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分层控制结构的数字式应急电源设计

[摘要]本文介绍了基于单片机控制的分层控制应急电源的设

计。设计了充电器和逆变器控制电路和系统管理器,结构简单、可

靠性高。

[关键词]应急电源控制充电逆变单片机

随着社会发展、人们生活水平的提高,高性能的应急电源已成为

生产、生活中不可缺少的应急供电设备,以防止突然断电给人们正

常的生活秩序和学习带来的影响以及对生产、生活中特别重要的负

荷造成重大的经济损失。传统的应急备用电源采用柴油发电机组,

但由于其存在烟气和噪音污染、火灾隐患、日常维护工作量大等难

以克服的弊端,已逐渐被新型应急电源ups(uninterruptiblepower

systems)与eps(emergencypowerssupply)所代替。本文就此设计

一种分层控制结构的应急电源系统。

1、分层控制应急电源的总体结构

应急电源的功能是:在市电正常供电的情况下,市电直接给负载

供电,同时进行市电检测并通过充电器给蓄电池组充电。当检测到

市电停电或出现不正常时,应急电源的逆变器接受蓄电池组的直流

输入,将直流电转换为交流电,为负载提供应急供电。

分层控制的应急电源采用两级控制系统结构,如图1所示。控制

级由充电控制器、逆变控制器、电池监测单元等构成,用以完成应

急电源的实时控制和实时数据采集。管理级由系统管理器、人机接

口及运行网络构成,实现对应急电源的管理。

2、充电控制器

充电控制器是应急电源的重要组成部分,其结构如图2所示。高

频dc/dc充电主电路采用双端半桥式变换器。半桥式高频开关充电

电源主电路具有如下特点:输出功率可达几kw,满足蓄电池充电的

要求;只有两只开关管进行功率变换,相对全桥电路而言简化了驱

动电路设计;高频变压器原边绕组在方波脉冲的正负半周都工作,

绕组利用率高;开关管截止期间承受电压低,仅为输入直流电压值;

抗不平衡能力强。当开关管特性不一致或导通时间不一致时,不会

引起”单向偏磁”现象,这是其它变换电路不具备的一个突出优

点。

控制器的微处理器采用美国cygnal公司生产的c8051f020单片

机。c8051f020单片机是集成在1块芯片上的混合信号系统级单片

机,具有与mcs-51内核及指令完全兼容的微控制器。该单片机系统

主要功能特点有:

(1)25mips高速流水线式与8051机完全兼容的cip-51内核;

(2)片内看门狗定时器,内部能独立工作的时钟源时钟源及vdd监

视器;

(3)12位a/d转换器adc0。由逐次逼近型adc、多通道模拟输入

选择器和可编程增益放大器组成,adc工作在100kbps的最大采样速

率时可提供12位精度,adc0的8个外部输入通道都可被配置为两个

单端输入或1个差分输入,adc0的第9个输入通道为内部温度传感

器,同时内部提供1个2.34v基准电压,可编程增益放大器的增益可

用软件设置,从0.5～16以2的整数次幂递增,允许用软件事件、硬

件信号触发转换或进行连续转换;

(4)8位a/d转换器adc1。adc1为c8051f020的1个8位adc子

系统,它有1个8通道输入多路选择器和可编程增益放大器,该adc

工作在500kbps的最大采样率时可提供真正的8位精度,adc的基准

电压可在电源电压引脚和外部vref引脚之间选择,adc1的可编程增

益放大器的增益可被编程为0.5、1、2或4,adc1也有灵活的转换

控制机制,允许用软件命令,定时器溢出或外部信号输入启动adc1

转换,用软件可以使adc1与adc0同步转换;