89C2051在直流母线降压控制器中的应用

为保证停电时控制器能可靠地工作，在高压配电控制中均使用直流供电系统。停电时，直流供电系统由蓄电池供电，蓄电池从浮充转为放电状态，直流电压往往很高（铅酸蓄电池的浮充电压为２５５Ｖ，镉镍蓄电池的浮充电压为２８０Ｖ），如果直接将蓄电池接入母线，会烧毁直流母线上的其他控制器，因此在蓄电池接入直流母线时，必须进行降压处理。国产直流母线降压控制器，多用模拟电路设计，电路复杂、稳定性差。应生产厂家的要求，我们用８９Ｃ２０５１单片机设计了一个以数字电路为核心的直流母线降压控制器，现已投入使用，效果良好。

一、母线降压原理

母线降压原理图见图１。由５０只（１０只一组）大电流二极管组成硅链，通过５只继电器控制硅链的长短，将＋ＫＭ电压控制在２２０Ｖ左右。每只继电器控制７Ｖ。虽然采用分段控制方式，精度不高，但由于直流母线工作的重要性，因此系统不采用晶体管调压控制。

控制５只继电器的吸合是电路设计的关键。传统控制电路的设计见图２。采用５组相同的电路，每组检测一个电压点。由电位器取样、运放比较后，经整形、锁存、隔离，再推动继电器输出，电路复杂、稳定性差，调整费时，且无法克服临界点抖动问题。

针对上述问题，将电路改成单片机８９Ｃ２０５１控制（见图３）。电压经电位器采样送０８３２转换成数字量，再送入８９Ｃ２０５１，经计算后，从单片机的Ｉ／Ｏ口输出控制信号，电路简单，且可用软件克服临界点抖动问题。整机只需调整一个电位器到满挡值即可。

二、硬件电路设计

１． 电压取样电路（见图４）。 由Ｒ１、Ｒ２、Ｗ１、Ｃ５、Ｃ６等组成串联分压、滤波电路，输出电压被Ｗ１限定在０～５Ｖ，供ＡＤ０８３２采样。

２． 电源供电电路（见图５）。 由于是直流供电系统，直接采用力源公司生产的直流模块ＰＳ０５００Ｄ。Ｄ１０为防电源反接二极管。Ｌ１２指示直流模块工作情况。

３． 光电隔离电路（见图６）。 ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ脚直接驱动光电隔离器、发光二极管。通过发光二极管Ｌ２～Ｌ６，可随时了解５只继电器的工作情况。Ｎ１～Ｎ５为ＭＯＣ３０２１高反压光电隔离器。

４． 晶体管放大输出电路（见图７）。 由Ｔ１～Ｔ５、Ｒ５～Ｒ９、Ｃ７～Ｃ１１等组成直流放大电路，推动继电器输出。Ｃ７～Ｃ１１是吸收电容，可防止上电时继电器抖动。Ｄ１～Ｄ５是去反峰二极管，５只继电器的线圈，必须并接大电流的二极管以保护晶体管。５只晶体管的耐压应大于４００Ｖ。

５． 控制电路（见图８）。 由ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３等组成单片机控制电路。ＡＤ０８３２完成模拟信号的转换，其内部有一个精密的基准源，转换精度为１／２５５。借助于ＩＣ１ ＥＥＰＲＯＭ Ｘ２５０４５的电压检测、看门狗功能，保证电路在高电压、强干扰的环境下能正常工作。８９Ｃ２０５１完成所有的计算、控制工作。Ｌ１是正常工作指示灯。Ｓ１是电路自检开关，按下Ｓ１再上电，则可执行继电器自检。

三、软件设计

１． 数字计算过程。 由公式Ｎ＝Ｕｉｎ－２２０Ｖ／７Ｖ，可求出当电压高于２２０Ｖ时，应该动作的继电器的数量Ｎ。ＡＤ０８２２将采集的电压转换成数字量送入单片机，由单片机计算出Ｎ。如果Ｎ＜０，则打开所有继电器。如果Ｎ≥０，再根据控制要求控制相应个数的继电器输出，完成调压工作。

２． 满挡值的处理。 当使用铅酸蓄电池时，满挡电压为２５５Ｖ，而ＡＤ０８３２是８位ＡＤ转换，正好分辨２５５，因此数值１就表示１Ｖ，公式中的２２０Ｖ、７Ｖ对应的数字量分别是２２０、７。当使用镉镍蓄电池时，满挡电压２８０Ｖ，此时数值１对应２８０／２５５＝１．０９Ｖ，四舍五入为１Ｖ，公式中的２２０Ｖ、７Ｖ对应的数字量还是２２０Ｖ、７，此时只需调整电位器Ｗ１。

３． 数字滤波。 为了提高抗干扰性能，单片机采集ＡＤ的值，必须要做滤波处理。程序中留出６４个字节，采用去极值、求平均值的滤波方法进行处理，使单片机测量的电压值稳定。