双电源转换控制器研制

低压电器 ( 2006� 11) 双电源转换控制器研制 第一作者: 胡 � 莹 ( 1982�) , 女, 硕士 研究生, 研究方向 为电力电子控制技 术。 应用与测试� � � �双电源转换控制器研制 胡 � 莹, � 常 � 越 (上海交通大学 电气系,上海 � 200240) 摘 � 要: 针对不间断供电的需求, 介绍了一种以 M 68HC908SR12单片机为主控芯 片的双电源转换控制器的研制。在用电设备中, 基于采样、比较的工作原理, 在单 片机上运行软件,实现对两路电源的实时监测。结果明: 当常用电源发生过压、欠压 和缺相等故障时,双电源转换控制器能自动地切换到备用的正常电源,从而实现两路电 源之间可靠地切换,保证了连续供电。 关键词: 双电源转换控制器; 单片机; 监测 中图分类号: TM 564�3� 文献标识码: B� 文章编号: 1001�5531( 2006) 11�0048�03 Developm ent of Double Power Sw itch Controller HU Ying, � CHANG Yue ( Department of E lectrica lEngineering, Shangha i Jiao tong Un iversity, Shangha i 200240, China) � � Abstract: To sa tisfy dem and fo r un interrupted pow er supp ly, the developing scheme of doub le power sw itch contro ller tak ing M 68H C908SR12 contro ller as m ain contro l ch ip was introduced. In pow er se rv ice equ ipm ent, based on the w ork ing princ ip le of samp ling, com paring, runn ing softw are on the M 68HC908SR12 contro ller, the real�tim e m on itoring for tw o�way pow er was rea lized. If faults such as overvo ltage, undervo ltage, phase loss etc. be ing found in the norm a l power, the standby powe r was sw itch ing�on by the doub le pow er sw itch contro ller, the sw itch ing betw een two�w ay pow erw as re liably fin ished autom atica lly to ensure the continu ity of pow er supply. Keywords: double pow er sw itch contro ller; single ch ipm icrocomputer; m on itoring 0� 引 � 言 随着电力事业的发展, 电力质量日益受到人 们的重视。而供电的连续性是电力质量的一个重 要方面, 对于某些特殊的用电部门 (如医院、机 场、大型生产线等 )尤为重要。保证供电连续性 通常的解决办法是,给供电对象提供主、备两路独 立的电源,对两路电源都进行实时监控。当主电 源发生故障时, 能根据设定的切换程序准确完成 主、备用电源间的切换,从而最大限度地保证供电 的连续性。 国内外大部分双电源转换系统可知, 一 般装置都由塑壳断路器、机械联锁、控制器 (继电 器实现 )和电动操作机构组合构成。该系统虽具 有结构简单、成本低廉等优点, 但也存在如下缺 点: 控制器由继电器实现, 无法进行不同故障 的识别; ! 功能单一, 一般只能以电压的有无作 为判据转换; ∀ 塑壳断路器加电动操作机构的组 合不适用于大功率低压配电网使用框架式断路器 ( ACB )的场合; #国内多数产品不具备通信功 能,因而不能适应自动化发展的趋势。由此可见, 开发一种新型的智能 (微机式 )双电源转换控制 器具有实际意义。本文开发研制的智能双电源转 换控制器以 M 68HC908SR12单片机作为主控芯 片,可实时监控两路电路, 当故障发生时, 能安全、 可靠地实现电源转换,并且具备通信功能。 1� 硬件系统 1. 1� 主要结构及功能 双电源转换控制器监测主、备用副电源的状 态。单片机实现的双电源转换控制器的硬件电路 结构框图如图 1所示。该系统由控制板、变压器、 电磁开关和辅助触点开关组成。 � � 控制板采用了 Freescale的M 68HC908SR12 ∃48∃ 双电源转换控制器研制 低压电器 ( 2006� 11) 图 1� 双电源转换控制器的结构图 单片机作为主控芯片,其增强的 HC05可编程模 型具有多种系统的时钟模块, 有灵活的定时器功 能,具有 12KB安全特性的用户程序 F lash闪存, 内置的 14通道、10 b it A /D 转换模块以采用 TL431产生的 2. 5 V电压作为稳压参考信号, 灵 活地实现了监测三相电压、采样延时等功能。同 时,配合通信转换芯片,如 MAX487E芯片等可实 现通信、智能转换等功能。