交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　中文題目： 交流穩(wěn)壓電源設(shè)計 </p><p>　　英文題目： Design of AC Voltage Stabilizer </p><p>　　院 系： </p><p>　　專

2、業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： xx </p><p>　　完成時間： 2012-06-07 <

3、/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　交流穩(wěn)壓電源能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。又稱交流穩(wěn)壓器。各種電子設(shè)備要求有比較穩(wěn)定的交流電源供電，特別是當(dāng)計算機技術(shù)應(yīng)用到各個領(lǐng)域后，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要。 </p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，很多設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，

4、但是交流供電系統(tǒng)存在電力欠缺、電網(wǎng)不盡合理等問題。這一切都會導(dǎo)致用電設(shè)備出現(xiàn)工作不正常、精度下降等問題，甚至造成意外的損壞。交流供電品質(zhì)的改善成了保證系統(tǒng)正常工作的前提。</p><p>　　傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓電源存在效率低、觸點磨損、反應(yīng)時間長、穩(wěn)壓精度低等問題。針對目前交流穩(wěn)壓電源的不足。本文設(shè)計的交流穩(wěn)壓電源具有設(shè)計出一種以電子開關(guān)為執(zhí)行機構(gòu)來控制多組變壓器疊加的主回路補償工作方式并和可控硅無級調(diào)節(jié)補償繞組串聯(lián)

5、的一種最新穎的交流穩(wěn)壓電源，它具有穩(wěn)壓精度高、效率高、響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強、電源波形失真小、無機械傳動裝置和碳刷磨損、免維護、工作可靠、噪音低、抗干擾能力強、并具有延時、過壓、欠壓保護功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電子開關(guān)；主回路補償；可控硅無級調(diào)節(jié)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　AC powe

6、r supply for the load to provide stable AC power electronic devices. Also known as AC voltage regulator. Variety of electronic devices require a relatively stable AC power supply, especially when computer technology is a

7、pplied to various fields, directly by the AC mains power supply without taking any measures can not meet the need. With the development of power electronics technology, many devices require a stable AC power, AC powe

8、r system is the lack of electricity, the grid is not </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 電源技術(shù)概述2</p><p>　　1.1現(xiàn)代電源技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域2<

9、/p><p>　　1.2電源的發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.3交流電源分類7</p><p>　　2 穩(wěn)壓電源總體設(shè)計方案9</p><p>　　2.1 設(shè)計概述9</p><p>　　2.2 研究內(nèi)容9</p><p>　　2.3 技術(shù)指標(biāo)9</p><

10、;p>　　2.4 交流穩(wěn)壓電源的總體方案設(shè)計9</p><p>　　2.4.1 單相交流穩(wěn)壓電源的基本原理10</p><p>　　2.4.2 交流調(diào)整電路10</p><p>　　2.4.3 雙向可控制硅的選用11</p><p>　　2.4.4 雙向可控硅導(dǎo)通模式與對應(yīng)的補償電壓13</p><

11、;p>　　2.4.5 雙向可控硅短路報警14</p><p>　　3 穩(wěn)壓電源硬件系統(tǒng)設(shè)計16</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)的整體框架16</p><p>　　3.1.1 主回路16</p><p>　　3.1.2 控制電路16</p><p>　　3.2 雙向可控硅觸發(fā)電路17&

12、lt;/p><p>　　3.2.1 MOC306117</p><p>　　3.2.2 觸發(fā)電路17</p><p>　　3.3 保護電路19</p><p>　　3.3.1 保護電路原理19</p><p>　　3.4 輔助直流穩(wěn)壓電源設(shè)計21</p><p>　　3.4.1

13、+5V直流穩(wěn)壓電源21</p><p>　　3.4.2 +12直流穩(wěn)壓電源21</p><p>　　4 單片機系統(tǒng)設(shè)計22</p><p>　　4.1 主程流程圖22</p><p>　　4.2 采樣子程序流程圖23</p><p>　　4.3 數(shù)字濾波程序流程圖24</p><

14、;p>　　4.4 電壓采樣電路25</p><p>　　4.4.1 ADC0809的特性25</p><p>　　4.4.2 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能26</p><p>　　4.4.3 采樣電路29</p><p>　　4.5 系統(tǒng)控制電路29</p><p><b>　

