電阻、功率大小，由高性能 DSP主板對設置的參數進行計算分析，輸出相應的參數值控制功率管的導通或截止，就能使 本系統在恒定的電流、電阻、電壓、功率狀態下運行。(2)本發明采用高性能DSP主板控制放電電路模塊和并網逆變電路模塊，實現全 數字化控制，將電源產品老化和蓄電池放電80%以上的電能轉變成工頻220V交流正弦波， 回饋電網。(3)當多個逆變器并聯運行時，理想狀態應保證各逆變器的輸出電流保持嚴格的 同頻率、同相位和等幅值(即均流輸出)，否則就會在不同逆變器之間產生環流，從而降低 系統的輸出容量，甚至燒毀逆變器。雖然并網逆變器在并網工作時其輸出已與電網同步，但 這個同步是在一定誤差范圍內的同步，加上由于電網的波動性和不穩定性給逆變輸出帶來 影響，以及逆變器并網工作原理性的誤差，使得并網逆變器在并網工作時各逆變器輸出不 可能嚴格一致甚至差異較大。本發明的并網逆變模塊的高性能DSP主板在各逆變器上建立 一個CAN通信網絡，用于傳輸一個統一的逆變輸出標準，保證多個逆變器正常地并聯運行， 各個逆變器之間通過DSP主控模塊內嵌的CAN控制模塊傳遞各種通信數據，實現各逆變器 均流輸出。(4)本發明在放電模塊設置了 二極管后，能保證導通方向，保證電容放電時不會對 220V直流電形成沖激，從而提高了電路的穩定性。(5)當本發明還包括接口電路模塊時，能方便地接入電源產品和蓄電池產品，使系統的使用更加便捷。(6)當本發明還包括基于CAN總線的遠程監控單元時，可以監控老化產品和蓄電 池放電的電流、電壓、回收電能電量、正常運行等情況。(7)本發明結構合理、適用范圍廣，能夠對電源產品老化以及蓄電池充放電測試中 的電能進行監控，能根據需要設定恒流、恒壓、恒電阻和恒功率參數值，能實現并網均流功 能，在輸出能量回饋電網的基礎上改善測試條件，擴大有源逆變器的輸出功率。
為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據具體實施例并結合附圖，對 本發明作進一步詳細的說明，其中圖1為本發明的結構組成框圖。圖2為本發明的電路原理框圖。附圖標記如下接口電路模塊1，放電電路模塊2，并網逆變電路模塊3，第一逆變橋31-1，變壓器 32，整流橋電路33，第二逆變橋31-2，LC濾波電路34，高性能DSP主板35，電源產品和蓄電 池4。
具體實施例方式(實施例1)見圖1，本實施例的電源產品老化、蓄電池產品的充放電測試系統包括接口電路 模塊1、放電電路模塊2、并網逆變電路模塊3和基于CAN總線的監控電路模塊(圖中未示 出)。其中并網逆變電路模塊3包括第一逆變橋31-1、變壓器32、整流橋電路33、第二逆變 橋31-2、LC濾波電路34和高性能DSP主板35。接口電路模塊1的輸入端連接電源產品和 蓄電池5，接口電路模塊1的輸出端接入放電電路模塊2的輸入端，放電電路模塊2的輸出 端接入并網逆變電路模塊3的輸入端，并網逆變電路模塊3的輸出端接入電網。放電電路 模塊2、并網逆變電路模塊3的第一逆變橋31-1及第二逆變橋31-2均由高性能DSP主板 35控制，同時高性能DSP主板35還對電網進行實時的電流、電壓采樣。放電電路模塊2包括由電感Ll和電容Cl組成的LC濾波電路、二極管Dl以及功 率管Q1。功率管Ql受并網逆變電路模塊3的高性能DSP主板35的控制導通或截止后續電 路。由于電感Ll有阻礙電流變化的作用，能獲得恒定的電流，電容Cl有穩壓儲能的作用， 能獲得恒定的電壓，這樣本放電電路模塊2為一恒流、恒壓、恒電阻、恒功率的放電模塊，在 使用時，只需設置系統的電源老化條件及蓄電池充放電測試下的電流、電阻、功率大小，由 高性能DSP主板35對設置的參數進行計算分析，輸出相應的參數值控制功率管Ql的導通 或截止，就能使本系統在恒定的電流、電壓、電阻、功率狀態下運行。并網逆變電路模塊3的第一逆變橋31-1為單相輸出的全橋式逆變，圖中，功率開 關元件采用四只功率管Q2、Q3、Q4、Q5，由高性能DSP主板35輸出的SPWM脈寬調制信號控 制驅動功率管的導通或截止。Q2和Q3分別為第一橋臂的上、下橋臂，Q4和Q5分別為第二 橋臂的上、下橋臂，第一逆變橋31-1的輸出在兩個橋臂的中點。當第一逆變橋31-1電路接 上直流電源后，先由Q2、Q5導通，Q3、Q4截止，則電流由直流電源正極輸出，經Q2、變壓器32的初級線圈、Q5后，再回到電源負極。