基于80C196KC設計的5kW高頻通信電源整流及監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要:介紹一種以80C196KC為核心的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)及整流模塊的實現(xiàn)方案，討論了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，軟件設計及功能，并對系統(tǒng)的可*性及抗干擾措施進行了闡述。

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(jiān)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(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)等優(yōu)點，從而基本上取代了相控穩(wěn)壓電源。本文闡述了一種5kW通信電源整流模塊及其二級監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并給出了部分軟件的流程圖。

１ 系統(tǒng)硬件原理

圖１示出整個電源系統(tǒng)的原理框圖。系統(tǒng)中各功能模塊都具有自己獨立的監(jiān)控功能，可完成對所監(jiān)控模塊的管理。本文將主要討論高頻開關整流模塊和主監(jiān)控模塊。

1.1 高頻開關整流模塊

整流模塊是一種智能化高頻開關穩(wěn)壓模塊，其原理框圖見圖2。它采用無工頻變壓器的整流結(jié)構(gòu)，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(gòu)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(jù)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(jīng)驅(qū)動、放大及整形后，控制逆變橋中IGBT的關斷或?qū)?，以改變輸出電壓的大小?/p>

為了實現(xiàn)多機并聯(lián)運行的目的，本系統(tǒng)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(lián)運行時，整流模塊中3907的CSB腳并聯(lián)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模塊的電流，當本模塊的電流小于CSB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，使得該模塊電流與最大電流一致，實現(xiàn)自動均流的目的。

為使整個電源系統(tǒng)具有自診斷和人機交互的控制功能，每個整流模塊都具有本身的監(jiān)控部分，以擔負本地監(jiān)控以及與主監(jiān)控模塊通信的任務。整流模塊的單片機所承擔的任務是檢測輸出電壓、電流及溫度，向ＰＷＭ控制器發(fā)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，并允許各模塊退出或投入系統(tǒng)。

單片機還定期將本模塊的電壓、電流值及故障情況傳送給主監(jiān)控模塊，同時也接收來自主監(jiān)控模塊的命令。模塊間的通信采用RS-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(zhuǎn)換器，具有良好的抗干擾能力，適合應用于惡劣的電磁環(huán)境中。

1.2 主監(jiān)控模塊

系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個獨立的模塊，可監(jiān)控整個電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話，實現(xiàn)與外部PC或遠端主機的通信。

圖3是該模塊的原理框圖。系統(tǒng)采用Intel公司的80C196KC作主控制器，用本身的TXD、RXD經(jīng)RS-485轉(zhuǎn)換后與各模塊通信，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(xiàn)本地的人機交互操作，系統(tǒng)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(jiān)控的需要，監(jiān)控模塊設有8路數(shù)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(jiān)控系統(tǒng)檢測直流母線電壓、電流，當電壓或電流大于上限設定值時，便命令整流模塊降壓限流，并根據(jù)各整流模塊的工作狀況，決定每個模塊的退出和投入，從而使整個電源系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的狀態(tài)下。

此外，為了整個電源系統(tǒng)的安全，主監(jiān)控系統(tǒng)還對電網(wǎng)電壓的波動進行檢測。當網(wǎng)壓異常時，主監(jiān)控模塊將切除電網(wǎng)輸入，同時發(fā)出告警信號，并記錄故障信息。

２ 系統(tǒng)軟件