一種雙輔助電源的切換控制方法與流程

本發明涉及一種雙輔助電源的切換控制方法。

背景技術：

目前大多數儲能系統只有在電力中斷或者人們需要使用時，儲能系統才會介入工作，發揮作用。在正常情況下，儲能系統處于非工作狀態，在非工作狀態下，要求儲能系統不耗電或者盡可能的少耗電。目前大多數儲能系統以下兩種方式：第一采用機械開關的方式，在不需要使用儲能系統時，斷開機械開關，儲能系統完全不工作，這種方式成本高，特別是大電流場合，機械開關的價格是相當昂貴的，另外響應不及時，操作繁瑣；第二是直接待機的方式，這種方式由于采樣單一的輔助電源，待機功耗大，造成極大的能量損耗，增加儲能電池的充放電循環次數，影響電池壽命。因此，有必要設計一種新的輔助電源的切換控制方法。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種雙輔助電源的切換控制方法，該雙輔助電源的切換控制方法能節約待機能耗且響應迅速。

發明的技術解決方案如下：

一種雙輔助電源的切換控制方法，所述的雙輔助電源是指主輔助電源和休眠輔助電源；以主控模塊作為切換控制模塊；

主輔助電源和休眠輔助電源均由儲能電池供電；

主輔助電源和休眠輔助電源分別接主控模塊的2個供電端；

主控模塊通過開關控制單元控制主輔助電源；

主控模塊還連接有觸發檢測電路；觸發檢測電路由休眠輔助電源供電；

主輔助電源輸出控制信號到能量轉換模塊；

休眠輔助電源一直處于工作狀態，依據觸發檢測電路檢測的信號或主控模塊收到的指令進行控制:

(1)觸發檢測電路未檢測到觸發信號或觸發信號失效，在所述開關控制單元的控制下，主輔助電源處于閉鎖狀態；

(2)觸發檢測電路檢測到觸發信號后或主控模塊收到開機指令，在所述開關控制單元的控制下，主輔助電源處于工作狀態。

主控模塊為單片機、dsp或arm處理器。

觸發檢測電路檢測的信號是指當使用者按下按鍵開機信號，或電網中斷信號。

開關控制單元包括pmos管q13、nmos管q16和pnp型的三極管q24；

sps_cntl為主輔助電源控制使能控制信號，sps_cntl端接三極管q24的b極；三極管q24的c極接地；三極管q24的e極與sps_cntl端之間接有電阻r68；三極管q24的e極和c極之間接有電阻r67；

三極管q24的e極還接nmos管q16的g極；nmos管q16的s極接地；nmos管q16的d極經電阻r65接pmos管q13的g極；

pmos管q13的s極接供電電壓bat+端(bat+可以為儲能電池電壓)；pmos管q13的d極為主輔助電源供電，即pmos管q13的d極接主輔助電源的電源輸入端；pmos管q13的d極和s極之間接有電阻r59。

所述的主輔助電源和休眠輔助電源均為基于ldo(ldo即lowdropoutregulator，是一種低壓差線性穩壓器)的集成電路，且休眠輔助電源的靜態待機電流為ua級。

所述的主輔助電源和休眠輔助電源均輸出5v電壓。

主控模塊還連接有通訊電路。

儲能電路通過能量轉換電路為用電設備或電網供電；能量轉換電路受控于所述的主輔助電源。

儲能電池還連接有充電電路。

所述的能量轉換電路為dc-dc變換電路或dc-ac逆變電路。

主控模塊還連接有控制電路、采樣電路、告警電路、人機交互電路和通信電路；

控制電路：是整個儲能系統的控制中心，接收采樣電路采集的信號及通訊電路的指令和信息，控制電路對這些信號、指令及信息進行處理后做出響應，通過通訊電路(通信模塊)發送指令和信息，同時顯示儲能系統的狀態信息，給雙輔助電源的電子開關提供控制信號，切換狀態，并給能量轉換系統的第一dc-dc轉換器、第二dc-dc轉換器、逆變器以及充電輸入的電子開關提供控制信號。控制電路一般采用mcu，為現有成熟技術。

采樣電路：負責信號采集，采集儲能系統的電池組的電壓、電流、充電輸入電壓和電流，以及能量轉換系統的第一dc-dc轉換器、第二dc-dc轉換、逆變器器、的輸入電壓及電流、輸出電壓及電流、保護狀態等信息；

告警電路：當采集電路采集到的信號出現異常時，控制電路通過告警電路以聲光信號的形式把儲能系統的異常狀態傳遞給使用者。

通信電路：控制電路通過通信電路把雙輔助電源的狀態信號傳送到上位機或者遠程控制中心，并且用于接收上位機或遠程控制中心的控制指令，同時通過通信電路獲取儲能電池的電壓、電流、溫度、保護狀態信息。

人機交互電路是指顯示屏和鍵盤等設備。

本發明設計了主輔助電源和休眠輔助電源。主輔助電源與主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等電路模塊相連接，提供這些電路模塊正常工作所需的電源。休眠輔助電源與主控制電路、觸發檢測電路相連接，提供系統進入休眠模式是所需的電源。

