远程电源管理系统设计

远程电源管理系统设计（精选十篇）

远程电源管理系统设计 篇1

该平台以AVR单片机为核心,利用2节串联的充电锂电池作为备用电源[5],依靠外围接口获取目标的实时信息(实测弹道数据、T0时刻等)。

在光电设备工作异常或落水时,控制固态继电器(Solid State Relay,SSR)实现系统的远程重启和关机[6],为获取及保护目标的实时图像数据提供有力保障,因而具有重要的现实意义。

1 电源管理系统总体框架

远程电源管理系统是获取目标着靶实况景象的重要组成单元,其大致框架如图1所示。

在该系统中利用开关电源将220 V交流电转换成12 V和5 V直流电源,为光电设备供电和锂电池充电[7]。选取两节英特曼充电锂电池(电量充足时电压为7.4 V)作为关机时远程电源管理系统的备用电源[8],固态继电器作为执行单元,ATmegal61单片机及其外围电路作为控制单元,无线射频模块作为通信单元,还有上位机远控中心。ATmegal61单片机采集到设备的工作状态,借助无线传输设备实时传输至远控中心,同时接收远控中心发送的控制命令及目标测量数据,控制固态继电器的工作状态,从而实现光电设备的重启和关机。

2 硬件设计

2.1 充电保护电路

由锂电池的特性可知,在过度充电的情况下,电解液因分解而导致电池特性劣化并造成充电次数减少。因此为了延长电池的使用寿命,采用如图2所示电路,利用L7808将12 V稳压至8 V,对锂电池进行充电,充至3.7 V时利用S-8232芯片对其进行过充保护[9,10]。

AVR单片机所需的电源电压为2.7~5.5 V,为了简化电路设计,提高系统的可靠性,为AVR单片机设计外部基准电压为5 V,利用L7805防止电池出现过用现象。

2.2 主控电路

主控电路如图3所示,ATmegal61单片机有1个可编程的同步/异步串行接口USART,可以满足与远控中心的通信要求,2个具有比较模式的灵活定时/计数器,可以完成延时时间的计算,预留的8路10位ADC端口可以扩展其他功能。为了满足嵌入式的设计要求,选用易于安装在电路板的G6B-2014P-US固态继电器,实现两路直流电源的同步控制。而继电器的驱动需要控制系统具有大电流的输出能力,ULN2003是高压大电流达林顿晶体管系列产品,可以很好地满足要求[11]。

电路的设计中,考虑了对电源、CPU、时钟、印刷电路板等的抗干扰措施,使系统更加可靠。

3 软件设计

3.1 主程序设计

电源管理系统的控制程序由主程序和T1中断服务子程序组成。主程序完成ATmegal61单片机的初始化、定时器T1工作方式的设定等。

其流程图如图4所示。

3.2 中断程序

T1的中断服务子程序是整个电源管理系统的主体程序,它完成串行通信、继电器的控制及数据处理等任务,其流程如图5所示。在T1中断服务子程序中,AT-megal61单片机接收远控中心的控制命令(关机、重启等)、弹道数据。依据弹道数据计算目标相对靶船的斜距R,当R小于设定的距离阈值时,若收到重启控制命令则接通继电器,否则开始记录目标的实况景象,当记录完成时,控制继电器断开。

4 实验结果

在某型飞行目标的(直径和长度分别为0.5 m和1.5 m)测量任务中,目标为全被动飞行(即目标没有机动性),1台雷达、3台光电设备参与测试。

在发射系中,目标理论落点为M(xm,ym,zm),雷达在目标轨迹一侧N(xn,yn,zn)以20 Hz采集数据,光电设备均匀布设在距M点500 m的圆弧上以100f s获取实况。位于安控区域内的远控中心接收、处理雷达数据后转发至电源管理系统,电源管理系统计算目标相对M点的斜距得到如图6所示的曲线。依据目标特性,光电设备使用MC1360摄像机,焦距为20 mm。

为了提高整个系统的抗干扰能力,软件中判断条件R

5 结语

在海军武器试验中,以AVR单片机为核心构建一套远程电源管理系统,计算目标相对落点的斜距信息,接收远控中心的控制命令,对光电设备的电源进行远程管理。将上述设计应用于某型目标飞行试验中,取得了良好的效果。另外,此设计具有编程简单、成本低廉、容易实现、运行稳定等特点,不仅适用于军事范畴,也值得冶金、化工和电力等领域借鉴,因此具有非常广阔的应用前景。

参考文献

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[2]王平,张进秋,高永强.导弹着靶姿态和着靶过程测量方法[J].四川兵工学报,2008,29(3):12-14.

[3]刘英慈,王萍.运动目标姿态参数的一种CCD测量方法[J].计算机测量与控制,2006,14(4):459-461.

[4]胡仁旭,裴海龙.小型无人机飞行控制系统的硬件实现[J].计算机工程与设计,2008,29(6):1377-1379.

[5]李明.基于AVR单片机的炉温控制系统[J].仪表技术与传感器,2010(12):86-88.

[6]衣守志,王长麟.基于AVR单片机的在线测控系统[J].仪表技术与传感器,2007(12):37-38.

[7]王鸿麟,钱建立,周晓军.智能快速充电器设计与制作[M].北京:科学出版社,2001.

[8]蒋原,杜晓伟,齐铂金.基于Freescale单片机的电池管理系统设计[J].现代电子技术,2011,34(1):164-166.

[9]蒋原.锂离子电池管理系统研制[D].北京:北京航空航天大学,2008.

[10]王涛,齐铂金,吴红杰,等.基于DSP和OZ890的电池管理系统设计[J].微计算机信息,2009,25(7):210-211.

远程电源管理系统设计 篇2

从功率预算的角度来看，这些电阻的存在是极不适宜的，因为无论电源是否工作，它们都会持续消耗功率。在所示的应用中，输入滤波器使用100nF的电容C1设计而成，因此不需要使用这些电阻。但增大电容容量有很大的益处：可以相应减小扼流圈L1，从而节省尺寸、重量和成本。但对于1μF的电容来说，R1和R2的总值将必须达到1M?的最大值。在230VAC输入下，电阻将连续消耗53mW的功率。http://www.best001.net/xb/20.html AC/DC 隔离电源

由两路电源（贯通和自闭）输入，输出五路相互隔离的电源，其中一路输出供给CPLD 及外围电路，另外四路供给MOS 管的驱动电路。这样可以保证任意一条线路正常供电时，ATS 都能够正常工作。PS223的功能特点

SiTI出品的PS223是专门为高性能、大功率开关电源设计的电源管理监控芯片，具有控制、产生PG以及同时稳定+3．3 V、+5 V、+12 V(A)、+12 V(B)3种电压，实现各路输出的UVP(低电压保护)、OVP(过电压保护)、OCP(过电流保护)、SCP(短路保护)，并提供一路具有自恢复功能的控制输入端，可作为OTP(过温度保护)或-12 V UVP(低电压保护)，当超出片内设定值后，会关闭并锁定控制电路，http://www.best001.net/dykg/1.html停止电源供应器输出，待故障排除后才可重新启动，内部设计有过载保护以及防雷击功能，可保证整个电源稳定工作。磁芯的选择

远程电源管理系统设计 篇3

关键词：远程计算机 电源控制系统 设计及实现

1 概述

随着我国信息技术的飞速发展，各个行业也都逐渐使用了计算机作为日常工作的主要工具。而在一些行业之中如政府部门，有很多资料信息需要通过计算机向大众提供，以便使群众对其能够进行查询与评价。但是这种工作相对来说较为枯燥，需要指派专人每天定时的对计算机进行开、关，无论是对于人力还是物力都是一种极大的浪费。这就需要我们构建一种通过合适的软硬件与网络良好结合的一种良好方案，从而对这种问题进行良好的解决。

2 系统构成

2.1 远程电源控制结点 由于在系统中每一台需要控制的计算机都是相互独立的，我们就应当保证其中每一套远程电源都只对单独的一台计算机进行控制。同时，在其控制节点中设置四个继电器，并由其中的兩路继电器分别对220V交流电进行控制，而另外两路继电器对计算机的电源进行控制，同时保证每一路继电器都能够对关机、关机的动作进行模拟，从而使这个系统能够对两台计算机进行控制。

在系统的电源结点中，都会通过网络受到服务器软件的控制，同时从网络中也可以对其中开关的状态进行实时的检测与控制。并每隔一段时间就由总服务器对各控制电源结点进行远程的查询，以此保证信息的及时性。

2.2 控制服务器 作为系统中的核心部分，控制服务器可以对系统网络中的所有电源结点以及电源控制软件进行集中的控制。同时，每一个电源继电器的开关情况与计算机运行情况都会集中放置在服务器端的数据库中。通过这种方式，管理软件就能够以访问数据库的形式对计算机的状态进行查询。

2.3 被控计算机软件 为了对硬件设备进行保护，以及对被控计算机进行安全的关闭，所以在系统中应当先通过软件的方式来对计算机进行关闭，而不是将系统中所有计算机的系列操作都以普通的断电方式来进行关机。通过在被控计算机中安装此软件，可以有效的对多服务器所发出的关机命令进行接收，并在接收到信息之后进行安全关机操作。同时，此软件还能在正常运行的过程中时刻保持与服务器的信息沟通，时刻对计算机的当前状态进行反馈。

2.4 管理端软件 由于服务器端软件只在一台计算机上运行，在同一时间只能够有一个人对其进行查询等操作。这就需要在原系统中增加管理端软件，使其可以满足多人操作的同时，也对软件的易用性进行提高。并在此软件中采用图形化可见的方式，使系统的工作人员能够在任意的计算机上对该系统进行运行以及操作，同时对网络中的计算机运行情况进行监控与操作。

2.5 通信协议 作为控制服务器，应当对被控计算机以及电源控制结点时刻保持通信，在本系统中，使用的是基于TCP协议的通信方式，协议的定义如下：

在此通信协议中，涉及到命令主要为查询、关机、断电等命令，而通过这一系列操作命令，就可以很好起到对计算机电源进行控制的作用。

3 远程电源控制结点设计

3.1 硬件部分 在本系统中，我们选用了有着强劲性能的S3C44BOX作为系统处理器，其核心为ARM公司最为流行同时广受业界认可的ARM7TMDI。其有着静态设计与超低功耗的特点，特别适用于本系统的硬件实现。

通过此处理器，我们可以很好的将其4个I/O接口分别对我们系统设计中的4个继电器进行信息输出，同时，对于继电器我们以10A为额定电流，从而使我们可以对交流电或者直流电同时进行控制。通过对交流电的开关控制，我们就能够对被控计算机的电源进行直接的控制，并在紧急情况发生时对其进行强行断电。另外通过我们对直流电开关的控制，我们也会很好的对人工按键进行模拟，以此来达到对计算机进行开、关的目的，从而最大程度的对计算机硬件进行保护。

3.2 软件部分 在嵌入式软件开发部分，我们使用ADS1.2作为此系统软件的开发工具。它提供了一套完整的windows系统开发环境，从而能够使软件开发人员以最短的时间对其进行适应。同时，此软件对于C以及C++语言有着很好的支持，并且有着较好的编译效率。

远程电源控制结点通过客户端——服务器的模式在系统中进行实现，其将控制结点视作客户机，使两者能够通过TCP进行实时的通信。所以在电源结点上，我们就应当为此运行TCP/IP协议，并在每一个结点中都配置唯一的IP地址，从而真正的实现点到点的通信方式。

在平时工作中，电源节点中的后台可以对服务器中的一些操作命令进行接收，并按照其命令进行相应的操作，并在操作完毕之后将处理的结果反馈给服务器。

在此系统中，对于嵌入式软件预计服务器端都设置了相应的电源保护。如果需要将两个电源开关在同一时间打开，那么服务器端就会依次将其打开，并设置自动间隔时间为2秒。这种设计方式能够有效的防止瞬间电流过大，从而对系统的稳定运行提供保证。

4 结束语

总的来说，对计算机进行远程电源控制管理在当今社会很多行业的工作中都有着重要的意义，这就需要我们依据上文介绍的知识，良好的将其运用到实际当中。

参考文献：

[1]上官同英，沈娣丽，陆程，李新华，明五一.ZigBee技术在远程计算机电源控制系统中的应用[J].低压电器，2011（14）：57-62.

