一种超大宽压输出的恒功率智能应急电源的制作方法

1.本发明涉及应急电源技术领域，具体涉及一种超大宽压输出的恒功率智能应急电源。


背景技术：

2.灯具电气部分由led driver和led lamp两部分组成，通过此灯具实现应急功能时，一般有两种方案，一种如图1所示的方案1，方案1是将led driver和lamp断开，接上一个应急包(含应急电源和应急电池)，有市电时，应急包控制内部开关将图1中的线
①
和线
②
连接起来，在市电断开时，断开线
①
和线
②
，应急包直接输出，点亮led lamp；另一种如图2所示的方案2，方案2直接在led driver输入端接入应急包，有市电时，应急包输出交流信号驱动led driver点亮led灯，在市电断开时，应急包输出高压直流信号驱动led driver点亮led灯。
3.方案1应急电源一般为恒流电源，应用在不同灯具上，由于led灯珠串并数不一样，输出电压不一样，应急功率也就不一样，而方案2应急电源很难控制应急功率，要不全功率输出，要不要求灯具有调光信号，降功率输出，这样在不同应用场合要求选择不同方案的应急电源时，无法做到同一个应急电源同时兼容方案1和方案2两种驱动方式，且电池类型单一，由于不同电池，电池电压平台和管理方式不一样，很难在同一个应急电源上同时兼容所有电池。


