來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用  作者：武漢大學(xué)自動(dòng)化系 鄭貴林 吳曉儒

    摘要：首先分析了現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)及其發(fā)展?fàn)顩r，然后在開(kāi)關(guān)電源的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的帶檢測(cè)和保護(hù)功能的智能化電源。其具有抗連續(xù)雷電沖擊的能力，并配有RS485通信接口，可與上位計(jì)算機(jī)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)電源的集中監(jiān)控、集中管理。

    關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源 過(guò)電壓監(jiān)測(cè) MODBUS 通信

    隨著電子技術(shù)和電源技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源以體積小、重量輕、功率大、集成度高、輸出組合便利等優(yōu)點(diǎn)而成為電子電路電源的首選。在實(shí)際的工作環(huán)境中，特別是在一些工業(yè)場(chǎng)所中，電磁環(huán)境十分惡劣，常常有異常情況出現(xiàn)，例如過(guò)電壓、瞬態(tài)脈沖沖擊波、強(qiáng)電磁輻射等，這些都有可能擊毀電源，影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。本文對(duì)以微處理機(jī)為核心的“透明”電源檢測(cè)技術(shù)輔以提高開(kāi)關(guān)電源抗過(guò)電壓、抗干擾性能的手段，設(shè)計(jì)了一種具有保護(hù)和監(jiān)控功能的開(kāi)關(guān)電源。

    1 設(shè)計(jì)思路

    隨著電子設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)要求的日益提高，研究廉價(jià)的具有監(jiān)視、管理供電電源功能的開(kāi)關(guān)電源愈來(lái)愈顯得必要。本文在綜合考慮電源各種技術(shù)性能和對(duì)自身的安全要求以及開(kāi)關(guān)電源性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一種新型實(shí)用的帶有過(guò)電壓檢測(cè)和保護(hù)裝置的智能化電源。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    （1）實(shí)際了對(duì)過(guò)電壓的檢測(cè)，并能記錄每次過(guò)電壓的瞬時(shí)值和峰值，可啟動(dòng)備用電源供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電路的保護(hù)作用。

    （2）具有抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、帶液晶屏數(shù)字監(jiān)視的特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)RS485通信接口與管理計(jì)算機(jī)通訊能實(shí)現(xiàn)“透明”電源的工作和保護(hù)等功能。

    （3）能實(shí)時(shí)顯示輸出電壓、電流的大小，過(guò)電壓的次數(shù)、大小以及必要的參數(shù)設(shè)置信息。

    （4）通過(guò)接口與后臺(tái)或遠(yuǎn)端PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。

    智能化電源的核心由顯示板、CPU板、通信板、備用電源板、過(guò)電壓檢測(cè)板、鍵盤(pán)、通信轉(zhuǎn)接板組成。裝置的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)電壓的峰值檢測(cè)，尤其是過(guò)電壓的檢測(cè)。本文提出了一種基于單片機(jī)的過(guò)電壓檢測(cè)和峰值電壓檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)證明它滿足了對(duì)檢測(cè)的快速性和精確性的要求。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)硬件框架如圖1所示。在正常的情況下，220V的交流輸入電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波、DC/DC變換、穩(wěn)壓電路后可得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，基本上是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源；當(dāng)有過(guò)電壓時(shí)，過(guò)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)過(guò)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)和峰值電壓保持電路保持，控制電源回路，斷開(kāi)正常工作的交流電路，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)備用電源工作，以及完成對(duì)過(guò)電壓的瞬時(shí)值和峰值的測(cè)量。

    2.1 過(guò)電壓檢測(cè)電路

    過(guò)電壓對(duì)于電源來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常有害的信號(hào)，雷電等引起的瞬時(shí)高電壓如果不加遏制，直接由電源引入RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）則會(huì)影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞模塊，燒壞元器件（IC）。典型過(guò)電壓形成的沖擊電壓脈沖如圖2所示。

    過(guò)電壓保護(hù)的基本原理是在瞬態(tài)過(guò)程電壓發(fā)生的時(shí)侯（微稱或納秒級(jí)），通過(guò)過(guò)電壓檢測(cè)電路對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。過(guò)電壓檢測(cè)電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當(dāng)于很多串并聯(lián)在一起的雙向抑制二極管。電壓超過(guò)箝位電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通；電壓低于箝位電壓時(shí)，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)。

    過(guò)電壓檢測(cè)電路原理圖如圖3所示。當(dāng)有過(guò)電壓信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，壓敏電阻被擊穿，呈現(xiàn)低阻值甚至接近短路狀態(tài)，這樣在電流互感器的原級(jí)產(chǎn)生一個(gè)大電流，通過(guò)線圈互感作用在副級(jí)產(chǎn)生一個(gè)小電流，再通過(guò)精密電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；這個(gè)信號(hào)輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經(jīng)過(guò)非門(mén)A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電源電路，啟動(dòng)備用電源�？刂泼}沖2送到單片機(jī)的中斷中，單片機(jī)控制回咱啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，采樣過(guò)電壓的瞬時(shí)值。

    2.2 峰值電壓采樣保持電路

    峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構(gòu)成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過(guò)LM311進(jìn)行比較，當(dāng)Vi>V0時(shí)，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF3