引言
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及技術(shù)的不斷進步,在某些重要的供電場合都配備了應(yīng)急電源。目前應(yīng)急電源主要有UPS,EPS應(yīng)急電源,柴油機發(fā)電機組三種。這三種應(yīng)急電源都有自己的特點和應(yīng)用場合。EPS應(yīng)急電源是允許短時電源中斷的應(yīng)急電源裝置。近年來,含蓄電池的EPS作為應(yīng)急電源被廣泛應(yīng)用,尤其是被用做消防應(yīng)急電源。下圖是EPS的結(jié)構(gòu)簡圖,當市電斷電時,互投裝置就會切換到由蓄電池組逆變出的交流電源。
市電輸入蓄電池組互投裝置整流充電器用戶負載逆變器交流配電
電池巡檢儀系統(tǒng)控制器
圖1
蓄電池組作為應(yīng)急電源的功率輸出單元,是應(yīng)急電源的核心部件,蓄電池組的工作狀態(tài)影響著它自身的壽命,同時必然對應(yīng)急電源的供電可靠性產(chǎn)生影響。為了提高電池的壽命以及EPS供電的可靠性,必須對電池組電壓以及單體電池電壓進行監(jiān)測,以實現(xiàn)電池組的合理充放電。上圖中的電池巡檢儀是應(yīng)急電源(EPS)的檢測管理控制設(shè)備,就是用于實現(xiàn)在線檢測蓄電池組電壓等功能的。本論文著重闡述一下蓄電池組電壓的檢測。為了不將電網(wǎng)的噪聲引入巡檢儀中的單片機系統(tǒng),所以必須將噪聲信號與單片機系統(tǒng)隔離開來。線性模擬光藕HCNR201正好能滿足這一要求,同時在電壓的測量精度上還具有很高的精度。
1、線性模擬光耦HCNR201結(jié)構(gòu)及工作原理 圖2
HCNR201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示包括一只高性能的AlGaAs型發(fā)光二極管(圖2中的LED),兩只極其相似的光電二極管(圖2中的PD1和PD2),當LED中流過電流時其所發(fā)出的光會在PD1,PD2中感應(yīng)出正比于LED發(fā)光強度的光電流和,其中,和滿足以下關(guān)系:
FI1PDI2PDIFI1PDI2PDI
..............................(1)FPDIKI11=
FPDIKI22=..............................(2)
12PDPDIIK=..............................(3)
式中,分別為輸入輸出光電二極管的電流傳輸比,其典型值均為0.5%左右。因為一般在1~20mA之間,所以一般在50uA以下;K被定義為傳輸增益,當一只HCNR201被制造出來時,K就是一個固定的值了,HCNR201的K值約為1±0.05。再加上PD1,PD2的安裝位置的性以及元件*的封裝設(shè)計保證了HCNR201的高線性和增益的穩(wěn)定性。1K2KFI21,PDPDII
2、硬件電路的設(shè)計
蓄電池組是由16節(jié)12V的鉛酸蓄電池組成。該硬件電路如圖3所示,它主要由三部分組成。*部分是精密電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和*級運放。第二部分是第二級運放它通過HCNR201組成的負反饋網(wǎng)絡(luò)。第三部分是第三級運放它將電流轉(zhuǎn)換成電壓。
圖3
圖中的網(wǎng)絡(luò)屬性B+,B-代表蓄電池組的正負極,HCNR201的前半部分采用Vcc1供電,后半部分采用Vcc供電,這樣充電器的各種干擾信號不會引入到光耦后端的系統(tǒng),Vcc,Vcc1都是5V電源。Vcc是交流220V變換得來的,Vcc1是通過單節(jié)蓄電池變換得來的。R1,R2,R3組成精密電阻分壓網(wǎng)絡(luò),將蓄電池組192V的電壓轉(zhuǎn)換成0~3.3V(第三片運放的輸出端接至MSP430F149的A/D接口).*片運放做電壓跟隨器用,在這里這一級運放是必須加的,U1輸出的電壓雖然與R3上的電壓相等,但電壓跟隨器起到了降低阻抗的作用,避免了后級對R3的影響。電阻起限流作用,根據(jù)公式6R
616.1RVIccF−=.................................(4)
6R一般取幾百歐,該設(shè)計中選取了200歐。
該設(shè)計中的運放都是選用的高精度運放LMV321。下面分析一下HCNR201的工作工程,我們將U1的電壓輸出設(shè)為,對于運放U2,根據(jù)虛短原則,我們可得1V
=1PDI51RV..............................(5)
運放U3的輸出電壓我們設(shè)為Vo,對于運放U3,根據(jù)虛斷原則,我們可得
72*RIVPDo=..............................(6)
再考慮(3)式可得
75171****RRVKRIKVPDo==..............(7)
在本論文中,所以可得Ω==KRR10075
11==KVVo.................................(8)
所以此電路設(shè)計可以實現(xiàn)輸入與輸出的線性變化,經(jīng)過標定后能準確測得輸入模擬量的值。
3、總結(jié)
本文主要論述了電池巡檢儀中一種新的電壓檢測方法,它的硬件電路主要由線性模擬光耦HCNR201和高精度運放LMV321組成。該設(shè)計經(jīng)過在現(xiàn)場的測試,電壓測量精度達到了%3≤的國家標準,并且長時間運行可靠,所以該設(shè)計值得推廣。