一种智能大功率直流电源的设计与实现.docx

PAGE 1 PAGE 1 一种智能大功率直流电源的设计与实现 摘 要：本文介绍了以8098单片机作主控单元的大功率直流电源，该系统中采纳WATCHDOG的抗干扰技术和锁相环（PLL）掌握原理，文章阐述了电力系统依据现场状况要求下，如以电力系统对电池充电为例的7种工作方式，并具体争论了利用软件实现的PI调整方法。 0 引言  在大功率直流电源中，主电路一般采纳晶闸管三相全控桥式整流电路，其关键在于如何精确?????、牢靠、稳定地掌握晶闸管的导通角。  目前，大功率直流电源现场应用中为普遍的掌握方式大都采纳KC或KJ系列小规模集成电路，即采纳三相锯齿波信号和直流掌握信号相比较获得的移信任号。然而，三相锯齿波信号的斜率、占空比、幅度等与每相的器件参数亲密相关，并且比较信号中小的干扰可能造成较大的相移误差，因而电路的牢靠性和自动平衡力量较差。  利用单片机作为掌握电路，依据三相全控桥触发脉冲之间的规律关系，直接产生六相高度均衡的触发脉冲，可以克服KC、KJ系列电路均衡性差的缺点。但是，由于现场系统工作在强电干扰比较严峻的场合，为了减小干扰可能引起程序运行紊乱，造成系统失控而引起主电路器件的损坏；另外，为了增加系统的功能，加强人机对话力量，实现显示、打印、命令输入、循环检测、过压过流爱护以及软件PI调整器等功能，必需采纳双CPU并行工作。但双CPU并行工作既增加了系统的简单性，又降低了系统的牢靠性和有用性。  为了克服上述局限性，利用8098单片机作主控单元， 并充分利用WATCHDOG的抗干扰性能，采纳以锁相环（PLL）为基本掌握原理的通用触发板作中间界面，构成一种智能化的电厂大功率直流后备电源。图1示出掌握系统框图。   图1 掌握系统框图  1 系统工作原理  现以电力系统对电池进行强充、浮充为例，说明系统的工作原理。依据现场要求，系统共设有7种工作方式，见图1。  1）手动方式（M）  系统工作在开环状态，利用8098的PWM口，经滤波后输出一个0~5V的掌握电压信号给触发板，使整流桥相应输出电压为0~300V.该方式主要用于系统主电路的检修和维护。  2）稳压方式（V）  稳压方式（V）又称浮充方式，系统作稳压源闭环运行。  为增加系统的敏捷性和通用性，利用软件实现PI调整。  （1）标准数字PI算法  图2示出带数字PI调整器的计算机掌握系统方框图。   图2 典型计算机掌握系统方框图  该数字PI调整器的Z传递函数为：   式中：Ki -- 积分系数，Ki= KoT/Ti;T--采样周期； Ti-- 积分时间常数；Kp-- 比例因子；U（Z）--掌握量输出的z传递函数；E（z）- -偏差量的z传递函数。  将式（1）绽开，可得以下位置式算法：   式中Uo-- 初始值；Uk - - 第k次采样点获得的掌握量；Ek--第k次采样点获得的偏差量；Ej--第j次采样点的偏差值；k一第k次采样点。  整理成递推公式形式：   依据上述递推公式，可以特别便利地用软件实现PI调整器。   （2）改进的数字PI算法  标准PI算法一般不能满意现场要求，比如在开机、停机或大幅度转变设定值时，短时间内系统偏差变化猛烈，简单造成较大的积分积累∑（Ek），使得掌握输出急剧变化，系统超调严峻，动态性能恶化。  为防止这一现象发生，常用积分分别法、超限减弱积分法和有效偏差法对标准PI算法进行改进，这在随动系统设计中较为常见。  由于本系统属于恒值掌握系统，要求有软起和软停功能，利用上述改进算法已不能满意要求。为此，采纳一种新的恒偏差算法。  恒偏差法和有效偏差法相类似。有效偏差法又叫逆算法。即当掌握量Uk越，Uk取边界值Umax或Umin.由该边界值逆算出偏差值Ek代替原来的偏差值Ek.然而，在恒偏差法中，是用经过衰减后的Ek去代替Ek.系统在阶跃响应时，实际工作在过阻尼状态，从而减缓了在起、停时对主电路器件的冲击。图3示出两种算法的阶跃输入响应曲线。其中曲线（a）标准PI算法响应曲线、曲线（b）恒偏差法响应曲线。   图3 系统阶跃响应曲线  （3）PI参数的整定  ①采样周期T  由于主电路输出滤波网络打算了系统输出纹波的截止频率f,所以依据香农（Snon）定理可以打算采样频率的上限f1 =2f 工程上一般取f1=10f.  由于主电路参数已知，可求得：   其下限T2由8098软件执行时间打算。若采纳1