UPS智能電源監控系統電路設計詳解

本文設計了一種簡單而實用的UPS智能電源監控系統，能在各種複雜的電網環境下運行，是一台智能化程度很高的設備，有高度智能化的自檢功能，自動顯示、報警、狀態記憶功能以及通訊功能。

模塊之間通過內部 RS485進行通信，實現對電源櫃的交流配電、蓄電池充放電過程、電池狀態、調壓狀態、母線對地電阻、饋出線開關狀態的實時監測、控制和報警處理。通過RS232 和上位機進行通信以進行歷史數據的查詢和統計。

主監控單元調度整個系統的運行。主監控單元由主監控板、320x240 點陣液晶顯示屏、鍵盤及指示燈等組成，完成蓄電池充放電管理，運行及控制參數的設定和顯示，告警記錄的存儲、查詢，通過 RS232 和上位機通信，通過 RS485 控制內部各單元。

電池充放電電流的大小尤為關鍵。電路圖如圖 1 所示，因為是既檢測充電電流也檢測放電電流，故在小電阻上的電壓又是兩個方向，在電路檢測中用兩個通道分別檢測，這樣也便於分別進行信號的調理，同時也便於用 A/D 轉換器的一個輸入通道來測量。

電池檢測與巡檢單元

該單元由電池檢測板和電池巡檢板組成（可選），主要完成電池組電壓（合母電壓）、充/放電電流、環境溫度及單體電池電壓的採集;電池熔絲狀態檢測;可通過輸出模擬電壓、電流給定來控制其他廠家的模塊或相控電源三相觸發板的電壓或電流給定（具體情況與廠家協商），提高了系統的兼容性;按時計量;同時完成合母過欠壓、電池過充、電池饋電及單體電池失效告警等功能;通過調節電池檢測板和電池巡檢板上的電位器可分別校正合母電壓和單體電池電壓顯示值。如圖 2 中所示。

合母電壓監測電路如圖 2 所示。合母電壓流過電阻 R16、R17、R54，在電阻 R17上取樣，故而電阻 R17 應選用高精度電阻。 R16 和 R54 因為要比電阻 R17 大得多，又是出現在分母上，故而不必選用高精度電阻。LL 的作用是抑制共模干擾。可以通過調節電位器Rp的大小來使所要監測電壓的大小符合A/D轉換器輸入電壓要求。

A/D轉換

A/D轉換晶元採用 TLV1544。TLVl544 的主要特點是：寬範圍的單電源供電，VCC可為 2.7～5.5V;晶元內部有著較高的轉換速率，轉換時間小於 10μs;晶元提供4 路外部輸入通道，通過編程給晶元不同的狀態字設置可以任意選擇 4 個輸入通道之一;晶元有 4 個埠作為同步串列介面，通過 SPI 匯流排的形式與微處理器連接;11 位 A/D 轉換，足以滿足系統的要求。如圖 3 所示。

控制對從選定的通道中輸入的模擬信號的採樣開始。由高變低開始模擬輸入信號的採樣;由低變高使採樣和保持功能處於保持狀態，並開始模/數轉換。獨立於輸入/輸出時鐘信號，當為高時，開始工作。為低的持續時間控制開關電容陣列採樣周期的持續時間。當不用時，接高電平。引腳（E0C）在 A/D 轉換結束時變為高電平來表明轉換完成。本單元通過查詢 EOC 電平來判斷是否轉換完成從而進行數據的讀取。

編輯點評：本文簡單介紹了智能電源監控系統電路設計，根據電池的特點進行智能電池充放電管理，在實際使用中起到了延長電池使用壽命的作用。