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基于MCU的智能化在線UPS的設計

作者: 時間:2012-12-07 來源:網絡 收藏

概括說來,現代的發展方向是高頻化,小型化和,近年來,科華公司采用最先進的電力電子器件和國際流行的PFC及高頻技術,實現了中小功率高頻化和小型化的目標。隨后使用(單片機)開發一系列新產品,使實現,即電池管理的,人機界面的智能化(遠程LCD面板),UPS管理網絡化,包括POWERSOFT電源監控軟件和UNMS-1 UPS網絡管理系統(國家火炬計劃項目)。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/148213.htm

  對UPS制造商而言,實現UPS智能化可以大幅度提高生產效率。比如,以往UPS調試時需要調節許多電位器和測量多個工作點電壓和頻率,而采用智能化后,只需調節少許電位器,其他參數則通過UPS調試軟件界面進行參數設置,由于采用數字處理技術,不存在原來模擬電路的易受環境影響產生的工作點漂移,不存在產品的分散性,即成批產品的一致性很好。

  采用,以軟件代替硬件,電路板的面積和功耗明顯的小了,這樣對系統可靠性無疑是有好處的。同時,由于現代的的程序存儲器均有加密技術,可以防止非法拷貝,保護知識產權。另外,如果UPS的軟件系統相對完善,其故障自檢功能較強,則可以為安裝維護人員提供方便,節省費用和工時。以下為針對式智能UPS的幾個設計方案。

  1. 傳統UPS主控制板的原理

  由PLD+MCU實現原模擬電路實現的功能,輸出電壓動態反饋和I/O相位同步部分將沿用原成熟線路,在基準正弦波合成方面將用一只廉價的PLD器件代換原來由多個計數器、加法器等的實現功能。MCU控制系統可以采用廉價的ATMEL89C52和一只10位11路A/D轉換芯片TLC1543及一片XICOR公司的監控+串行EEPROM 芯片X25045組成,可以實現完成輸出電壓的調整、電池的智能管理、重要器件的檢測。但是不參與同步控制,在與上位機的通信及生產調試和面板功能方面MCU實現將比原來設計成本低、功能強,實現該方案可以在較少的時間完成。

  2. 單芯片的實現方案

  由一塊功能強大的MCU完成人機界面、通信、輸入輸出同步、輸出電壓PID調節、各種故障判斷和自診斷功能,該實現方案可以采用引腳多的Intel 87C196MC或Motorola MC68HC11K4,但是該方案成本較高;開發難度和測試工作量大,如果要幾個工程師并行開發,要求項目系統分析員分析能力較強,項目經理能協調各個項目組員無縫協作,軟件代碼結構化要求高。這種方案實現后可節省電路面積、采購及生產很方便。

  3. 雙MCU的實現方案

  作者認為此方案最適合目前我國工程師的開發水平,系統具有最大的靈活性和成本的最小化。 基本想法是由1只管理MCU(mMCU)和一只控制MCU(cMCU)組成。其中mMCU負責人機界面(面板、通信、調試、故障診斷),要求芯片為FLASH(閃存)形式,單片機系統可以用C語言寫代碼,具備電壓監控和復位功能。這款芯片使用Atmel或Philips的89C5X系列(成本為每只低于20元),80C51系列MCU已是業界標準,開發工具及參考資料國內都非常完善,可以由一般的MCU設計人員完成。如果UPS用戶提出一些特殊要求,如開關機時序或故障告警特定提示,可以通過ISP方法來解決,軟件更改升級非常方便。

實現方案

  cMCU則負責UPS的I/O同步、逆變器驅動、輸出電壓穩壓PID調節、過流保護、實時采樣和整流器驅動等實時控制。在實驗做過后可將MCU掩膜,以降低芯片成本,以后的設計可以將其嵌入任何UPS,作為標準模塊使用。這項工作應由專業經驗豐富的工程師完成,其難度大,要求高。

  由于UPS自身情況(不斷電)比較特殊,cMCU不能使用WDT(看門狗監控電路),而mMCU不涉及實時控制,芯片受干擾程序出錯后,可以利用WDT或非法指令或非法地址復位來得到解決。它能監督cMCU的運行狀態,一旦發現控制異常,可以馬上對系統作補救措施,防止造成惡果。

  2芯片方案可以為控制系統分散風險。我們可以選擇容量小、速度快的廉價MCU進行設計,估計可以選到價格小于30元的芯片。 以上分析表明,采用第3種方案設計UPS將是適合國內廠商的最合理方法,無論從原材料成本,開發難度,軟件升級方便性和系統可靠性方面都優于另外2種方案。對于其他行業,如果設備同時涉及實時控制和非實時管理,則采用雙芯片或多芯片方案(芯片間通過CAN總線或SPI或較慢的RS485總線通信)不失為一種可取的方案。



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