89C2051在直流母線降壓控制器中的應(yīng)用

為保證停電時(shí)控制器能可靠地工作，在高壓配電控制中均使用直流供電系統(tǒng)。停電時(shí)，直流供電系統(tǒng)由蓄電池供電，蓄電池從浮充轉(zhuǎn)為放電狀態(tài)，直流電壓往往很高（鉛酸蓄電池的浮充電壓為２５５Ｖ，鎘鎳蓄電池的浮充電壓為２８０Ｖ），如果直接將蓄電池接入母線，會(huì)燒毀直流母線上的其他控制器，因此在蓄電池接入直流母線時(shí)，必須進(jìn)行降壓處理。國(guó)產(chǎn)直流母線降壓控制器，多用模擬電路設(shè)計(jì)，電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差。應(yīng)生產(chǎn)廠家的要求，我們用８９Ｃ２０５１單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)以數(shù)字電路為核心的直流母線降壓控制器，現(xiàn)已投入使用，效果良好。

一、母線降壓原理

母線降壓原理圖見圖１。由５０只（１０只一組）大電流二極管組成硅鏈，通過(guò)５只繼電器控制硅鏈的長(zhǎng)短，將＋ＫＭ電壓控制在２２０Ｖ左右。每只繼電器控制７Ｖ。雖然采用分段控制方式，精度不高，但由于直流母線工作的重要性，因此系統(tǒng)不采用晶體管調(diào)壓控制。

控制５只繼電器的吸合是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)見圖２。采用５組相同的電路，每組檢測(cè)一個(gè)電壓點(diǎn)。由電位器取樣、運(yùn)放比較后，經(jīng)整形、鎖存、隔離，再推動(dòng)繼電器輸出，電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差，調(diào)整費(fèi)時(shí)，且無(wú)法克服臨界點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，將電路改成單片機(jī)８９Ｃ２０５１控制（見圖３）。電壓經(jīng)電位器采樣送０８３２轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送入８９Ｃ２０５１，經(jīng)計(jì)算后，從單片機(jī)的Ｉ／Ｏ口輸出控制信號(hào)，電路簡(jiǎn)單，且可用軟件克服臨界點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題。整機(jī)只需調(diào)整一個(gè)電位器到滿擋值即可。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

１． 電壓取樣電路（見圖４）。 由Ｒ１、Ｒ２、Ｗ１、Ｃ５、Ｃ６等組成串聯(lián)分壓、濾波電路，輸出電壓被Ｗ１限定在０～５Ｖ，供ＡＤ０８３２采樣。

２． 電源供電電路（見圖５）。 由于是直流供電系統(tǒng)，直接采用力源公司生產(chǎn)的直流模塊ＰＳ０５００Ｄ。Ｄ１０為防電源反接二極管。Ｌ１２指示直流模塊工作情況。

３． 光電隔離電路（見圖６）。 ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ腳直接驅(qū)動(dòng)光電隔離器、發(fā)光二極管。通過(guò)發(fā)光二極管Ｌ２～Ｌ６，可隨時(shí)了解５只繼電器的工作情況。Ｎ１～Ｎ５為ＭＯＣ３０２１高反壓光電隔離器。

４． 晶體管放大輸出電路（見圖７）。 由Ｔ１～Ｔ５、Ｒ５～Ｒ９、Ｃ７～Ｃ１１等組成直流放大電路，推動(dòng)繼電器輸出。Ｃ７～Ｃ１１是吸收電容，可防止上電時(shí)繼電器抖動(dòng)。Ｄ１～Ｄ５是去反峰二極管，５只繼電器的線圈，必須并接大電流的二極管以保護(hù)晶體管。５只晶體管的耐壓應(yīng)大于４００Ｖ。

５． 控制電路（見圖８）。 由ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３等組成單片機(jī)控制電路。ＡＤ０８３２完成模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其內(nèi)部有一個(gè)精密的基準(zhǔn)源，轉(zhuǎn)換精度為１／２５５。借助于ＩＣ１ ＥＥＰＲＯＭ Ｘ２５０４５的電壓檢測(cè)、看門狗功能，保證電路在高電壓、強(qiáng)干擾的環(huán)境下能正常工作。８９Ｃ２０５１完成所有的計(jì)算、控制工作。Ｌ１是正常工作指示燈。Ｓ１是電路自檢開關(guān)，按下Ｓ１再上電，則可執(zhí)行繼電器自檢。

三、軟件設(shè)計(jì)

１． 數(shù)字計(jì)算過(guò)程。 由公式Ｎ＝Ｕｉｎ－２２０Ｖ／７Ｖ，可求出當(dāng)電壓高于２２０Ｖ時(shí)，應(yīng)該動(dòng)作的繼電器的數(shù)量Ｎ。ＡＤ０８２２將采集的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算出Ｎ。如果Ｎ＜０，則打開所有繼電器。如果Ｎ≥０，再根據(jù)控制要求控制相應(yīng)個(gè)數(shù)的繼電器輸出，完成調(diào)壓工作。

２． 滿擋值的處理。 當(dāng)使用鉛酸蓄電池時(shí)，滿擋電壓為２５５Ｖ，而ＡＤ０８３２是８位ＡＤ轉(zhuǎn)換，正好分辨２５５，因此數(shù)值１就表示１Ｖ，公式中的２２０Ｖ、７Ｖ對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別是２２０、７。當(dāng)使用鎘鎳蓄電池時(shí)，滿擋電壓２８０Ｖ，此時(shí)數(shù)值１對(duì)應(yīng)２８０／２５５＝１．０９Ｖ，四舍五入為１Ｖ，公式中的２２０Ｖ、７Ｖ對(duì)應(yīng)的數(shù)字量還是２２０Ｖ、７，此時(shí)只需調(diào)整電位器Ｗ１。

３． 數(shù)字濾波。 為了提高抗干擾性能，單片機(jī)采集ＡＤ的值，必須要做濾波處理。程序中留出６４個(gè)字節(jié)，采用去極值、求平均值的濾波方法進(jìn)行處理，使單片機(jī)測(cè)量的電壓值穩(wěn)定。