１ 系統(tǒng)硬件原理

圖１示出整個(gè)電源系統(tǒng)的原理框圖,。系統(tǒng)中各功能模塊都具有自己獨(dú)立的監(jiān)控功能,，可完成對所監(jiān)控模塊的管理。本文將主要討論高頻開關(guān)整流模塊和主監(jiān)控模塊,。

1.1 高頻開關(guān)整流模塊

整流模塊是一種智能化高頻開關(guān)穩(wěn)壓模塊,，其原理框圖見圖2。它采用無工頻變壓器的整流結(jié)構(gòu),，主要由PWM控制器,、逆變器、信號取樣,、單片機(jī)控制器及負(fù)載均流等部分組成,。其中逆變器采用IGBT構(gòu)成的全橋逆變器。PWM控制器采用移相式PWM控制器UC3875,，它在單片機(jī)80C196KC的控制下，根據(jù)反饋的電壓電流值與設(shè)定值的差,，輸出相移變化的PWM脈沖,，經(jīng)驅(qū)動(dòng)、放大及整形后,，控制逆變橋中IGBT的關(guān)斷或?qū)?，以改變輸出電壓的大小?/p>

為了實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的目的，本系統(tǒng)采用了負(fù)載自動(dòng)均流電路,，其核心是Unitrode公司的UC3907負(fù)載均流控制器,。當(dāng)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，整流模塊中3907的CSB腳并聯(lián)于均流母線CSB上,，由于3907采用的是最大電流均流法,，所以在均流母線上反映的是輸出電流最大的模塊的電流，當(dāng)本模塊的電流小于CSB電流時(shí)，3907的輸出就會(huì)改變3875的反饋電壓值,，從而改變PWM控制器移相脈沖的相移,，進(jìn)而改變輸出電壓和電流，使得該模塊電流與最大電流一致,，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流的目的,。

為使整個(gè)電源系統(tǒng)具有自診斷和人機(jī)交互的控制功能，每個(gè)整流模塊都具有本身的監(jiān)控部分,，以擔(dān)負(fù)本地監(jiān)控以及與主監(jiān)控模塊通信的任務(wù),。整流模塊的單片機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)是檢測輸出電壓、電流及溫度,，向ＰＷＭ控制器發(fā)送輸出電壓值及最大限流值指令,，負(fù)責(zé)開啟冷卻風(fēng)扇、告警等,，并允許各模塊退出或投入系統(tǒng),。

單片機(jī)還定期將本模塊的電壓、電流值及故障情況傳送給主監(jiān)控模塊,，同時(shí)也接收來自主監(jiān)控模塊的命令,。模塊間的通信采用RS-485總線方式，接口芯片為MAXIM公司的MAX1480B,，該芯片是完整的電氣隔離的RS-485轉(zhuǎn)換器,，具有良好的抗干擾能力，適合應(yīng)用于惡劣的電磁環(huán)境中,。

1.2 主監(jiān)控模塊

系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個(gè)獨(dú)立的模塊,，可監(jiān)控整個(gè)電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制各模塊的投入和退出,，完成人機(jī)對話,，實(shí)現(xiàn)與外部PC或遠(yuǎn)端主機(jī)的通信。

圖3是該模塊的原理框圖,。系統(tǒng)采用Intel公司的80C196KC作主控制器,，用本身的TXD、RXD經(jīng)RS-485轉(zhuǎn)換后與各模塊通信,，又通過外接8250擴(kuò)展出RS-232接口與PC或遠(yuǎn)端主機(jī)通信,。為實(shí)現(xiàn)本地的人機(jī)交互操作，系統(tǒng)采用了大屏幕的LCD界面和24鍵的鍵盤,，并可直接外掛EPSON1600K打印機(jī),。為了滿足自動(dòng)監(jiān)控的需要，監(jiān)控模塊設(shè)有8路數(shù)字量輸入口,，6路繼電器輸出口,，5路A/D輸入,，3路D/A輸出及兩路告警輸出。

主監(jiān)控系統(tǒng)檢測直流母線電壓,、電流,，當(dāng)電壓或電流大于上限設(shè)定值時(shí)，便命令整流模塊降壓限流,，并根據(jù)各整流模塊的工作狀況,，決定每個(gè)模塊的退出和投入，從而使整個(gè)電源系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的狀態(tài)下,。

此外,，為了整個(gè)電源系統(tǒng)的安全，主監(jiān)控系統(tǒng)還對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)進(jìn)行檢測,。當(dāng)網(wǎng)壓異常時(shí),，主監(jiān)控模塊將切除電網(wǎng)輸入，同時(shí)發(fā)出告警信號,，并記錄故障信息,。

