CN102611174A - 一种智能电源管理系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能电源管理系统及其实现方法，该系统包括：电源模块，其包括依次连接的同步整流降压电路和同步整流升压电路；PWM控制器，通过输出的PWM信号控制所述同步整流降压电路的降压输出和/或所述同步整流升压电路的升压输出；外围设备，其包括用于供用户输入指令的输入设备和用于将所述电源模块的参数输出的输出设备；主控器，其与所述外围设备及所述PWM控制器通信连接，所述主控器根据所述输入设备的输入指令控制PWM控制器输出PWM信号，并控制所述输出设备输出电源模块的所述参数。该技术方案成本低、稳定性高且方便用户操作。

Description

一种智能电源管理系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及电源管理领域，尤其涉及一种智能电源管理系统及其实现方法。

背景技术

目前，在一些通信系统或者需要用到较大电池的系统中，例如，配网产品中的开闭所终端设备和馈线终端设备等等，一般采用单个或者两个12V铅酸电池串联组成一个电池系统，在没有交流电的时候通过后备电池供电，而在有交流电的时候，通过将交流电转换成低压的24V电源给电池充电，充满后系统也处于浮充状态。这种电源管理系统是目前最通用的电源管理系统，系统在有交流电的时候，一方面为系统供电（直流），同时另外一路输出给电池充电，如果交流断电，系统马上转成蓄电池输出电源，供给系统。但是，这种电源管理系统存在以下缺陷：纯硬件的充电电路决定了充电输出的电压变换范围是固定的，也就是说，只能给固定电压的电池充电，而且充电的电流大小是固定的，不能调节，也就是充电速度不能调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术电源管理系统无法为不同的电池充电和无法智能管理的缺陷，提供一种智能电源管理系统及其实现方法，该技术方案成本低，可为不同的电池充电且实现电源的智能化管理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能电源管理系统，其包括：电源模块，其包括依次连接的同步整流降压电路和同步整流升压电路；PWM控制器，通过输出的PWM信号控制所述同步整流降压电路的降压输出和/或所述同步整流升压电路的升压输出；外围设备，其包括用于供用户输入指令的输入设备和用于将所述电源模块的参数输出的输出设备；主控器，其与所述外围设备及所述PWM控制器通信连接，所述主控器根据所述输入设备的输入指令控制PWM控制器输出PWM信号，并控制所述输出设备输出电源模块的所述参数。

优选的，电源模块的所述参数为电源输入电压和电源输出电压。

优选的， PWM控制器包括芯片AT90S4433及其外围电路。

优选的，主控器为16位单片机。

优选的，电源模块具体包括开关管U1、开关管U2、开关管U3、开关管U4、电感L、电阻R、电容C1、电容C2、电源输入电压Vin以及电源输入电压Vout，其中，开关管U1的源极分别与电源输入电压Vin和电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，开关管U1的漏极分别与电感L的一端和开关管U2的源极连接，开关管U1的栅极连接所述PWM控制器；开关管U2的栅极连接所述PWM控制器，开关管U2的漏极接地，电感L的另一端分别与开关管U3的源极连接和开关管U4的漏极连接；开关管U3的漏极接地，开关管U3的栅极连接所述PWM控制器；开关管U4的栅极连接所述PWM控制器，开关管U4的源极通过电阻R分别与电源输出电压Vout和电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

优选的，PWM控制器对同步整流降压电路和同步整流升压电路的控制具体为：若电源输入电压Vin大于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，同步整流降压电路工作实现降压输出；

若电源输入电压Vin小于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，同步整流升压电路工作实现升压输出；若电源输入电压Vin与电源输出电压Vout的差值小于预设值时，同步整流降压电路和同步整流升压电路同时工作实现升压和降压输出。

优选的，输出设备为显示屏。

优选的，显示屏包括芯片TC1602A15及其外围电路。

优选的，输入设备为按键

本发明还提供一种智能电源管理系统的实现方法，该系统为上述的智能电源管理系统，所述方法包括以下步骤：

S1、用户通过所述输入设备输入指令；

S2、所述输入设备通过总线将所述指令传送给主控器；

S3、所述主控器根据所述指令控制PWM控制器输出PWM信号；

S4、所述PWM控制器通过输出的所述PWM信号控制所述同步整流降压电路降压输出和/或同步整流升压电路的升压输出；

S5、所述主控器控制所述输出设备输出所述电源模块的电源输入电压及电源输出电压。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：PWM控制器根据所输出的PWM信号分别控制同步整流降压电路的降压输出和同步整流升压电路的升压输出实现电源智能化管理，主控器通过控制外围设备的状态实现人机交互。该技术方案成本低、稳定性高且方便用户操作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明智能电源管理系统的结构示意图；

