智能型雙電源開關控制器的設計

隨著科技的進步和社會的發展，人們的生活水平不斷地提高，各行業對供電的可靠性、安全性、連續性提出了越來越高的要求，很多場合需要采用兩路電源來保證供電的可靠性和連續性。例如商場、銀行、醫院、通信部門、交通部門以及國防軍事等部門都要求能連續不間斷地安全供電。而智能型雙電源開關控制器能夠很好地解決上述問題，為可靠、連續地供電提供強有力的保證。目前在很多企業和領域都使用了智能型雙電源開關控制器，它有著廣闊的市場前景和應用價值。本文介紹的智能型雙電源開關控制器主要由控制單元(PIC16F884單片機)和執行機構(兩臺三極或四極塑殼斷路器)組成。控制單元主要負責各種信號的辨識檢測、運算處理和控制輸出。執行機構則快速準確地響應控制單元的各種控制命令，從而構成一個功能強大、工作穩定、可靠的控制系統。
1 工作原理
智能型雙電源開關控制器以單片機PIC16F884為核心，對兩路供電電源(常用電源和備用電源)的電壓、頻率和相位進行實時檢測。當其中一路電源(常用電源或備用電源)的電壓發生過壓、欠壓或是缺相時，控制器就會發出電機切換命令，使供電電源自動切換到另一路電源(備用電源或常用電源)上，以此來保障供電的連續性。控制器的工作方式主要有自動方式和手動方式兩種。控制器的結構框圖如圖1所示，組成模塊如圖2所示。

1.1 自動工作模式
自動工作模式可分為：自投自復、自投不自復和電網-發電機三種方式。其中，前兩種主要應用于電網-電網供電模式，而第三種則是應用于電網和發電機供電模式。
(1)自投自復模式：控制器對兩路電源進行監控，當兩路電源都正常工作時，則負載由常用電源供電；當常用電源發生故障(過壓、欠壓或缺相)時，控制器發出電機切換命令使電源自動切換到備用電源，此時負載由備用電源供電；當常用電源恢復正常時，控制器再次發出電機切換命令使負載供電由備用電源返回到常用電源。
(2)自投不自復模式：其工作方式和自投自復類似，但只有當備用電源也出現故障時才自動返回到常用電源，否則將一直由備用電源給負載供電。
(3)電網-發電機模式：當常用電源發生故障時，控制器輸出發電機啟動命令，經短暫延時后斷開常用電源，此時負載由發電機供電；當常用電源恢復正常時，控制器輸出發電機停機命令同時電源自動切換到常用電源上，負載返回到由常用電源供電模式。
1.2 手動模式
在手動模式下，電源不能自動切換而需要人為操作，主要有常用電源供電、備用電源供電和斷電再扣方式。
常用電源供電：強制常用斷路器閉合，備用斷路器斷開。
備用電源供電：強制備用斷路器閉合，常用斷路器斷開。
斷電再扣：同時強制斷開常用斷路器和備用斷路器或是閉合因故障而斷開的所有斷路器。
2 硬件系統設計
2.1 單片機的選擇
控制器要求對交流電壓、頻率和相位進行檢測，有多路控制信號的輸入和輸出，為了節約成本和系統的穩定性，應選擇自帶A/D轉換器和輸入捕捉功能且有較豐富I/O的單片機。此外，控制器里的強電信號和繼電器等元件會對單片機產生很大的干擾，這就要求單片機能夠有較好的抗干擾能力。綜上考慮，本設計選擇了PIC16F884單片機。它是Microchip公司目前主推的產品，采用精簡指令集(RISC)機構和一次性可編程(OTP)技術使得PIC16F884單片機具有高速的穩定性和非常強的抗干擾能力；8 KB的閃存、256 B的EEPROM、10位A/D轉換器和CCP輸入捕捉，完全可以滿足本控制器的設計要求。