光電轉(zhuǎn)換電源控制系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)

　　光電轉(zhuǎn)換電源的主要應(yīng)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(zhuǎn)換電源的負(fù)載來(lái)說(shuō)明光電轉(zhuǎn)換電源數(shù)字穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方法。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　圖1為光電轉(zhuǎn)換電源的總體結(jié)構(gòu)?？刂剖因?qū)動(dòng)半導(dǎo)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?shù)綔y(cè)量現(xiàn)場(chǎng)；光能在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為電能，供給有源器件。雖然在半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電路中已經(jīng)加入了相應(yīng)的穩(wěn)壓或穩(wěn)流電路，但是光電轉(zhuǎn)換電源主要應(yīng)用于遠(yuǎn)端的電子器件。這樣，在光由控制端傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中會(huì)有損耗，而光電轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換效率與環(huán)境溫度等因素有關(guān)，光纖電流互感器的負(fù)載也會(huì)發(fā)生不規(guī)則變化，這些就會(huì)導(dǎo)致高壓側(cè)光電轉(zhuǎn)換后的電壓達(dá)不到系統(tǒng)正常工作的要求，從而影響系統(tǒng)的正常工作，甚至損壞器件。

　　圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

　　我們可以采用反饋控制的思想來(lái)滿足系統(tǒng)要求。根據(jù)控制論中有關(guān)反饋控制的理論可知，反饋控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。由于采集的是遠(yuǎn)離控制室的參量，因而應(yīng)有一個(gè)通信系統(tǒng)可以使采集的量傳回控制室，如采用光纖通信系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集部分的主要任務(wù)就是采集高壓側(cè)(或遠(yuǎn)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(zhuǎn)換器，而數(shù)字量的傳輸以光纖為主。綜合考慮系統(tǒng)性能、工作環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益等因素，選取單片機(jī)89C2051為主控制器。系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器采用ADI公司的低成本、高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器AD7705。

　　AD7705在工作過(guò)程中容易出現(xiàn)端口迷失的現(xiàn)象，為確保它可以正常地工作，還加入了專用看門狗芯片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(jī)的串口工作方式0對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)寄存器進(jìn)行設(shè)置，并讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；89C2051的P1.3腳接AD7705的片選腳；89C2051的　P1.2腳接AD7705的復(fù)位引腳，從而保證了AD7705的可靠復(fù)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(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行設(shè)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(fù)端接地，正端接LM385-2.5的陰極。

　　圖2　數(shù)據(jù)采集電路

　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)處理部分是系統(tǒng)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(shù)據(jù)，并根據(jù)適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行運(yùn)算，最后將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器以控制激光器的輸出光功率輸出。D/A轉(zhuǎn)換器采用了MAXIM公司的MAX542。系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。

　　圖3　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

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