基于80C196KC設計的5kW高頻通信電源整流及監控系統

摘 要:介紹一種以80C196KC為核心的通信電源監控系統及整流模塊的實(shí)現方案，討論了系統的硬件結構，軟件設計及功能，并對系統的可*性及抗干擾措施進(jìn)行了闡述。

智能化高頻開(kāi)關(guān)電源是一代新型直流電源裝置，它具有高度靈活組合、自主監控的特點(diǎn)。目前應用十分廣泛，尤其在通信領(lǐng)域，因其具有體積小、噪音低、維護方便又可被納入通信系統的計算機監控系統等優(yōu)點(diǎn)，從而基本上取代了相控穩壓電源。本文闡述了一種5kW通信電源整流模塊及其二級監控系統的實(shí)現方案，并給出了部分軟件的流程圖。

１ 系統硬件原理

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

1.1 高頻開(kāi)關(guān)整流模塊

整流模塊是一種智能化高頻開(kāi)關(guān)穩壓模塊，其原理框圖見(jiàn)圖2。它采用無(wú)工頻變壓器的整流結構，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)驅動(dòng)、放大及整形后，控制逆變橋中IGBT的關(guān)斷或導通，以改變輸出電壓的大小。

為了實(shí)現多機并聯(lián)運行的目的，本系統采用了負載自動(dòng)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(shí)，整流模塊中3907的CSB腳并聯(lián)于均流母線(xiàn)CSB上，由于3907采用的是最大電流均流法，所以在均流母線(xiàn)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(shí)，3907的輸出就會(huì )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(jìn)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(shí)現自動(dòng)均流的目的。

為使整個(gè)電源系統具有自診斷和人機交互的控制功能，每個(gè)整流模塊都具有本身的監控部分，以擔負本地監控以及與主監控模塊通信的任務(wù)。整流模塊的單片機所承擔的任務(wù)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(kāi)啟冷卻風(fēng)扇、告警等，并允許各模塊退出或投入系統。

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控模塊，同時(shí)也接收來(lái)自主監控模塊的命令。模塊間的通信采用RS-485總線(xiàn)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 主監控模塊

系統主監控模塊作為一個(gè)獨立的模塊，可監控整個(gè)電源系統的工作狀態(tài)，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話(huà)，實(shí)現與外部PC或遠端主機的通信。

圖3是該模塊的原理框圖。系統采用Intel公司的80C196KC作主控制器，用本身的TXD、RXD經(jīng)RS-485轉換后與各模塊通信，又通過(guò)外接8250擴展出RS-232接口與PC或遠端主機通信。為實(shí)現本地的人機交互操作，系統采用了大屏幕的LCD界面和24鍵的鍵盤(pán)，并可直接外掛EPSON1600K打印機。為了滿(mǎn)足自動(dòng)監控的需要，監控模塊設有8路數字量輸入口，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。

主監控系統檢測直流母線(xiàn)電壓、電流，當電壓或電流大于上限設定值時(shí)，便命令整流模塊降壓限流，并根據各整流模塊的工作狀況，決定每個(gè)模塊的退出和投入，從而使整個(gè)電源系統工作在穩定的狀態(tài)下。

此外，為了整個(gè)電源系統的安全，主監控系統還對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)進(jìn)行檢測。當網(wǎng)壓異常時(shí)，主監控模塊將切除電網(wǎng)輸入，同時(shí)發(fā)出告警信號，并記錄故障信息。

２ 系統軟件