高压恒流充电电源监控系统设计

3 系统软件设计
系统的软件设计主要实现5个功能：键盘输入；液晶显示；串行通信；A／D转换和PWM波输出。软件设计程序主要包括主机(STC12C5410 AD)程序、从机(AT89C2051)程序、液晶显示程序、A／D转换程序以及PWM波输出程序，下面主要介绍前两项。
3．1 主机程序流程图
主机主要用于接收从机信息、控制液晶显示、启动A／D转换、输出PWM波，是整个监控系统的核心，其程序流程图如图6所示。系统上电后初始化，初始化包括A／D初始化、液晶初始化、串口初始化、PWM输出初始化，初始化后系统处于待命状态，当接收到从机发来信息后，根据按键信息调用相应的子程序，比如设定充电电压子程序等。开始充电后，启动A／D转换，并根据设定电流值大小输出相应占空比的PWM波，之后不断比较电压设定值与采样值的大小，当检测到采样值大于设定值后，发出断电信号。

3．2 从机程序流程图
从机主要负责扫描键盘的按下情况并将按键信息发送给主机，其程序流程图如图7所示。系统上电后直接对串行通信的波特率进行设定，之后对键盘按键情况进行扫描，为了消除抖动，当检测到按键信息后，延时20 ms，再检测按键信息是否存在，存在则确定有按键按下，然后把代表按键的信息发送给主机，发送完成后接着扫描按键情况。

4 系统优化设计
4．1 可靠性设计
监控系统可以使电源的充电方式由手动式变为程控式，实现充电过程自动化，但由于工作在高压环境下，系统可靠性有所下降，为提高系统可靠性，采取以下3个措施：
(1)增加外部单片机监控电路(看门狗电路)，选择的芯片为Maxim公司的MAX6304芯片。该芯片同时具有复位和看门狗功能，同时据有看门狗超时时间可调的特性，这样可以通过测试最大程序循环周期，然后据此设置比其略大的超时时间，从而保证程序跑飞后，在最短时间内复位。
(2)采用光耦进行高压与低压的隔离，以提高系统抗干扰性。
(3)在对键盘输入系统进行软件设计时，将按键功能动作互锁，避免误操作。
4．2 精密化设计
高压充电电源主要技术指标一般为电压精度、充电速度和控制方式等。为了提高充电电压精度，采取了以下两个措施：
(1)采用软件设计的方法，提高系统精度。为了提高系统抗干扰性，利用光耦进行隔离。但由于光耦并非完全线性的，这就使得采样得到的电压易出现较大误差。为此首先通过试验的方法测出光耦的线性曲线，然后将通过软件设计的方法进行拟合。下面以10 kV充电电源监控系统为例进行说明，经试验测得在0～750 V，750～3 000 V，3 000～10 000 V三个区间内光耦线性度较好。因此进行数据处理时，也分区间进行，假设三个区间的比例函数分别为f(1)，f(2)，f(3)，则其软件流程图如图8所示。

(2)利用SG3525A输出的基准电压作为光耦的输入电压，保证输入电压稳定性。

5 试验
鉴于10 kV恒流充电电源尚处于测试阶段，系统性能的测试采用了模拟的方式。试验主要测试了系统可靠性和采样精度，试验电路图如图9所示。其中12 V电源电压可调，其变化范围为0～12 V，通过取点法，对比实际电压值与经A／D转换后的液晶显示值，然后用Origin进行拟合，拟合曲线如图10所示。其中B代表实际电压值，C代表液晶显示的电压值，由图可看出系统显示电压值与实际电压值基本一致，误差小于1％。

6 结语
为了适应高压电源发展的趋势，设计了一种用于高压恒流充电电源的监控系统，使传统的充电方式由手动式变为数字式。经模拟充电试验表明，该系统具有操作方便，可靠性高，精度高的优点，但由于只是模拟试验，缺少了强电磁干扰环境，可靠性还有待进一步验证，但基于它的种种优越性，其应用前景还是比较广泛的。