图2是本发明电源模块的电路图；

图3是本发明电源模块的第一波形图；

图4是本发明电源模块的第二波形图；

图5是本发明电源模块的第三波形图；

图6是本发明PWM控制器的电路图；

图7是本发明智能电源管理系统实现方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明智能电源管理系统的结构示意图，如图1所示，

该系统包括PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制器1、分别与该PWM控制器1连接的电源模块2、主控器3以及与该主控器3连接的外围设备4，所述电源模块2包括依次连接的同步整流降压电路21和同步整流升压电路22；其中，PWM控制器1根据所输出的PWM信号分别控制同步整流降压电路21的降压输出和同步整流升压电路22的升压输出实现电源智能化管理，主控器3通过总线与所述PWM控制器1通信，并且根据外围设备4的输入实现人机交互。

应当说明的是，在本实施例中，所述PWM控制器1与主控器3通过IIC总线通信，值得一提的是，PWM控制器1与主控器3采用IIC总线进行通信处理速度快；同时采用PWM控制器1与主控器3提高了系统稳定性。本领域的技术人员应当了解，在其他的实施例中可根据用户的需求选择其他的总线实现PWM控制器与主控器之间的通信，在此不再赘述。

值得一提的是，现有技术中，一般采用的降压电路为通用型电路设计，本领域的技术人员应当明白，在此不再示图，升压电路亦然，在本实施例中，该系统中将同步整流降压电路21和同步整流升压电路22相结合同时实现降压和升压，这样的话，针对不同的电池，系统可在预设范围内智能化管理各种电池的充放电，这里所涉及的预设范围可根据用户的需求自行设定，在此不再赘述，另外，本实施例中采用简单便宜的MOS管和电容电感实现了高效的电源管理系统，这是采用专用IC难以达到的。

请参阅图2，图2是本发明电源模块的电路图，如图2所示，所述电源模块具体包括开关管U1、开关管U2、开关管U3、开关管U4、电感L、电阻R、电容C1、电容C2、电源输入电压Vin以及电源输入电压Vout，其中，开关管U1的源极分别与电源输入电压Vin和电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，开关管U1的漏极分别与电感L的一端和开关管U2的源极连接，开关管U1的栅极连接所述PWM控制器；开关管U2的栅极连接所述PWM控制器，开关管U2的漏极接地，电感L的另一端分别与开关管U3的源极连接和开关管U4的漏极连接；开关管U3的漏极接地，开关管U3的栅极连接所述PWM控制器；开关管U4的栅极连接所述PWM控制器，开关管U4的源极通过电阻R分别与电源输出电压Vout和电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

下面具体说明该电源模块的工作原理：

请结合参阅图3，图3是本发明电源模块的第一波形图，如图3所示，在本实施例中，若电源输入电压Vin大于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，开关管U4导通，开关管U3断开，该同步整流升压电路只作为一个通路，而假定PWM控制器分别输出信号SWITCHA和信号SWITCHB，信号SWITCHA和信号SWITCHB分别控制开关管U1和开关管U2的通断，并配合电感L、电容C1以及电容C2的充放电实现降压输出，应当说明的是，本领域技术人员应当明白，电源输出电压Vout是电源输入电压Vin和PWM信号的占空比的函数，即Vout= Vin*1/D，其中，D为PWM信号的占空比，理论上而言，该电源输出电压Vout一般要小于电源输入电压Vin，但是，本实施例中的同步整流降压电路可输出较大的电流，从而提高输出功率。

请结合参阅图4，图4是本发明电源模块的第二波形图，如图4所示，若电源输入电压Vin小于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，开关管U1导通，开关管U2断开，该同步整流降压电路只作为一个通路，而假定PWM控制器分别输出信号SWITCHA和信号SWITCHB，信号SWITCHC和信号SWITCHD分别控制开关管U3和开关管U4的通断，并配合电感L、电容C1以及电容C2的充放电实现升压输出，应当说明的是，本领域技术人员应当明白，电源输出电压Vout是电源输入电压Vin和PWM信号的占空比的函数，即Vout=Vin *（D/1-D），其中，D为PWM信号的占空比，当D接近于1时，电源输出电压Vout理论上可以无限大，但受开关管的耐压值所限，电源输出电压Vout不能超过这个耐压值。本实施例中的同步整流升压电路可输出较大的电流，从而提高输出功率。

请结合参阅图5，图5是本发明电源模块的第三波形图，如图5所示，若电源输入电压Vin与电源输出电压Vout的差值小于预设值时，应当说明的而是，该预设值可根据用户的需求设置，一般该预设值越小越好，这时，同步整流降压电路和同步整流升压电路同时工作实现升压和降压输出，以得到用户需要的电压。

PWM控制器的电路如图6所示，其包括芯片AT90S4433及其外围电路。芯片AT90S4433采用哈佛结构，指令周期短，速度较快。PWM控制器用于输出控制信号，在本实施例中，PWM控制器输出4个控制信号，也就是上述所提及的信号SWITCHA、信号SWITCHB、信号SWITCHC和信号SWITCHD,该4个控制信号分别控制开关管U1、开关管U2、开关管U3以及开关管U4的通断。

