东芝光耦TLP521-1智能型双电源开关控制器设计的实现

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东芝光耦TLP521-1智能型双电源开关控制器设计的实现 [复制链接]

1 工作原理
　　智能型双电源开关控制器以单片机PIC16F884为核心，对两路供电电源(常用电源和备用电源)的电压、频率和相位进行实时检测。当其中一路电源(常用电源或备用电源)的电压发生过压、欠压或是缺相时，控制器就会发出电机切换命令，使供电电源自动切换到另一路电源(备用电源或常用电源)上，以此来保障供电的连续性。控制器的工作方式主要有自动方式和手动方式两种。控制器的结构框图如图1所示，组成模块如图2所示。


　　1.1 自动工作模式
　　自动工作模式可分为：自投自复、自投不自复和电网-发电机三种方式。其中，前两种主要应用于电网-电网供电模式，而第三种则是应用于电网和发电机供电模式。
　　(1)自投自复模式：控制器对两路电源进行监控，当两路电源都正常工作时，则负载由常用电源供电；当常用电源发生故障(过压、欠压或缺相)时，控制器发出电机切换命令使电源自动切换到备用电源，此时负载由备用电源供电；当常用电源恢复正常时，控制器再次发出电机切换命令使负载供电由备用电源返回到常用电源。



　　(2)自投不自复模式：其工作方式和自投自复类似，但只有当备用电源也出现故障时才自动返回到常用电源，否则将一直由备用电源给负载供电。
　　(3)电网-发电机模式：当常用电源发生故障时，控制器输出发电机启动命令，经短暂延时后断开常用电源，此时负载由发电机供电；当常用电源恢复正常时，控制器输出发电机停机命令同时电源自动切换到常用电源上，负载返回到由常用电源供电模式。



　　1.2 手动模式
　　在手动模式下，电源不能自动切换而需要人为操作，主要有常用电源供电、备用电源供电和断电再扣方式。

　　常用电源供电：强制常用断路器闭合，备用断路器断开。
　　备用电源供电：强制备用断路器闭合，常用断路器断开。

　　断电再扣：同时强制断开常用断路器和备用断路器或是闭合因故障而断开的所有断路器。
　　2 硬件系统设计
　　2.1 单片机的选择
　　控制器要求对交流电压、频率和相位进行检测，有多路控制信号的输入和输出，为了节约成本和系统的稳定性，应选择自带A/D转换器和输入捕捉功能且有较丰富I/O的单片机。此外，控制器里的强电信号和继电器等元件会对单片机产生很大的干扰，这就要求单片机能够有较好的抗干扰能力。综上考虑，本设计选择了PIC16F884单片机。它是Microchip公司目前主推的产品，采用精简指令集(RISC)机构和一次性可编程(OTP)技术使得PIC16F884单片机具有高速的稳定性和非常强的抗干扰能力；8 KB的闪存、256 B的EEPROM、10位A/D转换器和CCP输入捕捉，完全可以满足本控制器的设计要求。

　　2.2 频率检测
　　单片机对常用和备用电源进行频率检测，根据检测的结果来判断电源是否发生故障，然后进行相应的控制操作。频率检测电路主要以光耦TLP521-1和施密特触发器CD40106为主要器件构成。频率检测的硬件电路如图3所示。电网中的交流电经变压器后变换为电压较低的交流信号U1，U1经过光耦TLP521-1后就变成了同频率的方波信号。为了防止光耦内部的二极管被反向电流击穿，在光耦外部反向接了1个二极管。为了使光耦输出的方波信号更加规整，为单片机测量频率做好准备，在光耦的输出级加了施密特触发器CD40106。利用PIC16F884单片机的输入捕捉(CCP)功能记录第一个上升沿的时间t1和下一个上升沿的时间t2，则信号的周期T=(t2-t1) μs。为了提高测量的精度，采用多次测量取平均值的方法来实现。