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5kW高頻通信電源整流及監控系統

分類:整流器專題 發布:2017年06月19日 22:38 瀏覽:773次 Tag:
智能化高頻開關電源是一代新型直流電源裝置,它具有高度靈活組合、自主監控的特點。目前應用十分廣泛,尤其在通信領域,因其具有體積小、噪音低、維護方便又可被納入通信系統的計算機監控系統等優點,從而基本上取代了相控穩壓電源。本文闡述了一種5kW通信電源整流??榧捌潿都囁叵低車氖迪址槳?,并給出了部分軟件的流程圖。      1 系統硬件原理   圖1示出整個電源系統的原理框圖。系統中各功能??槎季哂兇約憾懶⒌募囁毓δ?,可完成對所監控??櫚墓芾?。本文將主要討論高頻開關整流??楹橢骷囁嗇??。   1.1 高頻開關整流???   整流??槭且恢種悄芑咂悼匚妊鼓??,其原理框圖見圖2。它采用無工頻變壓器的整流結構,主要由PWM控制器、逆變器、信號取樣、單片機控制器及負載均流等部分組成。其中逆變器采用IGBT構成的全橋逆變器。PWM控制器采用移相式PWM控制器UC3875,它在單片機80C196KC的控制下,根據反饋的電壓電流值與設定值的差,輸出相移變化的PWM脈沖,經驅動、放大及整形后,控制逆變橋中IGBT的關斷或導通,以改變輸出電壓的大小。      為了實現多機并聯運行的目的,本系統采用了負載自動均流電路,其核心是Unitrode公司的UC3907負載均流控制器。當多機并聯運行時,整流??櫓?907的CSB腳并聯于均流母線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??櫚牡緦?,當本??櫚牡緦饜∮贑SB電流時,3907的輸出就會改變3875的反饋電壓值,從而改變PWM控制器移相脈沖的相移,進而改變輸出電壓和電流,使得該??櫚緦饔胱畬蟮緦饕恢?,實現自動均流的目的。   為使整個電源系統具有自診斷和人機交互的控制功能,每個整流??槎季哂斜舊淼募囁夭糠?,以擔負本地監控以及與主監控??橥ㄐ諾娜撾?。整流??櫚牡テ械5娜撾袷羌觳饈涑齙繆?、電流及溫度,向PWM控制器發送輸出電壓值及最大限流值指令,負責開啟冷卻風扇、告警等,并允許各??橥順齷蟯度胂低?。   單片機還定期將本??櫚牡繆?、電流值及故障情況傳送給主監控???,同時也接收來自主監控??櫚拿?。??榧淶耐ㄐ挪捎肦S-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轉換器,具有良好的抗干擾能力,適合應用于惡劣的電磁環境中。   1.2 主監控???   系統主監控??樽魑桓齠懶⒌哪??,可監控整個電源系統的工作狀態,控制各??櫚耐度牒屯順?,完成人機對話,實現與外部PC或遠端主機的通信。   圖3是該??櫚腦砜蟯?。系統采用Intel公司的80C196KC作主控制器,用本身的TXD、RXD經RS-485轉換后與各??橥ㄐ?,又通過外接8250擴展出RS-232接口與PC或遠端主機通信。為實現本地的人機交互操作,系統采用了大屏幕的LCD界面和24鍵的鍵盤,并可直接外掛EPSON1600K打印機。為了滿足自動監控的需要,監控??檣櫨?路數字量輸入口,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。      主監控系統檢測直流母線電壓、電流,當電壓或電流大于上限設定值時,便命令整流??榻笛瓜蘗?,并根據各整流??櫚墓ぷ髯純?,決定每個??櫚耐順齪屯度?,從而使整個電源系統工作在穩定的狀態下。   此外,為了整個電源系統的安全,主監控系統還對電網電壓的波動進行檢測。當網壓異常時,主監控??榻諧繽淙?,同時發出告警信號,并記錄故障信息。   2 系統軟件   本系統采用集中管理、獨立控制的模式,各??槎加兇約憾懶⒌募囁爻絳?,當個別??槌魷止收鮮?,不會影響整機運行。由于篇幅限制,本文只給出監控??櫚娜砑峁?。   主監控??槿砑捎媚?榛峁股杓?,各種功能都由相應的中斷子程序完成。圖4是主程序流程圖。   系統的初始化包括MCU內部控制寄存器的初始化,寄存器區及數據區的初始化等。自檢包括RAM自檢及控制系統各傳感器自檢,自檢通過后開放中斷及PTS,并調用顯示初始化子程序,顯示系統主菜單可用鍵盤選擇各子菜單,包括運行參數菜單、狀態菜單、故障記錄菜單及參數設置菜單。其中參數設置菜單僅供具有權限的維護人員使用,須輸入密碼才可進行操作。通信握手通過發送特征碼55H及接收回彈的AAH來確定通信系統的正常與否。   執行完初始化及自檢后,系統進入監控狀態,可接收鍵盤中斷,同時保持串口接收中斷有效。鍵盤中斷子程序如圖5所示。串口數據的發送由子程序調用完成,接收由中斷實現,按數據的不同類型進行相應的處理。串口接收子程序如圖6所示。   由于本系統檢測的模擬量較多,對于A/D轉換,系統采用了80C196KC所提供的新功能PTS中斷。它以微代碼方式運行中斷子程序,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A/D處理更為方便。表1是用于實現A/D的PTS中斷的命令塊。   首先在主程序中啟動ACH4的A/D轉換,當該轉換完成時,便引發一次A/D結束中斷,進而產生一次PTS中斷。當PTS中斷執行時,它首先讀取PTS控制塊的內容,如表2所示,依次為命令計數器,命令寄存器,源/目的寄存器和結果寄存器。根據源/目的寄存器的內容,讀取該地址的A/D命令并執行,然后根據命令寄存器的UPDT位的值,將源/目的寄存器的地址加二,把上一通道的轉換結果送入該寄存器,同時計數器減一,這樣完成一個PTS周期。直到計數器為零,PTS中斷結束。         3 可靠性設計及抗干擾措施   ·主電路中主開關采用帶?;さ腎GBT???,并外加snnbber電路。   ·加入冗余整流???,個別??槌魷止收鮮?,不會影響整機運行。   ·所有的?;ぜ鞍踩緶范忌櫨腥布痰綾;?,各??槿肟諫樅鄱媳;?。   ·為減少電磁輻射干擾的影響,對控制板進行了屏蔽。   ·采用單點接地和隔離電源供電,消除共阻抗回路。數字地線、模擬地線、信號源地線和負載地線分開設置。數字電路、模擬電路和負載電路分別單獨供電,獨自構成回路且單點接地。   ·加強電源退耦,電源線與地線之間加退耦電容。   ·A/D轉換采用軟件濾波,以減小干擾的影響,提高測量和計算的準確性。   ·為防止微機控制器程序執行出錯或進入死循環,設WATCHDOG,超出定時時間后能自動使系統復位。   總之,本系統采用分級控制結構,便于系統的升級和維護,同時也提高了系統的安全性。系統在實驗室調試、運行穩定,下一步將進行產品化的研究。
 
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