在本实施例中，主控器为16位单片机，该单片机成本低，可方便地通过软件针对不同的电池设置相应的参数调节电压和电流。

所述外围设备（图未示）包括显示屏和按键。所述显示屏包括芯片TC1602A15及其外围电路。应当说明的是，在本实施例中，该电源输入电压Vin和电源输出电压Vout通过主控器显示在显示屏上，实现了人机交互，方便用户随时读取电源的状态，按键也是如此，也就是说，增加外围设备方便了用户对电源的管理。

请参阅图7，图7是本发明智能电源管理系统实现方法的流程图，如图7所示，所述方法包括以下步骤：

在步骤S1中， PWM控制器通过所输出的PWM信号分别控制同步整流降压电路降压输出和同步整流升压电路的升压输出；

在步骤S2中，主控器通过总线与所述PWM控制器通信，并且根据外围设备的输入实现人机交互。

所述步骤S2中根据外围设备的输入实现人机交互具体包括以下步骤：

若输入的外围设备为显示器，则PWM控制器将电源模块的命令通过主控器显示在显示屏上；

若输入的外围设备为按键，则主控器通过输入的按键指令控制PWM信号的输出。

相较于现有技术，PWM控制器根据所输出的PWM信号分别控制同步整流降压电路的降压输出和同步整流升压电路的升压输出实现电源智能化管理，主控器通过控制外围设备的状态实现人机交互。该技术方案成本低、稳定性高且方便用户操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种智能电源管理系统，其特征在于，其包括：

电源模块，其包括依次连接的同步整流降压电路和同步整流升压电路；

PWM控制器，通过输出的PWM信号控制所述同步整流降压电路的降压输出和/或所述同步整流升压电路的升压输出；

外围设备，其包括用于供用户输入指令的输入设备和用于将所述电源模块的参数输出的输出设备；

主控器，其与所述外围设备及所述PWM控制器通信连接，所述主控器根据所述输入设备的输入指令控制PWM控制器输出PWM信号，并控制所述输出设备输出电源模块的所述参数。

2.根据权利要求1所述的智能电源管理系统，其特征在于，电源模块的所述参数为电源输入电压和电源输出电压。

3.根据权利要求2所述的智能电源管理系统，其特征在于，所述PWM控制器包括芯片AT90S4433及其外围电路。

4.根据权利要求2所述的智能电源管理系统，其特征在于，所述主控器为16位单片机。

5.根据权利要求1所述的智能电源管理系统，其特征在于，所述电源模块具体包括开关管U1、开关管U2、开关管U3、开关管U4、电感L、电阻R、电容C1、电容C2、电源输入电压Vin以及电源输入电压Vout，其中，开关管U1的源极分别与电源输入电压Vin和电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，开关管U1的漏极分别与电感L的一端和开关管U2的源极连接，开关管U1的栅极连接所述PWM控制器；开关管U2的栅极连接所述PWM控制器，开关管U2的漏极接地，电感L的另一端分别与开关管U3的源极连接和开关管U4的漏极连接；开关管U3的漏极接地，开关管U3的栅极连接所述PWM控制器；开关管U4的栅极连接所述PWM控制器，开关管U4的源极通过电阻R分别与电源输出电压Vout和电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的智能电源管理系统，其特征在于，PWM控制器对同步整流降压电路和同步整流升压电路的控制具体为：

若电源输入电压Vin大于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，同步整流降压电路工作实现降压输出；

若电源输入电压Vin小于电源输出电压Vout且差值大于等于预设值时，同步整流升压电路工作实现升压输出；

若电源输入电压Vin与电源输出电压Vout的差值小于预设值时，同步整流降压电路和同步整流升压电路同时工作实现升压和降压输出。

7.根据权利要求1所述的智能电源管理系统，其特征在于，所述输出设备为显示屏。

8.根据权利要求1所述的智能电源管理系统，其特征在于,所述显示屏包括芯片TC1602A15及其外围电路。

9.根据权利要求1所述的智能电源管理系统，其特征在于,所述输入设备为按键。

10.一种智能电源管理系统的实现方法，其特征在于，该系统为上述权利要求1至9任一项所述的智能电源管理系统，所述方法包括以下步骤：

S1、用户通过所述输入设备输入指令；

S2、所述输入设备通过总线将所述指令传送给主控器；

S3、所述主控器根据所述指令控制PWM控制器输出PWM信号；

S4、所述PWM控制器通过输出的所述PWM信号控制所述同步整流降压电路降压输出和/或同步整流升压电路的升压输出；

S5、所述主控器控制所述输出设备输出所述电源模块的电源输入电压及电源输出电压。

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