15、　5 結(jié)論33</b></p><p>　　6 經(jīng)濟分析報告35</p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p>　　附錄A 總電路圖39</p><p><b>　　引言&l

16、t;/b></p><p>　　隨著電子計算機技術(shù)應(yīng)用到各工業(yè)、科研領(lǐng)域后，各種電子設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，而交流穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了這一問題。車站信號電源屏從功能上分為調(diào)壓、轉(zhuǎn)換(包括2路電源轉(zhuǎn)換和輸出轉(zhuǎn)換)、輸出(包括交流輸出和直流輸出)幾部分,其中穩(wěn)壓部分是電源屏質(zhì)量的關(guān)鍵。目前鐵路車站現(xiàn)場應(yīng)用的電源屏穩(wěn)壓部分其最主要的缺點是響應(yīng)速度慢,在兩路電網(wǎng)轉(zhuǎn)換過程中容易產(chǎn)生過壓或欠壓;有機械磨損,易損壞

17、;輸出失真大。隨著技術(shù)進步,繼電式設(shè)備正逐步被電子設(shè)備所取代,設(shè)備對電源質(zhì)量要求越來越高。穩(wěn)壓電路具有效率高、可靠性高、抗干擾能力強。補償變壓器功率較小,從而明顯降低材料成本及功率損耗,達(dá)到提高效率,減小重量體積的目的。微機控制使控制電路大大簡化,還可加入輔助功能,如故障診斷、穩(wěn)壓指示、超限聲光報警、延時啟動、故障檢測、缺相保護等各種功能。</p><p>　　通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型

18、化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器

19、的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。</p><p>　　在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻

20、率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心。</p><p><b>　　1 電源技術(shù)概述</b></p><p>　　1.1現(xiàn)代電源技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)

21、的迅速發(fā)展。上世紀(jì)80年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。計算機技術(shù)的發(fā)展,提出了綠色電源。綠色電源系指高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星”計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電源的要求。提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50W的能源。

22、</p><p>　　1.1.1通信用高頻開關(guān)電源</p><p>　　通信用高頻開關(guān)電源就是通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止．將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多．所以開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱。</p><p>　　1.1.

23、2直流-直流(DC/DC)變換器</p><p>　　DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式TS不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能20%~30%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作

24、用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。通信電源的二次電源DC／DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術(shù)，開關(guān)頻率在500kHz左右，功率密度為5W—20W／in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。</p><p>　　1.1

25、.3不間斷電源(UPS)</p><p>　　UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時， U

26、PS 立即將機內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。不間斷電源(UPS)是計算機、．通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當(dāng)今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量

27、模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.1.4變頻器電源</p><p>　　變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波

28、形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　1.1.5高頻逆變式整流焊機電源</p><p>　　變頻電源是將市電中的交流電經(jīng)過AC→DC→AC變換, 輸出為純凈的正弦波，輸出頻率和電壓 一定范圍內(nèi)可調(diào)。它有別于用于電機調(diào)速用的變頻調(diào)速控制器，也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。變頻電源

29、十分接近于理想交流電源，因此，先進發(fā)達(dá)國家越來越多地將變頻電源用作標(biāo)準(zhǔn)供電電源，以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境，便于客觀考核用電器的技術(shù)性能。 變頻電源主要有二大種類：線性放大型和SPWM開關(guān)型。</p><p>　　1.1.6大功率開關(guān)型高壓直流電源</p><p>　　逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流，I

30、GBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經(jīng)高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題，也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器，通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析，達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理，解決了目前大功率

31、IGBT逆變電源可靠性。國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負(fù)載持續(xù)率60%，全載電壓60~75V，電流調(diào)節(jié)范圍5~300A，重量29kg。</p><p>　　1.1.7電力有源濾波器</p><p>　　電力有源濾波器（APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)

32、用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以只補諧波不補無功；三相電路瞬時無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論；APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；該裝置的主要缺點是復(fù)雜、成本高，限制了它的使用。電力有源濾波器的研究與應(yīng)用，國內(nèi)有源電力濾波器在技術(shù)研究雖然與國內(nèi)有一定的差距，但近幾年在技術(shù)已取得突破性的進展。國內(nèi)已有多家公司提出了APF產(chǎn)品，并在工業(yè)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用

