一种基于数字控制系统充放电双向数字电源的制作方法

1.本实用新型涉及双向电源控制领域，特别涉及一种基于数字控制系统充放电双向数字电源。


背景技术：

2.基站信号发射平时主要由ac
‑
dc模块电源或者电力系统供电，旧的解决正常使用场景时候在dc总线直接挂载铅酸电池，当供电异常时候可以通过铅酸电池反相给基站负载实现无缝供电，目前由于国家在电池领域的创新，通过锂电池来替代铅酸电池模块，由于锂电池特性，直接挂载在总线上面由于锂电池电压限制存在非常大的安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种基于数字控制系统充放电双向数字电源，旨在解决基站系统中电力供电系统出现异常时候能够快速无缝切换备用供电系统以及电力系统正常情况下可以实现备用电池充电的问题。
4.本实用新型提供一种基于数字控制系统充放电双向数字电源，包括dc供电总线模块、pc上位机控制系统、双向数字电源模块、电池端、基站负载端，所述dc供电总线模块包括dc供电源、dc总线，所述dc供电源通过dc总线连接基站负载端并给其供电，所述电池端连接双向数字电源模块，所述双向数字电源模块连接dc总线，所述pc上位机控制系统连接双向数字电源模块并建立通讯。
5.作为本实用新型的进一步改进，所述pc上位机控制系统向双向数字电源模块设定模式、输出参数以及开关指令。
6.作为本实用新型的进一步改进，所述电池端充电模式时，所述双向数字电源模块通过dc总线供电给输出电池端先进行恒流充电在恒压充电；所述电池端放电模式时，所述双向数字电源模块通过电池端给dc总线进行恒压放电。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述双向数字电源模块包括buck
‑
boost数字电源，电源端到电池端充电时所述buck
‑
boost数字电源包括由mos管q10、q9构成的dc总线端buck占空比电路、由mos管q5、q11构成的dc总线端buck互补电路、由mos管q8、q7构成的电池端boost互补电路、由mos管q6、q12构成的电池端boost占空比电路、储能电感线圈l3，所述电源端dc由mos管q10、q9、mos管q5、q11以及储能电感l3构成的buck电路，所述电池端q6、q12、mos管q8、q7以及储能电感l3构成boost电路。电池端到电源端放电模式时所述buck
‑
boost数字电源包括由mos管q10、q9构成的dc总线端boost占空比电路、由mos管q5、q11构成的dc总线端boost互补电路、由mos管q8、q7构成的电池端buck占空比电路、由mos管q6、q12构成的电池端buck互补电路、储能电感线圈l3，所述电池端dc由mos管q8、q7、mos管q6、q12以及储能电感l3构成的buck电路，所述电源端q5、q11、mos管q9、q10以及储能电感l3构成boost电路。
8.4.作为本实用新型的进一步改进，所述电池端充电模式时，全局分为四种充电工
作模式，所述四种充电工作模式包括status＝0模式，纯降压，即dc总线端输入电压远大于电池端；status＝1模式，固定升压占空比，调整降压占空比，即dc总线输入电压接近电池端电压；status＝2模式，固定降压占空比，调整升压占空比，即dc总线输入电压接近电池端电压；status＝3模式，纯升压，即dc输入端总线电压远低于电池端电压；
9.其中，status＝0时，当dc总线端输入电压远大于电池端输出电压时降压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7常开，mos管q12、q6常闭；
10.status＝1时，当dc总线端输入电压接近电池端输出电压先降压在升压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，升压占空比固定，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路；
11.status＝2时，当dc总线端输入电压接近电池端输出电压先降压在升压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，降压占空比固定，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路；
12.status＝3时，当dc总线端输入电压远小于电池端输出电压时升压：mos管q10、q9常开，mos管q5、q11常闭，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路。
13.5.作为本实用新型的进一步改进，所述电池端放电模式时，全局分为四种放电工作模式，所述四种放电工作模式包括status＝0模式，纯降压，即dc总线端输入电压远大于电池端，status＝1模式，固定升压占空比，调整降压占空比，即dc总线输入电压接近电池端电压，status＝2模式，固定降压占空比，调整升压占空比，即dc总线输入电压接近电池端电压，status＝3模式，纯升压，dc输入端总线电压远低于电池端电压；
14.status＝0时，当电池端输入电压远大于dc总线端输出电压时降压：mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q8、q7导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q12、q6与电感线圈l3组成放电回路，mos管q10、q9常开，mos管q5、q11常闭；
