光電轉換電源控制系統的原理設計及結構

　　光電轉換電源的主要應用是混合式光纖電流互感器的供電電源，我們將以混合式光纖電流互感器作為光電轉換電源的負載來(lái)說(shuō)明光電轉換電源數字穩壓控制系統的硬件實(shí)現方法。

　　系統總體結構

　　圖1為光電轉換電源的總體結構?？刂剖因寗?dòng)半導體激光器發(fā)光，發(fā)出的光經(jīng)耦合器耦合到多模光纖中，從而傳輸到測量現場(chǎng)；光能在現場(chǎng)通過(guò)光電轉換器件轉化為電能，供給有源器件。雖然在半導體激光器的驅動(dòng)電路中已經(jīng)加入了相應的穩壓或穩流電路，但是光電轉換電源主要應用于遠端的電子器件。這樣，在光由控制端傳輸到現場(chǎng)的過(guò)程中會(huì )有損耗，而光電轉換器件的轉換效率與環(huán)境溫度等因素有關(guān)，光纖電流互感器的負載也會(huì )發(fā)生不規則變化，這些就會(huì )導致高壓側光電轉換后的電壓達不到系統正常工作的要求，從而影響系統的正常工作，甚至損壞器件。

　　圖1　系統總體結構框圖

　　我們可以采用反饋控制的思想來(lái)滿(mǎn)足系統要求。根據控制論中有關(guān)反饋控制的理論可知，反饋控制系統由數據采集系統和數據處理系統組成。由于采集的是遠離控制室的參量，因而應有一個(gè)通信系統可以使采集的量傳回控制室，如采用光纖通信系統。

　　數據采集系統硬件設計

　　數據采集部分的主要任務(wù)就是采集高壓側(或遠離控制室)的電量，經(jīng)過(guò)濾波后傳回控制室。這部分包括了微處理器和A/D轉換器，而數字量的傳輸以光纖為主。綜合考慮系統性能、工作環(huán)境及經(jīng)濟效益等因素，選取單片機89C2051為主控制器。系統中，數據采集部分的功耗是必須要考慮的，故采集部分的核心器件A/D轉換器采用ADI公司的低成本、高分辨率A/D轉換器AD7705。

　　AD7705在工作過(guò)程中容易出現端口迷失的現象，為確保它可以正常地工作，還加入了專(zhuān)用看門(mén)狗芯片X5045。

　　89C2051與AD7705的連接如圖2所示。89C2051的RXD引腳和TXD引腳分別接AD7705的DIN腳和SCLK引腳，這樣就可以采用單片機的串口工作方式0對A/D轉換器的相應寄存器進(jìn)行設置，并讀取轉換數據；89C2051的P1.3腳接AD7705的片選腳；89C2051的　P1.2腳接AD7705的復位引腳，從而保證了AD7705的可靠復位；另外AD7705主時(shí)鐘采用外接晶振的方式，晶振頻率為2MHz，可以在軟件中對相應的寄存器進(jìn)行設置，使其實(shí)際工作頻率為外接晶振頻率的二分頻，即為1MHz；參考電壓負端接地，正端接LM385-2.5的陰極。

　　圖2　數據采集電路

　　數據處理系統硬件設計

　　數據處理部分是系統的重要組成部分，這一部分的主要作用是接收采集傳輸回來(lái)的數據，并根據適當的算法進(jìn)行運算，最后將運算結果通過(guò)D/A轉換器以控制激光器的輸出光功率輸出。D/A轉換器采用了MAXIM公司的MAX542。系統原理框圖如圖3所示。

　　圖3　數據處理系統原理簡(jiǎn)圖

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