33、，如西安薩博、英納仕電氣等。但隨著我國對電網(wǎng)諧波污染治理日益重視，“綠色電力電子”的呼聲愈來愈高，電力有源濾波器必然會得到廣泛地推廣應(yīng)用。</p><p>　　1.1.8大功率開關(guān)型高壓直流電源</p><p>　　高壓直流電源有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，電力系統(tǒng)中廣泛的用于高壓電氣設(shè)備的直流耐壓和泄露試驗，如電力系統(tǒng)避雷器，電力電纜，變壓器繞組及發(fā)電機的現(xiàn)場試驗；工業(yè)中用于環(huán)保的靜電除塵，污水處

34、理，激光器等；醫(yī)學(xué)方面用于X光機，CT等大型設(shè)備；科研上用于高能物理，等離子物理；軍事上雷達(dá)發(fā)射器，脈沖點火技術(shù)等。</p><p>　　1.2電源的發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1小型、薄型、輕量化</p><p>　　使電源小型化的具體辦法有：一是高頻化。為了實現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM 變換器的工作頻率、從而減小電路中儲能元件的體積重量。二是應(yīng)用

35、壓電變壓器。應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓- 振動”變換和“振動- 電壓”變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點之一。三是采用新型電容器。為了減小電子設(shè)備體積和重量，提高能量密度，研究開發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器。四是同時采用SMT 技術(shù)在電路板兩面布置元件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。</p><

36、p><b>　　1.2.2可靠化</b></p><p>　　開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，對于電力電子裝置，元器件數(shù)量越多，發(fā)生故障的機率越大，裝置的可靠性越低。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。追求壽命的延長要從設(shè)計方面做工作。美國一公司通過降低結(jié)溫、減少器件的電應(yīng)力、降低運行電流等措施使其DC/DC 開關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大

37、提高，產(chǎn)品的MTBF 高達(dá)100 萬h 以上。</p><p><b>　　1.2.3效率化</b></p><p>　　為了使開關(guān)電源輕、小、薄，高頻化（開關(guān)頻率達(dá)兆赫級）是必然發(fā)展趨勢。而高頻化又必然使傳統(tǒng)的PWM 開關(guān)功耗加大、效率降低、噪聲提高，且達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此實現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的軟開關(guān)技術(shù)將成為開關(guān)電源產(chǎn)品的發(fā)展方向。采用軟開關(guān)技術(shù)

38、可使效率達(dá)到85%~88%。據(jù)悉，美國VICOR 開關(guān)電源公司設(shè)計制造了多種ECZ 軟開關(guān)DC/DC 變換器，其最大輸出功率有800W、600W、300W等，相應(yīng)的功率密度為101.60 W/cm3、160.38 W/cm3 和278.58 W/cm3，效率為80%~90%；日本Nemic-Lambda 公司推出一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM 系列，開關(guān)頻率為200~300 kHz，功率密度為442.45W/cm3，用同步整流

39、器（即用MOS-FER 代替肖特基二極管）使整個電路效率提高到90%。</p><p><b>　　1.2.4模塊化</b></p><p>　　在電源集成技術(shù)的發(fā)展進程中，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導(dǎo)體器件模塊化，功率與控制電路的集成化，集成無源元件（包括磁集成技術(shù)）等發(fā)展階段。近年來的發(fā)展方向是將小功率電源系統(tǒng)集成在一個芯片上，可以使電源產(chǎn)品更為緊湊，體積更小，也減小了引線

40、長度，從而減小了寄生參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)一體化，所有元器件連同控制保護集成在一個模塊中。上世紀(jì)90 年代，隨著大規(guī)模分布電源系統(tǒng)的發(fā)展，一體化的設(shè)計觀念被推廣到更大容量、更高電壓的電源系統(tǒng)集成，產(chǎn)品設(shè)計中提高了集成度，出現(xiàn)了集成電力電子模塊（IPEM）。IPEM 將功率器件與電路、控制以及檢測、執(zhí)行等元件集成封裝的模塊，既可用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，也可用于專用、特殊設(shè)計。目前，可快速高效為用戶提供產(chǎn)品，顯著降低成本，提高可靠性。無論是AC/

41、DC 或是DC/DC 變換器都是朝著模塊化方向發(fā)展，特點是：可用模塊電源組成分布或電源系統(tǒng)；可以設(shè)計成N+1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高可靠性；可以做成插入式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)熱更換，從而在運行中出現(xiàn)故障時能快速更換模塊插件；多臺模塊并用可實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外，還可在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)需要擴充容量。</p><p><b>　　1.2.5綠色化</b></p><p>　　

