引言

　　通信電源系統(tǒng)由整流設(shè)備、直流配電設(shè)備、蓄電池組、直流變換器、機(jī)架電源設(shè)備和相關(guān)的配電線路組成的總體稱為直流供電系統(tǒng)。通信電源系統(tǒng)一般包括雙回路10 kV高壓系統(tǒng)、10 kV/380 V的低壓變配電系統(tǒng)、油機(jī)供電系統(tǒng)、高頻開關(guān)電源系統(tǒng)（直流整流及配電系統(tǒng)）、UPS系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、集中監(jiān)控系統(tǒng)等。而在基站供電系統(tǒng)中，一般不包括10 kV高壓系統(tǒng)，通常直接引入當(dāng)?shù)氐?20/380 V電源，其他的基本相同。通信電源系統(tǒng)在整個(gè)通信行業(yè)中雖然占的比例比較小，但它是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，是通信網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)完整而又不可替代的獨(dú)立。對(duì)于電源產(chǎn)品來說也是基礎(chǔ)的，產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展和變化速度也不同于其他通信產(chǎn)品，通信電源產(chǎn)品的種類繁多，包括高頻開關(guān)電源設(shè)備、半導(dǎo)體整流設(shè)備、直流-直流模塊電源、直流-直流變換設(shè)備、逆變電源設(shè)備、交、直流配電設(shè)備、交流穩(wěn)壓器、交流不間斷電源（UPS）、鉛酸蓄電池、移動(dòng)通信手持機(jī)電池、發(fā)電機(jī)組、集中監(jiān)控系統(tǒng)等。

　　在ZXC10通信電源系統(tǒng)中，上位機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz，而且系統(tǒng)要求電源能根據(jù)PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行調(diào)壓。PWM信號(hào)5％占空比對(duì)應(yīng)40±0.5 Vdc，95％的占空比對(duì)應(yīng)60±0.5 Vdc。以前此功能是用帶有D／A的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　1 單片機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)

　　通過帶有D／A的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。但是，由于帶有D／A的單片機(jī)比較貴，因而會(huì)增加產(chǎn)品成本。而如果把PWM調(diào)制信號(hào)的頻率提高，再經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)單的二階有源低通濾波器來產(chǎn)生調(diào)壓偏移量，則可用不帶D／A轉(zhuǎn)換的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，其改進(jìn)后的電路方框圖如圖2所示。

　　2 STC12C2052AD的PCA／PWM工作原理

　　由于STC12C2052AD單片機(jī)是作于1個(gè)時(shí)鐘／機(jī)器周期，且有增強(qiáng)型8051內(nèi)核，故其速度比普通8051快8～12倍。該單片機(jī)有2路可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）／PWM，其中PCA1模塊用作捕獲模式，可識(shí)別輸入的PWM調(diào)制信號(hào)，PCA0模塊用作脈寬調(diào)節(jié)模式（PWM），可實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換。

　　2.1 STC12C2052AD單片機(jī)的PCA捕獲模式

　　STC12C2052AD系列單片機(jī)中的PCA可編程計(jì)數(shù)器陣列含有一個(gè)特殊的16位定時(shí)器，它可與2個(gè)16位捕獲／比較模塊相連。每個(gè)模塊可編程工作在4種模式下，即：上升／下降沿捕獲、軟件定時(shí)器、高速輸出或可調(diào)制脈沖輸出。設(shè)計(jì)時(shí)，可將模塊0連接到P3.7（CEX0／PCA0／PWM0），模塊1連接到P3.5（CEX1／PCA1／PWM1）。由于寄存器CH和CL的內(nèi)容是正在自由遞增計(jì)數(shù)的16位PCA定時(shí)器的值，因此，PCA定時(shí)器可作為2個(gè)模塊的公共時(shí)間基準(zhǔn)，并可通過編程工作在1／12振蕩頻率、1／2振蕩頻率、定時(shí)器0溢出或ECI腳的輸入（P3.4）。

　　要使PCA模塊工作在圖3所示的捕獲模式，寄存器CCAPMn中的CAPNn和CAPPn至少應(yīng)有一位必須置1。對(duì)模塊的外部CEXn輸入（包括CEX0／P3.7、CEX1／P3.5、CEX2／P2.0、CEX3／P2.4口）的跳變進(jìn)行采樣時(shí)，若采樣到有效跳變，其PCA硬件就將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器（CH和CL）的值裝載到模塊的捕獲寄存器中（CCAPnL和CCAPnH）。

　　2.2 STC12C2052AD的PCA脈寬調(diào)節(jié)模式

　　所有PCA模塊都可按圖4所示的工作模式用作PWM輸出。其輸出頻率取決于PCA定時(shí)器的時(shí)鐘源。由于所有模塊均共用僅有的PCA定時(shí)器，所以，它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器{EPCnL，CCAPnL}有關(guān)。當(dāng)CL SFR的值小于{EPCnL，CCAPhL}時(shí)，輸出為低，而當(dāng)PCA CLSFR的值等于或大于{EPCnL，CCAPnL}時(shí)，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時(shí)，{EPCnH，CCAPnH}的內(nèi)容將被裝載到{EPCnL，CCAPnL}中。由于PWM是8位的，所以可用下式來計(jì)算PWM的信號(hào)頻率：

