专利名称：一种应急电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力电源领域，具体的说是一种应急电源系统(EPS)。
技术背景
目前的动力、照明型应急电源系统，主要由蓄电池、充电器、逆变模块、逆 变变压器、逆变驱动、电池巡检、监控保护、输出切换、传感器检测、显示与远 程通讯模块、辅助开关电源等元件组成。
在传感器检测、监控电路中，往往采用可调电位器校准模拟输入信号采样幅 值与逆变输出电压幅值，主控芯片不进行信号校准的方案。这种方案虽然减小了 主控芯片的运算处理量。但电位器容易受到元件质量、使用时间、与外部环境的 影响，阻值产生漂移，进而导致信号测量不准、有零漂、保护误判或不判，降低 了产品的可靠性。
当EPS进行逆变，出现直流过流、驱动过流、驱动电源欠压等严重故障时， EPS应停止逆变。EPS往往采用主控芯片测量各故障信号，当判断出现严重故障 时，停止逆变PmH言号输出的方案实现上述保护。这种方案因需要且仅有主控芯 片参于控制，存在着停止逆变延时长、因强干扰导致主控芯片不正常工作则无法 控制逆变的隐患，进而降低了产品的可靠性。
因智能型EPS往往需要点阵液晶显示，且与其它模块相隔距离较远，通常采 用单独的控制芯片实现液晶显示控制，模块间采用串口通讯。往往显示芯片与主 控芯片之间通讯往往采用不隔离的RS232总线实现，且EPS与远程计算机的通讯 往往由主控芯片实现，即以主控芯片为主通讯芯片。同时，参数值仅存于主控芯 片的存储器中，显示模块仅供显示；电池巡检是独立的模块，或仅提供故障信号 给主控芯片。因中、大功率EPS，显示模块与主控模块相隔较远，采用RS232通 讯，通讯信号容易受到千扰，调试参数在数据传输时也有可能受干扰而改变，同 时电池巡检无法实现较多的数据通讯，降低了产品的智能化、可靠性程度。
发明内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术之不足，提出改进方案，实现一 种高可靠性的智能型应急电源系统。本实用新型采用的技术方案
一种应急电源系统，其特征在于具有主控芯片MC68HC908MR16及其外围电 路、IGB逆变驱动模块DR1、驱动电源、显示与远程通讯模块，主控芯片 MC68HC908MR16及其外围电路的P丽接口连接到双保护硬件电路，主控芯片 MC68HC908MR16及其外围电路的RS485接口连接到显示与远程通讯模块。
所述的主控芯片及其外围电路，采用MC68HC908MR16主控芯片，以及存储器 X5043，基准稳压源TL431，带电气隔离的RS485通讯接口 MAX3082，模拟信号采样 通道SIG。存储与复位X5043连至主控芯片I2C总线端，用于存储设置参数，并 提供稳定的复位信号，连至主控芯片复位端；TL431提供稳定的2.5V基准电压 源，连至主控芯片18脚(AD采样基准端)；MAX3082与主控芯片用于实现主控芯 片与显示模块的通讯，连至连至主控芯片串行通讯端；SIG实现将系统交直流电 压、电流强电信号以及温度信号转换成主控芯片可采集的弱电压信号，连至连至 主控芯片AD输入端。
所述的双保护硬件电路，包括LM339四电压比较器U1B、 U1C、 U1D， 7400 与非门U2A、 U2B、 U2C，LM285微功率电压基准二极管Tol，八路总线收发器 SN74LVC245A，达林顿电晶体阵列ULN2003AN; LM339四电压比较器U1B的反相输 入端经过电阻Rdl连接到直流电流采样霍尔传感器Tl，并经过电阻Rd2、电容 Cdl接地；LM339四电压比较器U1D的正相输入端经过电阻Rl连接到驱动模块的 OC (短路或驱动过流)信号输出端，并经过电容C1接地，并经过电阻R2连接到 +5V电源；LM339四电压比较器U1D的反相输入端经过电阻Ref、电容Cef连接 到LM285微功率电压基准二极管Tol的3脚(A接地端)并接地，LM339四电压 比较器U1D的反相输入端连接到LM285微功率电压基准二极管Tol的2脚(K稳 压端)和LM339四电压比较器U1C的反相输入端；LM339四电压比较器U1C的正 