當Q2、Q5截止后，Q3、Q4導通，電流從電源正極經Q4、變壓器32的初級線圈、Q3后，再回到電源負極。此時，在變壓器32的初級線圈上，已形成正 負交變的方波。利用主控電路模塊4輸出的高頻SPWM控制，使得兩對功率管，即Q2和Q3、 Q4和Q5交替重復開關動作，輸出等效交流電壓。變壓器32的初級線圈接第一逆變橋31-1的輸出，次級線圈接整流橋電路33的輸 入。變壓器32處于正半相時，Q2、Q5導通，處于負半相時，Q3、Q4導通。第一逆變橋31-1對輸入的直流電逆變為交流電，經變壓器32隔離后，進入由D2、 D3、D4、D5四個二極管組成的整流橋電路，從而整流為脈動直流電再輸入第二逆變橋31-2。第二逆變橋31-2的原理與第一逆變橋31-1相同，也采用單相輸出的全橋式逆變， 圖中，功率開關元件采用四只功率管Q6、Q7、Q8、Q9，由DSP主控芯片4輸出的SPWM脈寬調制 信號控制驅動功率管的導通或截止。Q6和Q7分別為第一橋臂的上、下橋臂，Q8和Q9分別 為第二橋臂的上、下橋臂，第二逆變橋31-2的輸出在兩個橋臂的中點。當第二逆變橋31-2 電路接上直流電源后，先由Q6、Q9導通，Q7、Q8截止，則電流由直流電源正極輸出，經Q6、LC 濾波電路34的電感L2、LC濾波電路34的電容C2、Q9后，再回到電源負極。當Q6、Q9截止 后，Q7、Q8導通，電流從電源正極經Q8、LC濾波電路34的電感L2、LC濾波電路34的電容 C2、Q7后，再回到電源負極。利用主控電路模塊4輸出的高頻SPWM控制，使得兩對功率管， 即Q6和Q7、Q8和Q9交替重復開關動作，輸出等效交流電壓，再經過LC濾波電路34的作 用，使輸出端輸出220V/50HZ的工頻正弦交流電至電網。高性能DSP主板35是本實施例的電源產品老化及蓄電池充放電測試系統的核心， 它負責完成的主要任務是(1)產生導通或截止放電電路模塊2中的Ql的脈沖信號，從而 導通或截止整個后續電路；(2)完成鎖相功能，控制并網逆變電路模塊3輸出的交流電為穩 定的、高品質的正弦波，且與電網電壓同頻同相；(3)完成電流反饋控制、電壓反饋控制、充 電器和電源產品老化和蓄電池放電的電能最大功率跟蹤以及實時正弦波脈寬調制信號發 生；(4)控制系統對輸出交流、電壓進行采樣，控制逆變過程的正弦波調整和工頻逆變過程 的正弦波合成，從而使輸出交流電壓在允許的范圍內返回電網；(5) —個并網逆變電路模 塊3由其高性能DSP主板35控制，當有多路包含高性能DSP主板35的并網逆變電路模塊3 并聯時，各并網逆變電路模塊3的高性能DSP主板35之間通過CAN總線通信傳輸指令電流 實現均流。具體地說CAN總線將逆變電路的電流及其電壓發送給高性能DSP主板35，高性 能DSP主板35將采樣的電流和輸出電壓數據與CAN總線發送來的并網逆變電路模塊3各 個部分的電流及其電壓數據相比較，由于CAN總線發送的并網逆變電路模塊3各個部分的 電流及其電壓數據就是標準值，高性能DSP主板35將采樣值與標準值比較后，其誤差由高 性能DSP主板35處理后來控制SPWM波形，從而使逆變器的輸出電流與主電路一樣，達到均 流的目的，實現多臺并聯使用，擴大有源逆變器的輸出功率。基于CAN總線的監控電路模塊采集老化產品和蓄電池的電流、電壓等數據，通過 高性能DSP主板35處理，將電源產品和蓄電池的電流、電壓、回收電能電量值顯示在控制面 板上，反映監控系統的運行情況。本實施例的電源產品老化、蓄電池產品的充放電測試系統可兼容老化24V、36V、 48V、60V的充電器，四款電源共用一個DC/DC接口電路模塊1，老化不同的電源只需接入不 同的端口即可。24V充電器可接入12臺；36V充電器可接入8臺；48V充電器可接入6臺；60V充電器可接入5臺。以下簡要說明48V充電器老化方案，充電器可接入6臺，具體實施步驟如下1)6臺48充電器的輸入端接入電網，輸出端接入接口電路模塊1。
