0前言
在邊防山區(qū)有時(shí)主要依靠衛(wèi)星通信，但這些地區(qū)基本都是小水電供電，電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大。夏季水量充足，電壓升高，冬季水量減小，電壓下降。白天用電高峰時(shí)電壓下降，晚上用戶減少，電壓上升。電壓高時(shí)達(dá)300V，電壓低時(shí)不足100V。電壓變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了通信設(shè)備對(duì)電網(wǎng)電壓的要求，因此經(jīng)常損壞衛(wèi)星通信等設(shè)備，使通信中斷。加上邊防，山區(qū)有時(shí)雪崩或塌方，交通不便等因素，通信阻斷后很長時(shí)間不能恢復(fù)通信。參數(shù)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度很高，但穩(wěn)壓范圍達(dá)不到90-310V這么寬。為解決高原、山區(qū)的通信用電條件，研制了用單片微機(jī)控制的特寬范圍通信穩(wěn)壓電源。
1 穩(wěn)壓電源總的工作原理
參數(shù)穩(wěn)壓器在輸入交流電壓150V-260V時(shí)，輸出穩(wěn)壓在220V效果效好。低于和高于這個(gè)范圍，其效率要下降。采用單片微機(jī)進(jìn)行第一步控制，使310V以下和90V以上的輸入電壓，調(diào)整控制在190V—250V范圍，再用參數(shù)穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓效果很好。穩(wěn)壓電源原理框圖如圖1所示。
由市電輸入的交流電壓變化波動(dòng)很大，經(jīng)過過壓吸收濾波電路將高頻脈沖等干擾電壓濾去后，送入直流開關(guān)穩(wěn)壓電源、交流取樣電路和控制執(zhí)行電路。
直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的功率小，但能把60-320V的交流電壓孌換成+5V，+12V，-12V的直流電壓。+5V電壓供給單片微機(jī)使用，±12V電壓供給控制電路的大功率開關(guān)模塊使用。
單片微機(jī)把取樣電路采集到的輸入電壓數(shù)據(jù)，分析判斷并發(fā)出控制信號(hào)送到觸發(fā)電路，控制調(diào)節(jié)輸出電壓。
控制執(zhí)行電路由SSR過零開關(guān)大功率模塊和帶抽頭的自耦變壓器組成。SSR之間采用RC吸收電路吸收過電壓和過電流，使SSR在開關(guān)時(shí)不會(huì)損壞?？刂茍?zhí)行電路把 90-310V的輸入電壓控制在190V-240V范圍，再送到參數(shù)穩(wěn)壓器進(jìn)行精確穩(wěn)壓。
參數(shù)穩(wěn)壓器由電感和電容組成LC振蕩器，振蕩頻率50HZ。無論市電怎么變化，其振蕩頻率不會(huì)改變，因此輸出電壓不會(huì)變化，穩(wěn)壓精度高。即使輸入電壓波形失真很大，經(jīng)參數(shù)穩(wěn)壓器振蕩輸出后卻是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，因此穩(wěn)壓電源有強(qiáng)的抗干擾能力和凈化能力。
保護(hù)告警電路：當(dāng)有危害設(shè)備安全情況時(shí)，只發(fā)出聲光告警，提示操作人員注意采取措施，而不用切斷輸出電壓。在無輸出電壓，控制箱的溫度過高，市電輸入高過300V，市電輸入低于130V時(shí)都會(huì)聲光告警。當(dāng)輸入電流過大時(shí)，輸入（輸出）空氣自動(dòng)開關(guān)自動(dòng)跳開。
圖1 穩(wěn)壓電源原理框圖
當(dāng)一個(gè)SSR大功率開關(guān)模塊短路時(shí)，快速熔斷器快速熔斷，不會(huì)造成其它更大的損壞。當(dāng)輸入電壓高于310V或低于80V，自動(dòng)切斷輸入電路。并裝有數(shù)字表顯示輸入、輸出電壓和輸出電流。
2 單片微機(jī)控制原理
2.1計(jì)算機(jī)硬件部分
圖2 8031單片機(jī)內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖
單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用了目前應(yīng)用最多的MCS-51系列8位單片機(jī)中的8031單片機(jī)。8031單片機(jī)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖如圖2所示。
8031單片機(jī)具有8位高性能CPU，128Kb的RAM，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，32根I/O線（P0-P3四個(gè)8位I/O口），1個(gè)雙工異步串行口，5個(gè)中斷源，它可以訪問多達(dá)64Kb程序存儲(chǔ)器和64Kb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本電源的微機(jī)控制系統(tǒng)用8031單片機(jī)、地址鎖存器74LS373和EPROM 2732組成單片微機(jī)的最小系統(tǒng)。在SSR大功率模塊未觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，其上有90-310V交流電壓，容易損壞CPU板，故采用光電耦合器作為隔離器件。
2.2軟件程序流程框圖
微機(jī)軟件部分采用匯編語言編制程序。計(jì)算機(jī)軟件處理框圖如圖3所示。
圖3 計(jì)算機(jī)軟件流程框圖
匯編語言程序清單較長，篇幅所限，此處省略。
3 應(yīng)用情況
該穩(wěn)壓電源按研制任務(wù)，設(shè)計(jì)指標(biāo)為輸出功率3KW，100-300V的輸入電壓范圍，輸出電壓范圍為220V±3%。經(jīng)中國測(cè)試技術(shù)研究院測(cè)試，輸入電壓在84V-308V范圍，輸出電壓變化范圍不超過3V。在高原某部試用，輸入電壓在67V時(shí)，仍能穩(wěn)壓在220V。我們認(rèn)為，一般電壓在90V以下，功率輸出已很小。所以輸入電壓控制在90V-310V。在高于310V和低于75V，自動(dòng)關(guān)斷輸入電壓。對(duì)其它不同輸出功率的穩(wěn)壓電源，其計(jì)算機(jī)控制的原理是一樣的。主要區(qū)別在于選用不同功率的大功率開關(guān)模塊和帶抽頭的自耦孌壓器的功率。該穩(wěn)壓電源適用于高原、山區(qū)、海島電壓波動(dòng)范圍較大的軍用民用電了設(shè)備。