15.status＝1时，当电池端输入电压接近dc总线端输出电压时先降压在升压：mos管q7、q8与mos管q6、q12互补导通，正半周mos管q6、q12与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q7、q8与电感线圈l3组成放电回路，mos管q9、q10与mos管q5、q11互补导通，升压占空比固定，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q9、q10与电感线圈l3组成放电回路；
16.status＝2时，当电池端输入电压接近dc总线端输出电压时先降压在升压：mos管q7、q8与mos管q6、q12互补导通，降压占空比固定，正半周mos管q7、q8与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q6、q12与电感线圈l3组成放电回路，mos管q9、q10与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q9、q10与电感线圈l3组成放电回路；
17.status＝3时，当电池端输入电压远小于dc总线端输出电压时：mos管q8、q7常开，
mos管q12、q6常闭，mos管q5、q11与mos管q10、q9互补导通，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成放电回路。
18.作为本实用新型的进一步改进，所述pc上位机控制系统通过数字pid环路算法与双向数字电源模块交互。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述pc上位机控制系统通过动态调整死区启动数字pid环路算法。
20.作为本实用新型的进一步改进，所述电池端为锂电池或铅酸电池。
21.本实用新型的有益效果是：双向数字电源系统可以通过基站dc总线安全可靠的对电池进行恒流充电，通过上位机系统直观反映当前充电状态，可以量化当前电池充放电的数据，各种欠压、过压、过流、欠流、反接，短路等等保护功能，更可靠的对电池进行充放电。
附图说明
22.图1是本实用新型中双向dc
‑
dc数字电源的系统框架图；
23.图2是本实用新型中双向数字电源buck
‑
boost数字电源的电路图。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
25.本实用新型主要通过rs485总线设定电源参数可以实现对电池(锂、铅酸)恒流充电以及dc总线异常时候可以通过电池反相对dc总线进行恒压放电。主要应用于当前基站供电解决方案，确保供电异常时候进行无缝切换供电保证基站正常运行。
26.如图1所示，本实用新型的一种基于数字控制系统充放电双向数字电源，包括dc供电总线模块、pc上位机控制系统1、双向数字电源模块2、电池端3、基站负载端4，dc供电总线模块包括dc供电源5、dc总线6，dc供电源5通过dc总线6连接基站负载端4并给其供电，电池端3连接双向数字电源模块2，双向数字电源模块2连接dc总线6，pc上位机控制系统1连接双向数字电源模块2并建立通讯。pc上位机开启与双向数字电源通讯并设定模式、输出参数以及开关指令，上位机系统可以量化当前整个系统中的电流电压。电池端3为锂电池或铅酸电池。通过双向数字电源控制系统主要解决基站正常供电给电池充电以及供电异时通过数字电源给dc总线放电，保证基站系统正常运行。
27.电池端3充电模式时，双向数字电源模块2通过dc总线6供电给输出电池端进行恒流充电；电池端3放电模式时，双向数字电源模块2通过电池端给dc总线6进行恒压放电。dc总线6供电正常时通过双向数字电源模块2进行充电操作，dc总线6供电异常时电池端通过双向数字电源模块2进行放电操作。
28.具体的充放电过程如图2所示，buck
‑
boost数字电源的从左侧到右侧表示充电即输入dc总线6通过数字电源给电池实现充电，从右侧到左侧表示放电表示输入dc总线6跌落或者上位机发送充电指令通过数字电源反相给dc总线进行恒压放电。buck
‑
boost数字电源包括由mos管q10、q9构成的dc总线端正半周电路、由mos管q5、q11构成的dc总线端正半周电路、由mos管q8、q7构成的电池端正半周电路、由mos管q6、q12构成的电池端正半周电路、电感线圈l3，dc总线端正半周电路、dc总线端负半周电路分别连接在电感线圈l3的一端，电池
端正半周电路、电池端负半周电路分别连接在电感线圈l3的另一端。
29.在buck
‑
boost数字电源从左侧到右侧充电时，分为四种情况：
30.status＝0，当dc总线端输入电压远大于电池端输出电压时降压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7常开，mos管q12、q6常闭；
31.status＝1，当dc总线端输入电压接近电池端输出电压先降压在升压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，升压占空比固定(demo 10％～20％之间任意值都可以具体根据死区以及项目调整最优值)，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路；