2)接口電路模塊1接至放電電路模塊2。設置系統的測試電流、電阻、功率，由高 性能DSP主板35對設置的參數進行計算分析，輸出相應的參數值控制功率管Ql的導通或 截止，從而設置系統在恒定的電流、電阻、功率狀態下運行。3)經放電電路模塊2輸出接至并網逆變電源3，經由四個功率管02、03、04、05組 成的第一逆變橋31-2對輸入的直流電逆變為交流電，經變壓器32隔離，由D2、D3、D4、D5四 個二極管組成的整流橋33整流為脈動直流電、再由Q6、Q7、Q8、Q9四個功率管組成的第二 逆變橋31-2再次將直流電逆變為交流電，輸出電壓經LC濾波電路34的電感L2及電容C2 輸出220V/50HZ的工頻正弦交流電至電網。整個過程由高性能DSP主板35實現全數字化控制，并由其CAN總線控制并網時實 現均流。基于CAN總線的監控電路模塊采集電流、電壓值并將這些數值顯示在控制面板上。應當理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。由 本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
一種電能監控與節能系統，其特征在于包括放電電路模塊(2)和并網逆變電路模塊(3)；并網逆變電路模塊(3)包括高性能DSP主板(35)；放電電路模塊(2)的輸出端接入并網逆變電路模塊(3)的輸入端，并網逆變電路模塊(3)的輸出端接入電網；放電電路模塊(2)包括由電感L1和電容C1組成的LC濾波電路以及功率管Q1；放電電路模塊(2)的功率管Q1、并網逆變電路模塊(3)的逆變電路均由高性能DSP主板(35)控制。
2.根據權利要求1所述的電能監控與節能系統，其特征在于所述并網逆變電路模塊(3)的逆變電路包括第一逆變橋(31-1)、變壓器(32)、*D2、D3、D4、D5四個二極管組成的 整流橋電路(33)和第二逆變橋(31-2)；第一逆變橋(31-1)的輸入端與放電電路模塊(1) 的輸出端電連接，其輸出端接變壓器(32)的初級線圈；變壓器(32)的次級線圈接整流橋電 路(33)的輸入端；第二逆變橋(31-2)的輸入端與整流橋電路(33)的輸出端電連接，其輸 出端接入電網；第一逆變橋(31-1)和第二逆變橋(31-2)均為全橋式逆變電路，分別由四只 功率管Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6、Q7、Q8、Q9組成，由高性能DSP主板(35)輸出的高頻SPWM控 制，使得第一逆變橋(31-1)中的Q2和Q3、Q4和Q5，第二逆變橋(31-2)的Q6和Q7、Q8和 Q9交替開關。
3.根據權利要求2所述的電能監控與節能系統，其特征在于包括多組相互并聯的包 含高性能DSP主板(35)的并網逆變電路模塊(3)，各并網逆變電路模塊(3)的高性能DSP 主板(35)之間通過CAN總線通信傳輸指令電流。
4.根據權利要求1至3之一所述的電能監控與節能系統，其特征在于所述放電電路 模塊⑵還包括串聯在LC濾波電路中的二極管D1。
5.根據權利要求4所述的電能監控與節能系統，其特征在于所述并網逆變電路模塊 (3)還包括又電感L2和電容L2組成的LC濾波電路(34)，其位于第二逆變橋(31_2)的輸 出端。
6.根據權利要求5所述的電能監控與節能系統，其特征在于還包括接口電路模塊 (1)；接口電路模塊⑴的輸入端連接電源產品和蓄電池(5)，接口電路模塊⑴的輸出端 接入放電電路模塊(2)的輸入端。
7.根據權利要求6所述的電能監控與節能系統，其特征在于還包括基于CAN總線的 監控電路模塊。
全文摘要
本發明公開了一種電能監控與節能系統，包括放電電路模塊和并網逆變電路模塊；并網逆變電路模塊包括高性能DSP主板；放電電路模塊的輸出端接入并網逆變電路模塊的輸入端，并網逆變電路模塊的輸出端接入電網；放電電路模塊包括由電感L1和電容C1組成的LC濾波電路以及功率管Q1；功率管Q1、逆變電路均由高性能DSP主板控制。本發明的放電模塊中采用LC濾波電路，能獲得恒定的電流和電壓，使用時只需設置系統的電源老化條件及蓄電池充放電測試下的電流、電阻、功率大小，由高性能DSP主板對設置的參數進行計算分析，輸出相應的參數值控制功率管的導通或截止，就能使本系統在恒定的電流、電阻、功率狀態下運行。
文檔編號H02J7/00GK101841161SQ200910030368
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者丁玉紅, 謝偉文 申請人:常州豐泰機電工程有限公司