基于單片機(jī)的智能大功率直流電源設(shè)計(jì)

引言

　　在大功率直流電源中，主電路一般采用晶閘管三相全控橋式整流電路，其關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定地控制晶閘管的導(dǎo)通角。

　　目前，大功率直流電源現(xiàn)場應(yīng)用中最為普遍的控制方式大都采用KC或KJ系列小規(guī)模集成電路，即采用三相鋸齒波信號和直流控制信號相比較獲得的移相信號。然而，三相鋸齒波信號的斜率、占空比、幅度等與每相的器件參數(shù)密切相關(guān)，并且比較信號中小的干擾可能造成較大的相移誤差，因而電路的可靠性和自動(dòng)平衡能力較差。

　　利用單片機(jī)作為控制電路，根據(jù)三相全控橋觸發(fā)脈沖之間的邏輯關(guān)系，直接產(chǎn)生六相高度均衡的觸發(fā)脈沖，可以克服KC、KJ系列電路均衡性差的缺點(diǎn)。但是，由于現(xiàn)場系統(tǒng)工作在強(qiáng)電干擾比較嚴(yán)重的場合，為了減小干擾可能引起程序運(yùn)行紊亂，造成系統(tǒng)失控而引起主電路器件的損壞；另外，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，加強(qiáng)人機(jī)對話能力，實(shí)現(xiàn)顯示、打印、命令輸入、循環(huán)檢測、過壓過流保護(hù)以及軟件PI調(diào)節(jié)器等功能，必須采用雙CPU并行工作。但雙CPU并行工作既增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，又降低了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。

　　為了克服上述局限性，利用8098單片機(jī)作主控單元， 并充分利用WATCHDOG的抗干擾性能，采用以鎖相環(huán)（PLL）為基本控制原理的通用觸發(fā)板作中間界面，構(gòu)成一種智能化的電廠大功率直流后備電源。圖1示出控制系統(tǒng)框圖。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　現(xiàn)以電力系統(tǒng)對電池進(jìn)行強(qiáng)充、浮充為例，說明系統(tǒng)的工作原理。根據(jù)現(xiàn)場要求，系統(tǒng)共設(shè)有7種工作方式，見圖1。

　　1）手動(dòng)方式（M）

　　系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，利用8098的PWM口，經(jīng)濾波后輸出一個(gè)0~5V的控制電壓信號給觸發(fā)板，使整流橋相應(yīng)輸出電壓為0~300V.該方式主要用于系統(tǒng)主電路的檢修和維護(hù)。

　　2）穩(wěn)壓方式（V）

　　穩(wěn)壓方式（V）又稱浮充方式，系統(tǒng)作穩(wěn)壓源閉環(huán)運(yùn)行。

　　為增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和通用性，利用軟件實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PI算法

　　圖2示出帶數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖。

圖2 典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖

　　該數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的Z傳遞函數(shù)為：

　　式中：Ki -- 積分系數(shù)，Ki= KoT/Ti;T--采樣周期； Ti-- 積分時(shí)間常數(shù)；Kp-- 比例因子；U（Z）--控制量輸出的z傳遞函數(shù)；E（z）- -偏差量的z傳遞函數(shù)。

　　將式（1）展開，可得以下位置式算法：

　　式中Uo-- 初始值；Uk - - 第k次采樣點(diǎn)獲得的控制量；Ek--第k次采樣點(diǎn)獲得的偏差量；Ej--第j次采樣點(diǎn)的偏差值；k一第k次采樣點(diǎn)。

　　整理成遞推公式形式：

　　根據(jù)上述遞推公式，可以非常方便地用軟件實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器。