一种总线式测控技术在高频开关组合电源中的应 -模拟电子
摘要：针对高效、低污染的绿色电源设计之需要，高可靠、易维护、功能齐备、结构紧凑的电源监控系统就显得十分必要。介绍了一种总线式测控技术在智能电源监控系统中的设计原理，并提供了总线测控接口的硬件电路与软件设计。
关键词：电源；总线式测控；单片机
如何对电源产品进行可靠、便捷的测控，是智能高频开关电源的核心问题。电源测控涉及到数据的测量、控制、通信和人机对话等技术，其中测量与控制方案的合理性是电源系统可靠性的关键。本文针对这一点，着重探讨了一种总线式测控方案在智能高频开关组合电源中的具体应用。
智能高频开关组合电源，一般采用双路市电通过电气互锁作为交流输入，并提供防雷措施和用户交流分路。其输入的交流经高频开关整流模块整流后，产生用户所需要的直流电（通常有12V、24V、48V、110V、220V等电压等级），然后将输出直流连接到电池组、用户直流分路上，这就是智能高频开关组合电源的基本原理，如图1所示。
2设计原理电源监控系统需对电源的各种模拟量，开关量进行精确测量，它包括：交流单元的电压、电流、频率，防雷模块及交流分路的工作状态；直流单元的系统合闸母线电压、控制母线电压，各控制母线分支电流及工作状态；电池单元的电池组电压和电流，单节电池电压，电池温度及充电和开关量（门窗开关、空调开关，火警、水警、烟警，有无人职守等）情况；绝缘检测单元的各母线支路的绝缘状态；每个整流模块运行参数的瞬态变化情况；以及对市电切换，降压硅堆调压，电池管理（均充、浮充、限流、稳流、放电测试、电池温度补偿、馈线电阻补偿），多级电池深放电保护，用户告警节点等进行实时控制；对各种运行参数进行分类设置，及时响应远程用户的集中监控的各种要求；同时还要考虑系统电气设计的合理性，装配和调试的可操作性，工程服务的易维护性。根据以上功能情况，特提出如下的测控方案，如图2所示。
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图1智能高频开关电源原理框图
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图2电源监控系统总线测控原理框图
该电源监控测试方案的明显特点是：在测控总线BUS上外挂了交流检测板，直流检测板，电池检测板，绝缘检测板，环境检测板，电气控制板。这6种板可根据用户需要进行取舍，并且在整机电气设计时，这些板可根据设计人员的需要任意布局，克服了那种把所有信号线一律接到监控器背部的各种接口上的弊端，从而大大提高了装配调试和工程服务人员的工作效率，同时克服了各种检测、控制板与监控器以通信方式进行数据交流而导致测控实时性、可靠性大打折扣的弱点。
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3.1测控主板
测控主板以PCF80C552为核心，向外扩展了INS8250A通用异步收发器UART芯片，作为电源系统实现集中监控或远程监控的通信接口。在图3中，PCF80C552的PWM0、PWM1用作整流模块内部反馈环节的控制信号接口，MAX813作为单片机的自动复位电路，ATMEL93C66用作保存系统运行参数的EEPROM，在P0口的8位数据总线上扩展了4×4行列式键盘接口和240×128点阵式的液晶显示接口。另外扩展了由D触发器SN74HC574、反相器SN74HC04、施密特触发器SN74HC14构成的8位数据驱动接口，作为总线测控接口（插座X1的脚9～16）的8位输入控制信号（DC0—DC7），总线测控接口插座X1的脚1、3、5分别是检测板的＋15V、GND、－15V，脚7、8分别是检测板输出的数字信号Digital、模拟信号Analog，来自各检测板的开关量Digital分时送入单片机的P1.0口。12位并行输出的高速A/D转换器MAX120，把每块检测板的Analog信号精确、高速、分时地转换成12位Digital信号送入80C552的P5（低8位）和P4口（高4位），并且通过总线测控接口的8位输入控制信号（DC0—DC7）可以对电气控制板进行驱动触发。所以，总线测控接口兼有单片机的前向通道和后向通道的双重作用，实现模拟信号、数字信号的检测和电气控制。
3.2总线测控接口电路
如图4所示，在测控总线上外挂了8块检测、控制板（特殊用户需要多组电池，故设计了3块电池检测板），而且控制信号（DC0—DC7）与采样信号（Analog、Digital）的硬件电路是各检测板的共享通道。这就需要单片机能自动识别8块检测板。因此，必须对8位控制信号（DC0—DC7）进行译码。由模拟转换开关U5（SN74HC4051）和地址开关X2构成8块检测板的板选地址电路，DC5、DC6、DC7分别送入U5的A、B、C口，以000～111选通X0～X7，在调试时，只须打开每块检测板上的X2地址开关中的一路即可起到板选功能（见表1）。
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