基于DSP技術的雙電源自動轉換控制器的設計

0 引言
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供電連續(xù)性、可靠性的要求越來越高，按國家標準GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定，一級負荷與二級負荷要求由兩路電源供電，且對于一級負荷中特別重要的負荷，除要求兩路電源外，還必須增設應急電源，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統(tǒng)，雙電源供電系統(tǒng)已經(jīng)成為重要場合必須配備的裝置。
通過對雙電源供電系統(tǒng)的市場調研發(fā)現(xiàn)，70％的故障出在控制器，控制器質量的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。目前市場上的雙電源供電系統(tǒng)主要由單片機控制，處理速度慢、精度低、實時性差；高性能控制器主要依賴進口，但國外供電標準、供電環(huán)境與國內有差異，國外的雙電源系統(tǒng)不能最大程度地體現(xiàn)其優(yōu)越性能，價格昂貴，性價比低。
目前市場上的雙電源供電系統(tǒng)基本為兩進線系統(tǒng)，結構圖如圖1所示，通過控制器實現(xiàn)對常用電源和備用電路的控制。

1 控制器系統(tǒng)總體結構
本設計方案采用TI公司的TMS320F2812芯片作為控制核心，通過信號采集和處理電路對常用和備用兩路電源的電壓及頻率狀態(tài)進行檢測，通過繼電器回路進行兩路電源的切換，并將實時信息通過人機交互單元進行顯示，該控制器還通過CAN總線、RS485總線實現(xiàn)與遠程機的通訊，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控，控制器系統(tǒng)的總體結構如圖2所示。

2 信號調理電路的設計與仿真
信號調理電路主要完成信號采集和信號處理，包含信號采集電路、全波整流電路、二階有源低通濾波電路三個部分。其中信號采集電路將常用電源和備用電源的220V交流電壓轉換為0～3V的交流信號；全波整流電路對弱交流信號進行全波整流，得到全波整流信號；二階有源低通濾波電路實現(xiàn)信號的濾波，將基波在內的高次諧波進行濾除，得到全波信號的直流分量，通過直流分量與有效值的關系實現(xiàn)對電源電壓的測量。
2．1 信號采集電路的設計
信號采集電路主要實現(xiàn)將常用電源和備用電源的220V交流電壓轉換為弱電壓信號，系統(tǒng)是采用電流型電壓互感器設計實現(xiàn)的，交流電壓信號采集電路圖如圖3所示。

2．2 全波整流電路的設計
(1)全波整流電路的設計。全波整流電路由正半波整流電路和反相器構成，如圖4所示。

其中由運放器U1A、二極管D1、D2和電阻R1、R2構成了正半波整流電路。當輸入信號源Vin處于正半周時，二極管D1導通，D2截止，運算放大器U1A工作在閉環(huán)狀態(tài)，則由電阻R3、R4、R5和運放器U1C構成的加法器輸出為：

令R1=R2=R3=R4=2R5，則總的輸出電壓為Vout=Vin，顯然當Vin為負半周時，二極管D1截止，D2導通，輸出Va=0=0，總輸出為Vout=-Vin，由以上分析可知Vout=|Vin|。
(2)全波整流電路的仿真。將圖5所示的電路在NiMultism 11環(huán)境中進行仿真，其中Vin為50Hz、1Vpk的交流激勵信號，接入虛擬示波器后，得出的仿真結果如圖5所示。圖中，Channel A波形為Vin的波形圖，Channel B波形為Vout的波形圖。