基于單片機的智能大功率直流電源設計
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引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178483.htm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，其關鍵在于如何準確、可靠、穩(wěn)定地控制晶閘管的導通角。
目前，大功率直流電源現(xiàn)場應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，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平衡能力較差。
利用單片機作為控制電路，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。但是，由于現(xiàn)場系統(tǒng)工作在強電干擾比較嚴重的場合，為了減小干擾可能引起程序運行紊亂，造成系統(tǒng)失控而引起主電路器件的損壞；另外，為了增強系統(tǒng)的功能，加強人機對話能力，實現(xiàn)顯示、打印、命令輸入、循環(huán)檢測、過壓過流保護以及軟件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)的復雜性，又降低了系統(tǒng)的可靠性和實用性。
為了克服上述局限性，利用8098單片機作主控單元， 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)對電池進行強充、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)共設有7種工作方式，見圖1。
1）手動方式（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0~5V的控制電壓信號給觸發(fā)板，使整流橋相應輸出電壓為0~300V.該方式主要用于系統(tǒng)主電路的檢修和維護。
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)運行。
為增強系統(tǒng)的靈活性和通用性，利用軟件實現(xiàn)PI調(diào)節(jié)。
（1）標準數(shù)字PI算法
圖2示出帶數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的計算機控制系統(tǒng)方框圖。
圖2 典型計算機控制系統(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次采樣點獲得的控制量；Ek--第k次采樣點獲得的偏差量；Ej--第j次采樣點的偏差值；k一第k次采樣點。
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現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器。
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