技术实现要素：

4.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种超大宽压输出的恒功率智能应急电源，该恒功率智能应急电源具有超大宽压输出，输出电压范围为10－500vdc，可以覆盖大部分led lamp的电压范围，同时该恒功率智能应急电源可以选择不同输出多种功率，且输出功率恒定，同时兼容两种驱动方式，可以选择方案1的方式，驱动led lamp，也可以选择方案2的方式，驱动leddriver。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种超大宽压输出的恒功率智能应急电源，其特征在于，包括应急驱动电路、电池与灯具电源，所述应急驱动电路包括电池开关控制电路、pwm功率调节电路、升压电路、升压控制电路、过压保护电路、过流保护电路、电压采样电路、电流采样电路、输出电流反馈电路、功率补偿电路与功率选择电路；
7.所述电池的正极与电池开关控制电路输入端连接，所述电池开关控制电路的输出端与升压电路的输入端连接，所述升压控制电路的输出端与升压电路输入端连接，所述升压电路的输出端与灯具电源的正极连接，且过压保护电路的输入端与电压采样电路的输入端均与升压电路的输出端连接；
8.所述电池负极与灯具电源负极连接，且电流采样电路输入端与功率补偿电路输入端均与灯具电源负极连接，所述电流采样电路输出端与过流保护电路的输入端连接，所述
过流保护电路与过压保护电路两者输出端连接并均与升压控制电路输入端连接；
9.所述功率补偿电路输出端与输出电流反馈电路输入端连接，所述输出电流反馈电路输出端与升压控制电路的输入端连接，且功率选择电路输出端与输出电流反馈电路出入端连接，所述pwm功率调节电路输出端与升压控制电路输入端连接，输入端为电池，输出端可以为led灯或灯具电源，当需要应急时，打开电池控制开关，电池对外输出，升压控制电路控制升压电路将电池升压到led灯导通钳位电压或灯具电源所需电压，功率选择电路和功率补偿电路通过输出电流反馈电路将输出电流反馈到升压控制电路，升压控制电路内部根据电流的大小来进行功率调整，同时，通过电压采样电路与电流采样电路采集输出端的电压和电流信号，若出现过压或过流现象，将信息反馈给升压控制电路，使其对电路进行保护，在应急过程中，由于电池电压的变化，为了保证恒功率输出，应急电源根据不同电池的放电曲线特性，通过一定算法，通过pwm功率调节电路输出pwm信号于升压控制电路，对输出功率进行微调，从而达到同一电源满足兼容不同电池类型的效果。
10.进一步在于：还包括电池低压检测电路，所述电池低压检测电路与电池开关电路双向连接，在应急输出过程中，电池低压检测电路检测到电池电压过低，则关断电池控制开关，停止应急。
11.进一步在于：所述应急驱动电路的输出电压范围为10－500vdc，可适应大部分led lamp的电压范围，可以直接以方案1的方式进行驱动，且由于本电源可以输出高压，输出高压直流可等效为led driver输入端交流电压，这样可以直接以方案2的方式进行驱动。
12.进一步在于：还包括单片机控制电路，所述单片机控制电路具有定时间器功能与adc采样功能，单片机控制电路具备高性能cpu内核、大容量存储单元和丰富的片内外设，通过软件编程实现对电源系统进行管理，在启动定时间器功能时，可统计系统运行时间，系统可以在设定时间内自行对电池进行充放电管理，在启动adc采样功能时，可以实现对电池电压电流、输出电压电流等数据进行采集，然后通过数据分析得出电源系统的健康状态。
13.进一步在于：所述单片机控制电路设置有指示灯，所述指示灯用于显示电源健康状态，可以将电源系统的健康状态以指示灯方式显示出来，且可以设置显示器，这样可以通过显示器对电源系统的健康状态进行进一步的展示。
14.进一步在于：还包括串行接口与dali接口，所述串行接口用于接收bt、wifi无线模块，所述dali接口用于与dali收发电路模块连接，串行接口可以接收bt、wifi等无线模块，系统数据可通过无线模块上传到服务器端，而当需要以dali方式进行数据传输的时候，可以将dali收发电路模块插入到dali接口，系统单片机可自动识别到dali模块，然后运行dali标准协议，对数据进行处理与传输，从而将多个功率智能应急电源进行云监控统一管理。
15.进一步在于：所述电池类型可以为镍铬、镍氢、磷酸铁锂、三元锂电池。
16.进一步在于：所述升压控制电路包括升压型大功率恒流驱动控制芯片，所述升压型大功率恒流驱动控制芯片内部设置有误差放大器、pwm比较器、电感峰值电流限流、固定关断时间控制电路、pwm逻辑、功率管驱动与基准多个电路单元，芯片通过fb管脚来采样led输出电流，系统处于稳态时fb管脚电压vfb恒定在250mv，当vfb电压低于250mv，误差放大器的输出电压即comp管脚电压升高，从而使得在功率管导通期间电感的峰值电流增大，因此增大了输入功率，vfb电压将会升高，反之当vfb电压高于250mv，误差放大器的输出电压会
逐渐降低，使得在功率管导通期间电感的峰值电流减少，增大输入功率，vfb电压随之降低，从而实现应急恒功率输出。
17.本发明的有益效果：
18.1、该恒功率智能应急电源具有超大宽压输出，输出电压范围为10－500vdc，可以覆盖大部分led lamp的电压范围，同时该恒功率智能应急电源可以选择不同输出多种功率，且输出功率恒定，同时兼容两种驱动方式，可以选择方案1的方式，驱动led lamp，也可以选择方案2的方式，驱动led driver；
19.2、该恒功率智能应急电源通过一定软件算法，自适应不同电池类型，从而兼容不同电池类型，该恒功率智能应急电源可以实现电池充放电管理、时间管理、健康状态实时监测、自我保护(过压、过流、过充、过放、过温等保护功能)、状态显示，同时可以将功率智能应急电源可以通过无线方式或有线方式将多个灯具进行云统一管理，进行云监控。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
21.图1是方案1流程示意图；
22.图2是方案2流程示意图；
23.图3是本发明中的应急驱动电路框图；
24.图4是本发明中的应急驱动电路示意图；
25.图5是本发明中的功率选择与补偿电路示意图；
26.图6是本发明中的单片机控制电路示意图；
27.图7是本发明中的dali收发电路模块示意图；