２ 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)采用集中管理、獨(dú)立控制的模式,，各模塊都有自己獨(dú)立的監(jiān)控程序,，當(dāng)個(gè)別模塊出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響整機(jī)運(yùn)行,。由于篇幅限制,，本文只給出監(jiān)控模塊的軟件結(jié)構(gòu)。

主監(jiān)控模塊軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，各種功能都由相應(yīng)的中斷子程序完成,。圖４是主程序流程圖。

系統(tǒng)的初始化包括MCU內(nèi)部控制寄存器的初始化,，寄存器區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)的初始化等,。自檢包括RAM自檢及控制系統(tǒng)各傳感器自檢，自檢通過后開放中斷及PTS,，并調(diào)用顯示初始化子程序,，顯示系統(tǒng)主菜單可用鍵盤選擇各子菜單，包括運(yùn)行參數(shù)菜單,、狀態(tài)菜單、故障記錄菜單及參數(shù)設(shè)置菜單,。其中參數(shù)設(shè)置菜單僅供具有權(quán)限的維護(hù)人員使用,，須輸入密碼才可進(jìn)行操作。通信握手通過發(fā)送特征碼55H及接收回彈的AAH來確定通信系統(tǒng)的正常與否,。

執(zhí)行完初始化及自檢后,，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài),，可接收鍵盤中斷，同時(shí)保持串口接收中斷有效,。鍵盤中斷子程序如圖5所示,。串口數(shù)據(jù)的發(fā)送由子程序調(diào)用完成，接收由中斷實(shí)現(xiàn),，按數(shù)據(jù)的不同類型進(jìn)行相應(yīng)的處理,。串口接收子程序如圖6所示。

由于本系統(tǒng)檢測的模擬量較多,，對于A/D轉(zhuǎn)換,，系統(tǒng)采用了80C196KC所提供的新功能PTS中斷。它以微代碼方式運(yùn)行中斷子程序,，此普通中斷速度快,，而且由于PTS提供了一種A/D掃描模式，使得對多個(gè)A/D處理更為方便,。表1是用于實(shí)現(xiàn)A/D的PTS中斷的命令塊,。

首先在主程序中啟動(dòng)ACH4的A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)該轉(zhuǎn)換完成時(shí),，便引發(fā)一次A/D結(jié)束中斷,，進(jìn)而產(chǎn)生一次PTS中斷。當(dāng)PTS中斷執(zhí)行時(shí),，它首先讀取PTS控制塊的內(nèi)容,，如表2所示，依次為命令計(jì)數(shù)器,，命令寄存器,，源／目的寄存器和結(jié)果寄存器。根據(jù)源／目的寄存器的內(nèi)容,，讀取該地址的A/D命令并執(zhí)行,，然后根據(jù)命令寄存器的UPDT位的值，將源／目的寄存器的地址加二,，把上一通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果送入該寄存器,，同時(shí)計(jì)數(shù)器減一，這樣完成一個(gè)PTS周期,。直到計(jì)數(shù)器為零,，PTS中斷結(jié)束。

３ 可*性設(shè)計(jì)及抗干擾措施

·主電路中主開關(guān)采用帶保護(hù)的IGBT模塊,，并外加snnbber電路,。

·加入冗余整流模塊，個(gè)別模塊出現(xiàn)故障時(shí),，不會(huì)影響整機(jī)運(yùn)行,。

·所有的保護(hù)及安全電路都設(shè)有全硬件繼電保護(hù),，各模塊入口設(shè)熔斷保護(hù)。

·為減少電磁輻射干擾的影響,，對控制板進(jìn)行了屏蔽,。

·采用單點(diǎn)接地和隔離電源供電，消除共阻抗回路,。數(shù)字地線,、模擬地線、信號源地線和負(fù)載地線分開設(shè)置,。數(shù)字電路,、模擬電路和負(fù)載電路分別單獨(dú)供電，獨(dú)自構(gòu)成回路且單點(diǎn)接地,。

·加強(qiáng)電源退耦,，電源線與地線之間加退耦電容。

·A/D轉(zhuǎn)換采用軟件濾波,，以減小干擾的影響,，提高測量和計(jì)算的準(zhǔn)確性。

·為防止微機(jī)控制器程序執(zhí)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán),，設(shè)WATCHDOG,，超出定時(shí)時(shí)間后能自動(dòng)使系統(tǒng)復(fù)位。

總之,，本系統(tǒng)采用分級控制結(jié)構(gòu),，便于系統(tǒng)的升級和維護(hù)，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的安全性,。系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試,、運(yùn)行穩(wěn)定，下一步將進(jìn)行產(chǎn)品化的研究,。