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89C2051在直流母線降壓控制器中的應用

作者: 時間:2012-09-25 來源:網絡 收藏
為保證停電時控制器能可靠地工作,在高壓配電控制中均使用直流供電系統。停電時,直流供電系統由蓄電池供電,蓄電池從浮充轉為放電狀態,直流電壓往往很高(鉛酸蓄電池的浮充電壓為255V,鎘鎳蓄電池的浮充電壓為280V),如果直接將蓄電池接入母線,會燒毀上的其他控制器,因此在蓄電池接入時,必須進行降壓處理。國產,多用模擬電路設計,電路復雜、穩定性差。應生產廠家的要求,我們用89C2051單片機設計了一個以數字電路為核心的直流母線,現已投入使用,效果良好。
一、母線降壓原理

母線降壓原理圖見圖1。由50只(10只一組)大電流二極管組成硅鏈,通過5只繼電器控制硅鏈的長短,將+KM電壓控制在220V左右。每只繼電器控制7V。雖然采用分段控制方式,精度不高,但由于直流母線工作的重要性,因此系統不采用晶體管調壓控制。

控制5只繼電器的吸合是電路設計的關鍵。傳統控制電路的設計見圖2。采用5組相同的電路,每組檢測一個電壓點。由電位器取樣、運放比較后,經整形、鎖存、隔離,再推動繼電器輸出,電路復雜、穩定性差,調整費時,且無法克服臨界點抖動問題。

針對上述問題,將電路改成單片機89C2051控制(見圖3)。電壓經電位器采樣送0832轉換成數字量,再送入89C2051,經計算后,從單片機的I/O口輸出控制信號,電路簡單,且可用軟件克服臨界點抖動問題。整機只需調整一個電位器到滿擋值即可。

二、硬件電路設計

1. 電壓取樣電路(見圖4)。 由R1、R2、W1、C5、C6等組成串聯分壓、濾波電路,輸出電壓被W1限定在0~5V,供AD0832采樣。

2. 電源供電電路(見圖5)。 由于是直流供電系統,直接采用力源公司生產的直流模塊PS0500D。D10為防電源反接二極管。L12指示直流模塊工作情況。

3. 光電隔離電路(見圖6)。 CPU的I/O腳直接驅動光電隔離器、發光二極管。通過發光二極管L2~L6,可隨時了解5只繼電器的工作情況。N1~N5為MOC3021高反壓光電隔離器。

4. 晶體管放大輸出電路(見圖7)。 由T1~T5、R5~R9、C7~C11等組成直流放大電路,推動繼電器輸出。C7~C11是吸收電容,可防止上電時繼電器抖動。D1~D5是去反峰二極管,5只繼電器的線圈,必須并接大電流的二極管以保護晶體管。5只晶體管的耐壓應大于400V。

5. 控制電路(見圖8)。 由IC1、IC2、IC3等組成單片機控制電路。AD0832完成模擬信號的轉換,其內部有一個精密的基準源,轉換精度為1/255。借助于IC1 EEPROM X25045的電壓檢測、看門狗功能,保證電路在高電壓、強干擾的環境下能正常工作。89C2051完成所有的計算、控制工作。L1是正常工作指示燈。S1是電路自檢開關,按下S1再上電,則可執行繼電器自檢。



三、軟件設計

1. 數字計算過程。 由公式N=Uin-220V/7V,可求出當電壓高于220V時,應該動作的繼電器的數量N。AD0822將采集的電壓轉換成數字量送入單片機,由單片機計算出N。如果N<0,則打開所有繼電器。如果N≥0,再根據控制要求控制相應個數的繼電器輸出,完成調壓工作。

2. 滿擋值的處理。 當使用鉛酸蓄電池時,滿擋電壓為255V,而AD0832是8位AD轉換,正好分辨255,因此數值1就表示1V,公式中的220V、7V對應的數字量分別是220、7。當使用鎘鎳蓄電池時,滿擋電壓280V,此時數值1對應280/255=1.09V,四舍五入為1V,公式中的220V、7V對應的數字量還是220V、7,此時只需調整電位器W1。

3. 數字濾波。 為了提高抗干擾性能,單片機采集AD的值,必須要做濾波處理。程序中留出64個字節,采用去極值、求平均值的濾波方法進行處理,使單片機測量的電壓值穩定。


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