28.图8是本发明中的电池兼容方法流程框图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-8所示，一种超大宽压输出的恒功率智能应急电源，其特征在于，包括应急驱动电路、电池与灯具电源，所述应急驱动电路包括电池开关控制电路、pwm功率调节电路、升压电路、升压控制电路、过压保护电路、过流保护电路、电压采样电路、电流采样电路、输出电流反馈电路、功率补偿电路与功率选择电路；
31.所述电池的正极与电池开关控制电路输入端连接，所述电池开关控制电路的输出端与升压电路的输入端连接，所述升压控制电路的输出端与升压电路输入端连接，所述升压电路的输出端与灯具电源的正极连接，且过压保护电路的输入端与电压采样电路的输入端均与升压电路的输出端连接；
32.所述电池负极与灯具电源负极连接，且电流采样电路输入端与功率补偿电路输入端均与灯具电源负极连接，所述电流采样电路输出端与过流保护电路的输入端连接，所述过流保护电路与过压保护电路两者输出端连接并均与升压控制电路输入端连接；
33.所述功率补偿电路输出端与输出电流反馈电路输入端连接，所述输出电流反馈电路输出端与升压控制电路的输入端连接，且功率选择电路输出端与输出电流反馈电路出入端连接，所述pwm功率调节电路输出端与升压控制电路输入端连接，输入端为电池，输出端可以为led灯或灯具电源，当需要应急时，打开电池控制开关，电池对外输出，升压控制电路控制升压电路将电池升压到led灯导通钳位电压或灯具电源所需电压，功率选择电路和功率补偿电路通过输出电流反馈电路将输出电流反馈到升压控制电路，升压控制电路内部根据电流的大小来进行功率调整，同时，通过电压采样电路与电流采样电路采集输出端的电压和电流信号，若出现过压或过流现象，将信息反馈给升压控制电路，使其对电路进行保护，在应急过程中，由于电池电压的变化，为了保证恒功率输出，应急电源根据不同电池的放电曲线特性，通过一定算法，通过pwm功率调节电路输出pwm信号于升压控制电路，对输出功率进行微调，从而达到同一电源满足兼容不同电池类型的效果。
34.还包括电池低压检测电路，电池低压检测电路与电池开关电路双向连接，在应急输出过程中，电池低压检测电路检测到电池电压过低，则关断电池控制开关，停止应急。应急驱动电路的输出电压范围为10－500vdc，可适应大部分led lamp的电压范围，可以直接以方案1的方式进行驱动，且由于本电源可以输出高压，输出高压直流可等效为led driver输入端交流电压，这样可以直接以方案2的方式进行驱动。
35.还包括单片机控制电路，单片机控制电路具有定时间器功能与adc采样功能，单片机控制电路具备高性能cpu内核、大容量存储单元和丰富的片内外设，通过软件编程实现对电源系统进行管理，在启动定时间器功能时，可统计系统运行时间，系统可以在设定时间内自行对电池进行充放电管理，在启动adc采样功能时，可以实现对电池电压电流、输出电压电流等数据进行采集，然后通过数据分析得出电源系统的健康状态。
36.单片机控制电路设置有指示灯，指示灯用于显示电源健康状态，可以将电源系统的健康状态以指示灯方式显示出来，且可以设置显示器，这样可以通过显示器对电源系统的健康状态进行进一步的展示。
37.还包括串行接口与dali接口，串行接口用于接收bt、wifi无线模块，dali接口用于与dali收发电路模块连接，串行接口可以接收bt、wifi等无线模块，系统数据可通过无线模块上传到服务器端，而当需要以dali方式进行数据传输的时候，可以将dali收发电路模块插入到dali接口，系统单片机可自动识别到dali模块，然后运行dali标准协议，对数据进行处理与传输，从而将多个功率智能应急电源进行云监控统一管理。电池类型可以为镍铬、镍氢、磷酸铁锂、三元锂电池。
38.升压控制电路包括升压型大功率恒流驱动控制芯片，升压型大功率恒流驱动控制芯片(如图4中u6)内部设置有误差放大器、pwm比较器、电感峰值电流限流、固定关断时间控制电路、pwm逻辑、功率管驱动与基准多个电路单元，芯片通过fb管脚来采样led输出电流，系统处于稳态时fb管脚电压vfb恒定在250mv，当vfb电压低于250mv，误差放大器的输出电压即comp管脚电压升高，从而使得在功率管导通期间电感的峰值电流增大，因此增大了输入功率，vfb电压将会升高，反之当vfb电压高于250mv，误差放大器的输出电压会逐渐降低，使得在功率管导通期间电感的峰值电流减少，增大输入功率，vfb电压随之降低，从而实现应急恒功率输出。
39.对于恒功率调节的方法，如图5所示，其为同相运算放大器电路，设rx为j2拨码选
择的r21-r24电阻组合与r25电阻并联的等效电阻，设ry＝r8+r13，所以由于目的是要vfb动态恒定在250mv，那么也必须要求动态恒定，图5中的z1、r11、r12组成一个功率补偿电路，out-端的电压v
out-通过功率补偿电路得到调整，在应急过程中，当v
bat#
随着电池电压v
bat+
降低，v
out-得以补偿变大，这样vin值动态恒定，与此同时，输出电流(见图4,设rz为r54、r55、r56的并联值)，也跟随着变大，那么电池总的输出功率p
bat
＝v
bat
×iout
趋于恒定状态；
40.对于恒功率选择方法，如图5所示，j2为两位拨码选择开关，可以进行四种拨码选择，r21-r24相应就有四种电阻组合，其组合就决定了r
x
值。由于
41.(式中v
z1
为图5中z1二极管的压降)
[0042][0043]
p
bat
＝v
bat
×iout
[0044]
从四个公式可以推导出，选择了r
x
值，也就确定了电池总的输出功率，当需要有更多种功率可选择，只要增加拨码位数和电阻个数，当然也可通过数字电位器进行任意阻值的设置；
[0045]
对于宽压输出设定方法，见图4，z4、z5二极管组成最大输出电压限定电路，当输出电压超过限定电压，z4、z5反向击穿导通，升压控制电路检测电压过载，就会停止输出，在需要调整最大输出电压时，只要调整z4、z5两个二极管的参数即可；
[0046]
对于兼容不同电池类型实现方法，该恒功率智能应急电源主要通过硬件拨码和软件算法来实现(如图8)，在开始工作后，先识别输出功率拨码位置，再识别电池类型拨码位置，若为镍铬(nicd)或镍氢(nimh)电池，则计算镍铬(nicd)或镍氢(nimh)电池参数，然后开启镍铬(nicd)或镍氢(nimh)电池管理，若为磷酸铁锂(lifepo4)电池，则计算磷酸铁锂(lifepo4)电池参数，然后开启磷酸铁锂(lifepo4)电池管理，若为三元锂电池，则计算三元锂电池参数，然后开启三元锂电池管理，若为钛酸锂电池，则计算钛酸锂电池参数，然后开启钛酸锂电池管理。
[0047]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。