[2]葛炎风，缪希仁，林苏斌.基于TCP/IP的家庭能耗监控系统[J].现代建筑电气，2011（02）：57-62.

[3]郝方舟，王振岳，李效乾，梁志瑞.交流过流整定试验电源的控制技术及参数设计[J].湖北电力，2011（06）：40-42.

远程电源管理系统设计 篇4

集气站单井数据采集设备-数传电台是电子巡井系统核心设备。数传电台一旦死机就会造成该站所辖气井远传通讯中断, 集气站、监控中心就会完全失去对气井生产情况的监控, 如果此时发生生产异常, 集气站和监控中心将得不到任何信息, 极有可能因生产异常未及时处理, 造成事故或延误事故分析处理, 对气井、集气站安全生产和平稳运行造成严重威胁。

电子巡井系统通讯故障造成气井远传全准率降低, 导致气井生产情况失控是气田生产安全比较突出的隐患。根据历年电子巡井系统运行数据统计分析, 通讯故障中, 由集气站数传电台死机故障引起的占总故障数的85%左右。出现集气站数传电台死机造成的通讯中断, 现有的方法一般只能派工作人员到现场重新启动设备。维护经验表明数传电台电源重启一次就可恢复正常, 且恢复概率非常高。但是, 派人到现场处理显然费时费力, 有些情况下甚至会贻误时间, 造成该站所辖单井通讯长时间中断。为了改变这种情况, 需要研制一种能够对电子巡井系统采集设备数传电台电源进行远程重启的装置。

一、电源远程重启系统研制

1. 电源远程重启系统设计要求

重启系统要求在现有集气站站控系统基础上进行设计、改造, 改造过程要求简单实用, 不能长时间影响站控系统数据;改造成本要求低廉, 尽量利用现有的设备;改造后要求该系统运行可靠性高, 能应对苏里格地区恶劣的自然环境。

重启系统改造完成后, 任何装置故障不会对电子巡井系统产生影响, 确保气井远传通讯正常。

2. 电源远程重启系统设计

(1) 集气站数传电台工作原理

集气站单井数据采集数传电台正常工作额定电压为12V, 通过220V-12V电源转换模块将市电转换成所需电压, 将数传电台串联进电源回路, 实现正常工作。

数传电台通讯使用RS485通讯接口, 以串口服

务器为媒介, 协议采用MODBUS for RTU, 接入集气站站控系统机柜, 实现集气站和气井远传通讯;集气站站控系统和监控平台之间采用专用通信信道 (光缆) 实现数据交换, 遵循TCP/IP协议实现监控平台对气井远传数据的监控。

经分析只需在数传电台电源供电回路中增加”开关”就可以达到控制该回路通断与否, 与站控系统相结合, 通过开发相关控制器程序实现远程控制回路通断实现远程重启电源。

(2) 系统硬件的选择

根据数传电台电源回路特点并结合站控系统机柜选择驱动继电器才能实现远程控制功能。一般继电器启动电压的范围为45%~75%, 也就是说额定24 V DC的继电器, 它的实际工作电压会在10.8~18 V之间, 完全符合数传电台工作的特点。结合站控系统机柜内部DO卡件供电电压为24V,

可以使用机柜内部额定电压为24 V DC的继电器作为控制回来的开关。

(3) 电源远程重启系统现场改造

查阅电磁继电器相关技术资料, 改造继电器相关功能“常开-常闭”;将数传电台电源线路断开, 串联接入继电器的常闭接点;将继电器配线端子引出的2根线路接入站控系统机柜内部BB-DO卡件端子上。

(4) 控制器程序的开发

结合现场数传电台运行情况, 正常工作时电磁继电器处于常闭状态, DO卡件不发送指令;一旦发生因死机造成的工作异常DO卡件发送指令“1”, 电磁继电器处于常开状态, 电台电源供电回路断开, 造成短时间停止工作;30秒钟后, DO卡件指令取消, 电磁继电器恢复成常闭状态, 回路恢复通畅, 数传电台恢复正常工作, 实现电源重启。

(5) 远程控制单元开发

结合集气站站控系统硬件改造和控制器程序编写情况, 开发监控平台上位机PKS界面控制按钮和添加PKS数据库点位。监控平台单击“电台重启”按钮, 弹出对话框后, 选择“重启”选项卡, 指令发送至集气站站控系统, 远程控制数传电台供电回路通断, 实现监控平台远程重启电源系统。

二、运行效果

1. 成本低廉

远程重启系统所需的主要硬件 (继电器、DO-卡件) 设备均依托于已经建成的站控系统。现场改造只需准备相应的电缆材料和接线端子, 改造原理简单, 施工难度小, 却能解决电源远程重启操作的难题。

2. 效益巨大

(1) 经济效益

如果没有采用远程重启装置, 一旦出现集气站数传电台死机故障, 维护人员只能到现场手动重启电源, 既浪费了人力物力, 又不能及时恢复气井远传数据正常传输, 给气井生产安全带来很大隐患。目前, 这一系统已经在该区所辖9座集气站电子巡井系统改造安装使用, 并成功进行了多次数传电台电源监控平台远程重启操作, 大大减少了气井远传故障停运时间, 效益十分显著。

经过测算, 通过采用这套远程重启系统, 降低费用详细情况如下:

该区所辖9座集气站距离乌审旗平均在35公

里左右, 一旦电子巡井系统出现故障, 需要1辆车、1名司机和2名维护人员从乌审旗出发到达现场进行处理:

每次现场故障处理费用:

280×1 (辆车) +100×1 (司机) +200×2 (维护人员) =780元

1年处理115次现场故障处理费用:780×115=92040元

改造费用:100×9 (继电器) +700×9 (DO卡件/每通道) =7200元

降低费用:92040-7200=84840元

(2) 无形效益

该区所辖9座集气站平均气井数50口, 一旦电子巡井系统出现故障, 运维厂家组织材料、车辆到达现场处置, 平均耗时为90分钟 (夜间故障需次日处理, 耗时更长) , 在此期间单井全准率降低至 (447-50) /447=88%。

通过采用这套远程重启系统后缩短了单井数据大面积中断时间, 确保了气井远传通讯的稳定性, 降低了气井数据长时间失去监控造成的井口超压的风险, 为气井、集气站安全稳定运行提供了数据基础。

3. 连带效应

一旦出现其他原因造成的电子巡井系统通讯中断故障, 采用电源远程重启操作没有使通讯恢复, 即可排除数传电台死机故障, 从而缩小了故障查找范围, 便于查找电子巡井系统其他类故障, (如单井电台占用信道引起某口单井电台故障频繁发送数据, 长期占用信道, 造成电子巡井系统通讯故障) 避免了不必要的检查环节, 缩短了检修时间。

结束语

采用数传电台远程重启系统后, 极大地降低了电子巡井系统通讯故障维护成本, 提高了自动化应用水平, 实现了电源远程重启便利化, 大大缩短了故障处置时间, 提高了电子巡井系统运行的稳定性, 保证了气井、集气站生产“能控、可控、在控”目标的实现, 具有广泛的应用前景和较大的推广价值。

摘要：针对集气站数传电台死机造成电子巡井系统通讯故障, 降低了气井、集气站生产可靠性, 设计了一套电源远程重启系统, 缩短故障处置时间, 降低维护成本, 确保气井、集气站生产平稳运行。

关键词：数传电台,远程重启,安全运行

参考文献

[1]飞思科技产品研发中心.Delphi下深入Windows核心编程[M].北京:电子工业出版社, 2003.

基于单片机的逆变电源系统设计 篇5

1.1逆变电源数字化控制技术的发展 随着网络技术的发展，对逆变电源提出了更高的要求，高性能的逆变电源必须满足：高输入功率因数，低输出阻抗；暂态响应快速，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高；电磁干扰低等。要实现这些功能，离不开数字化控制技术。1.2传统逆变电源控制技术

1.2.1传统逆变电源控制技术的缺点 传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占的体积较大；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；调试不方便，由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点的漂移，导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联，所以逆变电源数字化控制是发展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点。1.2.2传统逆变电源控制技术的改进

为了改善系统的控制性能，通过模拟、数字(A/D)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口（pulse width modulation, PWM）发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能，但由于微处理器运算速度的限制，在许多情况下，这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。近年来随着大规模集成电路技术的发展，一些专用心片的产生，使逆变电源的全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源的输出，并实时地处理，使得一些先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能，从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进行动态补偿，将输出谐波达到可以接受的水平。

1.3逆变电源数字化控制技术的现状

1.3.1逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化

随着电机控制专用芯片的出现和控制理论的普遍发展，逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化的方向发展，逆变电源的数字控制技术发生了一次大飞跃。逆变电源数字化控制的优点在于各种控制策略硬件电路基本是一致的，要实现各种控制策略，无需变动硬件电路，只需修改软件即可，大大缩短了开发周期，而且可以应用一些新型的复杂控制策略，各电源之间的一致性很好，这样为逆变电源的进一步发展提供了基础，而且易组成可靠性高的大规模逆变电源并联运行系统。

1.3.2逆变电源数字化需要解决的一些难题

数字化是逆变电源发展的主要方向，但还是需要解决以下一些难题：

a)逆变电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号，它不同于一般开关电源的常值控制。在闭环控制下，给定信号与反馈信号的时间差就体现为明显的相位差，这种相位差与负载是相关的，这就给控制器的设计带来了困难。

b)逆变电源输出滤波器对系统的模型影响很大，输入电压的波动幅值和负载的性质，大小的变化范围往往比较大，这些都增加了控制对象的复杂性，使得控制对象模型的高阶性、不确定性、非线性显著增加。

c)对于数字式PWM，都存在一个开关周期的失控区间，一般是在每个开关周期的开始或上个周期之末来确定本次脉冲的宽度，即使这时系统发生了变化，也只能在下一个开关周期对脉冲宽度做出调整，所以现在逆变电源的数字化控制引起了广泛的关注。1.4逆变电源数字化的各种控制策略

逆变电源数字控制方法成为当今电源研究领域的一个热点，与数字化相对应，各种各样的离散控制方法也纷纷涌现，包括数字比例-积分-微分（PI）调节器控制、无差拍控制、数字滑变结构控制、模糊控制以及各种神经网络控制等，从而有力地推动逆变电源控制技术的发展。

1.4.1数字PI控制

数字PI控制以参数简单、易整定等特点得到了广泛应用。逆变器采用模拟数字PI控制时，如果只是输出电压的瞬时值反馈，其动态性能和非线性负载时的性能不会令人满意；如果是输出滤波电感或输出滤波电容的电流瞬时值引入反馈，其性能将得到较大改进，然而，庞大的模拟控制电路使控制系统的可靠性下降，调试复杂，不易于整定。数字信号处理芯片的出现使这个问题得以迅速解决，如今各种补偿措施及控制方式可以很方便地应用于逆变电源的数字PI控制中，控制器参数修改方便，调试简单。

但是，数字PI控制算法应用到逆变电源的控制中，不可避免地产生了一些局限性：一方面是系统的采样量化误差，降低了算法的分辨率，使得PI调节器的精度变差；另一方面，采样和计算延时使被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PI控制器设计困难，稳定性减小，随着高速专用芯片及高速A/D的发展，数字PI控制技术在逆变电源的控制中会有进一步的应用。

