冀 友 公 政 葛卉婷 黄鹤松 公茂法

（1.山东科技大学，山东 青岛 266510；2.山东电力集团 潍坊供电公司，山东 潍坊 261021）

0 引言

现今为发电厂和变电站的控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等供电的是电力工程直流电源，简称为直流屏。主要由蓄电池，充电模块和监控器三部分组成。它为发电厂和各种变电站中的信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，并在外部交流电中断的情况下，保证继续提供可靠直流电源[1]。直流屏蓄电池作为电力系统交流停电时的后备电源，其可靠性和安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。因此要保证电网正常运行必须加强对直流屏蓄电池的检测和维护[2]。

1 系统设计总述

整个硬件电路有以下单元组成：MCU 主控制单元、 电池检测切换电路单元、检测信号处理单元、A/D 转换单元、继电器驱动电路单元。如图1 所示，系统采用模块式集散结构，能保证各单元功能的相对独立性，主控单元与各功能单元采用光电隔离芯片隔离，避免单元故障在整个系统中扩散，因而系统具有极高的可靠性[3]。 主控芯片STC89C52是宏晶公司生产的一款低功耗、 高性能CMOS 8 位单片机， 片内自带8k bytes 的在系统可编程Flash 程序存储器和512 bytes 的随机存取数据存储器，可直接使用串口下载程序。 芯片兼容标准MCS-51 指令系统，内置通用8 位中央处理器和Flash 存储单元，可适用于本次电池故障检测任务。

2 检测系统硬件电路设计

2.1 电池电压信号处理电路设计

由于电池检测切换电路直接测得的U1、U2 为弱信号， 经比例运放滤波环节处理后送到ADC0804 芯片才能保证测量灵敏度。 我们采用AD620 来处理输入信号U1、U2， 经差分放大后的信号送到A/D。AD620 为仪表放大器，放大器增益通过控制电阻RG 控制[4]。

2.2 AD 转换电路设计

根据设计需要，选定A/D 芯片ADC0804。 该芯片内部带输出数据锁存器，转换电路的输出口能直接连到主控芯片的数据总线上，不用再附加逻辑接口电路。

ADC0804 的两个模拟信号输入端，能接受单极性、双极性和差摸输入信号。 STC89C52 芯片通过P3.6 口经光电隔离控制启动ADC0804， 同时ADC0804 将转换结束后的电压信号经过隔离送到STC89C52 的P0 口，完成电压信号检测。

图1 系统总体框图Fig.1 The Overrall System Block Diagram

2.3 继电器驱动电路设计

通过继电器将电池逐个切换到信号注入和信号检测电路。继电器驱动电路如图2 所示，STC89C52 芯片P2 口的控制信号通过光耦隔离后，由74LS145 译码电路确定哪路继电器的通断，可顺序检测蓄电池内阻和蓄电池电压。

2.4 内阻测量方法与测量电路设计

2.4.1 内阻测量方法简介

通过交流注入法测量蓄电池内阻，实现在线检测，交流注入法存在易受谐波干扰，影响测量精度的弊端，在硬件电路中应添加抗干扰设计部分，来提高稳定性[5]。 内阻测量的系统框图如图3 所示。

图3 中，R 为阻值已知的参考电阻。 交流信号发生器经耦合驱动电路向蓄电池中注入交流信号，交流信号频率为1kHz。 采样电路分别将蓄电池两端和参考电阻两端的响应信号经过处理后，可以得到稳定的幅值电压[6]。 因为蓄电池与参考电阻串联，所以电流是相同的。 如果蓄电池两端的响应电压为U1，内阻抗为Z，参考电阻R 两端得到的响应电压为U2，由欧姆定律可得：

图2 继电器驱动电路Fig.2 The Circuit of Relay Driver

图3 内阻测量系统框图Fig.3 The Block Diagram of Resistance Measurement System

2.4.2 内阻测量硬件设计

（1）交流信号发生电路如图4 所示。 交流信号发生器采用集成运放TL082 构成文氏桥正弦波发生器[7]，其振荡频率为1kHz。

图4 交流信号发生器Fig.4 AC Signal Generator Circuit

（2）耦合驱动电路如图5 所示。 利用音频集成功放LM386 芯片的三级放大电路，其输入级为差分放大器能克服交流注入信号易受干扰的弱点，中间级有较高电压增益，能为输出级提供足够的信号电压，最后经输出级的互补对称功放电路输出足够大的功率。

图5 耦合驱动电路Fig.5 Coupled Drive Circuit

（3）交流差分放大及滤波电路如图6 所示。 经过信号采集电路得到的电压信号很微弱,需放大滤波后才能满足下一级A/D 处理电路的输入要求。 采用AD620 仪表放大器以及带通滤波器组成交流差分放大及滤波电路。

图6 交流差分放大及滤波电路Fig.6 Cicuit of Filter and AC Differential Aplification

高性能的仪表放大器AD620 的增益可以通过改变脚1 和脚8 之间的电阻RG值来调节。 信号放大后， 经过带通滤波器检测出0.4-3kHz 的带通信号，送到乘法器的信号端[8]。采用高精度的运放OP27 实现直流放大电路的程控增益放大， 放大器反馈电阻由模拟开关CD4052 来选择，通过STC89C52 智能选择放大倍数，使信号保持在最佳A/D 采集电压的范围内。

3 结束语

本文主要介绍直流屏蓄电池状态检测系统的构成和检测电路硬件电路，重点介绍了电压测量电路和内阻测量电路。经现场试验表明：本文论述的系统结构和测量方法测量电路可行有效。

［1］郑贵林，李金召.一种新型直流屏蓄电池监控系统[J].电力自动化设备,2005,25(1): 40-42.

［2］马福州,杨顺江,徐莉,等.分散式直流屏蓄电池监控系统[J].电工技术,2008:69-70.

［3］黄发雷.一种实用的光电隔离式串行通信方案[J].现代电子技术,2006:37-38.

［4］王树振,单威,宋玲玲.AD620 仪用放大器原理与应用[J].微处理机,2008:38-40.

［5］刘登峰,邵天章.蓄电池内阻测试仪的设计[J].电源技术,2011,35(3):305-307.

［6］蒋京颐,赵忖,刘秀峰.蓄电池内阻在线巡检与谱分的设计[J].科学技术与工程,2010,10(18):4496-4498

［7］周宦银，房宗良，朱玲赞.文氏桥正弦波发生器的EWB 仿真研究[C]//第13 届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集.2011.

［8］ANALOG DEVICES,AD620 仪表放大芯片数据手册[Z].2006.