0 引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和社會的進步,，人們對供電持續(xù)性的要求已越來越高,，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上，一路為常用電源(如外線電源),，另外的為備用電源(如內部的發(fā)電電源),。因此，需要一種能在電源之間進行自動切換的裝置,，以保證某路正在使用的電源在出現(xiàn)故障時能自動切換到另外的正常電源上,，保證供電不問斷或間斷時間在允許的范圍內。該電源切換裝置必須具有反應靈敏,、工作可靠,、功能齊全、聲光指示等特點,。傳統(tǒng)的電源切換裝置采用模擬信號處理方式的控制器,，反應不靈敏，可靠性不高,，且工作模式固定,、單一。也有采用數(shù)字信號處理方式的控制器,，但這種系統(tǒng)成本高,，對工作環(huán)境要求苛刻。因此,，設計出一種成本低,、可靠性高、多工作模式,、對工作環(huán)境沒有特殊要求的電源自動切換控制器,，具有重要的現(xiàn)實意義。
本文以單片機程序控制為基礎構成的電源切換控制器,，可以達到現(xiàn)實要求,。
1 控制器組成和基本原理
硬件原理方框圖如圖1所示。
AT89C51" title="AT89C51">AT89C51的電源切換控制器的設計與實現(xiàn)" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/20110516/6bd33c22-8d37-46e6-b192-06894c55f194.jpg" style="WIDTH: 550px" />
B,、C三相電壓送人控制器,，經(jīng)過光電耦合，實現(xiàn)強電與弱電的良好隔離以及有效轉換。光電耦合器將每相電壓進行取樣,，然后送人模數(shù)轉換器中,，模數(shù)轉換后的結果被單片機讀入。單片機根據(jù)用戶鍵入的功能命令,，對采集到的三相電壓與標準設定值進行智能判斷,，然后發(fā)出相應的分閘、合閘指令(或聲光報警指令),，經(jīng)過接口電路,，驅動繼電器，使電源切換開關作相應的動作,。如：某相電壓超過(或低于)規(guī)定的電壓值(簡稱過壓或欠壓)時,，應有相應的指示及聲光報警，以及根據(jù)用戶設定的工作模式去自動切換電源,，切換由繼電器帶動開關來實現(xiàn),。最后，單片機還應對切換后的開關進行檢測,，以確定是否正常分閘或正常合閘,，形成閉環(huán)控制回路，以免開關本身的故障造成系統(tǒng)不正常工作,。
2 電路結構
進行硬件電路設汁時,，既要考慮控制功能的實現(xiàn)又要充分利用軟件的功能來簡化硬件結構，即做到軟硬兼施,。
2.l 輸入電路
輸入電路如圖2所示,。
在圖2中，CC1端接常用電源的某一相,，CN端接常用電源的中線,，BB1端接備用電源的某一相，BN端接備用電源的中線,。用光電耦合器IS604作為強電與弱電的隔離(實際電路中有6個IS604,，為縮小電路圖的篇幅，這里只畫出常用電源的某一相,，其它光電耦合器的相關電路連接,，與之類似)，IS604內采用雙向發(fā)光管,，轉換效率高,，外界電壓輕微變化，IS604就有相應的輸出,。R1為統(tǒng)調電阻,，使每個光電耦合器在相同輸入時,，有相同直流輸出，以克服光電耦合器之間的誤差,，避免造成誤判。模數(shù)轉換器ADC0809性價比極高,，其IN0～IN2接入常用電源三相電壓的取樣值,，IN3～IN5接入備用電源三相電壓的取樣值，在單片機AT89C51的地址線A0,、Al,、A2的控制下，輪流讀入每相取樣值的模數(shù)轉換結果,，單片機AT89C51中的程序根據(jù)這些瞬時取樣值與內設的標準值相比較,，做出相應的判斷，通過P1口,，P2口,，P3口進行輸出控制及指示。繼電器K5的作用是將常用電源或備用電源的某相電壓輸入變壓器_T1降壓,、整流,、穩(wěn)壓后作為控制器的工作電源。