1.4.2滑模变结构控制

滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SVSC）最显著的特点是对参数变化和外部扰动不敏感，即鲁棒性强，加上其固有的开关特性，因此非常适用于闭环反馈控制的电能变换器。

基于微处理器的离散滑模控制使逆变器输出波形有较好的暂态响应，但系统的稳态性能不是很理想。具有前馈控制的离散滑模控制系统[1]，暂态性能和稳态精度得到提高，但如果系统过载时，滑模控制器的负担将变得非常重。自矫正离散滑模控制可以解决这个问题。

逆变器的控制器由参数自适应的线性前馈控制器和非线性滑模控制器组成，滑模控制器仅在负载导致输出电压变化时产生控制力，稳态的控制力主要由前馈控制器提供，滑模控制器的切换面（超平面）是根据优化准则进行设计的。1.4.3无差拍控制

无差拍控制（deadbeat control）是一种基于电路方程的控制方式，其控制的基本思想是将输出正弦参考波等间隔地划分为若干个取样周期，根据电路在每一取样周期的起始值，用电路理论算出关于取样周期中心对称的方波脉冲作用时，负载输出在取样周期末尾时的值。这个输出值的大小，与方波脉冲的极性与宽度有关，适当控制方波脉冲的极性与宽度，就能使负载上的输出在取样周期的末后与输出参考波形相重合[2]。不断调整每一取样周期内方波脉冲的极性与宽度，就能在负载上获得谐波失真小的输出。因此，即使在很低的开关频率下，无差拍控制也能够保证输出波形的质量，这是其它控制方法所不能做到的,但是，其也有局限性：由于采样和计算时间的延迟，输出脉冲的占空比受到很大限制；对于系统参数的变化反应灵敏，如电源电压波动、负载变动，系统的鲁棒性差。

对于采样和计算延时的影响，一种方法是通过修改输出脉冲方式的方法来减小计算延时造成的占空比局限；另一种方法是通过状态观测器对系统状态提前进行预测，用观测值替代实际值进行控制，从而避免采样和计算延时对系统的影响。为了提高系统的鲁棒性，一种方法是采用负载电流预测方法来减小负载变动对电源输出的影响，但实际改善的程度有限；另一种可行的方法是对系统参数进行在线辨识，从而实时确定控制器参数，以达到良好的控制效果。但是，在线系统辨识的计算复杂度和存储量都非常大，一般的微处理器很难在很短的时间内完成，因此实现的可能性不大，所以还没有一种比较好的方法来解决无差拍控制鲁棒性差的问题。正是由于无差拍控制在电源控制中的不足及局限性到目前还难以解决，使得无差拍控制在工业界的应用还有待不断的深入研究。1.4.4重复控制

逆变器采用重复控制（repetitive control）是为了克服整流型非线性负载引起的输出波形周期性的畸变，它通常与其他PWM控制方式相结合。重复控制的思想是假定前一周期出现的基波波形将在下一基波周期的同一时间重复出现，控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上，以消除后面各周期中将出现的重复畸变[3]。

虽然重复控制使系统获得了很好的静态性能，且易于实现，但该技术却不能够获得好的动态性能。自适应重复控制方案成功地应用于逆变器的控制中。

模糊控制（fuzzy control）能够在准确性和简洁性之间取得平衡，有效地对复杂的电力电子系统做出判断和处理。将模糊控制应用于逆变器，具有如下优点:模糊控制器的设计不需被控对象的精确数学模型,并且有较强的鲁棒性和自适应性；查找模糊控制表只需占有处理器很少的时间，可采用较高采样率来补偿模糊规则和实际经验的偏差。

将输出电压和滤波电感电流反馈，即电压误差和电感电流作为输入模糊变量，可以实现逆变器的模糊控制，整流性负载时，其输出电压总谐波失真（total harmonic distortion,TH）小于5％，将模糊控制与无差拍控制相结合，可用来补偿由于非线性负载导致的电压降落，[5-6]。模糊控制从模仿人的思维外特性入手，模仿人的模糊信息处理能力。它对系统的控制是以人的经验为依据的，而人的经验正是反映人在思维过程中的判断、推理、归纳。理论上已经证明，模糊控制可以任意精度逼近任何线性函数，但受到当前技术水平的限制，模糊变量的分档和模糊规则都受到一定的限制，隶属函数的确定还没有统一的理论指导，带有一定的人为因素，因此，模糊控制的精度有待于进一步提高。

此外神经网络控制是一种使用人工神经网络的控制方法。因为人工神经网络是建立在强有力的数学基础上，所以它有很大的潜力，这个数学基础包括各种各样的已被充分理解的数学工具。在无模型自适应控制器中，人工神经网络也是一个重要组成部分。但由于神经网络的实现技术没有突破，还没有成功地应用于逆变电源的控制中。

第二章 推挽型逆变器的基础知识 2.1 开关型逆变器 广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换电路，这种变换可以是交流电和直流电之间的变换，也可以是电压或电流幅值的变换，或者是交流电的频率、相数等的变换。按电力电子的习惯称谓，基本的电力电子电路可以分为四大类型，即AC——DC电路、DC——AC电路、AC——AC电路、DC——DC电路。本文中的逆变电路就属DC——AC电路。开关逆变器中的开关都是在某一固定频率下工作，这种保持开关频率恒定，但改变接通时间长短（即脉冲宽度），使负载变化时，负载上电压变化不大的方法，称脉宽调制法（Pluse Width Modulation,简称为PWM）[4]。由于电子开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关，因此电子开关称为“硬开关”。凡用脉宽调制方式控制电子开关的开关逆变器，称为PWM开关型逆变器。本文是用SPWM专用产生芯片控制电子开关的通断，属硬开关技术。相对应有另一类控制技术“软开关”，它是一种使电子开关在其两端电压为零时导通电流，或使流过电子开关电流为零时关断的控制技术。软开关的开通、关断损耗理想值为零，损耗很小，开关频率可以做到很高。2.2 推挽型电路

各种变换电路按其是否具备电能回馈能力分为非回馈型和回馈型，非回馈型电路按其输出端与输入端是否电气个力分为非隔离型和隔离型。隔离型电路又分为正激型、反激型、半桥型、全桥型和推挽型。带中心抽头变压器原边两组线圈轮流工作的线路一般称为推挽线路，它不太适合离线变换器的应用。推挽型电路的一个突出优点是变压器双边励磁，在输入回路中仅有1个开关的通态压降，而半桥型电路和全桥型电路都有2个，因此在同样的条件下，产生的通态损耗较小，而且不需驱动隔离，驱动电路简单，这对很多输入电压较低的电源十分有利，因此低电压输入类电源应用推挽型电路比较合适。但是功率开关所承受的电压应大于2。

2.2.1 线路结构

图1-1 推挽型电路原理图

推挽型电路的原理图如图1-1所示。主变压器 原边绕组 接成推挽形式，副变绕组 接成全波整流形式。

2.2.2 工作原理

由于驱动电路作用，两个功率开关管、交替导通。当 导通时，加到 上，所有带“．” 端为正。功率开关管 通过变压器耦合作用承受 的电压。副边绕组 “．” 为正，电流流经、L到负载上。原边电流是负载折算至原边的电流及原边电感所定的磁化电流之和。导通期间，原边电流随时间而增加，导通时间由驱动电路决定。关断时，由于原边能量的储存和漏电感的原因，的漏极电压将升高.2.2.2推挽型逆变器的变压器设计

推挽型逆变器设计在整个电源的设计过程中具有最为重要的地位，一旦完成设计，不宜轻易改变，因此设计时对各方面问题考虑周全，避免返工，造成时间和经费的浪费。下面介绍具体设计。变压器是开关电源中的核心元件，许多其他主电路元器件的参数设计都依赖于变压器的参数，因此应该首先进行变压器的设计。高频变压器工作时的电压、电流都不是正弦波，因此其工作状况同工频变压器是很不一样的，设计公式也有所不同。需要设计的参数是电压比、铁心的形式和尺寸、各绕组匝数、导体截面积和绕组结构等，所依据的参数是工作电压、工作电流和工作频率等[5]。另外，变压器兼有储能,限流,隔离的作用.在磁心大小,原边电感,气隙大小,原,副边线圈匝数的选择,以及在磁心内直流成分和交流成分之间的相互影响都应在设计中细致考虑.第三章 基于单片机的控制系统设计

按照设计的要求，基于单片机AT89C52的设计主要实现以下功能：SA828的初始化及控制、ADC0809采样的数据的处理和输出显示电压频率。选用单片机作为主控器件，控制部分的原理框图如下：

图3-1 控制系统原理框图 3.1 系统硬件电路的设计

图3-2为控制部分的电路原理图。电路主要由AT89C52单片机、四位显示及驱动电路、AD采样电路、复位电路等组成。

图3-2 3.1.1 AT89C52单片机

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8为单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052善拼引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。[6] 主要性能参数：

与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可充擦写Flash闪速存储器 1000次擦写周期

全静态操作：0Hz—24MHz 三级加密程序存储器 256×8字节内部RAM 32个可变成I/O口线 3个16位定时计数器 8个中断源

可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述：

AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时器/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能： Vcc：电源电压 GND：地

P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P1写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口出了作为一般的I/O线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表： 端口引脚 第二功能

P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）

P3.4 T0（定时/计数器0）P3.5 T1（定时/计数器1）

P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。对于本次设计的引脚使用情况如下： P1口：控制LED数码管8位段码;P3.0，P3.1，P3.4，P3.5：数码管位选通口;XTAL：接晶振;RST：接复位电路;P0： ADC0809的结果输入；SA828的控制字口;P2.0：SA828的片选;P2.7：ADC0809的片选;P3.2：外部中断0.AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256×8位的随机存取数据存储器（RAM），3个16位定时/计数器、6个中断源、低功耗空闲和掉电方式等特点。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，可以满足系统要求。系统采用5V电源电压，外接12M晶振。3.1.2显示电路

显示的方法分为动态显示和静态显示。所谓静态显示就是在同一时刻只显示一种字符，其显示方法简单，只需将显示段码送至段码口，并把位控字送至位控口即可。动态显示是利用人眼对视觉的残留效应，采用动态扫描显示的方法。[7]本设计采用动态显示，显示电路采用四位一体共阳极LED数码管，从P1口输出段码，位选控制端接于P3.0,P3.1,P3.4,P3.5。段驱动采用74LS245，位选驱动采用74LS244。硬件连接图如下： 图3-3 显示部分硬件连接图 3.1.3 A/D转换电路

A/D转换器采用集成电路0809完成，0809是8位MOS型A/D转换器。[] 1).主要特性

① 8路8位A／D转换器，即分辨率8位;② 具有转换起停控制端;

③ 转换时间为100μs;

④ 单个＋5V电源供电;

⑤ 模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准;

⑥ 工作温度范围为-40～＋85摄氏度；

⑦ 低功耗，约15mW。

2).内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。

图3-4ADC0809内部结构框图 3).外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3-5 所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。如表所示。

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。图 3-5 ADC0809引脚图

START： A／D转换启动信号，输入，高电平有效。

EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一＋5V。GND：地。

表3-6 ADDA、ADDB、ADDC真值表

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。4).AD0809与控制电路的连接如下图:

图 3-7 AD0809的连接电路 3.1.4 SPWM波形电路

由于逆变开关管的开关时间要由载波与调制波的交点来决定。在调制波的频率、幅值和载波的频率这3项参数中．不论哪一项发生变化时，都使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次调整时，都要重新计算交点的坐标。显然，单片机的计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常的作法是：对计算作一些简化，并事先计算出交点坐标．将其制成表格，使用时进行查表调用。但即使这样，单片机的负担也很重。

为了减轻单片机的负担，一些厂商推出了专用于生成三相或单相SPWM波控制信号的大规模集成电路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采用这样的集成电路芯片，可以大大地减轻单片机的负担，使单片机可以空出大量的机时用于检测和监控。这里详细介绍SA828三相SPWM波控制芯片的主要特点、原理和编程。3.1.5 SA828主要特点