42、電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源::向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波

43、器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提

44、高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源?？偠灾?開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又</p><p><b>　　1.3交流電源分類</b></p><p>　　①鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器：利用飽和扼流圈和相應(yīng)的電容器組合后具有恒壓伏安特性而制成的交流穩(wěn)壓裝置。磁飽和式是這種穩(wěn)壓器的早期典型結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡單,制造方便，輸入電壓允許變化范

45、圍寬，工作可靠,過載能力較強。但波形失真較大，穩(wěn)定度不高。近年發(fā)展起來的穩(wěn)壓變壓器，也是借助電磁元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓作用的電源裝置。它和磁飽和式穩(wěn)壓器的區(qū)別在于磁路結(jié)構(gòu)形式的不同，而基本工作原理則相同。它在一個鐵心上同時實現(xiàn)穩(wěn)壓和變壓雙重作用，所以優(yōu)于普通電源變壓器和磁飽和穩(wěn)壓器。 </p><p>　　②磁放大器式交流穩(wěn)壓器：將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)起來，利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓的裝置。其

46、電路形式可以是線性放大，也可以是脈寬調(diào)制等。這類穩(wěn)壓器帶有反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)，所以穩(wěn)定度高，輸出波形好。但因采用慣性較大的磁放大器，故恢復(fù)時間較長。又因采用自耦方式，所以抗干擾能力較差。 </p><p>　?、刍瑒邮浇涣鞣€(wěn)壓器：用改變變壓器滑動接點位置，使輸出電壓獲得穩(wěn)定的裝置，即是用伺服電機驅(qū)動的自動調(diào)壓式交流穩(wěn)壓器。這類穩(wěn)壓器效率高，輸出電壓波形好，對負(fù)載性質(zhì)無特殊要求。但穩(wěn)定度較低，恢復(fù)時間較長。 <

47、;/p><p>　?、芨袘?yīng)式交流穩(wěn)壓器：靠改變變壓器次級電壓相對于初級電壓的相位差，使輸出交流電壓獲得穩(wěn)定的裝置。它在結(jié)構(gòu)上類似線繞式異步電動機，而原理上又類似感應(yīng)調(diào)壓器。它的穩(wěn)壓范圍寬，輸出電壓波形好，功率可做到數(shù)百千瓦。但由于轉(zhuǎn)子經(jīng)常處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，故功耗較大，效率低。另因銅、鐵用料多，故較少生產(chǎn)。 </p><p>　?、菥чl管交流穩(wěn)壓器：用晶閘管作功率調(diào)整元件的交流穩(wěn)壓器。它具有穩(wěn)定度高

48、、反應(yīng)快、無噪聲等優(yōu)點。但因?qū)κ须姴ㄐ斡袚p害，對通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。 </p><p>　　隨著電源技術(shù)的發(fā)展,80年代又出現(xiàn)了下列3種新型交流穩(wěn)壓電源：</p><p>　?、傺a償式交流穩(wěn)壓器：又稱部分調(diào)整式穩(wěn)壓器。利用補償變壓器的附加電壓串接在電源和負(fù)載之間,隨著輸入電壓的高低,用斷續(xù)式的交流開關(guān)（接觸器或晶閘管）或用連續(xù)式的伺服電動機來改變附加電壓的大小或極性，把輸入電壓高出

49、部分(或不足部分)減去(或加上)，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。補償變壓器容量僅為輸出功率的1/7左右,具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的優(yōu)點，但穩(wěn)定度不高。</p><p>　?、跀?shù)控式交流穩(wěn)壓器和步進式穩(wěn)壓器：由邏輯元件或微處理機構(gòu)成控制電路，按輸入電壓高低轉(zhuǎn)換變壓器初級匝數(shù)，使輸出電壓獲得穩(wěn)定。</p><p>　?、蹆艋浇涣鞣€(wěn)壓器：由于具有良好的隔離作用，能消除來自電網(wǎng)的尖峰干擾而得到應(yīng)用。</

50、p><p>　　2 穩(wěn)壓電源總體設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1 設(shè)計概述</b></p><p>　　目前對直流小功率恒流方法的研究較多,而對交流恒流方法的研究較少。交流穩(wěn)流主要采用如下方法:(1)用具有反饋系統(tǒng)的可控硅調(diào)相電路來實現(xiàn)穩(wěn)流,但因為是調(diào)整截止角,將使正弦波嚴(yán)重畸變。(2)采用反饋系統(tǒng)控制伺服電機,調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器組成的