相输入端经过电阻R9连接到驱动电源的UV (驱动电源欠压)信号，并经过电阻 R8连接到+5V电源，并经过电容C3接地；LM339四电压比较器U1C的输出端连 接到7400与非门U2C的第二输入端并经过电阻R10连接到+5V电源，7400与非 门U2C的第一输入端连接到、7400与非门U2B的第二输入端、7400与非门U2A 的输出端连接到主控芯片的22脚(DL直流、逆变过流信号输入)，7400与非门 U2C的输出端连接到主控芯片的24脚(FAULT故障汇总信号输入)和八路总线收发器SN74LVC245A的19脚(输出控制端)；7400与非门U2B的第一输入端连接 到LM339四电压比较器U1D的输出端、LM339四电压比较器U1B的输出端、并经 过电阻R3连接到+5V电源；7400与非门U2B的输出端经过电阻R5和三极管Dl 构成的并联电路后分为三路， 一路经过电阻R4、发光二极管LEDgL接地，二路 经过电容C2接地,三路连接到7400与非门U2A的第二输入端；7400与非门U2A 的第一输入端连接到主控芯片的21脚(GL清过流信号输出)；主控芯片的31、 32、 33、 34、 36、 37脚(P丽输出)连接到八路总线收发器SN74LVC245A的输入 端，八路总线收发器SN74LVC245A的输出端连接到达林顿电晶体阵列ULN2003AN 的输入端，达林顿电晶体阵列ULN2003AN的输出端连接到逆变驱动模块P丽信号 输入端。
所述的显示与远程通讯模块，包括显示控制芯片W77E58、汉显LCD液晶 YM12864C与按键阵列、存储芯片X5045、两路带隔离的RS485通讯芯片MAX3082。 YM12864C与按键阵列用于实现液晶显示和按键操作，连至显示控制芯片P0、 P2 端口；存储与复位X5045连至显示控制芯片P1端口，用于存储设置参数，并提 供稳定的复位信号，连至显示控制芯片复位端；两路RS485通讯芯片區X3082， 连至显示控制芯片的串口 1、串口2端口，用于实现与主控芯片MC68HC908MR16 和远程计算机带隔离的RS485通讯。
本实用新型的设计思想
在高可靠性的智能型应急电源系统中，针对输入电压电流和逆变电压电流等 模拟信号的测量，在EPS生产调试时通过主控芯片进行数字校准，而去除电位器 校准。
当出现直流过流、驱动过流、驱动电源欠压等严重故障时，EPS采用专用硬 件电路汇总后直接屏蔽逆变P丽信号的输出，同时故障信号送至主控芯片进行处 理，停止逆变信号输出，这种"双保护"的方案。
EPS监控模块、显示与远程通讯模块之间的通讯采用隔离的RS485总线通讯， 同时电池巡检模块也挂在RS485总线上实现数据通讯，显示控制芯片为主通讯芯 片，并负责EPS与远程计算机的通讯。
EPS的调试与校验参数分两次冗余存储于主控芯片的存储器中，同时存储于 显示控制芯片的存储器中，在EPS启动时，对两存储器中的三组数据进行比较处理，若有一组参数数值不同，EPS报警，并推荐用户操作面板按键纠正不同的那 组数据参数，EPS统一三组参数后运行。 本实用新型的优点-
本实用新型提供的一种应急电源系统采用数字校准，有效地避免了因电位器 阻值漂移导致的测量不准、有零漂、因测量误差引起的保护误判或不判现象；在 产生严重故障时，采用硬件电路屏蔽与软件停止逆变信号输出，这种"双保护" 的方案，不仅避免了主控芯片运算处理的时延，更快地实现了保护，而且当主控 芯片因干扰无法正常工作时，也能够实现保护功能；RS485总线因采用差分信号 传输数据，数据抗干扰性能得到增强，同时该总线上能够挂接多个通讯模块，这 样可以实现电池巡检单元的通讯，和统一管理；EPS参数两存储器三次冗余存储 方案，不仅降低了调试数据受干扰影响的改变，同时在EPS批量生产调试时，可 通过更改显示模块在不同EPS间传递已调参数。以上这些方案有效地提升了应急 电源系统的可靠性和智能化程度。
图1为数字校准与校验参数冗余存储的软件流程图； 图2为双保护硬件电路原理图； 图3为显示与远程通讯模块原理框图。 图4为本实用新型整体结构框图具体实施方式
参见图1-4:
如图1所示，例如对蓄电池直流输入电压V进行数字校准。通入稳定的DC220V 直流电压值，未校准的EPS上电运行时，主控芯片会使用不准确的K参数值，显 示模块液晶显示直流电压值假设为DC253V。因为通过面板按键，进入校准界面， 逐渐减小直流电压的K参数值，直至直流电压值为DC220V。按键选择参数保存， 则显示芯片、主控芯片会将校准参数冗余保存于存储器中。其它输入模拟量校准 与上相同，仅对逆变输出电压进行校准时，固定显示值，通过调整K值，进而调 整PTO1占空比，改变逆变输出电压，使逆变输出电压测量值与显示值相等。
本实用新型EPS通过图2所示电原理图实现"双保护"功能。EPS通过霍尔 传感器采样直流电流，生成直流采样信号DC，传送至主控芯片和图1电路；同时传送至图1电路的信号还有驱动模块的过流OC信号、驱动电源的电压检测信 号UV，主控芯片发出的清过流信号GL(低电平有效)，输出至主控芯片的过流信 号DL(低电平有效)、FAULT(高电平有效)。图1电路图中还包含监控模块P丽信 号的输出电路，主控芯片输出的6路P丽信号经SN7礼VC245A、 ULN2003输出置 逆变驱动模块。
正常情况下，DC与OC信号低于门限电压，Ul LM339比较芯片漏极开路输出 端截止，R3上拉至高电平，使得U2 7400与非门6脚为低，3脚为高，同样UV 信号截止为高电平，U114脚输出为高，U2 8脚输出的FAULT为低。出现直流过 流或逆变过流、短路时，DC或OC信号电压高出比较阙值，U1B或U1D输出漏极 开路的低电平，U2B4脚拉低，6脚输出高电平，过流指示灯LEDgL亮，3脚输 出低电平DL信号，并保持DL信号(消除故障后，手动置GL为低，清除DL信号， 确保故障消除)，U2 8脚FAULT故障信号置高。FAULT置高使得SN74LVC245A关 断逆变输出，同时主控芯片检测到DL、 FAULT信号有效，停止逆变输出，实现了 "双保护"功能。同样，驱动电源欠压后，UV导通，拉低U19脚，14脚，FAULT 置高，实现"双保护"功能。主控芯片可通过DL信号区别过流和驱动电源失压 信号。图中TOl、 Rref用于实现2.5V精密基准源，R5、 Dl、 C2用于防止U2产 生自激振荡。
如图3所示，显示模块使用W77E58芯片(两串口)串口 l实现与监控模块、 电池巡检模块实现RS485总线通讯，串口 2实现与远程计算机的RS485总线通讯。 每模块的通讯电路均采用DC/DC及光耦实现电气隔离，有效解决了因引线过长导 致的抗干扰能力差的现象，增强了系统可靠性。
权利要求1、一种应急电源系统，其特征在于具有主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路、IGBT逆变驱动模块、驱动电源、显示与远程通讯模块；主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路的PWM接口连接到双保护硬件电路，主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路的RS485接口连接到显示与远程通讯模块。
2、 根据权利要求l所述的一种应急电源系统，其特征在于所述的主控芯片及 其外围电路，采用MC68HC908MR16主控芯片，以及存储器X5043，基准稳压源 TL431，带电气隔离的RS485通讯接口區X3082，模拟信号采样通道SIG;存储 器X5043采用I2C总线与主控芯片相连，用于存储设置参数；TL431提供稳 定的2. 5V基准电压源，连至主控芯片18脚——AD采样基准端；區X3082与 主控芯片用于实现主控芯片与显示模块的通讯，连至连至主控芯片串行通讯 端；SIG实现将系统交直流电压、电流强电信号以及温度信号转换成主控芯 片可采集的弱电压信号，连至连至主控芯片AD输入端。