32.status＝2，当dc总线端输入电压接近电池端输出电压先降压在升压：mos管q10、q9与mos管q5、q11互补导通，降压占空比固定(demo 10％～20％之间任意值都可以固定根据死区以及项目调整最优值)，正半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q5、q11与电感线圈l3组成放电回路，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路；
33.status＝3，当dc总线端输入电压远小于电池端输出电压时升压：mos管q10、q9常开，mos管q5、q11常闭，mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q12、q6导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q8、q7与电感线圈l3组成放电回路。
34.在buck
‑
boost数字电源从右侧到左侧放电时，分为四种情况：
35.status＝0，当电池端输入电压远大于dc总线端输出电压时降压：mos管q8、q7与mos管q12、q6互补导通，正半周mos管q8、q7导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q12、q6与电感线圈l3组成放电回路，mos管q10、q9常开，mos管q5、q11常闭；
36.status＝1，当电池端输入电压接近dc总线端输出电压时先降压在升压：mos管q7、q8与mos管q6、q12互补导通，正半周mos管q6、q12与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q7、q8与电感线圈l3组成放电回路，mos管q9、q10与mos管q5、q11互补导通，升压占空比固定(demo10％～20％之间任意值都可以具体根据死区以及项目调整最优值)，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q9、q10与电感线圈l3组成放电回路；
37.status＝2，当电池端输入电压接近dc总线端输出电压时先降压在升压：mos管q7、q8与mos管q6、q12互补导通，降压占空比固定(demo10％～20％之间任意值都可以固定根据死区以及项目调整最优值)，正半周mos管q7、q8与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q6、q12与电感线圈l3组成放电回路，mos管q9、q10与mos管q5、q11互补导通，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q9、q10与电感线圈l3组成放电回路；
38.status＝3，当电池端输入电压远小于dc总线端输出电压时：mos管q8、q7常开，mos管q12、q6常闭，mos管q5、q11与mos管q10、q9互补导通，正半周mos管q5、q11导通与电感线圈l3组成充电回路，负半周mos管q10、q9与电感线圈l3组成放电回路。
39.整体系统软件通过数字pid环路算法，通过与上位机交互按照协议输出固定电压、固定电路，由于双向流通从左到右还是从右到左都有可能升压降压，整体将环路输出值放大2倍按照占空比200％设计思想，0～100占空比属于降压控制、100～200占空比属于升压，并且加入死区功能(上下对称管不能同时导通)，整体设计时候降压占空比小升压占空比大
导致电源供电电流较大，缓启动思路通过动态缩减死区方案来保证环路启动时候在mos管导通瞬间而出现瞬间大电流现象，通过动态调整死区的方案解决环路缓启动。降压升压通过环路无缝切换。
40.本实用新型主要解决了基站系统中电力供电系统出现异常时候能够快速无缝切换备用供电系统以及电力系统正常情况下可以实现备用电池充电，由于锂电池使用的场景越来越多，以前直接将铅酸电池直接挂载在dc母线电压进行充电放电，而锂电池电压容量限制问题，不能直接锂电池挂载dc母线电压上面，所以推出当前双向数字电源系统，兼容新旧两种方案，可以量化当前电池充放电的数据，各种欠压、过压、过流、欠流、反接，短路等等保护功能，可以更可靠的对电池进行充放电。
41.本实用新型引入双向buck
‑
boost非隔离dc
‑
dc(40～60v)数字电源模块，双向dc
‑
dc模块可以通过rs485总线或者can总线通过指令设定(输出电压)、(输出电流)、(充电放电模式设定)以及(开启输出、关闭输出模块)等等协议可以通过基站dc总线安全可靠的对锂电池进行恒流充电，通过上位机系统可以直观反映当前充电状态，当供电异常时电池端(锂电池或者铅酸电池)通过dc
‑
dc模块可以对dc总线进行恒压放电，由于恒流充电时候具有过压、欠压、过流、欠流、短路、反接保护功能，当达到输出截止电压时候自动切换输出确保锂电池电池安全有效的充电，同样也兼容以前铅酸电池充电。当基站dc总线供电异常时候，电池可以通过dc
‑
dc模块可以无缝的对dc总线进行反向供电，这样使用基站信号用户感觉不出来基站供电已经异常了，信号也不会因此中断而造成不必要的损失。
42.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。