一種消防應急電源系統的製作方法

2023-04-23 19:47:01

一種消防應急電源系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種消防應急電源系統，其中，所述系統包括：市電輸入模塊；蓄電池，其與所述市電輸入模塊電連接，並為所述系統提供原始電源；用於實現三相逆變或單相逆變的逆變模塊，其與所述蓄電池相連；第一處理器模塊，其與所述逆變模塊電連接，以產生驅動所述逆變模塊的原始驅動信號；第二處理器模塊，其分別與所述市電輸入模塊、所述蓄電池、所述逆變模塊和所述第一處理器模塊電連接，以控制各個模塊正常運行。本實用新型設計的消防應急電源系統採用雙處理器，大大降低了系統的開發難度，與此同時還使得整個系統運行速度加快，故障率能得到很好的改善。
【專利說明】 一種消防應急電源系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種消防應急電源系統，尤其涉及一種雙處理器的消防應急電源系統。
【背景技術】
[0002]目前，消防應急電源系統大多採用一個處理器進行控制處理，同時在輸出端的驅動電路檢測到出現問題時，都要反饋給這個處理器進行判斷。當處理器出現問題時，就不能及時切斷所有輸出，導致一系列的問題。進一步的，由於系統的功能複雜，若全部加載到一個處理器上運行，不僅使得處理器的運算量龐大，而且一旦出現運行錯誤就會使得整個系統癱瘓。
實用新型內容
[0003]針對以上要解決的問題，本實用新型提出了一種新型的消防應急電源系統，其通過採用雙處理器模型，讓整個系統的運算程序分別加載到兩個處理器模塊上進行，不僅加快了運行速度，還能有效保障整個系統的安全運行。
[0004]本實用新型提供的技術方案為:
[0005]—種消防應急電源系統，其中，所述系統包括:市電輸入模塊；
[0006]蓄電池，其與所述市電輸入模塊電連接，並為所述系統提供原始電源；
[0007]用於實現三相逆變或單相逆變的逆變模塊，其與所述蓄電池相連；
[0008]第一處理器模塊，其與所述逆變模塊電連接，以產生驅動所述逆變模塊的原始驅動信號；
[0009]第二處理器模塊，其分別與所述市電輸入模塊、所述蓄電池、所述逆變模塊和所述第一處理器模塊電連接，以控制各個模塊正常運行。
[0010]優選的是，所述消防應急電源系統還包括:
[0011]用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電壓是否正常的電壓輸出檢測模塊，以及用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電流是否正常的電流輸出檢測模塊;其中，
[0012]所述電壓輸出檢測模塊電連接至所述第一處理器模塊，所述電流輸出檢測模塊電連接至所述第二處理器模塊。
[0013]優選的是，所述第一處理器模塊採用DSP晶片組成，所述第二處理器模塊採用單片機晶片組成。
[0014]優選的是，所述消防應急電源系統還包括:開關電源供電模塊，其分別與所述蓄電池、所述第二處理器模塊電連接。
[0015]優選的是，所述消防應急電源系統還包括:電源轉換模塊，其與所述開關電源供電模塊電連接，並轉換出不同等級的供第一處理器模塊以及第二處理器模塊正常工作的電源電壓。[0016]優選的是，所述消防應急電源系統還包括:蓄電池電壓採樣電路模塊，其分別與所述蓄電池和第二處理器模塊電連接，以實時監測所述蓄電池的電量。
[0017]優選的是，所述開關電源供電模塊包括:開關電源晶片和控制所述開關電源晶片啟閉的開關機自鎖電路；其中，
[0018]所述開關機自鎖電路採用雙光電耦合器組成；
[0019]其中第一光電耦合器的信號輸入端連接有一個按鈕開關，用於控制所述第一光電耦合器的光耦輸入，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片；