⑴.适用于英特尔和摩托罗拉两种总线格式,接口通用性好, 编程，操作简单,方便,快捷。⑵.应用常用的对称的双边采样法产生PWM波形, 波形产生数字化,无时漂,无温漂稳定性好。

⑶.在外接时钟频率为12.5MHZ时载波频率可高达24KHZ,可实现静音运行。最小脉宽和死区时间通过软件设置完成,既节约了硬件成本,又使修改灵活方便。

调制频率范围宽,精度高(12位),输出正弦波频率可达4KHZ,可实现高频率高精度控制及光滑的变频.。

⑷.在电路不变的情况下, 通过修改控制暂存器参数,就可改变逆变器性能指标,驱动不同负载或工作于不同工况。

⑸.可通过改变输出SPWM脉冲的相序实现电机的正反转。

⑹.独立封锁端可瞬时封锁输出PWM脉冲亦使微处理器防止突然事件的发生。3.1.6 SA828工作原理

SA828是MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM信号发生和控制的集成芯片。它既可以单独使用，也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为：全数字控制；兼容Intel系列和MOTOROLA系列单片机；输出调制波频率范围0—4kHz;12位调速分辨率；载波频率最高可达24kHz；内部ROM固化波形：可选最小脉宽和延迟时间(死区)；可单独调整各相输出以适应不平衡负载。[8] SA828采用28脚的DIP和SOIC封装。其引脚如图3-8所示。各引脚的功能如下：(1)输入类引脚说明

AD0——AD7：地址或数据输入通道。

SET TRIP：通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出,高电平有效。

：硬件复位引脚，低电平有效。复位后,寄存器的、、WTE和RST各位为0。CLK：时钟输入端，SA828既可以单独外接时钟，也可以与单片机共用时钟。：片选引脚。

、、ALE：用于“ ／ ”模式，分别接收写、读、地址锁存指令。INTEL模式下ALE的下降沿传送地址，的上升沿给SA828写数据。在此模式下不用。

R／、AS、DS：用于“R／ ”模式，分别接收读／写、地址、数据指令。MOTOROLA模式下，AS的下降沿传送地址，当R／ 为低电平时，DS的下降沿给SA828写数据（接底电平）

(2)输出类引脚说明 图3-8 RPHB、YPHB、BPHB：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的下臂开关管。RPHT、YPHT、BPHT：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的上臂开关管。

它们都是标准TTL输出．每个输出都有12mA的驱动能力，可直接驱动光偶。

：该引脚输出—个封锁状态。当SETTRIP有效时，为低电平、表示输出已被封锁。它也有12mA的驱动能力，可直接驱动一个LED指示灯。ZPPR、ZPPY、ZPPB：这些引脚输出调制波频率。WSS：该引脚输出采样波形。3.1.7内部结构及工作原理

SA828内部结构如图3-9所示。来自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器，它们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载被与片内ROM中的调制波形进行比较，自动生成SPWM输出脉冲。通过脉冲删除电路，删去比较窄的脉冲(如图3-10所示)，因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。

图3-9 SA828的内部结构

片内ROM存有正弦波形。寄存器列阵包含3个8位寄存器和2个虚拟寄存器。他的虚拟寄存器R3的写操作结果是R0,R1,R2中的数据写入控制寄存器。虚拟寄存器R4的写操作结果是R0,R1,R2中的数据写入初始化寄存器。各寄存器地址如表3-11所列。

图 3-10 脉冲序列中的窄脉冲

AD2 AD1 AD0 寄存器 功能 0 0 0 R0 暂存数据 0 0 1 R1 暂存数据 0 1 0 R2 暂存数据 0 1 1 R3 传控制数据 1 0 0 R4 传初始化数据 表 3-11 其工作过程可简析如下：由于调制波形关于90度，180度，270度对称，故波形ROM中仅有0∽90度的波形瞬时幅值，采样间隔0.23度, 90度内共384组8位采样值存入ROM中，每个采样值线性的表达正弦波的瞬时值, 通过相位控制逻辑，将它组成0∽360度的完整波形.该调制波与载波比较产生三相六路双极性PWM调制波形.其经脉冲宽度取消电路，将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉,再经脉冲延时电路引入死区时间，从而保证了在转换瞬间高，低端功率开关不会出现共同导通现象。图3-9中24位初始化暂存寄存器,可用来设置输出波形参数，例如载波频率，最小脉宽，脉冲取消时间计数器置”0” 图3-12 Intel总线时序

等。一经设置好，运行中不允许改变。24位控制寄存器，用来调整改变调制波频率，幅值，输出关闭，过调制选择，开机关机等.上述设置和调整均通过微处理器或微控制器发出指令，数据先存入三个8位暂存寄存器R0，R1，R2中，然后通过R3和R4分别传送给24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或调整时，端要置0。SA828由外配的微处理器通过复用MOTEL总线控制，并与外配的微处理器接口，该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉两种总线格式及工作时序的能力（两种总线的工作时序如图3-12和3-13），在电路启动运行后,当AS/ALE端从低电平变为高电时，内部检测电路锁存DS/ 的状态，若检测结果为高电平则自动进入英特尔模式，若检测结果为低电平，则选择摩托罗拉模式工作，总线连接和定时信息相对所用微处理器而言，这个过程在每次AS/ALE变为高电平时要进行，实际中模式选择由系统自动设定。

图3-13 Motorola总线时序

3.1.8 SA828 初始化寄存器编程

初始化是用来设定与电机和逆变器有关的基本参数。它包括载波频率设定、调制波频率范围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽设定、幅值控制。

初始化编程时，即设定各寄存器内容。下面分别介绍这些内容的设定。[9](1)载波频率设定

载波频率(即三角波频率)越高越好，但频率越高损耗会越大，另外，还受开关管最高频率限制，因此要合理设定。设定字由CFS0--CFS2这3位组成。载波频率 通过下式(3—1)求出。式中K为时钟频率,n值的二进制数即为载波频率设定字，可以取1，2，4，8，16或32。由于K=12MHz，当n=1时，反算得 =23.4375KHz,考虑到(max)=24KHz , <(max)当n=2时，=11.71725KHz ,故n取1，实际 =23.4375KHz。(2)调制波频率范围设定

根据调制频率范围．确定设定字。设定调制波频率范围的目的是在此范围内进行l2位分辨率的细分，这样可以提高控制精度，也就是范围越小．控制精度越高。调制被频率范围设定字是由FRS0—FRS2这3位组成。调制波频率 通过下式(3—2)求得。m值的二进制数即为调制波频率范围设定字。上面已得 =23.4375KHz，若取 =500Hz则m=8.192 ,考虑到调制波的频率为400Hz，则m=8 ,反算得 =488.28Hz。(3)脉冲延迟时间设定 该设定字是由PDY0—PDY5这6位组成。脉冲延迟时间 通过下式(3—3)求得。设脉冲延迟时间 则 =60(4)最小删除脉宽设定

最小删除脉宽设定字是由PDT0—PDT6这7位组成。最小删除脉宽 由下式(3—4)图3-14 延迟前后脉宽关系

求得。考虑到延迟(死区)的因素，在延迟时．通常的做法是在保持原频率不变的基础上，使开关管延迟开通．如图3-7所示．实际输出的脉宽＝延迟前的脉宽--延迟时间。由结构图 可知．SA828的工作顺序是先删除最窄脉冲，然后再延迟．所以式(3—4)给出的 应是延迟前的最小删除脉宽。它等于实际输出的最小脉宽加上延迟时间，即 ＝实际输出的最小脉宽十 ,假设实际输出的最小脉宽=10 那么 =15 则 =180> =128 , =10.67 s 最小脉宽为5.67 s。(5)幅值控制

AC是幅值控制位。当AC＝0时，控制寄存器中的R相的幅值就是其他两相的幅值。当AC=l时，控制寄存器中的R、Y、B相分别可以调整各自的幅值，以适应不平衡负载。

初始化寄存器通常在程序初始化时定义。这些参数专用于逆变电路中．因此，在操作期间不应该改变它们。如果一定要修改，可先用控制寄存器中的 来关断SPWM输出，然后再进行修改。

3.1.9 SA828控制寄存器编程

控制寄存器的作用包括调制波频率选择(调速)、调制波幅值选择(调压)、正反转选择、输出禁止位控制、计数器复位控制、软复位控制。控制数据仍然是通过Ro—R2寄存器输入并暂存，当向R3虚拟寄存器写操作时．将这些数据送入控制寄存器。(1)调制波频率选择

调制波频率选择字由PFS0—PFS7这8位组成。通过下式

(3-5)求得 值，它的二进制数即是调制波频率选择字。取 =400Hz , =488.28Hz ,得 =3355.45179(2)调制波幅值选择

通过改变调制波幅值来改变输出电压有效值，达到变频同时变压的目的。输出电压的改变要根据U/f曲线，随频率变化进行相应的变化。调制波幅值是借助于8位幅值选择字(RAMP、YAMP、BAMP)来实现的。每一相都可以通过计算下式 %(3-6)求出A值，它的二进制数即为幅值选择字(即RAMP或YAMP或BAMP)。式中的 就是调压比，注意，初始化寄存器的AC位决定了R相幅值是否代表另二相幅值。= =91.8=92(3)输出禁止位控制

输出禁止位。当 ＝0时，关断所有SPWM信号输出。(4)计数器复位控制

计数器复位位，当 ＝0，使内部的相计数器置为0(R相)。(5)软复位控制

RST是软复位位。它与硬复位 有相同的功能。高电平有效。

SPWM波形的产生，选择专用的芯片SA828，如前面所讲，这里不再论述。它和单片机的接口如下图所示： 3.2 系统软件的设计 3.2.1 初始化程序

系统上电时,初始化程序将数据存储区清零。3.2.2 主程序

完成定时器的初始化，开各种中断，循环调用各个子程序。包括电压显示子程序、AD转换子程序、828初始化子程序。主程序流程图见图 程序清单如下: START: SETB IT1;选择INT1为边沿触发方式 SETB EX1;开外中断1 SETB EA;开总控制中断

CLR PX1;外中断1为低优先级 SETB IT0;脉冲下降沿触发外中断0 SETB EX0;开外中断0 MOV TMOD,#01H;T0工作在定时，方式1 SETB PX0;外中断0为高优先级 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H ACALL KAISHI ACALL INCADC AJMP START 3.2.3 SA838初始化及控制子程序

按照单片机与SA828的接线图，P2.0作为SA828的片选控制口，因此SA828的起始地址为FE00H。系统上电复位之后首先对SA828写初始化字和控制字。具体计算如前面所述。流程图如下： 程序清单如下：

CLR P2.1;禁止PWM输出

MOV A,#80H;SA828初始化寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;给R0写数据 INC DPTR MOV A,#60H MOVX @DPTR,A;给R1写数据 INC DPTR MOV A,#04H MOVX @DPTR,A;给R2写数据 INC DPTR INC DPTR MOVX @DPTR,A;给初始化寄存器R4写数据 MOV A,#1BH;SA828控制寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;给R0写数据 INC DPTR MOV A,#2DH MOVX @DPTR,A;给R1写数据 INC DPTR MOV A,#05CH MOVX @DPTR,A;给R2写数据 INC DPTR MOVX @DPTR,A;给控制寄存器R3写数据 SETB P2.1;允许PWM输

