基于DS2438的智能直流不间断电源.doc

　　【摘要】本设计为工业以太网交换机提供24V不间断直流供电，一路由127V交流电经整流稳压获得，另一路由密封铅酸蓄电池提供。当交流掉电时，电源能自动切换到电池供电；在交流电恢复时，电源自动切换到交流供电，并给电池充电。本设计采用DS2438芯片实时监测电源的输出电压、输出电流，以及电池的充电电流和剩余电量，并通过液晶屏和上位机显示出来，另一方面通过上位机控制电池的充放电，形成良好的人机交互界面。 中国论文网 　　【关键词】以太网交换机；不间断电源；DS2438 　　1.引言 　　随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在覆盖工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次；覆盖从车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。工业以太网作为一种成功的网络技术进入市场并在办公自动化和工业界获得了广泛地应用[1-2]。它起到了传输命令及信号的重要作用，所以，工业生产对井下交换机的供电要求越来越高。交换机一旦断电，将引起停产甚至重大的安全事故，所以实现交换机的不间断供电是当前工业生产的必要条件。本设计采用密封铅酸蓄电池作为备用电源，选用UC3906DW芯片在交流电掉电时能自动切换到电池供电，实现了交换机的不间断供电。并使用DS2438芯片监测电源的剩余电量以及电源的输出电流和电压，通过RS-485串口通信与上位机连接，上位机使用组态王设计人机交互界面，实时显示电源温度、输出电流及电压、电池剩余电量等参数。 　　2.硬件电路设计 　　2.1 基本设计思路 　　本设计的输出24V直流电由127V交流电和蓄电池提供，微控制器采用STC12C5A08S2，它是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成8路高速10位A/D转换、双串口。当127V交流电供电正常时，对其进行整流稳压，得到30V直流电供电池充电，系统输出时再通过DC/DC模块转换成24V。同时，使用交流电压精密测量模块及微控制器内部集成的A/D转换器，实时监测交流电的输入情况并进行显示。当交流电断电时，供电管理模块能自动切换到电池供电模式。同时，供电管理模块还需要在电池充满电时自动切断充电电流，避免电池进入浮充状态。另外，采用两片DS2438，一片监测电池的充放电电流以及其剩余电量，另一片监测系统的输出电流以及输出电压。为核对电池容量，并使极板有效物质得到均匀活化，需要对电池进行定期充放电[3]，由微控制器配合时钟芯片完成。系统的人机交界面由液晶显示模块和上位机两部分组成，两部分均通过串口与微控制器连接。液晶显示模块和上位机能实时显示当前供电模式、输入交流电、输出电流及电压、电池剩余电量和时间，同时，还可通过上位机切换供电模式和校正时间。系统整体结构如图1所示。 　　2.2 硬件电路设计 　　本设计硬件部分主要包括AC/DC模块、供电管理模块以及DS2438外围电路几部分。 　　2.2.1 AC/DC模块 　　AC/DC模块实现的主要功能是将127V交流电转换为30V直流电供电池充电和系统输出。如图2所示，127V交流电经变压器变压后进行全桥可控整流，将整流后的直流通过电容进行滤波，最后进行稳压即可得到30V直流电。稳压芯片选用三端可调节输出正电压稳压器LM317，其电压输出范围为1.2V到37V，可提供超过1.5A的电流，使用内部限流、热关断和安全工作区补偿来避免烧断保险丝。 　　LM317的输出电压由于IAdj控制在100μA以内，所以此处将上式第二项忽略不计，故经AC/DC变压、整流、滤波及稳压后的输出电压可用式（1）计算[4]。此处要求输出电压30V，故此处选取电阻R1=100Ω，R2选用3K的电位器调节至2300Ω。 　　交流电压精密测量模块采用AD637集成真有效值转换器实现，其最高精度优于0.1%，它能将交流输入信号的有效值变换成等值的直流电压，输入电压范围为0～7V[5]。在本电源中，先将127V交流电经变压器降到AD637转换范围内，再使用AD637将其转换为等值的直流电压，然后使用STC12C5A08S2内部集成的A/D转换器将其转换为数字量再乘以变压比，即可得到交流电压有效值。通过此值可以判断电源目前的供电情况。 　　2.2.2 DS2438外围电路 　　本设计采用DS2438芯片来实时监测蓄电池的充放电状况以及计算电池的剩余电量。DS2438是一款智能电池监测芯片，它使用独特的单总线接口，每片DS2438都有一个唯一的64位序列号。DS2438芯片能提供全面的电池监测功能，它包含一个数字温度传感器不需要系统额外增加热敏电阻，一个测量电池电压和输入输出电流的A/D转换器，一个能计算所有流进和流出电池电流的集成电流累加器，一个运行时间计，以及40字节用来存储重要参数