0 引言

    隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)供電持續(xù)性的要求已越來(lái)越高，如要求供電電源采用兩路甚至兩路以上，一路為常用電源（如外線電源），另外的為備用電源（如內(nèi)部的發(fā)電電源）。因此，需要一種能在電源之間進(jìn)行自動(dòng)切換的裝置，以保證某路正在使用的電源在出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)切換到另外的正常電源上，保證供電不間斷或間斷時(shí)間在允許的范圍內(nèi)。該電源切換裝置必須具有反應(yīng)靈敏、工作可靠、功能齊全、聲光指示等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的電源切換裝置采用模擬信號(hào)處理方式的控制器，反應(yīng)不靈敏，可靠性不高，且工作模式固定、單一。也有采用數(shù)字信號(hào)處理方式的控制器，但這種系統(tǒng)成本高，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻。因此，設(shè)計(jì)出一種成本低、可靠性高、多工作模式、對(duì)工作環(huán)境沒(méi)有特殊要求的電源自動(dòng)切換控制器，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    本文以單片機(jī)程序控制為基礎(chǔ)構(gòu)成的電源切換控制器，可以達(dá)到現(xiàn)實(shí)要求。

    1 控制器組成和基本原理

    硬件原理方框圖如圖1所示。

    圖1 硬件原理方框圖

    將常用電源a、b、c三相電壓，備用電源a、b、c三相電壓送入控制器，經(jīng)過(guò)光電耦合，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電的良好隔離以及有效轉(zhuǎn)換。光電耦合器將每相電壓進(jìn)行取樣，然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果被單片機(jī)讀入。單片機(jī)根據(jù)用戶(hù)鍵入的功能命令，對(duì)采集到的三相電壓與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值進(jìn)行智能判斷，然后發(fā)出相應(yīng)的分閘、合閘指令（或聲光報(bào)警指令），經(jīng)過(guò)接口電路，驅(qū)動(dòng)繼電器，使電源切換開(kāi)關(guān)作相應(yīng)的動(dòng)作。如：某相電壓超過(guò)（或低于）規(guī)定的電壓值（簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)壓或欠壓）時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的指示及聲光報(bào)警，以及根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的工作模式去自動(dòng)切換電源，切換由繼電器帶動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，單片機(jī)還應(yīng)對(duì)切換后的開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，以確定是否正常分閘或正常合閘，形成閉環(huán)控制回路，以免開(kāi)關(guān)本身的故障造成系統(tǒng)不正常工作。

    2 電路結(jié)構(gòu)

    進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮控制功能的實(shí)現(xiàn)又要充分利用軟件的功能來(lái)簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，即做到軟硬兼施。

    2.1 輸入電路

    輸入電路如圖2所示。

    圖2 輸入電路原理圖

    在圖2中，cc1端接常用電源的某一相，cn端接常用電源的中線，bb1端接備用電源的某一相，bn端接備用電源的中線。用光電耦合器is604作為強(qiáng)電與弱電的隔離(實(shí)際電路中有6個(gè)is604，為縮小電路圖的篇幅，這里只畫(huà)出常用電源的某一相，其它光電耦合器的相關(guān)電路連接，與之類(lèi)似)，is604內(nèi)采用雙向發(fā)光管，轉(zhuǎn)換效率高，外界電壓輕微變化，is604就有相應(yīng)的輸出。r1為統(tǒng)調(diào)電阻，使每個(gè)光電耦合器在相同輸入時(shí)，有相同直流輸出，以克服光電耦合器之間的誤差，避免造成誤判。模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0809性?xún)r(jià)比極高，其in0～in2接入常用電源三相電壓的取樣值，in3～in5接入備用電源三相電壓的取樣值，在單片機(jī)at89c51的地址線a0、a1、a2的控制下，輪流讀入每相取樣值的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，單片機(jī)at89c51中的程序根據(jù)這些瞬時(shí)取樣值與內(nèi)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，做出相應(yīng)的判斷，通過(guò)p1口，p2口，p3口進(jìn)行輸出控制及指示。繼電器k5的作用是將常用電源或備用電源的某相電壓輸入變壓器t1降壓、整流、穩(wěn)壓后作為控制器的工作電源。

    2.2 at89c51及外圍電路

    由于單片機(jī)的腳位有限，為了擴(kuò)展單片機(jī)的功能腳，采用了8255并行擴(kuò)展芯片。如圖3所示，將8255的pa0～pa5用作工作模式指示（該圖中沒(méi)畫(huà)出發(fā)光二極管，8255可通過(guò)限流電阻直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管），pc0～pc5作備用電源某相過(guò)壓或欠壓指示�？紤]到電源切換控制器的工作環(huán)境惡劣，因干擾或其它原因（如待機(jī)工作）可能使單片機(jī)程序進(jìn)入死循環(huán)或死機(jī)，加入看門(mén)狗電路max813l。單片機(jī)程序正常時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)由pb0輸出喂狗脈沖，否則，max813l在1.6s后將單片機(jī)復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位后根據(jù)74ls373鎖存的8255pa口的狀態(tài)，恢復(fù)原來(lái)的工作模式，進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)程序，這樣，程序的運(yùn)行基本上不受影響。此時(shí)，看門(mén)狗將單片機(jī)及8255等復(fù)位，但74ls373在不掉電時(shí)，維持復(fù)位前的信息。只有整個(gè)控制器都掉電，74ls373才不保存原有信息，這樣74ls373不影響以后的工作模式設(shè)置。這也是沒(méi)有采用eeprom而采用74ls37