单片机对采样到的输出如做PI调节计算转换为电压幅值控制字后，需要重新写入控制字，其方法是相同的。

3.2.4 ADC0809的控制及数据处理子程序

单片机与ADC0809的接线图所示，P2.7作为ADC0809的片选控制口，因此ADC0809的起始地址为7F00H。如图所示，ADC0809的地址选择线接地，固定8路模拟数据输入端重IN-0为电压采样输入端。ADC0809的CLK信号是从AT89C52的ALE端经四分频器74LS74分频后得到的，工作频率为500HZ，转换时间为128us左右，据此设计一个延时时间，延时时间一到，采用查询方式进行数据传送。即用软件测试EOC（P3.1）的状态，若测试结果为1，则转换结束接着进行数据传送，否则等待，直到测试结果为1。因为ADC0809的最大输入电压为5V，其转换结果FFH对应5V。所以FFH对应的输入应大于等于5V，表示输入超过量程。本设计中FFH对应36V，其转换公式为，X=，因此程序中有二进制转换及乘14子程序，除以100处理为小数点固定显示在次低位。另外，考虑到系统存在电磁干扰，采用了中值滤波子程序进行软件抗干扰。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。中值滤波之后将最优值存于6AH中再进行转换处理。流程图如图下面是程序清单： INCADC: MOV R0,#2CH MOV R2,#03H SAMP: MOV DPTR,#7F00H;AD0809端口地址送DPTR MOV A,#00H;输入通道0选择 MOVX @DPTR,A;启动A/D转换 MOV R7,#0FFH;延时查询方式 DELAY:DJNZ R7,DELAY LOOP1:JB P3.1,T1;查询p3.1是否为1 JNB P3.1,LOOP1 T1:MOVX A,@DPTR;读取从IN0输入的转换结果 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,SAMP 以下是数字滤波程序流程图及程序清单：

FILTER:MOV A,6CH CJNE A,6DH,CMP1 AJMP CMP2 CMP1:JNC CMP2 XCH A,6DH XCH A,6CH CMP2:MOV A6DH CJNE A,6EH,CMP3 MOV 6AH,A CMP3:JC CMP4 MOV 6AH,A CMP4:MOV A,6EH CJNE A,6CH,CMP5 MOV 6AH,A CMP5:JC CMP6 XCH A,6CH CMP6:MOV 6AH,A;滤波结果存于6AH RET 3.2.5 数据处理及电压显示子程序 DISPLAY: MOV A,6AH ACALL L1;十进制转换 ACALL PLAY RET PLAY:;显示程序 MOV A,R5;分离D1 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R5;分离D2 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 51H,A MOV A,R4;分离D3 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R4;分离D4 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 53H,A PLAY1: CLR P2.6 CLR P2.5 CLR P2.4 CLR P2.3 MOV R1,#50H;显示数据首地址 MOV P1,#0FFH;清除原来的数据 SETB P2.3;显示最低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS;数据显示1ms CLR P2.3 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.4;显示次低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR ANL A,#7FH;小数固定显示 MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.4 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.5;显示次高位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.5 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.6;显示最高位 MOV A,@R1 JZ NODISPLAY;若A=0，则不显示 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.6 MOV P1,#0FFH NODISPLAY: MOV P1,#0FFH AJMP PLAY1 RET

L1:CLR C;十进制转换 MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#08H NEXT1:RLC A MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R2 DJNZ R3,NEXT1 RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH

DL1MS: MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET 3.2.6 输出频率测试计算及显示子程序部分 ⑴.频率测试计算子程序部分

SA828带有频率输出端口，将其与单片机的中断INT0口相接，如原理图所示。本例中所使用的中断源有2个：T0中断和 中断。中断的功能是计算ZPPR输出的调制波频率。由于调制波频率可能比较低，因此用T0溢出中断来记录一个ZPPR周期中T0溢出的次数，这个溢出次数保存到70H中。这样，在一个 中断间隔里，所用的时间（即ZPPR周期）是3个字节的数（1个字节的T0溢出次数，2个字节的T0值）。因为AT89C52使用12MHZ的时钟频率，一个机器周期是，所以调制波频率的计算公式为： =0F4240H，也是一个3字节的数，因此 是一个3字节除法运算。如果对精度要求不高，的分子分母可以舍掉最低字节来简化运算，这样就成为双字节除法运算。所以，当 中断时，只取TH0，将其存放到71H中除法运算的整数商存放到72H、73H中，小数商存放到75H中，以便频率显示程序中调用。

中断子程序及流程图如下：

SUANPIN: CLR EA;关中断 CLR TR0 PUSH ACC;保存现场 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.3 MOV 70H,#00H;MOV TL0,#00H;TL0清0 MOV 71H,TH0;取TH0值 MOV TH0,#00H;TH0清0 MOV A,71H;检查除数是否为0 ORL A,70H;不会溢出，高位永远为零 JZ ABC;除数为0则退出 MOV R2,#00H;输入被除数 MOV R3,#00H MOV R4,#0FH MOV R5,#42H MOV R6,70H;输入除数 MOV R7,71H LCALL NDIV;调用双字节除法子程序原来的程序，NDIV:MOV B,#16;双字节无符号数除法子程序;当条件（R2R3）〈（R6R7）满足时，;（R2R3R4R5）/（R6R7）=（R4R5），余数在（R2R3）NDVL1: CLR C MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A XCH A,R2 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C CLR C SUBB A,R7 MOV R1,A MOV A,R2 SUBB A,R6 JB F0,NDVM1 JC NDVD1 NDVM1: MOV R2,A MOV A,R1 MOV R3,A INC R5 NDVD1:DJNZ B ,NDVL1 CLR F0

MOV 72H,R4;频率整数部分存于7273H中 MOV 73H,R5;调制波频率整数部分存72H MOV 75H,R2;将调制波频率小数部分（小于100）存75H MOV 70H,#00H;70H清0 ABC:POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢复现场 POP DPH POP DPL POP B POP ACC SETB EA;开中断 SETB TR0 RETI

⑵.频率显示部分

本系统用一个四位一体的LED数码管显示数据，系统初始化后显示的为电压，按频率显示按钮显示频率。利用中断源 显示，它将72H、73H中的频率整数（二进制数）部分先进行二--十转换存于R3R4R5中，根据经验，转换过来的十进制数只有百位，即R3中的值为00，R4中的值为0X。因此将R4R5中的数分离分别在最高位、次高位、次低位显示，并且次低位带有小数点。将75H中的小数部分在最低位显示。至此，频率显示部分完成。

中断程序及流程图如下：

DISPLAYF:PUSH ACC;保存现场 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.4;使用第二工作寄存区

MOV R6,72H;频率整数部分存欲R6R7中调用双字节十进制转换程序 MOV R7,73H;;ACALL HB2;调用双字节十进制转换程序

HB2:CLR A;BCD码初始化;双字节十进制转换 MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H;转换双字节二进制整数

HB3:MOV A,R7;从高端移出待转换数的一位到CY中 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5;BCD码带进位自身相加，相当于乘2 ADDC A,R5 DA A;十进制调整 MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV A,75H;频率小数部分在最低位显示 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,R5;频率整数部分个位数在次低位显示 ANL A,#0FH CLR CY SUBB A,#07H MOV 51H,A MOV A,R5;频率整数部分十位数在次高位显示 ANL A,#0F0H SWAP A CLR CY SUBB A,#05H MOV 52H,A MOV A,R4;频率整数部分百位数在最高位显示 ANL A,#0FH DEC A MOV 53H,A ACALL PLAY;显示频率

POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢复现场 POP DPH POP DPL POP B POP ACC AJMP DISPLAYF RETI

第四章 联机调试及结果分析 4.1 联机调试情况

系统的调试分为硬件调试和软件调试两个部分。硬件调试包括控制电路的调试和主电路的调试。调试时，应该先调控制部分。首先检查电路的焊接是否正确，然后用万用表测试或通电检测。主电路部分硬件的检测方法同控制部分。硬件检查无误后，软件调试。软件调试可以先编写显示程序并进行硬件的正确性检验，然后分别进行主程序、AD转换子程序、电压显示子程序、频率显示子程序、数字滤波子程序等子程序的编程及调试。

在联机调试前，先用伟福模拟仿真，然后利用爱思G3000在线联机调试。联机调试时出现了下面一些问题：

1).四位一体LED显示管不显示； 2).P1口没有数据输出； 3).AD转换器不工作；

4).SA828的输出波形不正确。解决的办法及处理结果：

1).检查各个数码管的位控端及代码段是否连接完好，给它加的驱动是否正确，以及各个数码管本身是否完好。经检测是我们的驱动连接有问题，重新连接后，显示正常。

2).P1口没有数据输出的原因也是我们的显示驱动出错导致，当驱动错误排除后，P1口数据输出正常。

3).和AD转换器的各个连线都联结正确，我们的焊接技术不好，出现了个别引脚虚焊，虚焊处理后，问题解决。

4).SA828的输出波形下桥臂出现一段脉宽为1us的不正常波形，按照电路设计原理，小于5.67us的波形在脉冲删除电路中是该删除掉的，由于三相下桥臂均输出这种不正常的波形，我们用到了SA828的输出禁止端SETTRIP，把此端接上高电平即可使输出禁止而不影响内部电路的正常工作，但是实验结果还能看到此不正常的波形，若其是内部电路产生，即使不能删除，在输出禁止时理论上应该是能禁止的。又考虑到可能是干扰所至，消除掉可能存在的干扰后依然存在此波形。初次使用这系列的芯片，对其资料也不完全掌握，实验最后，仍留此问题，亟待日后解决。另外，在绞尽脑汁之后，发现一个问题，原来认为不用的芯片端口可以按其功能相应的接高电平或接地，在这样做之后，芯片发烫，断开连接即恢复正常 4.2 实验验证及结果分析

1).1).从SA828的RPHT、PRHB输出的驱动脉冲信号如下图4-1所示

图4-1 PWM输出的上、下桥臂的驱动信号

2).经过TTL驱动电路，加在栅极的驱动电压信号如图4-2所示。图4-2 MOSFET栅极的驱动信号 3).仿真交流输出信号如图4-3所示 图4-3 仿真交流输出信号 4).结果分析

实验室搭建主电路进行实验和调试，获得了较好的实验效果。该系统输出正弦波的频率为400HZ。试验证明整个系统方案结构紧凑，实时性较好。4.3结论

在前面的系统硬件软件设计下，我们在实验室组成实际的线路进行了实验和调试，获得了较为良好的实验效果。该系统输出正弦波合成的频率为400HZ，试验证明整个系统结构紧凑，实时性较以完全单片机软件编程产生SPWM波的方法要好得多，而他的功能又比用HEF4752等纯硬件方法生成的SPWM波的方法完善。综上分析及实验验证，可以得到下面几点结论：

1).SA828时一个高性能的SPWM专用IC，在合适的外围条件的支持下，它可以输出较好的SPWM脉冲信号。

2).以单片机最小系统来完成SA828的外围硬件支持，可以使系统的硬件结构简化，提高可靠性，减小系统成本和体积。

3).文中介绍的以AT89C52最小系统与SA828相结合构成的全数字化SPWM脉冲形成系统，即可解决全软件编程产生SPWM脉冲波的缺陷，又可以弥补纯硬件系统完成SPWM脉冲生成方案的不足，是一种较好的方案。4).文中介绍的SPWM脉冲形成方案，不仅在开关电源的数字化制作方面是一个尝试和创新，而且在直流调速、交流调速、变频电源、电力回收领域，也具有通用性，它应用前景广阔。

UPS不间断电源系统优化设计 篇6

关键词：可靠性;不间断供电;优化设计

中图分类号：TQ056.8      文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）26-0003-02

1  概  述

随着综合国力的提升、人民生活水平的提高，首要任务就是保证计算机信息网络系统安全、可靠运行，信息业界乃至各行各业公认 UPS 不间断电源的重要性。

实际上，UPS经历过近四十年的发展，性能指标基本相似，不同点在于功能上的拓宽、创新及可靠性的高低。脉冲调制技术和功率晶体管及组合管、功率MOS管、IGBT等已被UPS普遍采用，从而降低了UPS的可闻噪声，提高了效率和可靠性。UPS本身就是集数字与模拟技术，数字通讯技术、电力电子技术、微处理器及软件编程等技术于一体的密集型电子产品。另外，随着位处理器和计算机的应用的普及，将其引入UPS系统。研制只能UPS是UPS发展的必然趋势。