2．2 AT89C51及外圍電路
由于單片機的腳位有限,，為了擴展單片機的功能腳,，采用了8255并行擴展芯片。如圖3所示,，將8255的PAO～PA5用作工作模式指示(該圖中沒畫出發(fā)光二極管,，8255可通過限流電阻直接驅動發(fā)光二極管)，PCO～PC5作備用電源某相過壓或欠壓指示,?？紤]到電源切換控制器的工作環(huán)境惡劣．因干擾或其它原因(如待機工作)可能使單片機程序進入死循環(huán)或死機，加入看門狗電路MAX813L,。單片機程序正常時在規(guī)定時間內由PBO輸出喂狗脈沖,，否則，MAX813L在1．6s后將單片機復位,，單片機復位后根據(jù)74LS373鎖存的8255tA口的狀態(tài),，恢復原來的工作模式，進入相應的服務程序,，這樣,，程序的運行基本上不受影響。此時,，看門狗將單片機及8255等復位,，但741S373在不掉電時,，維持復位前的信息。只有整個控制器都掉電,，74LS373才不保存原有信息,，這樣74LS373不影響以后的工作模式設置。這也是沒有采用EEPROM而采用74L373保存控制器工作模式的原因,。AT89C5l的P2．0～P2.5為常用電源某相電壓的過壓或欠壓指示,。P2．6～P2.7可以用作電網(wǎng)發(fā)電的發(fā)電指令和卸載指令輸出。Pl.O～P1．7及P3.O～P3．5用作基本的I／O口,，可以通過按鍵掃描的方式接受新的工作模式指令以及某路電源分閘,、合閘指令輸出、報警發(fā)音輸出,。
2．3繼電器控制電路
繼電器控制電路如圖4所示,。
在圖4中，只畫出常用電源合閘控制及備用電源合閘控制電路,。常用電源合閘控制繼電器的線圈KA與備用電源合閘控制繼電器的常閉觸點K2D串接在一起,，這樣當P1．1出現(xiàn)高電平、Pl.3出現(xiàn)低電平時,，繼電器線圈K1A通電,，其常開觸點K1C閉合，常閉觸點K1D”斷開,，接通交流220V的常用電源閘刀控制線路,，同時斷開備用電源合閘控制繼電器線圈K2A的電源，兩個繼電器接成互鎖的形式,，以保證任何時刻只有一路電源被合閘接通,，確保供電系統(tǒng)安全運行。該控制器還有分閘控制電路,，電路形式與圖4類似,，但不須接成互鎖形式。
3 軟件設計
電源切換系統(tǒng)一般有幾種工作模式,，如：自投自復,、自投不自復、只常,、只備,、發(fā)電，它們各有特點,。自投自復的主要特點是,，當常用電源不正常時，而備用電源正常時就接通備用電源,，兩路電源都正常時,，接通常用電源,；自投不自復的主要特點，類似自投自復,，但在使用備用電源時如果備用電源正常則不切換到常用電源,；只常則不管常用電源是否正常都使用常用電源，但能對常用電源及備用電源進行檢測指示,；只備類似只常,，只使用備用電源；發(fā)電則是指備用電源由發(fā)電電源構成時,，應有發(fā)電指令輸出以及卸載指令輸出,。這些工作模式對應的硬件電路基本一樣,，只是軟件編程時應有針對性和選擇性,。另外，為進一步提高程序的穩(wěn)定性和抗干擾能力,，在程序中還應設軟件陷阱等抗干擾措施,。由 于8255的復位時間比單片機長，所以在上電復位后,，對8255進行初始化之前,，程序中要插入適當?shù)难訒r，使8255能正常工作,。主程序流程圖如圖5所示,。軟件中的檢測子程序、判斷子程序的思路,，存參考文獻[I]中有具體的闡述,。
4 結語
該電源切換控制器不僅能實現(xiàn)自投自復、只常,、只備,、自投不自復、發(fā)電,、自動脫扣檢測,、斷電再扣等工作模式，還能劉控制后的開關狀態(tài)進行檢測,，以免開關本身的故障造成供電不正常,。經(jīng)過1年多的試用，控制器運行穩(wěn)定,，從縮小電路板而積方面考慮,，現(xiàn)已準備對其進行硬件升級。