另外,双电源转换器采 用发光二极管作为信号显示, 包括正常、故障、过 压、欠压、缺相及哪侧电源供电的信号。控制系统 采用 2个三相隔离变压器, 提供 2路三相电的信 号监测主电源和辅助副电源的状态,同时给控制 系统供电。这样,只要还有一个电源能够供电,控 制板就能正常工作。主、备电源的三相相电压都 为交流 220V, 显然不能直接供单片机检测,电压 转换电路的功能就是将每相交流 220 V的强电信 号转换为可供单片机系统的可检测直流信号 ( < 5 V)。转换的基本原理是,通过隔离变压器对 常用、备用电源降压, 再通过整流滤波和分压得到 直流电压,最后使用 7805稳压得到 5 V电压, 对 单片机进行供电。 1. 2� 故障检测电路设计 控制器对电压造成的故障分为过压、欠压和 缺相 3种。因此,系统应对 2个电源的各个状态 都能进行精准的检测, 包括: 电源电压检测。 判别 2个电源的过、欠压状态,采样整流得到的直 流电压信号,与设定的所要求的电压相比较,从而 判定电压是否存在过压和欠压的情况。! 电源 缺相检测。缺相检测电路如图 2所示。若存在缺 相情况,则经整流后得到的直流电压较三相电整 流后得到的直流电压会低,且出现过零现象,该直 图 2� 缺相检测电路 流电压信号 U in经一个大小合适的稳压管后,经三 极管后得到一个电压信号 Uou t; 若无缺相, 则 Uou t 为低电平;反之, 则 Uou t为高电平, 以此为中断信 号送入单片机,由单片机产生中断, 即可判定电压 是否存在缺相情况。 � � 通过单片机的控制, 一旦检测到电源发生故 障,就进行电源切换处理, 同时报警并显示故障类 别。电源的正常、故障、过压、欠压、缺相以及哪侧 电源供电的信号等用发光二极管来显示。 1. 3� 抗干扰措施 干扰会影响控制器运行的稳定, 所以在电路 设计方面采取了多种抗干扰措施: 开关量输入 和输出是智能电器系统常见的干扰源。通过隔离 器件传输信息,在电气上将单片机与各种传感器、 开关等隔离开来, 可以较好地防止串模干扰。 ! 合理布置地线。系统中的数字地与模拟地分开, 最后在一点相连, 避免了数字信号对模拟信号的 干扰。 ∀ 在电源进线端加去耦电容, 削弱各类高 频干扰。 2� 软件系统设计 双电源控制器采用单片机作为控制芯片, 在 工业环境中,不可避免地会遇到电源波动、电磁波 辐射等干扰。如果单片机出现死机、程序跑飞等 非正常情况,就会造成控制器不工作或者误工作。 因此, 除了在电路上须加抗干扰的措施外,单片机 型号的选取和一些软件措施也是必要的。而 M68HC908SR12单片机的抗干扰能力在各个方面 都较强。 控制器执行的功能以检测和控制为主, 采用 C语言编写。外部硬件电路已经完成了电压故障 的判定,程序只需要读取相应的故障状态位输入, 经位判断后转入相应故障处理程序即可。这样, 大大简化了程序的设计。 ∃49∃ 低压电器 ( 2006� 11) 双电源转换控制器研制 切换过程的控制是双电源转换控制器的核心 功能之一。在 2个电源转换的过程中,为了使供 电电路稳定, 保证切换过程的准确性和安全性, 避免由于短时电压变化导致的误动作,需要人为 延时,该控制器延时时间可以分为 6种,延时时间 由用户通过分档开关进行选择。双电源转换控制 器的软件流程如图 3所示。 图 3� 软件流程图 3� 结束语 本文研制的双电源转换控制器能够对双路电 源的过压、欠压和缺相等故障进行检测,且能准确 地实现两路电源间的可靠切换。经过现场测试验 证,该控制器在性能上能满足设计要求。 %参 考 文 献 & [ 1] � 常 � 越. M 68HC08单片机原理及 C语言开发实例 [M ]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2005. 收稿日期: 2006�03�28 (上接第 29页 ) � � 首先,在初始化时将 MAX1487设置为接收状 态,这样 MAX1487就可以随时接收来自 RS�232 或 RS� 485上的信息。当任何一方有信息到达 时,便产生中断。在中断子程序中设置 MAX1487 的控制位,使其禁止接收、允许发送, 把接收到的 信息转发到另一方。转发完成后, 立即设置 MAX1487的控制位,使其禁止发送、允许接收, 等 待接收下面的信息。 4� 结束语 本文所设计的多功能 RS�232 /485转换模块 不仅可作为一个独立的 RS�232 /485双向数据转 换模块使用,还提供了 8路模拟输入、5路模拟量 输出和数字量输入 /输出功能。经过几个月的试 验和应用,该模块表现出了良好的实时性、稳定性 和可靠性,完全能够满足工业现场的各项要求,具 有较高的实用价值。 %参 考 文 献 & [ 1] � 施一明, 冯东芹, 金建祥. 现场总线的标准与发展 [ J] .电工技术杂志, 2000( 9): 5�8. [ 2] � 李朝青. PC机及单片机数据通信技术 [M ]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1999. [ 3] � 阳宪惠. 工业数据通信与控制网络 [ M ]. 北京: 清华 大学出版社 , 2003. [ 4] � 虞日跃. RS� 485总线的理论与实践 [ J]. 电子技术 应用, 2001( 11): 55�57. 收稿日期: 2006�03�02 ∃50∃