　　3 PWM信號(hào)的接收與轉(zhuǎn)換

　　3.1 PWM調(diào)制信號(hào)接收模塊

　　由于要用PCA1模塊來把上位機(jī)輸出的頻率為1 kHz的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率提高（因?yàn)轭l率越高，越容易濾波），故將PCA定時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)置為1／2振蕩頻率。用PCA1 （P3.7）模塊來識(shí)別接收的PWM調(diào)制信號(hào)時(shí)，應(yīng)使PCA1工作在上升／下降沿捕獲工作模式，并打開PCA中斷。設(shè)計(jì)時(shí)，可首先設(shè)置PCA1工作在上升沿捕獲工作模式，這樣，當(dāng)P3.7腳采樣到上升沿跳變時(shí)，PCA0模塊即可將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器CH和CL的值裝載到模塊的捕獲寄存器中{CCAP1H,CCAP1L}。然后在中斷中把{CCAP1H,CCAP1L}的值存放到自定義的數(shù)據(jù)單元{UP_DATAH，UP_DATAL}中，并在中斷中把PCA1工作模式設(shè)置為下降沿捕獲工作模式，從而在P3.7腳采樣到下降沿跳變時(shí)，PCA1模塊硬件就可將PCA計(jì)數(shù)器陣列寄存器{CH，CL）的值裝載到模塊的捕獲寄存器中{CCAP1H,CCAP1L}。之后，再在中斷中把{CCAP1H,CCAP1L}的值存放在數(shù)據(jù)單元{DOWN_DATAH，DOWN_DATAL}中，并利用雙字節(jié)無符號(hào)數(shù)減法得出PWM調(diào)制信號(hào)正脈沖時(shí)定時(shí)器的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為：

　　N1={DOWN_DATAH，DOWN_DATAL）-{DOWN_DATAH，DOWN_DATAL}

　　由于PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz，周期T為1 ms。因此，可設(shè)1 ms中PCA定時(shí)器的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為N2，則PWM調(diào)制信號(hào)的占空比為：

　　3.2 PWM調(diào)制信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換

　　上位機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號(hào)的頻率為1 kHz左右。由于該頻率比較低，直接對(duì)其進(jìn)行濾波后的紋波比較大，因此，在濾波之前，應(yīng)先把接收的PWM調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)變成與占空比成線性比例的高頻PWM調(diào)制信號(hào)，頻率轉(zhuǎn)換可通過PCA0 （P3.5）PWM功能模塊來實(shí)現(xiàn)。

　　這樣，當(dāng)PCA0模塊設(shè)置為PWM輸出模式時(shí)，根據(jù)PCA脈寬調(diào)節(jié)模式（PWM）的工作原理，當(dāng)CCAP0L=FFH時(shí)，P3.5將輸出占空比為0的PWM信號(hào)，而當(dāng)CCAP0L=80H時(shí)，P3.5則輸出占空比為50％的PWM信號(hào)，當(dāng)CCAP0L=0時(shí)，P3.5會(huì)輸出占空比為100％的PWM信號(hào)。這樣，由PCA脈寬調(diào)節(jié)模式（PWM）的工作原理可得：

　　4 二階濾波電路

　　圖5所示為有源二階濾波電路的原理圖。由有電源變換器的反饋量可知，當(dāng)調(diào)壓偏移量為1.5V的時(shí)候，電源輸出40 V；當(dāng)調(diào)壓偏移量為3.0V的時(shí)候，電源輸出60 V。因此，在PWM信號(hào)的占空比為5％時(shí)，調(diào)節(jié)二階有源濾波器的參數(shù)，并通過調(diào)節(jié)R5／R4來改變運(yùn)算放大器的增益，然后調(diào)節(jié)RW1即可改變運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)，使偏移量VS為1.5 V；而在PWM信號(hào)占空比為95％時(shí)，使偏移量VS為3.0 V。

　　5 仿真驗(yàn)證

　　根據(jù)圖5進(jìn)行PSIM仿真驗(yàn)證時(shí)，可將仿真參數(shù)設(shè)定為：R1=R2=R4=R5=10 kΩ，R3=20 kΩ，R6=2 kΩ，R7=1 kΩ，C1=C2=C3=C4=104 pF，從而得出如圖6所示的特定占空比的Vs波形。

　　其它特定占空比（D=5％，20％，40％，60％，80％，95％）的仿真記錄數(shù)據(jù)如表1所列。圖7所示是該調(diào)壓電路的PWM信號(hào)占空比與Vs調(diào)壓偏移量的變化曲線。由圖可見，該變化呈線性關(guān)系。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　本文通過提高PWM調(diào)制信號(hào)的頻率，再結(jié)合二階有源濾波電路，實(shí)現(xiàn)了頻率到電壓的一種轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換可在40Vdc～60Vdc范圍內(nèi)，對(duì)ZXC10通信電源的輸出電壓通過PWM信號(hào)進(jìn)行線性調(diào)節(jié)。