主輔助電源功耗較大，但是具有較強的帶載能力，能夠滿足主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等電路模塊滿負荷工作時所需要的能量。休眠輔助電源待機功耗極低，靜態待機電流僅為ua級，但是它所提供的能量足以滿足主控制電路和觸發檢測電路在休眠狀態下的電力需求。

所述儲能系統在沒有使用時，一直處于休眠狀態。當使用者按下按鍵開機或者發送開機指令或者電網中斷時，儲能系統由待機休眠狀態轉換至工作狀態時，主控制電路通過開關控制打開主輔助電源，主輔助電源提供電源給主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等電路模塊供電，儲能系統迅速進入工作狀態。

當使用者按下按鍵關機或者發送關機指令或者電網恢復正常時，儲能系統由工作狀態進入待機休眠狀態時，主控制電路通過開關控制禁止主輔助電源工作，此時能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等電路模塊沒有了供電電源，處于不工作狀態，不會消耗任何電量。同時主控制模塊會進入休眠狀態，只打開外部中斷觸發模塊，用于響應觸發檢測電路，此時主控制模塊的待機電流也在ua級別以內。儲能系統處于待機休眠狀態時，系統中只有主控制模塊與觸發檢測電路處于運行狀態，且待機電流在ua級別，休眠輔助電源的供電足以提供此電量需求。

這樣的設計既能滿足儲能系統正常工作時所需要的輔助電源，又能滿足儲能系統處于待機休眠狀態下的低功耗要求，從而減少能量損耗。待機休眠模式下觸發檢測電路處于工作狀態，確保了儲能系統響應的及時性。

有益效果：

與現有技術相比，本發明的雙輔助電源的切換控制方法使用了雙輔助電源的設計，在工作狀態與待機休眠狀態使用不同設計要求的輔助電源，解決了使用機械開關成本高，響應不及時的問題，同時解決了單一輔助電源能量損耗的問題。本發明中雙輔助電源設計既能滿足儲能系統正常工作時所需的能量，又能滿足儲能系統處于待機休眠狀態下的低功耗要求，從而減少能量損耗。待機休眠模式下觸發檢測電路處于工作狀態，確保了儲能系統響應的及時性。

附圖說明

圖1為基于雙輔助電源的儲能系統的總體結構框圖；

圖2為雙輔助電源中切換部分、主輔助電源以及休眠輔助電源部分的原理圖；

圖3為恒流充電電路的原理示意圖；

圖4為恒流充電電路的原理圖。

具體實施方式

以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明：

實施例1：如圖1～2，一種雙輔助電源的切換控制方法，所述的雙輔助電源是指主輔助電源和休眠輔助電源；以主控模塊作為切換控制模塊；

主輔助電源和休眠輔助電源均由儲能電池供電；

主輔助電源和休眠輔助電源分別接主控模塊的2個供電端；

主控模塊通過開關控制單元控制主輔助電源；

主控模塊還連接有觸發檢測電路；觸發檢測電路由休眠輔助電源供電；

主輔助電源輸出控制信號到能量轉換模塊；

休眠輔助電源一直處于工作狀態，依據觸發檢測電路檢測的信號或主控模塊收到的指令進行控制:

(1)觸發檢測電路未檢測到觸發信號或觸發信號失效，在所述開關控制單元的控制下，主輔助電源處于閉鎖狀態；

(2)觸發檢測電路檢測到觸發信號后或主控模塊收到開機指令，在所述開關控制單元的控制下，主輔助電源處于工作狀態。

主控模塊為單片機、dsp或arm處理器。

觸發檢測電路檢測的信號是指當使用者按下按鍵開機信號，或電網中斷信號。

開關控制單元包括pmos管q13、nmos管q16和pnp型的三極管q24；

sps_cntl為主輔助電源控制使能控制信號，sps_cntl端接三極管q24的b極；三極管q24的c極接地；三極管q24的e極與sps_cntl端之間接有電阻r68；三極管q24的e極和c極之間接有電阻r67；

三極管q24的e極還接nmos管q16的g極；nmos管q16的s極接地；nmos管q16的d極經電阻r65接pmos管q13的g極；

pmos管q13的s極接供電電壓bat+端(bat+可以為儲能電池電壓)；pmos管q13的d極為主輔助電源供電，即pmos管q13的d極接主輔助電源的電源輸入端；pmos管q13的d極和s極之間接有電阻r59。

所述的主輔助電源和休眠輔助電源均為基于ldo(ldo即lowdropoutregulator，是一種低壓差線性穩壓器)的集成電路，且休眠輔助電源的靜態待機電流為ua級。