3、 根据权利要求l所述的一种应急电源系统，其特征在于所述的双保护硬件 电路，包括LM339四电压比较器U1B、 U1C、 U1D， 7400与非门U2A、 U2B、 U2C，LM285微功率电压基准二极管To1，八路总线收发器SN74LVC245A，达林 顿电晶体阵列ULN2003AN; LM339四电压比较器U1B的反相输入端经过电阻 Rdl连接到霍尔传感器T1，并经过电阻Rd2、电容Cdl接地；LM339四电压比 较器U1D的正相输入端经过电阻Rl连接到驱动模块的短路或驱动过流OC信 号输出端，并经过电容C1接地，并经过电阻R2连接到+5V电源；LM339四电 压比较器U1D的反相输入端经过电阻Ref、电容Cef连接到LM285微功率电 压基准二极管Tol的A接地端3脚并接地，LM339四电压比较器U1D的反相 输入端连接到LM285微功率电压基准二极管Tol的K稳压端2脚和LM339四 电压比较器U1C的反相输入端；LM339四电压比较器U1C的正相输入端经过 电阻R9连接到驱动电源的驱动电源欠压UV信号，并经过电阻R8连接到+5V 电源，并经过电容C3接地；LM339四电压比较器U1C的输出端连接到7400 与非门U2C的第二输入端并经过电阻R10连接到+5V电源，7400与非门U2C 的第一输入端连接到、7400与非门U2B的第二输入端、7400与非门U2A的输 出端连接到主控芯片的DL直流、逆变过流信号输入22脚，7400与非门U2C的输出端连接到主控芯片的FAULT故障汇总信号输入24脚和八路总线收发器 SN74LVC245A的输出控制端19脚；7400与非门U2B的第一输入端连接到LM339 四电压比较器U1D的输出端、LM339四电压比较器U1B的输出端、并经过电 阻R3连接到+5V电源；7400与非门U2B的输出端经过电阻R5和三极管Dl 构成的并联电路后分为三路， 一路经过电阻R4、发光二极管LEDgL接地，二 路经过电容C2接地，三路连接到7400与非门U2A的第二输入端；7400与非 门U2A的第一输入端连接到主控芯片的GL清过流信号输出21脚；主控芯片 的PWM输出31、 32、 33、 34、 36、 37脚连接到八路总线收发器SN74LVC245A 的输入端，八路总线收发器SN74LVC245A的输出端连接到达林顿电晶体阵列 ULN2003AN的输入端，达林顿电晶体阵列ULN2003AN的输出端连接到逆变驱 动模块PBI信号输入端。
4、根据权利要求l所述的一种应急电源系统，其特征在于所述的显示与远程 通讯模块，包括上述的主控芯片与外围电路、双保护硬件电路、与显示模块， 其中显示模块包括显示控制芯片W77E58、汉显LCD液晶YM12864C与按键阵 列、存储芯片X5045、两路带隔离的RS485通讯芯片MAX3082， YM12864C与 按键阵列用于实现液晶显示和按键操作，连至显示控制芯片PO、 P2端口；存 储与复位X5045连至显示控制芯片P1端口，用于存储设置参数，并提供稳定 的复位信号，连至显示控制芯片复位端；两路RS485通讯芯片區X3082，连 至显示控制芯片的串口 1、串口2端口，用于实现与主控芯片MC68HC908MR16 和远程计算机带隔离的RS485通讯。
专利摘要本实用新型公开了一种应急电源系统，具有主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路、IGBT逆变驱动模块、驱动电源，主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路PWM与控制端口直接连接到双保护硬件电路，主控芯片MC68HC908MR16及其外围电路的RS485接口连接到显示与远程通讯模块。有效地避免了因电位器阻值漂移导致的测量不准、有零漂、因测量误差引起的保护误判或不判现象；在产生严重故障时，采用硬件电路屏蔽与软件停止逆变信号输出，不仅避免了主控芯片运算处理的时延，更快地实现了保护，而且当主控芯片因干扰无法正常工作时，也能够实现保护功能；采用了RS485总线因采用差分信号传输数据，数据抗干扰性能得到增强。
文档编号H02J9/00GK201352725SQ200920142899
公开日2009年11月25日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者李大钦 申请人:合肥英特电力设备有限公司