智能双电源说明书

斩波式智能双电源控制系统说明书前言当代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性电源中起关键作用,是当代电力电子技术详细应用。当前,电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化方向发展。在不远未来,电力电子技术将使电源技术愈加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。1.课题起源现在我国矿山矿用电机车电源还大量采取可控硅直流电源变换器，其存在主要问题是可靠性差，性能指标低。在电子技术飞速发展尤其是大规模集成电路广泛应用今天。可控硅直流电源变换器面临着被淘汰局面，都要被采取场效应管和IGBT管作功率控制器件开关电源所取代。为发展我国矿用直流电源变换器事业，我们必须开发研制采取场效应管和IGBT管作功率控制器件矿用直流电源变换器产品。在机车上，当开启直流牵引电机时，需要低电压、大电流，这么使电机得到大开启转矩，而在工作时候我们需要大运行电压，小电流。这就要求我们有一个这么电源提供装置，过去一直采取是人工改变两个DC电源串并联来实现电压、电流改变，这么就极难把握时间，需要一定经验。还有就是在串并联转换中，需要均压和均流，这些经过人工是极难实现。还有在开启电机时，我们过去常采取开启电阻方法来开启电机，这么浪费了大量电能。2、处理方法基于以上问题，我们采取单片机设计了一套智能电源对机车进行供电。该智能电源由单片机控制，经过闭环控制，自动实现串并联转换，以及经过控制PWM波形来控制IGBT通断，来实现均压和均流。3、优势本文提出采取IGBT斩控式调压器，用单片机控制IGBT通断，电压电流检测采取霍尔元件。使该调压器具备调整方便、快速实现电压串并联、动态响应快。因为采取是PWM波，所以在开启电机时，就不采取常规串开启电阻这种浪费电能方法，节约了大量电能。一、系统工作原理1、斩波调压基本原理斩波调压主电路如图2-1所表示：主电路由功率开关V、储能电感L、续流二极管VD、滤波电容C和负载R组成。斩波调压开关电源工作原理是：V导通时，电源首先经过储能电感L向负载R供电，另首先向储能电感L储存能量。V关断时，电感中能量经过L、R、C和续流二极管VD将储存电能放到电阻中去。储能电感L很小时，电感中能量有可能在放完后V还没有开通，造成负载电流断续，通常情况下，将会造成输出电压纹波大、电源调整率变差等不良影响，所以这种情况是不希望出现。如图2-2，电流连续时，负载电压平均值为：其中，ton—V处于通态时间；toff—V处于断态时间；T—开关周期；占空比。理想斩波控制方式下，每个开关周期中斩波开关和续流开关互补工作，输出电压为：E斩波开关导通UO=0续流开关导通式中E——输入电源电压图2—2斩波原理图2、系统工作原理依照设计要求和斩波调压原理，采取IGBT管作为主电路调压器件。采取单片机作为IGBT主控器件，经过它产生PWM波来控制IGBT开通和关断，从而达成调压和稳压目标。经过单片机I/O输出信号来控制继电器通断，实现电源自动快速串并联以及主机开启，使电压和电流达成应用要求。我们在软件上采取PID算法，闭环控制，经过对给定电压和输出电压比较，实现外环稳压，经过两支路串联时进行电压比较，并联时进行电流比较，从而实现内环均压和均流。二、总体设计本设计对象是依照给定控制电压和电流。在给定较小时，两套DC电流支路并联给负载提供较大开启电流，同时实现均流；在给定较大时，两套DC电流支路串联给负载提供较大工作电压，同时实现均压。其中串并联转换、均压、均流等由单片机控制完成。1、硬件模块图依照分析，其硬件原理框图以下。其中虚框内为主电路。输入三相电压经变压器后分成两路支电流，分电流经过晶闸管整流桥和LC整流后，把交流变成可控直流分量。直流电经过IGBT调压后，依照给定判断此时两条支路是并联还是串联对负载供电。2、软件模块图依照系统设计要求，设计该系统软件模块图以下。经过主程序对各个子模块调用即可实现对PWM波生成、继电器通断、AD转换、数据处理等工作。