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基于MCU的智能化在线UPS的设计

2012-12-11 08:44
天堂的苦涩
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  概括说来,现代UPS的发展方向是高频化,小型化和智能化,近年来,科华公司采用最先进的电力电子器件和国际流行的PFC及高频技术,实现了中小功率UPS高频化和小型化的目标。随后使用MCU(单片机)开发一系列新产品,使UPS实现智能化,即电池管理的智能化,人机界面的智能化(远程LCD面板),UPS管理网络化,包括POWERSOFT电源监控软件和UNMS-1 UPS网络管理系统(国家火炬计划项目)。

  对UPS制造商而言,实现UPS智能化可以大幅度提高生产效率。比如,以往UPS调试时需要调节许多电位器和测量多个工作点电压和频率,而采用智能化设计后,只需调节少许电位器,其他参数则通过UPS调试软件界面进行参数设置,由于采用数字处理技术,不存在原来模拟电路的易受环境影响产生的工作点漂移,不存在产品的分散性,即成批产品的一致性很好。

  采用MCU设计,以软件代替硬件,电路板的面积和功耗明显的小了,这样对系统可靠性无疑是有好处的。同时,由于现代的MCU的程序存储器均有加密技术,可以防止非法拷贝,保护知识产权。另外,如果UPS的软件系统设计相对完善,其故障自检功能较强,则可以为安装维护人员提供方便,节省费用和工时。以下为针对在线式智能UPS的几个设计方案。

  1. 基于传统UPS主控制板的原理

  由PLD+MCU实现原模拟电路实现的功能,输出电压动态反馈和I/O相位同步部分将沿用原成熟线路,在基准正弦波合成方面将用一只廉价的PLD器件代换原来由多个计数器、加法器等的实现功能。MCU控制系统可以采用廉价的ATMEL89C52和一只10位11路A/D转换芯片TLC1543及一片XICOR公司的监控+串行EEPROM 芯片X25045组成,可以实现完成输出电压的调整、电池的智能管理、重要器件的在线检测。但是不参与同步控制,在与上位机的通信及生产调试和面板功能方面MCU实现将比原来设计成本低、功能强,实现该方案可以在较少的时间完成。

  2. 基于单芯片的实现方案

  由一块功能强大的MCU完成人机界面、通信、输入输出同步、输出电压PID调节、各种故障判断和自诊断功能,该实现方案可以采用引脚多的Intel 87C196MC或Motorola MC68HC11K4,但是该方案成本较高;开发难度和测试工作量大,如果要几个工程师并行开发,要求项目系统分析员分析能力较强,项目经理能协调各个项目组员无缝协作,软件代码结构化要求高。这种方案实现后可节省电路面积、采购及生产很方便。

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