一種總線式測控技術在高頻開關組合電源中的應 2011-05-21 08:33:47來源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要：針對高效、低污染的綠色電源設計之需要，高可靠、易維護、功能齊備、結構緊湊的電源監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分必要。介紹了一種總線式測控技術在智能電源監(jiān)控系統(tǒng)中的設計原理，并提供了總線測控接口的硬件電路與軟件設計。

關鍵詞：電源；總線式測控；單片機

如何對電源產(chǎn)品進行可靠、便捷的測控，是智能高頻開關電源的核心問題。電源測控涉及到數(shù)據(jù)的測量、控制、通信和人機對話等技術，其中測量與控制方案的合理性是電源系統(tǒng)可靠性的關鍵。本文針對這一點，著重探討了一種總線式測控方案在智能高頻開關組合電源中的具體應用。

智能高頻開關組合電源，一般采用雙路市電通過電氣互鎖作為交流輸入，并提供防雷措施和用戶交流分路。其輸入的交流經(jīng)高頻開關整流模塊整流后，產(chǎn)生用戶所需要的直流電（通常有12V、24V、48V、110V、220V等電壓等級），然后將輸出直流連接到電池組、用戶直流分路上，這就是智能高頻開關組合電源的基本原理，如圖1所示。

2設計原理

電源監(jiān)控系統(tǒng)需對電源的各種模擬量，開關量進行精確測量，它包括：交流單元的電壓、電流、頻率，防雷模塊及交流分路的工作狀態(tài)；直流單元的系統(tǒng)合閘母線電壓、控制母線電壓，各控制母線分支電流及工作狀態(tài)；電池單元的電池組電壓和電流，單節(jié)電池電壓，電池溫度及充電和開關量（門窗開關、空調開關，火警、水警、煙警，有無人職守等）情況；絕緣檢測單元的各母線支路的絕緣狀態(tài)；每個整流模塊運行參數(shù)的瞬態(tài)變化情況；以及對市電切換，降壓硅堆調壓，電池管理（均充、浮充、限流、穩(wěn)流、放電測試、電池溫度補償、饋線電阻補償），多級電池深放電保護，用戶告警節(jié)點等進行實時控制；對各種運行參數(shù)進行分類設置，及時響應遠程用戶的集中監(jiān)控的各種要求；同時還要考慮系統(tǒng)電氣設計的合理性，裝配和調試的可操作性，工程服務的易維護性。根據(jù)以上功能情況，特提出如下的測控方案，如圖2所示。


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圖1智能高頻開關電源原理框圖


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圖2電源監(jiān)控系統(tǒng)總線測控原理框圖

該電源監(jiān)控測試方案的明顯特點是：在測控總線BUS上外掛了交流檢測板，直流檢測板，電池檢測板，絕緣檢測板，環(huán)境檢測板，電氣控制板。這6種板可根據(jù)用戶需要進行取舍，并且在整機電氣設計時，這些板可根據(jù)設計人員的需要任意布局，克服了那種把所有信號線一律接到監(jiān)控器背部的各種接口上的弊端，從而大大提高了裝配調試和工程服務人員的工作效率，同時克服了各種檢測、控制板與監(jiān)控器以通信方式進行數(shù)據(jù)交流而導致測控實時性、可靠性大打折扣的弱點。


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3硬件設計

3.1測控主板

測控主板以PCF80C552為核心，向外擴展了INS8250A通用異步收發(fā)器UART芯片，作為電源系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)控或遠程監(jiān)控的通信接口。在圖3中，PCF80C552的PWM0、PWM1用作整流模塊內部反饋環(huán)節(jié)的控制信號接口，MAX813作為單片機的自動復位電路，ATMEL93C66用作保存系統(tǒng)運行參數(shù)的EEPROM，在P0口的8位數(shù)據(jù)總線上擴展了4×4行列式鍵盤接口和240×128點陣式的液晶顯示接口。另外擴展了由D觸發(fā)器SN74HC574、反相器SN74HC04、施密特觸發(fā)器SN74HC14構成的8位數(shù)據(jù)驅動接口，作為總線測控接口（插座X1的腳9～16）的8位輸入控制信號（DC0—DC7），總線測控接口插座X1的腳1、3、5分別是檢測板的＋15V、GND、－15V，腳7、8分別是檢測板輸出的數(shù)字信號Digital、模擬信號Analog，來自各檢測板的開關量Digital分時送入單片機的P1.0口。12位并行輸出的高速A/D轉換器MAX120，把每塊檢測板的Analog信號精確、高速、分時地轉換成12位Digital信號送入80C552的P5（低8位）和P4口（高4位），并且通過總線測控接口的8位輸入控制信號（DC0—DC7）可以對電氣控制板進行驅動觸發(fā)。所以，總線測控接口兼有單片機的前向通道和后向通道的雙重作用，實現(xiàn)模擬信號、數(shù)字信號的檢測和電氣控制。

3.2總線測控接口電路

如圖4所示，在測控總線上外掛了8塊檢測、控制板（特殊用戶需要多組電池，故設計了3塊電池檢測板），而且控制信號（DC0—DC7）與采樣信號（Analog、Digital）的硬件電路是各檢測板的共享通道。這就需要單片機能自動識別8塊檢測板。因此，必須對8位控制信號（DC0—DC7）進行譯碼。由模擬轉換開關U5（SN74HC4051）和地址開關X2構成8塊檢測板的板選地址電路，DC5、DC6、DC7分別送入U5的A、B、C口，以000～111選通X0～X7，在調試時，只須打開每塊檢測板上的X2地址開關中的一路即可起到板選功能（見表1）。