51、電路來實現(xiàn)穩(wěn)流,但由于電機和傳動系統(tǒng)的機械慣性調(diào)整速度較慢且易產(chǎn)生振蕩,難于實現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。(3)以鐵磁元件為調(diào)整元件(磁放大器)的穩(wěn)流線路,它的不足之處是:因為磁慣性大響應(yīng)時間較長;磁系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變;系統(tǒng)的功率因數(shù)低</p><p><b>　　2.2 研究內(nèi)容</b></p><p>　　課題應(yīng)能設(shè)計出一種以電子開關(guān)為執(zhí)行機構(gòu)來控制多組變壓器疊加的主回

52、路補償工作方式并和可控硅無級調(diào)節(jié)補償繞組串聯(lián)的一種最新穎的交流穩(wěn)壓電源，它具有穩(wěn)壓精度高、效率高、響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強、電源波形失真小、無機械傳動裝置和碳刷磨損、免維護、工作可靠、噪音低、抗干擾能力強、并具有延時、過壓、欠壓保護功能。</p><p><b>　　2.3 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　輸入穩(wěn)壓范圍：單相187V－253V</p>

53、<p>　　頻率　　　　　50Hz±2Hz</p><p>　　輸出電壓　　　220V±1%</p><p>　　源電壓效應(yīng)　　 ≤±1%</p><p>　　負(fù)載效應(yīng)　　　≤±1%</p><p>　　波形失真　　　 ≤5%（附加）</p><p&g

54、t;　　輸出功率 5kw</p><p>　　效率　　　　 ≥90%（滿載）</p><p>　　欠過壓保護　 Vo≤186V或Vo≥254V</p><p>　　2.4 交流穩(wěn)壓電源的總體方案設(shè)計</p><p>　　2.4.1 單相交流穩(wěn)壓電源的基本原理</p><p>　　圖2.1為補償式交流穩(wěn)壓器

55、電路原理結(jié)構(gòu)框圖。圖中，由補償變壓器等組成補償單元，用雙向可控硅作開關(guān)器件組成無觸點可控調(diào)節(jié)單元，控制電路由A/D轉(zhuǎn)換(采樣)、單片機控制器、報警指示單元及保護單元組成。 當(dāng)輸入電壓Ui波動或負(fù)載電流變化時，通過采樣變壓器獲取反饋電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機與基準(zhǔn)值進行比較，由微機程序軟件進行判斷處理，輸出控制指令。在電壓過零同步脈沖的作用下，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通，切換對應(yīng)的補償變壓器的組合繞組，改變補償電壓的值，從而快速地達(dá)到穩(wěn)定輸出

56、電壓Uo的目的。</p><p>　　圖2.1補償式交流穩(wěn)壓器原理框圖</p><p>　　當(dāng)Ui<Uon，時(Uon為額定電壓220V )，Ui提供正補償;當(dāng)Ui>Uon時，Ui提供負(fù)補償: 當(dāng)Ui=Uon時,Ui不提供補償電壓。</p><p>　　所以，一旦電網(wǎng)輸入電壓Ui偏離額定電壓Uon時，單片機控制單元便調(diào)節(jié)雙向可控硅的開關(guān)狀態(tài)，來控制補償變

57、壓器TRi (i=1,2,3,4)的Ui的補償方式。</p><p>　　2.4.2 交流調(diào)整電路</p><p><b>　　補償變壓器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求來選擇補償變壓器的臺數(shù)，本文選擇4臺。圖2.2給出了交流調(diào)整電路中的交流調(diào)整電路。圖中，TR1 , TR2, TR3，TR4是四個獨立的補

58、償變壓器，其初級繞組上輸入電壓為Uon( 220V )，其次級繞組上的補償電壓可以根據(jù)穩(wěn)壓精度的需要，設(shè)計為2.2V, 4.4V, 8.8V，17.6。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全部投入時，可以獲得最大正負(fù)補償電壓為33V。當(dāng)Us最小值為2.2V時，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于1%。</p><p>　　根據(jù)補償變壓器的一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓，結(jié)合整個電源的輸出功率，就可確定各個補償變壓器的功率。本文輸出功率為5KW，則所有的補