[0020]第二光電耦合器的信號輸入端連接到所述第二處理器模塊，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片。
[0021]優選的是，所述逆變模塊包括:至少兩個功率模塊和用於驅動所述至少兩個功率模塊的驅動電路:其中，所述功率模塊包含有兩個電連接的IGBT管；對於每一個IGBT管而言，其驅動電路包括:
[0022]一個光耦隔離驅動晶片，其分別與所述第一處理器模塊和所述第二處理器模塊電連接，以接收來自所述第一處理器模塊的驅動所述IGBT管的原始驅動信號，同時為所述第二處理器模塊反饋所述IGBT管的故障信號。
[0023]優選的是，所述驅動電路還包括:一個二極體，其陰極連接到所述光耦隔離驅動晶片的故障輸出端，陽極連接到所述光耦隔離驅動晶片的正向信號輸入端；其中，來自所述第一處理器模塊的驅動所述IGBT管的原始驅動信號在所述光耦隔離驅動晶片的反向信號輸出端送入。
[0024]本實用新型設計的消防應急電源系統主要通過設計雙處理器來解決單處理器運算量大，且一旦單處理器發生故障無法進行故障顯示的問題，讓整個系統的運算程序分別加載到兩個處理器模塊上進行，不僅加快了運行速度，還能有效保障整個系統的安全運行，進一步的降低了開發難度。同時，由於當DSP出現問題導致逆變輸出存在故障時，還能通過單片機向外匯報故障，並顯示出來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型所述消防應急電源系統的市電輸入模塊電路圖；
[0026]圖2為本實用新型所述消防應急電源系統的電壓輸出檢測模塊電路圖；
[0027]圖3為本實用新型所述消防應急電源系統的電流輸出檢測模塊電路圖；
[0028]圖4為本實用新型所述消防應急電源系統的開關電源供電模塊電路圖；
[0029]圖5為本實用新型所述消防應急電源系統的電源轉換模塊電路圖；
[0030]圖6為本實用新型所述消防應急電源系統的蓄電池電壓採樣電路模塊電路圖；
[0031]圖7為本實用新型所述消防應急電源系統的逆變模塊的其中一個功率模塊電路圖；
[0032]圖8為本實用新型所述消防應急電源系統的蓄電池與逆變模塊之間的電路圖；
[0033]圖9為本實用新型消防應急電源系統採用的雙處理器模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0035]如圖1-4所示，本實用新型提供一種消防應急電源系統，所述系統包括:市電輸入模塊；蓄電池，其與所述市電輸入模塊電連接(用於將市電電能儲存起來備用)，並為所述系統提供原始電源；用於實現三相逆變或單相逆變的逆變模塊，其與所述蓄電池相連；第一處理器模塊U3，其與所述逆變模塊電連接，以產生驅動所述逆變模塊的原始驅動信號;第二處理器模塊U4，其分別與所述市電輸入模塊、所述蓄電池、所述逆變模塊和所述第一處理器模塊電連接，以控制各個模塊正常運行。這裡，市電輸入模塊與蓄電池之間的電路連接並未示出，屬於現有技術，這裡不做詳細介紹。同時，這裡所述第一處理器模塊優先採用DSP晶片組成，所述第二處理器模塊優先採用單片機晶片組成，其中，單片機晶片作為主控晶片。本實用新型中，主要著重是提供應用在三相負載上的消防應急電源系統，即主要是三相逆變。而對於單相逆變，是同樣的原理。
[0036]具體來說，如圖1所示，給出了市電輸入模塊的電路設計圖，所述市電輸入模塊包括:三個第一變壓器(Tl，T2，T3)，在其輸入端採用三相四線的方法連接到市電，在其輸出端分別電連接一個第一整流器(D5，D6，D7)，即市電經過變壓器降壓後再經過整流器輸出直流信號，輸出的直流信號分別又經過第一限流電阻送入到第二處理器模塊。對於第一變壓器Tl而言，其第一限流電阻包括R7，R16 ;對於第一變壓器T2而言，其第一限流電阻包括R8，R17 ;對於第一變壓器T3而言，其第一限流電阻包括R10，R19。這裡所述市電輸入模塊將市電信號經變壓整流後送入到第二處理器模塊供第二處理器對市電是否正常進行檢測。