2   UPS的分类

根据工作原理的不同，不间断电源可以分为后备式、在线式与在线互动式三种。

2.1  后备式

断电保护、自动稳压在不间断电源的应用中，是最基础最重要的功能，后备式均能达到这些功能的要求，它的结构十分简单、较高的可靠性、较低的价格，因此在外部设计、微型计算机或POS机等多个领域广泛应用。

2.2  在线式

在线式虽然结构相对复杂，但与其他两种相比，可以持续零中断地输出纯净正弦波交流电，对于所出现的浪涌、尖峰等系列电源问题，均能有效快速解决;但是由于在线式需要的资金比较大，在关键网络中心与设备等对电力要求严格的环境中才会使用。

2.3  在线互动式

在线互动式比后备式具有更加强烈的滤波能力、抵御市电干扰功能，其转换时间在4 ms以内，在网络设备（如：路由器、配备服务器）、电力工作环境相对困难的偏远地区均能够安全应用。当市电处于正常供电的情况下，通过市电滤波的回路作用之后，不间断电源 （UPS） 同时分成两个回路，一个是通过充电回路完成对电池组的充电，另一个是依次经过整流回路、逆变器的转换，最后把电力提供给计算机。

3  系统优化设计

3.1  主电路设计

本设计中整流器和充电器合二为一，这主要从功率大这个因素考虑的。为实现大功率整流和充电的需要，设计中借助于可控整流器件SCR，采用三相全控桥式整流充电电路，从而大大提高了可靠性，降低了造价。

3.1.1  整流器

UPS电源装置的重要组成之一是整流器，它具有以下两个功能：能够把市电发出的交流转变为直流电，经过滤波操作后供给负载、逆变器;整流器在设计中的作用相当于一个充电器，给蓄电池提供所需要的充电电压。根据梅兰日兰UPS不间断电源Galaxy系列整流器电路的组成部件和工作原理，控制电路采用16位INTEL96系列的单片机，控制简洁、方便可靠。主回路电路示意图，如图1所示。

3.1.2  逆变器

不间断电源的交流电源装置的核心是逆变器，穿插在负载、整流器两装置当中，利用蓄电池的输出功能，经过转换最终把直流电转变成 标准的交流电，提供给负载。逆变器的功率单元采用IGBT组成的二相桥式逆变电路，IGBT驱单元采用日本富士公司生产的EXB841驱动芯片组成的驱电路，逆变控制系统设计采用冗余设计方案，两套由INTEL公司生产的16位微处理器。

3.1.3  蓄电池

储存电能的部分就是蓄电池。当处于正常供电的情况下，直流电源就会对蓄电池充电工作，实际上就是把电能转换成化学能;当市电供电中断的时候，不间断电源就会把储存在蓄电池中的化学能量转变成电能（直流电），从而就能够使逆变器正常工作。在该设计中选用一组20节的PBG200AH 12 V蓄电池。

3.1.4  充电器

生产生活中常用的充电电路有分级式和恒压充电两种形式。在线式UPS通常采用分级式充电电路，简单来说就是在充电初期的时候，采用恒流形式充电;当蓄电池的端电压充满电压之后，再采用恒压充电形式，该系统优化设计采用 UC3842 芯片。充电器实际上作为一个开关电源，只不过这种电源具有限制电流、稳定压力的功能，只要把相关参数设置合适，就可以使蓄电池达到满意的状态充电，这样子就无形中增加了蓄电池的使用寿命。

3.2  控制电路设计

3.2.1  整流器控制电路

整流器本质是一个把将交流（AC）转变为直流（DC）的整流装置。在双变换不间断电源中，整流器既能够给逆变器供电，又能够给蓄电池进行充电，因此又可以把它叫作整流器/充电机。整流器对各部分基本要求如下：

①利用交流可以输入电流的功能，整流器/充电机限定了电路中的电流，根据有关规定交流输入的电流达到满载的1.15倍;当发电机组在供电的时候，交流输入电流与满载输入电流相平衡。

②整流器/充电机利用蓄电池充电电流限流电路，将蓄电池充电电流限制到不间断电源额定输出容量的15%;当发电机组在供电的时候，蓄电池的充电电流应限制至零。

③远端温度检测器运行的时候，整流器/充电机能够自动地进行调节蓄电池的浮充电压使其维持在一般-5 mv/只/℃左右。

目前较先进的方法是采用SPWM高频整流提高UPS的输入功率因数，也就是从提升开关频率的途径，从根本上解决不间断电源的谐波污染及无功缺额问题。

此外，另一种新兴的技术——软开关技术。这是一种可以降低开关损耗、提高开关频率、减少开关硬力、提高工作可靠性的新兴技术。目前也被部分不间断电源厂家所采用。

3.2.2  逆变器控制电路

通常希望逆变器能得到一个电压稳定的电源，但是由于种种原因的影响，比如市电电压变化频繁，有时低于380 V（三相交流电输入），甚至低达340 V;有时高于380 V，甚至高达420 V等，如果采用不可控整流电路，将使得整流器的直流输出不能保持稳定，只有采用可控整流电路，同时采用必要地负反馈环节，自动地调节脉冲相位，才能保证整流器的输出电压稳定。

3.2.3  微处理器的选择

现在市场上应用最为普遍的是8位单片机，但是在一些比较复杂的系统中，它就不得不让位于16位单片机。采用的是数字信号处理器（Digital Signal Processo动和大规模逻辑控制器CPLD对不间断电源系统中的变换、控制、量测等环节进行全息控制，从控制器性能提升的角度对整套装置的变流精度，控制准度进行提升，从而保证正弦波形的相似度非常接近同时由于这种先进的数字控制系统带来的完备的保护逻辑，能够是不间断电源系统更稳定可靠地工作。

3.3  保护电路设计

对于完整的不间断电源系统来说，应该具有过电压保护、欠电压保护、过载保护、过热保护和短路保护等一系列措施。除了以上这些保护措施之外，在重要的UPS情况下，对防止电解液面过低和蓄电池温度异常现象的发生也应该有相应的保护。当电路处于超载（即为负载的1.5倍）的情况下，电源开关就能够快速转换到旁路状态，直到负载正常时就会自动恢复到常态;当处于严重超载（即为额定负载的2倍）情况下，不间断电源就会马上控制逆变器的输出，自动切换到旁路状态，同时前面的输入空气开关也有可能跳闸;当这些问题都解决之后，重新关闭开关、再开机，不间断电源恢复到了原来的工作状态。

4  结  语

在电力系统中，电力操作电源能够为保护和控制设备提供独立电源。因而，电力系统的直流操作电源要求特别高的可靠性，包括大型枢纽变电站、中小型变电站、核电站、水火力发电厂等，均要求直流供电系统的高可靠性。通过对UPS系统进行合理的优化设计，达到各部件之间能够可靠、协同地进行工作的效果，优化冗余的配置方案，最终能够使电力系统在直流操作电源系统的操作下能够高效运行。

参考文献：

[1] 吴其雨.UPS不间断电源的选择与配置[J].机床电器，2001，28（4）：41-46.

[2] 陈文实，许立民.UPS电源现状及发展方向[J].辽宁工学院学报，

2002，22（4）：24-25.

[3] 肖化，胡广莉.智能化交流不间断电源UPS设计[J].电力电子技术，1997，

31（2）：31-34.

远程电源管理系统设计 篇7

1 系统硬件组成原理

1.1 系统总体组成

双电源远程监控系统主要由安装在信号机械室内自动监控终端和双路电动操作设备、缺相反相自动分断模块、GPRS通讯模块、安装在调度端的双电源远程监控系统后台组成。自动监控终端, 可及时采集双电源设备的相关信息量 (如电流电压越限报警、开关分合位、三相电压 (电流) 、后备电源管理、缺相反相分断信号、监控设备门禁等) , 通过GPRS无线模块向监控系统后台发送信号, 由后台发布数据, 然后通过后台服务器上软件平台, 可以监控各双电源设备正在运行状态和报警信息, 并可执行远程操作控制。系统组成框图如图1所示。

1.2 双路电动操作箱

此电动操作箱内安装两个380 V三相电动操作开关, 开关为100 A, 操作电源为直流24 V。每一回路安装三个电流互感器, 以采集三相电源负荷情况。操作开关的控制由监测控制终端柜输出的电动控制命令 (可远程操作, 也可就地操作) 来操作, 遇特殊情况或电动操作失效时, 可手动操作开关的分合。电动操作箱采用挂箱式结构, 箱体尺寸500×300×600, 利于在信号机械室安装。

为提高缺相反相分断的速度及可靠性, 使缺相电源迅速退出运行, 在0.15 s内 (信号设备电源最长切换时间) 投入正常电源, 本电动操作箱内单独设计安装缺相保护和断相自动分断模块及电路。缺相保护模块输入为三相380 V电, 输出两个节点:一个常闭, 一个常开, 两节点独立, 常开接入开关脱扣回路, 常闭接入测控装置遥信回路。当在用电源缺相后, 缺相反相自动分断模块监测到三相电源某相小于50 V (可调) 、两相大于170 V (可调) 判断为缺相故障, 输出分励脱扣命令, 操作电动箱内的电动操作开关快速分闸, 并及时将参数及分闸动作情况送到监控中心。三相同时低于170 V (可调) , 判断为失电, 不分断开关。其他越限均不做开关自动分断功能, 其逻辑判断及报警功能由监测控制终端机箱担任。

1.3 自动监测控制终端

自动监测控制终端放在机械室, 采集电操箱内的电流、电压、开关状态、分断信号, 进行其他逻辑运算及输入输出各种控制命令, 采用自主开发整体模块化设备方案。主要由监测控制机箱 (CPU板、模拟量采集板、数字量采集板、控制输出板、人机界面、通信接口) 、GPRS数据通信模块、直流24 V后备电源等组成。组成结构示意图如图2所示。内置32位的高性能CPU作为控制终端硬件平台, 开关设备的开关量和采集, 处理装置, 根据通信协议向监控中心报告, 并接受上级的命令。控制终端采用32位高性能微处理器作为内置CPU, 嵌入式软件平台。该终端采集电压电流量和开关量, 加工处理后, 根据通信协议向监控中心报告, 并接受上级的命令[5]。实现:1) 双电源运行参数测量、记录、上送;2) 电源缺相时自动分断信号的上送;3) 电流电压越限判断, 越限数据上送监控中心;4) 实现开关量的变位测量与上送;5) 接收监控中心的招测、数据调阅;6) 接收监控中心分合控制指令。控制装置采用挂箱式结构, 箱体尺寸不大于500×300×600, 利于在机械室安装。

1.4 监控中心

监控中心为站控层设备, 由软硬件平台组成, 负责接收各终端设备采集的所有数据信息, 并进行存储、运算、分析判断后, 根据需要对各分设备下达各种指令, 如招测数据、操作预置、远程分合等。监控中心采用自主开发软件:由数据采集程序、处理和存储程序、监控程序、远程数据通信和系统管理程序等组成, 能实现现场电源设备运行状况电压电流数据的实时采集、监控、处理与存储, 数据通信采集不同设备的数据, 并转换成统一数据帧格式, 以串口通信方式写入GPRS Modem数据传输单元, 实现远程传输应用。具体实现的主要功能有:1) 双电源运行模拟量参数监测记录;2) 双电源运行开关状态、变位信息监视记录;3) 双电源电操开关远程控制;4) 用户分层管理;5) 操作安全管理;6) 通讯状态管理;7) 历史数据查询;8) 历史事件记录查询;9) 报警事件记录查询;10) 报表自动生成。