各个模块作用说明以下：主程序模块：设置堆栈，去除各个内存单元，系统中止初始化等，以及完成对各个子模块调用等作用。数据采样模块：完成对7个通道数据采样以及数据处理。中止模块：控制PWM波宽度，以实现对IGBT通断控制。串并转换控制模块：经过对KM2和KM3通断来实现串并相互转换。串联控制模块：采取PID算法实现均压，稳压控制。并联控制模块：采取PID算法实现均流，稳压控制。三、硬件设计1电流通道设计该电源由两套斩波型DC-DC基本电源组成。如图。每个电源输出功率可达2KW，即最大输出为100V、20A。两套电源经过2个直流继电器实现串并联转换。三相电经接触器KM1和保险丝接入三相变压器，其中变压器起隔离和降压作用。变压后接三相二极管整流桥，整流后直流电经LC滤波，去掉交流分量。同时L还能够兼有软开启功效。经过LC滤波后，得到很好直流，然后经过IGBT斩波，利用二极管续流，得到想要电流。经LC滤波后，两路电源经过两个继电器KM1、KM2通断实现串并联。2、主控器依照系统设计要求决定采取AduC812作为主控器，完成PWM波产生和续流管开通、关断，以及数据采集等。该芯片具备与8051兼容内核，额定工作频率为12MHz（最大为16MHz），3个16位定时器/计数器，32条可编程I/O口线，端口3具备高电流驱动能力，9个中止源并有2个优先级。芯片内集成有8K字节闪速/电擦除程序存放器，640字节闪速/电擦除数据存放器，片内充电泵（不需要外部Vpp）；256字节片内数据RAM，16M字节外部数据地址空间，64K字节外部程序地址空间。在摸拟输入输出方面：片内集成有8通道、高精度12位A/D，片内40ppm/℃电压基准，采样速率达200kSPS，DMA控制高速A/D至RAM捕捉，2个12位电压输出D/A，片内温度传感器功效。在电源方面，芯片可用3V或5V供电，并有正常、空闲和掉电三种工作摸式。片上还集成有：UART输入/输出口，双线（I2C兼容）和SPI串行I/O口，看门狗定时器和电源监控电路。3、AD通道设计在本系统设计中共有7路模拟量需要进行采样。采取AduC812P1口7位作为AD转换通道入口。它们是1路电压V1、电流A1，2路电压V2、电流A2以及总电压Uz和电流Az，还有一路就是给定Vg。其通道设计图以下。经过对传感器传输过来电压信号进行滤波后输入单片机AD转换接口。电压电流AD转换通道给定AD转换通道4、输出I/O通道设计如图所表示，AduC812两个计数器T0、T1作为两个IGBT管控制信号输出（即PWM波，用是AduC812P3.2和P3.3），用AduC812P3.4、P3.5和P3.6作为三个继电器开关控制信号。继电器输出通道PWM输出通道5、通信电路为了实现在线编程、修改，采取是AduC812自带串行口，采取RS-232通讯。如图所表示，采取是MAX232。经过MAX232电平转换后，与上位机相连，从而实现与上位机通讯。通信电路四、软件设计1、主程序流程图系统在上电复位后，对各个内存单元以及接口等进行初始化，然后采样7个通道，经过对给定电压比较，当给定较大时，不打开控制器控制，同时使两路电压处于并联状态，以使负载得到大开启电流。一旦开启主机后，经过给定电压大小以及对通道采样来数据，进行判断，是串联，还是并联，而且做出对应控制。得出其主流程图以下。在主程序中，要对各个定时器进行初始化，同时开启T2。T2是一个16位具备自动重装定时器，在该程序中，采取它作为时间周期，作为一个PWM波周期。因为f=11.0592MHZ，依照nT=12*n/f=912600，能够得到T2中止一次时间是1/3.565ms，我们取它为4us。开始使PWM输出低电平，然后再采取T0、T1定时，它们定时一到，立刻使PWM输出为高电平，T2定时到时，PWM输出又变成低电平，这么只要修改T0、T1定时初值，这么就产生了可调PWM波了。主程序流程图2、子模块流程图以下给出了各个子模块流程框图。采样子模块流程图并串联控制子模块流程图中止子模块流程图五、结束语此电路运行稳定可靠，原理简单，操作简单。可作为轨道运输（小型电机车）、公路和皮