一种数字式热电池模拟直流电源的制作方法

本发明涉及一种直流电源产品，尤其涉及一种数字式热电池模拟直流电源。

背景技术：

热电池是50至60年代发展起来的一种熔融盐电解质储备式电池，由于它具有较高的比能量和比功率，且能在各种恶劣的环境下正常工作，因此在航空产品中得到广泛应用。由于热电池属于一次使用不可逆的化学电源，在航空产品的开发阶段，直接应用热电池进行频繁的产品测试将产生难以承受的成本消耗，因此，能够代替热电池进行测试的设备成为必不可少的实验工具。目前，常采用输出特性接近热电池工作曲线的直流电源进行产品测试。为了能够更好的模拟电池的工作，很多实验室采用内置电阻产生固定内阻或者使用复杂的分析系统记录热电池实际工作电压曲线，再形成模拟控制信号控制电源输出的办法，能够一定程度上模拟热电池的输出特性。

但内置电阻方式或依照实际工作曲线输出的办法都存在一定的不足：

1、内置电阻方式的内阻是固定的，内阻参数更改困难，不适合针对不同型号热电池进行模拟的应用场合；

2、使用分析系统记录热电池实际工作电压曲线，再形成模拟控制信号控制电源输出的办法解决了针对不同型号热电池进行模拟的应用场合，但是模拟器的输出电压曲线是固定的，无法模拟负载发生变化时热电池的工作特性，不适合负载随机变化的应用场合。

技术实现要素：

本发明的目的是在不需要内置电阻、也不需要外围分析系统的前提下，只需要通过人机交互界面简单的设置热电池工作参数(初始开路电压ui、终止开路电压uf、内阻r、激活时间tr、工作时间ton)，数字控制cpu自动根据设定参数生成开路工作特性曲线，并根据输出电流io和内阻r实时调整带载工作曲线，实现具有热电池输出特性的直流电源，其优势在于能自动实时调整工作特性，允许用户更改工作参数，同时还具有记忆多组热电池工作参数的能力，满足了热电池应用场合的研发和测试要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种数字式热电池模拟直流电源，包括ac-dc变换器(1)、舵机负载(2)、辅助控制电路(3)、人机交互cpu(5)，还包括数字控制cpu(4)。所述数字控制cpu包括电压控制环路(10)、热电池算法程序(11)。

所述辅助控制电路包括电压采样电路(6)、电流采样电路(7)、高速a/d(8)和驱动电路(9)。

电压采样电路采集ac-dc变换器输出电压信号uo，经比例运算后送往高速a/d；

电流采样电路采集ac-dc变换器输出电流信号io，经比例运算后送往高速a/d；

高速a/d采集输出电压、输出电流信号后经模/数转换后转换为数字信号送往数字控制cpu(4)，产生可以用于数字运算的电压、电流信号umon、imon；

驱动电路将来自数字控制cpu(4)的pwm信号转换为用于驱动ac-dc变换器的qd信号。

所述人机交互cpu包括显示模块(16)和按键扫描模块(17)。

显示模块用于接收数字控制cpu(4)送出的输出电压信号umon、输出电流imon以及用户设定的初始开路电压ui、终止开路电压uf、内阻r、激活实际tr、工作时间ton和运行时间t，并将数据呈现在人机交互界面。

按键扫描模块用于扫描用户的按键信息，并生成键值信息key送往数字控制cpu(4)。

所述热电池算法程序包含解析存储函数(12)、计时中断函数(13)、开路电压计算函数(14)和给定电压计算函数(15)。

解析存储函数用于接收按键扫描模块的键值信息key，对键值信息进行解析后产生相应的ui、uf、r、ton以及tr数据，将数据送往开路电压计算函数(14)、给定电压计算函数(15)进行数据运算，同时送往显示模块(16)进行数据显示，并根据用户设定进行数据存储；

计时中断函数用于产生运行时间数据t，将信号送往开路电压计算函数(14)进行数据运算，同时送往显示模块(16)进行数据显示；

开路电压计算函数收集来自解析存储函数(12)和计时中断函数(13)的数据，经过运算产生实时开路电压数据usc(t)送往给定电压计算函数(15)；

给定电压计算函数收集来自开路电压计算函数(14)、解析存储函数(12)和高速ad(8)的数据，经过运算产生实时给定电压数据uset(t)送往电压控制环路(10)；