[0037]進一步的是，所述消防應急電源系統還包括:用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電壓是否正常的電壓輸出檢測模塊，以及用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電流是否正常的電流輸出檢測模塊；其中，所述電壓輸出檢測模塊電連接至所述第一處理器模塊U3，所述電流輸出檢測模塊電連接至所述第二處理器模塊U4。
[0038]具體來說，如圖2所示，所述電壓輸出檢測模塊包括:三個第二變壓器(T4，T5，T6)，其輸入端同樣採用三相四線的接法連接到所述消防應急電源的三相逆變輸出端，輸出端分別通過一個第二整流器(D8/D9/D10)、第二限流電阻連接到所述第一處理器模塊的信號輸入端。對於第二變壓器T4而言，其第二限流電阻包括R10，R19 ;對於第二變壓器T5而言，其第二限流電阻包括R11，R20 ;對於第二變壓器T6而言，其第二限流電阻包括R12，R21。這裡，所述電壓輸出檢測模塊將採集到的逆變輸出電壓供DSP進行檢測，以檢測三相逆變輸出電壓是否正常。
[0039]如圖3所示，所述電流輸出檢測模塊包括:三個第三整流器(Dll，D12，D13)，其輸入端連接所述消防應急電源的三相逆變輸出端，輸出端分別通過第三限流電阻連接到所述第二處理器模塊(單片機)的信號信號輸入端。對於Dll而言，其第三限流電阻包括R13，R22 ;對於D12而言，其第三限流電阻包括R14，R23 ;對於D13而言，其第三限流電阻包括R15，R24。這裡，所述電流輸出檢測模塊將採集到的逆變輸出電流供單片機進行檢測，以檢測三相逆變輸出電流是否正常。
[0040]綜上，本實用新型將消防應急電源的三相逆變輸出電壓，電流分別用單片機和DSP進行檢測，大大降低了採用單個處理器進行檢測的開發難度。
[0041]優選的是，本實用新型提供的消防應急電源系統還包括:開關電源供電模塊，其分別與所述蓄電池、所述第二處理器模塊電連接。具體來說，如圖4所示，所述開關電源供電模塊是以開關電源晶片ul為核心，以蓄電池為原始電源，並還設有獨特的開關機自鎖電路。其中，ul、u2、u3、u4分別為所述逆變模塊提供驅動電源，+24V為單片機和DSP提供原始轉換電源電壓(下面詳細介紹)。這裡，所述開關機自鎖電路主要採用雙光電耦合器組成；其中第一光電耦合器0P9的信號輸入端連接有一個按鈕開關0N，用於控制所述第一光電耦合器的光稱輸入，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片XY ;第二光電稱合器0P8的信號輸入端連接到所述第二處理器模塊(單片機P_ON管腳)，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片XY。同時，從圖中還可以看到，第二光電耦合器0P8的光耦輸入的設計不僅能夠預先檢測到單片機系統是否出現故障，而且還能在單片機系統發生運行錯誤時及時斷開開關電源供電模塊，避免了故障的擴大化。
[0042]上面提到，+24V為單片機和DSP提供原始轉換電源電壓，而單片機和DSP正常工作的電壓遠遠達不到24V，因此，本實用新型提供的消防應急電源系統中還包括:電源轉換模塊，其與所述開關電源供電模塊電連接，並轉換出不同等級的供第一處理器模塊以及第二處理器模塊正常工作的電源電壓。如圖5所示，其包括U8、U9、U10構成的電源電壓轉換電路，分別將24V轉換為VCCl (5V，僅為區分而已)，DSP3.3V，+5V。