所述的主輔助電源和休眠輔助電源均輸出5v電壓。

主控模塊還連接有通訊電路。

儲能電路通過能量轉換電路為用電設備或電網供電；能量轉換電路受控于所述的主輔助電源。

儲能電池還連接有充電電路。

所述的能量轉換電路為dc-dc變換電路或dc-ac逆變電路。

針對圖2中原理圖定義說明：

bat+----------儲能電池供電輸入。

sps_cntl----------主輔助電源控制使能控制信號。

sps_work----------主輔助電源提供給主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等模塊的供電電源。

sps_sleep----------休眠輔助電源提供給主控制電路和觸發檢測的供電電源。

u6----------靜態待機電流為ua級別的線性ldo，優選精工的s812c50amc-c3e-t2g，輸出電壓為+5vdc，u6及其外圍電路給處于休眠狀態的儲能系統的主控制電路和觸發檢測模塊供電。

u7----------帶載能力極強的線性ldo，優選ti公司的lm1117idtx-5.0，輸出電壓為+5.0vdc，u7及其外圍電路滿足儲能系統正常工作時主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等模塊的供電需求。

q13----------pmos管,用做電子開關，所選用的pmos管滿足vds大于30v，id(a)大于2a,在本發明中，優選ir的irlml9301trpbf。

控制原理說明：

儲能系統處于休眠狀態時，休眠輔助電源給處于休眠狀態的儲能系統的主控制電路和觸發檢測模塊供電，此時整個儲能系統的耗電在ua級別，待機功耗極低，大大減小了能量消耗。當觸發檢測模塊檢測到使用者按下按鍵開機或者發送開機指令或者電網中斷時，觸發檢測模塊喚醒處于休眠狀態的主控制模塊，主控制模塊將sps_cntl置高，打開q13，q13導通后，主輔助電源工作給主控制電路、能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等模塊供電，儲能系統進入工作狀態。當關閉儲能系統時，主控制電路將sps_cntl置低，關閉q13，主輔助電源停止工作，此時能量轉系統、控制電路、采樣電路、告警電路、通訊電路、人機交互電路等模塊也停止工作，此時儲能系統進入休眠狀態，儲能系統的待機功耗大大減小，而此時觸發檢測模塊仍由休眠輔助電源供電，可以檢測開機信號等外部激勵信號，從而觸發主控制模塊進入工作狀態，保證了儲能系統的實時響應性。

恒流充電電路如圖3-4所示，各元件或標號說明：

vin+-----輸入電源正極。

vin------輸入電源負極。

vout+-----輸出電源正極。

vout-----輸出電源負極。

vref+-----參考電源的正極

c1為輸入濾波電容。

c2為輸出濾波電容。

c3為電流采樣反饋濾波。

r1，r2，r5，c3組成電流采樣反饋線路。

r3，r4，為電壓采樣反饋電路。

d1為隔離二級管。

工作原理說明：

采用穩定參考電源作為基準電壓，采用r1，r2，r5分壓得到與fb相等的電壓，從而通過fb去調整dcdcic的內部pwm而控制輸出電流的大小。例如，當輸出電流變大，在取樣電阻r5上的電壓就會升高，由于vrfe+是固定的值，從而是fb電壓變大，fb變大，占空比就會減少，從而是輸出電流減少，而完成一個完整的反饋，達到穩定電流輸出的目的。

恒流計算：

設r5上流過電流產生的電壓為vio,輸出電流為io

參考電壓為vref+＝2.5v，

fb電壓為vfb＝0.6v，

r5＝0.1ω，r1＝40kω，r2＝10kω

則：

vio＝io*r5

vfb＝vio+((vref+-vio)*r2/(r1+r2))

計算得：

io＝(vfb*(r1+r2)-r2*vref+)/r1*r5

如果取k＝(vfb*(r1+r2)-r2*vref+)/r1則等式

io＝k/r5

從計算公式看,io輸出電流與輸出電壓和輸入電壓沒有任何關系，只與vfb.r1,r2,vref有關，而這些參數在具體的設計中，它們都是固定的(vfb在穩態時是固定的，對于芯片fp7192恒壓芯片，其穩態值為0.6v)，所以k必然為一個固定的值，所以算式：

io＝k/r5具有極好的線性度，及具有優良的可控性。

把上面的參數賦予上面設定的具體值可得：

io＝(vfb*(r1+r2)-r2*vref+)/r1*r5

＝(0.6*(40+10)-10*2.5)/40*0.1

＝1.25a

恒壓芯片，成本約0.8元

從以上的等式中可以看到，此方案引入固定的vref+，從而使io變成一個只與r5取樣電阻成線性關系的等式，使io變成恒定，從而達到恒流的目的。

本方案參考電壓恒流法的特點如下：

1.使用穩定固定vref+電壓，便于精度的控制和穩定性控制。

2.使用將電流采樣變成電阻分壓反饋，更簡單可靠。

3.適用性廣，任何需要恒流的線路都可以使用。

4.成本大幅降低，成本約為使用ic恒流方案做12v/1a輸出的1/3。

恒流充電電路是一種全新的恒流實現方案。其核心是通過用恒壓芯片實現恒流。而且，輸出電流的大小可以靈活設定，靈活性好。比原來的采用恒流芯片應用效果好。實踐表明，本發明的充電電路控制效果突出，成本顯著降低。