电压控制环路收集来自高速ad(8)和给定电压计算函数(15)的数据，经过其内部的数字pid控制器运算后得到脉宽调制信号pwm送往驱动电路(9)。

附图说明

图1为本发明实施例的输出特性曲线

图2为本发明实施例的工作原理示意图

其中，附图标记

ui直流电源可调的初始开路电压

uf直流电源可调的终止开路电压

tr直流电源可调的激活时间

ton直流电源可调的工作时间

r直流电源可调的内阻

usc由设定参数运算得出的实时开路电压曲线

uset1，uset2，uset3负载不同时的实时给定电压曲线

uo，io直流电源输出电压、电流值

umon，imon数字控制cpu经高速a/d采集的输出电压、电流值

qdac-dc变换器驱动信号

t计时中断函数产生的时间值

usc(t)开路电压计算函数

uset(t)给定电压计算函数

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明的较佳实施例。

请一并参阅附图2，图2显示本发明实施例的工作原理示意图。

本发明涉及数字式热电池模拟直流电源。如图2所示，包括ac-dc变换器(1)、舵机负载(5)、辅助控制电路(3)、人机交互cpu(5)，还包括数字控制cpu(4)。本实施例的ac-dc变换器采用常规工频整流-高频逆变-高频整流变换器，最大输出功率为30kw，输出电压200v。

本实施例的辅助控制电路包括电压采样电路(6)、电流采样电路(7)、高速a/d(8)、驱动电路(9)；

人机交互cpu包括显示模块(16)和按键扫描模块(17)，本实施例的人机交互cpu采用atmel公司的8位单片机，稳定性高，接口丰富；

数字控制cpu选用ti公司的16位数字信号处理器，包括电压控制环路(10)、热电池算法程序(11)。其中，热电池算法程序包含解析存储函数(12)、计时中断函数(13)、开路电压计算函数(14)和给定电压计算函数(15)。

根据附图1和附图2具体说明本发明的优选实施例：

显示模块用于接收数字控制cpu(4)送出的输出电压umon、输出电流imon以及用户设定的初始开路电压ui、终止开路电压uf、内阻r、激活实际tr、工作时间ton和运行时间t，并将数据呈现在人机交互界面，按键扫描模块用于扫描用户的按键信息，并生成键值信息key送往数字控制cpu(4)，数字控制cpu通过解析存储函数用于接收按键扫描模块的键值信息key，对键值信息进行解析后产生相应的ui、uf、r、ton以及tr数据，将数据送往开路电压计算函数(14)、给定电压计算函数(15)进行数据运算，同时送往显示模块(16)进行数据显示，并根据用户设定进行数据存储；计时中断函数用于产生运行时间数据t，将信号送往开路电压计算函数(14)进行数据运算，同时送往显示模块(16)进行数据显示；开路电压计算函数收集来自解析存储函数(12)和计时中断函数(13)的ui、uf、tr、ton、t数据，经过运算函数usc(t)＝f(t，ui，uf，tr，ton)生成实时开路电压数据usc(t)，并将usc(t)送往给定电压计算函数(15)，实现直流电源输出特性的调整功能；给定电压计算函数收集来自开路电压计算函数(14)、解析存储函数(12)和高速ad(8)的usc(t)、imon、r数据，经过运算函数uset(t)＝f[usc(t)，imon，r]产生实时给定电压数据uset(t)送往电压控制环路(10)，实现依据舵机负载的变化实时调整自身工作特性的能力；电压控制环路收集来自高速ad(8)和给定电压计算函数(15)的umon、uset(t)数据，经过其内部的数字pid控制器运算后得到脉宽调制信号pwm送往驱动电路(9)；驱动电路将来自数字控制cpu(4)的pwm信号转换为用于驱动ac-dc变换器的qd信号，使ac-dc变换器依照数字控制cpu的工作逻辑进行输出，电压采样电路和电流采样电路分别采集ac-dc变换器输出电压信号uo以及输出电流信号io，经比例运算后送往高速a/d转换器，经模/数转换后转换为数字信号送往数字控制cpu(4)，产生可以用于数字运算及人机交互的电压、电流信号umon、imon。

通过上述工作逻辑，ac-dc变换器依照用户设定的热电池开路工作曲线进行工作，工作过程中再根据实时的舵机负载工作电流io实时调整输出特性曲线，实现了附图1所示的工作逻辑过程。

本实施例的有益效果是，在不需要内置电阻、也不需要外围分析系统的前提下，用户只需要通过直流电源的人机交互界面简单的设置热电池工作参数，即可实现直流电源输出特性曲线的调整，并且直流电源具备依据舵机负载的变化实时调整自身工作特性的能力，同时还具有记忆多组热电池工作参数的能力。