[0043]這裡，由於蓄電池的電能是來自市電，所以要對蓄電池的電量進行檢測，因此本實用新型中所述消防應急電源系統還包括:蓄電池電壓採樣電路模塊，其分別與所述蓄電池和第二處理器模塊(單片機的ADCl)電連接，以實時監測所述蓄電池的電量。如圖6所示，其主要包括三個運算放大器U2A，U2B, U5A以及光耦晶片OPl。
[0044]如圖7所示，本實用新型提供的消防應急電源系統所包含的逆變模塊包括:三個功率模塊(PU P2、p3)【這裡僅給出對於一個功率模塊pi的具體示意圖，p2，p3類似】和用於驅動所述三個功率模塊的驅動電路:其中，所述功率模塊包含有兩個電連接的IGBT管(如何連接屬於現有技術，這裡不做詳解)；而對於每一個IGBT管而言，其驅動電路都包括:一個光耦隔離驅動晶片(以 OPl為例)，其分別與所述第一處理器模塊(PWMll)和所述第二處理器模塊(FAULT)電連接，以接收來自所述第一處理器模塊(DSP)的驅動所述功率管的原始驅動信號，同時為所述第二處理器模塊(單片機)反饋所述功率管的故障信號。對於驅動電路這部分，本實用新型所獨特的地方在於:當三個功率模塊中只要其中一個IGBT管出現過壓過流故障時，就會在不經過單片機響應的情況下及時切斷所有功率模塊中IGBT管的逆變輸出，這樣就能避免由於單片機響應不及時或是出現故障而導致其他功率模塊強行送電的情況。而具體的實現方式是:設計了一個二極體D3，其陰極連接到所述光耦隔離驅動晶片的故障輸出端，陽極連接到所述光耦隔離驅動晶片的正向信號輸入端VIN+;其中，來自所述第一處理器模塊的驅動所述功率管的原始驅動信號在所述光耦隔離驅動晶片的反向信號輸出端VIN-送入。即當IGBT管出現過壓過流故障時，其故障輸出管腳6就會輸出低電平，此時二極體D3導通，單片機正常情況下就會接收到該故障信號，同時由於光耦隔離驅動晶片的正向信號輸入端也會被拉低，就會使其光耦輸入受阻，導致來自DSP的驅動信號無法進入到光耦隔離驅動晶片，進而功率模塊Pl也不會有逆變輸出。
[0045]而上述的蓄電池與逆變模塊之間，何時進行逆變，是需要單片機進行實時檢測控制的，即單片機會隨時通過市電輸入模塊檢測市電是否出現異常，同時在市電正常的情況下控制市電對蓄電池進行充電，並通過蓄電池電壓採樣模塊對其充電情況進行檢測。而當單片機檢測到市電出現故障時，就會將蓄電池與逆變模塊之間的直流通路連通，該直流通路上設有一個主控制繼電器。具體來說，如圖8所示，其中包括有三個繼電器，分別為K1、K2、K3，由於單片機屬於弱電供電，要想控制驅動繼電器，需要增加驅動晶片U1，以提高單片機的外部驅動能力。這裡的Kl和Κ3，在市電正常情況下，吸合Κ3，並斷開Kl，控制蓄電池對外接電容Pl (C1，C2)充電，此時通過檢測C2端的電壓就能知道蓄電池的電量存儲情況。而當檢測到市電出現故障時，就會斷開K3，而使Kl吸合，Kl的吸合就會使得連接在P3上的外部主控制器將蓄電池與逆變模塊中的功率模塊直流迴路連通，這樣就會在單片機的控制下，啟動逆變模塊進行逆變，以發揮其作為備用電源的角色。
[0046]為了在消防應急電源的機柜上對系統的參數和運行狀況等進行顯示，本實用新型提供的消防應急電源系統還包括有顯示屏模塊，所述顯示屏模塊採用0CM12864-2LCD液晶顯示，並受到單片機模塊的控制進行正常顯示。最後圖9給出了本實用新型消防應急電源系統採用的雙處理器模塊，分別採用單片機和DSP晶片實現。
[0047]本實用新型設計的消防應急電源系統主要通過設計雙處理器來解決單處理器運算量大，且一旦單處理器發生故障無法進行故障顯示的問題，讓整個系統的運算程序分別加載到兩個處理器模塊上進行，不僅加快了運行速度，還能有效保障整個系統的安全運行，進一步的降低了開發難度。同時，由於當DSP出現問題導致逆變輸出存在故障時，還能通過單片機向外匯報故障，並顯示出來。
