STC15F2K60S2單片機在高頻整流模塊中的應用設計

文/劉曉燕

當前，隨著我國現(xiàn)代科學技術的發(fā)展以及生產(chǎn)水平的不斷進步,各行各業(yè)的智能化程度也越來越高，需要用到的電力設備越來越復雜，對供電質量的要求也就越來越嚴格。同時單片機技術的發(fā)展及廣泛應用使操作電源的自動化程度大大提高，因此，智能化是電力供電模塊發(fā)展的必然趨勢。而基于單片機控制的高頻整流模塊作為一種高品質的電力電源裝置,為國民生產(chǎn)的供電可靠性提供了有力的保障，并可實現(xiàn)四遙、組網(wǎng)功能以滿足無人值守的需要。本文主要討論的是STC15F2K60S2單片機在高頻整流模塊中的控制作用設計，通過硬件、軟件設計，實現(xiàn)開關電源的整流模塊智能化，是單片機技術在電力電源裝置中的一種應用。

1 高頻整流模塊工作原理

高頻整流模塊的主要作用是將三相交流電整定成為具有額定電壓的直流電，向各種直流負載供電，是智能開關電源系統(tǒng)中最基本的組成部件。其工作原理如圖1所示，三相交流輸入首先進行防雷處理和EMI濾波,然后經(jīng)整流轉換成高壓直流，再通過全橋PWM電路逆變?yōu)楦哳l交流,經(jīng)高頻變壓器隔離降壓后通過高頻整流濾波成為直流電，最后經(jīng)EMI濾波和防反接保護輸出。

2 STC15F2K60S2單片機在整流模塊應用中的硬件設計

在本設計中，根據(jù)圖2結構框圖，用STC15F2K60S2單片機控制系統(tǒng)的脈寬調制，通過采樣EMI濾波后的電壓、電流值，給定整流模塊的輸出電壓基準和輸出限流基準；控制整流模塊開關機；測量整流模塊的輸出電壓和電流并利用數(shù)碼管顯示；并根據(jù)故障總線的信號上報故障。

圖1：高頻開關電源工作原理圖

圖2：單片機控制電路的功能框圖

該控制電路中，晶振頻率為11.0592 MHZ，STC15F2K60S2單片機內部高可靠復位，8級可選復位門檻電壓，徹底省掉外部復位電路。經(jīng)整流電路輸出的直流電壓、電流，通過放大去耦后傳到STC15F2K60S2單片機的P1.0，P1.1口，即采樣電壓、電流值（見圖3），單片機內部自帶8路A/D轉換通道，通過程序設計與給定的電壓、電流值比較運算，PWM處理后控制輸出（見圖4），輸出實際電壓、電流值可由三位LED數(shù)碼管顯示（見圖5），電路設計通過 74hc573 鎖存器，鎖存當前狀態(tài)，這樣可以使 CPU 送出的數(shù)據(jù)在接口停留下來，直到解除鎖定，鎖存器的引腳高電平表示直通狀態(tài)，低電平保持鎖存狀態(tài)，并由開關檢測電路控制模塊的開關機（見圖6）。同時，與主監(jiān)控模塊的通信可經(jīng)75176驅動、光耦6N137隔離后由RS485串口連接（見圖7）。圖8則是報警與工作指示燈，可以了解電路的工作是否正常。

3 STC15F2K60S2單片機在整流模塊應用中的軟件設計

圖3

圖4

STC15F2K60S2單片機是增強型8051CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，編寫代碼只需在Keil C開發(fā)環(huán)境中，選擇 Intel 8052 編譯即可。單片機 C 語言編程鍵盤操作、電壓、電流采樣、數(shù)據(jù)處理、越限報警和處理、電壓輸出控制的算法、參數(shù)顯示。本設計的軟件部分采用了模塊化結構形式，將各個功能模塊設計為獨立的程序模塊，分別進行設計、編制和調試，通過主程序和中斷處理子程序將各個相應模塊子程序鏈接起來。不僅有利于程序的編譯，增強了程序的靈活性，而且便于今后實現(xiàn)模塊的調整。系統(tǒng)上電復位后，首先對單片機，外圍芯片及控制狀態(tài)進行初始化；采用中斷方式編程，本設計的核心問題是采集運算處理、PWM 處理、由控制處理子程序完成對電壓輸出及電流輸出保護控制。通信采用 RS485 接口，波特率 2400bit/s。每個整流模塊通過撥碼開關設定一個唯一的地址，與電源系統(tǒng)的主監(jiān)控組成一主多從的總線通信方式。

主程序及部分子程序功能如下。

(上鍵/下鍵)。按上/下鍵可以顯示不同的信息和修改設置值。無按鍵操作超過1分鐘后自動循環(huán)顯示電壓電流。當有故障時顯示故障代碼并閃爍，按鍵操作正常切換顯示。按上/下鍵切換不同的顯示信息。在當前顯示信息下，按上鍵或下鍵大約2.5S后(可看到顯示閃爍)釋放。再按上/下鍵修改當前項的設置值，再按下鍵大約2.5S后(顯示不再閃爍)釋放確認數(shù)據(jù)。若放棄修改，按上鍵大約2.5S后(顯示不再閃爍)釋放即可退出設置。

圖5

圖6

圖7

圖8

4 結語

本文結合當前國民生產(chǎn)過程中對自動化設備的供電質量需求現(xiàn)狀，在現(xiàn)有產(chǎn)品技術的基礎上，討論了運用STC15F2K60S2單片機在高頻整流模塊的控制作用設計，對提高整流模塊及開關電源系統(tǒng)的智能化程度具有一定的科研意義。