1.5 通信通道与GPRS通信电路

通信通道采用中国移动专用数据通道, 每个监控点有固定的移动IP地址, 组网为1+N方式。并预留光纤通道接口, 以方便接入光纤。GPRS通信电路主要由电源电路、GPRS模块、SIM接口电路和串行接口电路四部分构成。其核心部分是GPRS模块, 采用MC35模块, 支持GSM和GPRS两种模式, 兼容AT指令集, 具有断线重拨和自动连接功能[6]。

2 远程监控系统软件

监控中心软件由机械室监测控制端软件和后台服务器软件组成。自主开发, 操作界面简单明了, 模块化菜单, 全中文输入输出。

2.1 监测控制端软件

监控端采用串口通信方式实现无线通信, 达到GPRS模块控制与终端设备运行状况实时监控效果[7]。监控端首先建立一个Socket包, 再发送连接请求给服务器:AT+i STCP:<host>, <port>。<port>是端口号, 范围0~65 535, <host>是服务器的IP地址或主机名, 连接成功后, 将设备运行状态数据或故障信息, 打包后以固定数据帧格式, 通过GPRS发送到远程服务器, 发送完成后, 结束连接[8]。

2.2 后台服务器软件

服务器软件处于24 h监测状态, 当设备端有连接请求时, 进行身份验证、应答, 并以单线程方式接收数据, 然后将接收到数据进行处理、分类, 最后存储到数据库中。当设备故障或技术需要时, 可以方便的从数据库服务器读取或查询相关数据, 再现设备现场运行状态。

3 测试及结果分析

我们组织人员在大秦铁路股份有限公司侯马北供电段试验安装双电源远程监控系统终端, 进行调试, 实现远程监控。通过已安装的双电源远程监控系统监控后台, 在现场模拟电源远程监控及高低压缺相故障, 模拟结果显示:该系统能实现信号双电源的远程集中监测, 实现信号双电源的就地及远程操作控制, 实现高压及低压缺相的自动分断电源退出功能。后来我们又做了大量测试实验应用, 系统取得了以下效果:1) 能对双电源设备运行状态进行实时监控, 并及时告警;2) 设备异常和运行方式异常时能提前发现, 特别是弥补电源缺相无法及时退出运行的缺陷, 及时告警并自动处理, 避免因异常造成设备受损, 影响信号电源平稳运行;3) 能够节约人力成本和提高应急速度, 减少人员巡视工作量;4) 系统准确性、实时性、可靠性较高, 有效弥补了铁路信号电源监控空白, 可在铁路系统进行推广应用。

4 结语

本系统针对目前铁路电源远程监控系统的缺陷, 结合GPRS无线通信技术, 改进设计了一套具有缺相分断及远程操作的GPRS双电源远程监控系统, 可随时对铁路双电源设备运行状况进行远程实时监测、数据信息记录、及时故障报警和远程操控等功能。经过安装实测验证, 系统测试准确性、实时性、可靠性较高, 且结构简单, 成本低廉、安装方便、网络覆盖广、通信费用低, 可在铁路系统进行推广应用。

摘要：针对目前铁路信号双电源远程监控系统的缺陷, 改进设计了一套具有缺相反相分断及远程操作的GPRS双电源远程监控系统, 给出了详细的硬件原理组成和软件设计平台, 并经过安装实测分析指出, 系统具有远程实时监测、数据信息记录、缺相反相自动分断、故障报警和远程操作控制等功能。

关键词：双电源,GPRS无线通信,远程监控,缺相反相分断

参考文献

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[7]韩亚东.基于GPRS技术的无线远程监测系统的研究与设计[D].武汉:武汉理工大学, 2009.

一种工业远程监控电源设计 篇8

电子电气设备已涉及日常工作、生活各方面, 而电子设备的正常稳定运行离不开安全可靠的电源。电源产品被广泛应用于工业、军工、科研、生活等领域, 工业系统中对电源的远程监控功能和高可靠性要求越来越高, 传统电源未对采集的电源数据进行存储和再访问, 缺乏数据的分析处理, 因而难以确保电源可靠工作。

为此, 本文设计了一种新型远程监控电源[1,2,3]。它是基于开关电源获取恒压或恒流输出, 基于MODBUS协议[4,5]和RS485总线[6,7]技术实现与上位机通信, 基于微控芯片MSP430F169及外围驱动电路实现对电源主机的监控。

1 电源主机硬件部分

该电源由6个电源模块和1个上位机控制单元组成。上位机和电源模块之间通过RS485总线通讯。每个电源模块有电压、电流两种工作模式。电压工作模式为将监测的输出电压作为反馈量, 与控制电压比较, 根据比较结果控制输出电压。电流工作模式为将监测的输出电流作为反馈量, 通过调节输出电压来调节输出电流。其中, 电压模式时用户直接控制输出电压大小, 电流模式时用户可以直接控制输出电流大小。每个电源模块的组成为电源实现部分、下位机驱动板卡和下位机控制板卡。其总体框架如图1所示。

1.1 电源实现部分

开关电源实现输出电压0-20V可调, 输出电流0-1200A可调;三相电缺相检查、输入过压欠压检查、输出过压欠压过流保护;提供±24V、±15V交流电, 给下位机驱动板卡和控制板卡供电;提供温度检测传感器。

1.2 下位机驱动板卡

使用PWM模块驱动电源实现部分的IGBT工作, 并提供PWM控制接口给下位机控制板卡, 实现输出电压和电流调节;使用LED指示电源实现部分的相关故障并将故障信号连给下位机控制板卡的开关量输入引脚;将±24V和±15V交流电转成±12V直流电, 并给下位机控制板卡供电;实现缺相、输入欠压过压、输出过流过压欠压的监测功能。

1.3 下位机控制板卡

通过单片机DAC引脚产生0~5V控制信号, 用于控制PWM的输出脉冲宽度;通过单片机开关量输入引脚, 检测缺相、输入欠压过压、输出过流过压欠压等故障状态;通过单片机开关量输出引脚, 给出TTL电平信号, 用于关断PWM模块, 实现软件关机功能;通过单片机读取数字温度传感器 (DS18B20) 数值;通过单片机开关量输出引脚显示当前工作模式 (电流模式或电压模式) ;RS485地址可调。

下位机控制板卡核心部件为单片机 (选型为MSP430F169) , 该单片机能够提供如下资源:3路ADC输入、2路DAC输出、6路开关量输入、5路开关量输出。其中, 输入开关量用于获得电源的各种状态;输出开关量用于控制PWM的通断、电路状态指示灯等, ADC用于监测输出电流和输出电压;DAC用于控制输出电压和输出电流。

2 软件部分

2.1 下位机固件

在下位机LCD上显示电源模块的各种状态 (包含当前输出电压、输出电流、故障模式、关键部件温度以及当前时间和日期等) , 100ms (控制周期) 刷新一次;处理上位机的各种请求。

2.2 上位机程序

2.2.1 开发语言

C#, 整个程序基于Microsoft.Net Framework环境运行。

2.2.2 功能说明

本控制系统通过RS485总线实现多台电源单机的联网工作, 中央控制程序对单机的工作状态进行实时监控, 并按照用户设定的工作模式和参数对网络上的全部单机进行工作模式控制, 对多机进行负载均衡控制, 保证电源网络按照设定参数输出, 满足工作需要。

2.2.3 通信协议

上位机和下位机的通信协议为MODBUS。

2.2.4 软件总体架构

软件整体框架按5层结构设计, 从下往上分别为硬件接口层、协议层、设备管理层、应用层和界面层。各层分别与上一层和下一层通信, 完成数据传递。分层设计的优点是各层功能独立, 接口明确, 在程序设计、开发和维护上更为方便、快捷, 各层内部的功能和结构变化不影响整体系统的设计和开发。

3 结论

本文基于开关电源技术和工业控制中广泛使用的MODBUS协议和RS485总线技术, 以16位超低功耗的单片机MSP430F169作为主控芯片, 加上合适的驱动电路, 实现了一种可远程监控的电源。其中使用了六路电源模块组成一个电源主机, 更提高了工业控制中电源供电的可靠性。通过上位机程序与电源主机联合测试, 可监控电源主机实现可靠的恒定电压或恒定电流输出。随着无线网络技术的不断发展完善, 无线远程监控电源设备将更加方便, 但稳定性仍是关键技术之一, 是值得继续研究的方向。

摘要：本文介绍了一种工业远程监控电源设计。以TI公司生产的16位超低功耗单片机MSP430F169为电源主控芯片, 实时采集电源输出电压、电流、温度及检测电源异常状态等信息, 基于MODBUS协议和RS485总线将获取的相关数据发送给上位机。分析数据并通过上位机发送控制命令给电源主控芯片, 经驱动电路调整PWM波输出及时修正电源输出电压、电流。经试验测试, 该设计实现了工业上对电源持续有效工作要求。

关键词：电源,MSP430F169,MODBUS协议,RS485总线

参考文献

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远程电源管理系统设计 篇9

随着科技的进步,太阳能应用得到了迅猛的发展。以集中式光伏电站和分布式光伏发电系统相结合的发展形式,使得光伏发电的普及率迅速提高。虽然,当前大量的光伏发电技术研究是围绕着并网和分布式发电展开的,但在小功率直流应用领域光伏发电亦存在巨大的发展空间。考虑到太阳能电池输出的不稳定性,现有的独立光伏发电系统一般离不开储能器件,这样不仅会造成系统成本的增加,亦会带来额外的环境污染[1]。

并且,目前实验室中使用的小功率直流电源大多是由电网直接供电,如果能将光伏发电引入其中,将会在一定程度上降低电网电能的消耗。采用电网和光伏联合供电策略,可以较好地解决光伏输出不稳定的问题。借助远程控制技术,还可方便用户对电源实施控制,为用户在特殊实验环境(诸如有毒环境)下使用电源提供便利。另外,在某些场合用户通常希望电源的输出是多路的,制作多路输出电源可以满足用户的这种需求。

综上所述,为了进一步降低小型光伏发电系统的应用成本,本文提出了一种小功率光网联合供电的多路直流电源设计方法。利用光伏发电和电网联合供电策略,以新型微处理器和电源管理芯片为核心,通过改进传统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法,在兼顾成本和控制算法复杂度的前提下,实现对太阳能的充分利用;采用远程通信技术,以实现对电源的远程无线控制,提高电源的智能化。同时,为了满足多样化的用户需求,本文采用多路输出方法来设计电源;结合传统的Buck降压电路和Boost升压电路,可以输出具有一定驱动能力并且在一定范围内连续可调的直流电压,为了保证安全,电源自带了过压过流保护电路。最后,结合激光测距仪高压偏置电路的实际调试需要,制作了一个输入电压可在5.5 V~36 V变化,可同时输出三路电压,并可进行远程控制的小功率直流光网联合供电电源。电源的高压输出支路制作简单,成本较低,纹波电压较小,可满足高精度激光测距仪中雪崩二极管的应用需求[2]。

1 基本原理

1.1 小功率多路直流电源设计原理

独立光伏发电系统是太阳能光伏发电应用的一种重要形式,可以解决偏远地区的供电问题。基于传统独立光伏发电系统构建而成的多路直流电源原理图如图1所示。由于光伏出力受光照和其他外部因素影响较大,因此独立运行的光伏系统大多需要配备蓄电池等储能设施。但是蓄电池的使用成本和维护成本较高,而且含有重金属元素,这在一定程度上限制了独立光伏系统的发展。与此同时,在电网供电的区域,光伏发电系统大多采用并网运行策略,但是大量的光伏发电设施并网给电网带来了一系列问题(诸如谐波污染、直流注入等),不利于电网的正常运行[3]。本文在图1的电源设计原理基础上,将独立光伏发电系统与电网相结合,并对传统的光伏发电MPPT控制算法进行了优化,来实现光伏发电与电网的联合供电。电源输出电路采用经典的Buck降压和Boost升压电路[4]。同时,结合德州仪器公司推出的电源在线设计仿真平台(WENENCH),对所设计的电路进行了仿真、改进和优化。