[0048]儘管本實用新型的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本實用新型的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本實用新型並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。
【權利要求】
1.一種消防應急電源系統,其特徵在於,所述系統包括:市電輸入模塊； 蓄電池，其與所述市電輸入模塊電連接，並為所述系統提供原始電源； 用於實現三相逆變或單相逆變的逆變模塊，其與所述蓄電池相連； 第一處理器模塊，其與所述逆變模塊電連接，以產生驅動所述逆變模塊的原始驅動信號; 第二處理器模塊，其分別與所述市電輸入模塊、所述蓄電池、所述逆變模塊和所述第一處理器模塊電連接，以控制各個模塊正常運行。
2.如權利要求1所述的消防應急電源系統，其特徵在於，還包括: 用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電壓是否正常的電壓輸出檢測模塊，以及用於檢測所述逆變模塊的三相或單相逆變輸出電流是否正常的電流輸出檢測模塊;其中， 所述電壓輸出檢測模塊電連接至所述第一處理器模塊，所述電流輸出檢測模塊電連接至所述第二處理器模塊。
3.如權利要求2所述的消防應急電源系統，其特徵在於，所述第一處理器模塊採用DSP晶片組成，所述第二處理器模塊採用單片機晶片組成。
4.如權利要求3所述的消防應急電源系統，其特徵在於，還包括:開關電源供電模塊，其分別與所述蓄電池、所述第二處理器模塊電連接。
5.如權利要求4所述的消防應急電源系統，其特徵在於，還包括:電源轉換模塊，其與所述開關電源供電模塊電連接，並轉換出不同等級的供第一處理器模塊以及第二處理器模塊正常工作的電源電壓。
6.如權利要求5所述的消防應急電源系統，其特徵在於，還包括:蓄電池電壓採樣電路模塊，其分別與所述蓄電池和第二處理器模塊電連接，以實時監測所述蓄電池的電量。
7.如權利要求4所述的消防應急電源系統，其特徵在於，所述開關電源供電模塊包括:開關電源晶片和控制所述開關電源晶片啟閉的開關機自鎖電路；其中， 所述開關機自鎖電路採用雙光電耦合器組成； 其中第一光電耦合器的信號輸入端連接有一個按鈕開關，用於控制所述第一光電耦合器的光耦輸入，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片； 第二光電耦合器的信號輸入端連接到所述第二處理器模塊，信號輸出端電連接到所述開關電源晶片。
8.如權利要求1所述的消防應急電源系統，其特徵在於，所述逆變模塊包括:至少兩個功率模塊和用於驅動所述至少兩個功率模塊的驅動電路:其中，所述功率模塊包含有兩個電連接的IGBT管；對於每一個IGBT管而言，其驅動電路包括: 一個光耦隔離驅動晶片，其分別與所述第一處理器模塊和所述第二處理器模塊電連接，以接收來自所述第一處理器模塊的驅動所述IGBT管的原始驅動信號，同時為所述第二處理器模塊反饋所述IGBT管的故障信號。
9.如權利要求8所述的消防應急電源系統，其特徵在於，所述驅動電路還包括:一個二極體，其陰極連接到所述光耦隔離驅動晶片的故障輸出端，陽極連接到所述光耦隔離驅動晶片的正向信號輸入端； 其中，來自所述第一處理器模塊的驅動所述IGBT管的原始驅動信號在所述光耦隔離驅動晶片的反向信號輸出端送入。
【文檔編號】H02M1/092GK203761290SQ201420038930
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】任宇華, 梁軍, 蘇偉 申請人:四川格來消防電器設備有限公司