图1 基于独立光伏发电系统的多路电源设计原理图

1.2 远程控制原理

随着无线通信技术的快速发展,出现出了蓝牙、WiFi、红外以及Zig Bee等一系列便捷无线通信技术。在当前的移动终端中,几乎普及了蓝牙和Wi-Fi通信模块,这为传统电源的发展带来了新的契机,使得对电源的智能化远程控制成为可能[5]。本文将无线通信技术应用于传统的电源设计中,通过手机客户端里自行编写的应用程序,借助手机内置的蓝牙或Wi-Fi模块来实现对电源的远程控制。在控制过程中,还可采用多种加密算法来确保远程控制的安全性。

2 整体设计方案

可远程控制的光网联合供电多路直流电源的整体设计方案如图2所示。整个电源分为三大模块,分别是:光网联合供电模块、人机交互与远程控制模块和多路电源输出模块。

图2 可远程控制的光网联合供电多路直流电源设计原理图

2.1 光网联合供电模块的设计

光网联合供电是指光伏发电和电网联合供电,实质上是将如图1所示的独立光伏发电系统中的储能设施去掉,将电网视为储备电能供应端。当光伏发电输出功率不稳定时,这种供电方式可以实现无间断供电[6]。如图2所示,微处理器通过采样光网联合供电模块的电压和电流,采用脉宽调制技术,可实现对AC/DC转换器的控制。通过改变U2,借助二极管的单向导通特性,可对光伏组件实施MPPT跟踪或采用(Constant Voltage Tracking,CVT)恒电压控制法来进行相应控制。当外界光照充足时,电源可以完全依靠光伏供电;当光伏输出因环境发生突变时,采用合适的控制策略可在保证电源稳定运行的同时,尽量提高太阳能的利用率。常见的光伏最大功率点跟踪算法有一阶差分“上山”算法、扰动观测法以及电导增量法等[7]。其中,文献[8]中提出了一种将CVT算法与MPPT算法相结合的电压变化率受限MPPT算法,为本文控制策略的设定提供了一定参考。

假定,图2中的二极管为理想器件;多路电源输出模块能够正常工作所需的最小电压为Ur;光网联合供电模块中的AC/DC变换器受微处理器控制,微处理器可以调整U2的值。本文采用改进的CVT策略来控制光网联合供电模块的运行,如图3所示。改进的CVT策略是指:根据Ur和光伏组件的输出特性曲线,由微处理器设定合适的电压控制值,当光伏组件单独供电可以满足负载需求时,将U2设定为Ur;当光伏组件单独供电不能满足负载需求时,可通过改变U2值,启动MPPT控制算法,来提高组件的输出功率。

图3 光网联合供电控制策略

在执行MPPT算法时,微处理器的功耗会有所增加,如果系统所使用的光伏组件额定输出功率较小,会出现增加的损耗大于执行MPPT算法多获得的能量,此时,系统可直接采用CVT控制,还可将AC/DC设为固定输出,以降低电源的设计成本和控制复杂度。由于本文所设计的是小功率直流电源,因此可直接采用CVT控制策略,同时为了方便后续电源的升级,保留了适用于大功率直流电源的MPPT控制接口。

2.2 人机交互与远程控制控制模块

人机交互与远程控制模块是由微处理器、电压电流采样电路、过流过压保护电路、显示器、按键、蓝牙模块和MPPT控制接口等组成。微处理器采用德州仪器公司生产的低功耗处理器MSP430FR5969,其时钟频率高达16 MHz,采用16位精简指令集计算架构,拥有64 k B的超低功耗铁电存储器、两个增强型串行通信接口和高达16个外部通道的12位高性能模数转换器。图4给出了该模块的主要原理图,图4中的电压和电流采样电路仅给出了一路,将微处理器内部模数转换器基准电压设定为2 V,其他测量支路架构与图4给出的示例相同,不同之处仅在于R1、R2和RS的大小,通过采样电路可以测得电源各输出端的电压和电流值,以便进行相应的控制。过流过压保护电路可驱动继电器,通过对输出电压、电流的判定,来执行相应的保护动作。显示器采用LCD12864,为了节省微处理器的外部接口,采用串行写入模式。按键采用触摸式独立按键,对电源进行相关的控制。蓝牙模块采用CC2541芯片,来实现与手机客户端的通信。手机客户端采用华为U9508手机,通过蓝牙模块对电源进行控制。预留的MPPT控制接口,可通过脉宽调制技术来实施MPPT算法。

图4 人机交互与远程控制模块原理图

2.3 多路电源输出模块

多路电源输出模块是由2路降压电路和1路升压电路组成。其中,2路降压电路采用TPS5430电源控制芯片,1路升压电路采用LM2586作为电源控制芯片。借助WEBENCH在线设计仿真软件可以得到如图5所示的设计原理图。图5(a)、图5(b)和图5(c)的转换原理类似,均是通过电阻R1和R2形成反馈环路,再由芯片内部电源控制器实现闭环控制。

图5 多路电源输出模块原理图

由图5可得出具体的电压输出公式为:

通过式(1)可知,改变R1、R2的值即可改变输出电压的值,因此多路电源可以根据需要设定为固定输出或者可变输出。

本电源采用的光伏组件在标准测试条件下,输出额定功率为10 W,对应的输出电压为17.6 V。为了进一步验证多路电源转换电路的性能,给出了5 V和3.3 V电源在17.5 V输入时的效率仿真曲线,同时给出了直流高压支路在10 V输入、200 V输出时的效率仿真曲线。如图6所示。

图6 多路电源输出模块各支路效率仿真结果

3 应用实例

结合文献[2]中所述的激光测距仪中雪崩二极管高压偏置电路的实际应用背景,设计完成了一种可远程控制和实现三路电压输出的小功率光伏电源。考虑到直流高压支路具有一定的驱动能力,可能会对人体造成损害,因而采用远程控制的方法,可在不接触电源模块的情况下进行相关调试。此电源的三路输出分别为5 V支路(最大输出电流为2 A)、3.3 V支路(最大输出电流为2 A)和70~203 V(最大输出电流为50 m A)可调支路。电源的光网联合供电模块和人机交互与控制模块可按照本文2.1和2.2章节叙述的方法进行设计,整机的程序流程图如图7所示。

图7 电源程序流程图

多路电源输出模块中,5 V支路可按照图5(a)、图5(b)所示的原理图进行设计,可供微处理器和显示等电路工作。而对于高压支路,仿真软件给出的电路(见图5(c)),元件成本较高,为了降低电源的硬件成本,替换了一些成本较高的元件,同时去掉了输出端的变压器,改为直接耦合的输出方式,得到了如图8所示的直流高压电路,该电路可输出高达200 V的直流电压。通过改变图8中的R8,可得到连续可调的电压输出。图8给出的电阻电容值为理想数值,而普通电阻通常会存在一定的偏差,因此,设计出的电源需要进行阻值校正。

图8 改进后的高压支路原理图

实际测试表明:5 V支路和3.3 V支路的转换效率可达80%以上,每条支路可保证5 W以下的安全输出;同时,高压支路可输出70 V~203 V连续可调的直流电压,在输出电压为203 V时,可输出不小于5 m A的电流。主要测试仪器为泰克TPS1102示波器和福禄克F17B+数字万用表。图9是电源在正常工作条件下的各支路纹波电压测试结果,其中,图9(a)和图9(b)分别是5 V和3.3 V支路在负载为103Ω时的纹波电压测试结果;图9(c)~(d)是高压支路在输出为203 V、负载为41.2 kΩ时纹波电压测试结果。当高压支路输出为203 V/4.9 m A时,纹波电压峰峰值为1.88 V,为输出电压的0.9%。

图9 各支路纹波电压测试结果

4 结论

本文主要提出了一种可远程控制的光网联合供电多路直流电源设计方法:将光伏发电引入传统的电源中,来减少传统电源的电能消耗;并提出了远程控制电源的设计思路,为在有毒、封闭等特殊环境中使用电源提供了一条可行的途径。同时,本文设计了一种可满足雪崩二极管工作的三路输出电源,结合激光测距仪的应用背景,验证了电源设计方法的可行性。

摘要：传统的直流电源通常是由电网供能,并且很少具备远程控制功能,为此提出了一种新型多路直流电源的设计方法:采用光伏发电和电网联合供电策略来减少电能的消耗;采用无线控制技术来实现对电源的远程控制。同时结合激光测距仪的应用背景,设计了一种可输出三路电压的小功率直流电源,其中高压支路可在输入为5.5 V到36 V时,输出70 V到203 V连续可调的直流高压,其驱动能力可满足一般的雪崩二极管工作需要。测试结果表明,该电源可通过手机实现远程控制,其输出端纹波电压较小,可以满足一般的应用需求。

关键词：光伏发电,远程控制,直流电源,直流高压

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远程电源管理系统设计 篇10

关键词：微控制器,以太网,TCP/IP协议,嵌入式WEB服务器

0 引言

在许多用电场所包括工业用电及生活用电, 电源的通与断都需要人工操作, 这会带来许多不便, 并且有时在无人管理的情况下会造成电能的超级浪费甚至会带来危险因素。在此提出一种解决方案———基于嵌入式WEB服务器的远程电源开关设计。

1 系统硬件设计方案

远程电源开关的总体结构框架如图1所示。由微控制器、以太网接口模块和控制模块三大部分组成。

其中, 为使电源控制开关接入以太网, 需通过以太网接口模块将其接入以太网。为了简化电路设计, 亦可选择内部集成以太网控制器的微控制器;控制模块可选继电器或可控硅等器件, 实现单片机弱电控制用电器强电。

2 系统软件设计方案

系统软件设计的核心是嵌入式TCP/IP协议的设计。

2.1 嵌入式TCP/IP协议构架

如图2所示, 在应用层, 主要设计两个应用程序: (1) 使用HTTP协议, 实现嵌入式WEB服务器, 用于计算机与电源开关的远程通信控制。 (2) 调用Ping命令, 测试计算机与远程电源开关之间的连通性。

在传输层, 主要使用TCP协议。应用层的HTTP协议封装成TCP协议的格式。

在网络层, 使用IP协议和ICMP协议。其中, 传输层的TCP协议和UDP协议以及本层的ICMP协议都要封装成IP协议格式进行传输。

在网络层及以上各层, 使用的是32位的IP地址, 而数据链路层使用的是48位的MAC地址, 因此使用了ARP协议。

要实现远程开关接入以太网, 还需要以太网控制器的驱动程序设计, 主要完成以太网控制器的的初始化和读写程序。

2.2 嵌入式WEB服务器的设计

一个WEB服务器也称为HTTP服务器, 它通过HTTP协议与客户端通信。这个客户端通常指的是WEB浏览器。HTTP是一种让WEB服务器与浏览器 (客户端) 通过Internet发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议———客户端发出一个请求, 服务器响应这个请求。HTTP运用可靠的TCP连接, 通常用的TCP 80端口。

从功能上来讲, WEB服务器监听用户端的服务请求, 根据用户请求的类型提供相应的服务, 用户端使用WEB浏览器和WEB服务器进行通信。用户请求有两种:GET请求和POST请求。WEB服务器在接收到用户端的请求后, 处理用户请求并返回需要的数据。在HTTP中, 客户端总是通过建立一个连接与发送一个HTTP请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系, 也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。

嵌入式WEB服务器的设计流程如图3所示。

3 结束语

本系统设计方案, 遵循了节约能源的原则且自身造价低, 因此具有广阔的应用前景及巨大的市场潜力, 可广泛应用于智能小区、学校、公司等多种场合, 并易于推广, 有极好的实际意义及较高的社会价值。

参考文献

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