59、償變壓器輸出功率都選為略大于5KW，可以選擇6KW。</p><p>　　(1)補償變壓器TR1:</p><p>　　其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為2.2V;則其輸出功率為:</p><p>　　Pb1=(2.2v/220v)*6kW=60W</p><p>　　(2)補償變壓器TR2: </p><p>　　

60、其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為4.4V;則其輸出功率為:</p><p>　　Pb2=(4.4v/220v)*6kW=120W</p><p>　　(3)補償變壓器TR3: </p><p>　　其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為8.8V;則其輸出功率為:</p><p>　　Pb3=(8.8v/220v)*6kVA=240VA<

61、;/p><p>　　圖2.2 交流調(diào)整電路</p><p>　　(4)補償變壓器TR4: </p><p>　　其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為17.6V;則其輸出功率為:</p><p>　　Pb3=(17.6v/220v)*6kw=480W</p><p>　　因此，四臺補償變壓器的輸出功率依次為:60W,120W

62、,240W，480W。</p><p>　　2.4.3 雙向可控制硅的選用</p><p>　　交流調(diào)整電路中，所用開關(guān)器件的數(shù)目與補償變壓器的數(shù)目有關(guān)。</p><p>　　其規(guī)律是: 開關(guān)器件的數(shù)目=補償變壓器的臺數(shù)*2+2</p><p>　　其中后面的+2，即公用橋臂上的兩只開關(guān)器樣，它與補償變壓器的臺數(shù)無關(guān)。如圖2.3所示，只需要

63、10個雙向可控硅。S1和S2 ，S3和S4，S5和S6，S7和S8，分別為四臺補償變壓器初級繞組端的控制開關(guān)，S9和S10則是作為公共橋臂進行工作。整個交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，因為接入補償變壓器的不同,流經(jīng)每組可控硅的最大電流隨之不同。具體情況如下:Po=Uo*Io Io=Po/Uo=5KW/220V（次級）， I1=Io*2.2/220（初級），如圖2.3：</p><p>　　圖2.3 初級繞組端的控制電

64、路</p><p>　　(1) S1和S2:</p><p>　　只接入補償變壓器TR1，其補償電壓為2.2V，則</p><p>　　Imax=(2.2V/220V)*(5kVA/220V)=0.227A</p><p>　　(2) S3和S4:</p><p>　　只接入補償變壓器TR2，其補償電壓為4.4V，則&

65、lt;/p><p>　　Imax=(4.4V/220V)*(5kVA/220V)==0.454A</p><p>　　(3) S5和S6:</p><p>　　只接入補償變壓器TR3，其補償電壓為8.8V，則</p><p>　　Imax=(8.8V/220V)*(5kVA/220V)=0.908A</p><p><

66、;b>　　(4) S7和S8</b></p><p>　　只接入補償變壓器TR4，其補償電壓為17.6V，則</p><p>　　Imax=(17.6V/220V)*(5kVA/220V)=1.816A</p><p>　　(5) S9和S10</p><p>　　接入補償變壓器TR1，TR2，TR3，TR4，其補償電壓為3

67、3V，則</p><p>　　Imax=(33V/220V)*(5kVA/220V)=3.409A</p><p>　　四組可控硅的接入電壓都是220V 。</p><p>　　按照器件參數(shù)的選擇規(guī)律,耐壓值一般為工作值的4倍左右,電流值一般為工作值的3-4倍，那么，四組可控硅的選用如下:</p><p>　　(1) S1和S2,S3和S4

68、 ,S5和S6，S7和S8，S9和S10全部選用耐壓1000V、電流16A的器件。</p><p>　　(2) RC主要用于吸收尖峰脈沖，在選擇時可取RC<T/100=0.2ms，R可以選擇參數(shù)20，C可以選擇10uf。</p><p>　　2.4.4 雙向可控硅導(dǎo)通模式與對應(yīng)的補償電壓</p><p>　　每組里的兩個雙向可控硅，任何時間，都必須有一個處

69、于導(dǎo)通狀態(tài)。規(guī)定值時晶閘管作為開關(guān)將補償變壓器初級回路接通，即改變通斷狀態(tài)來調(diào)節(jié)補償電壓Ub1，以保持輸出電壓Uo在設(shè)定范圍內(nèi)。在晶閘管導(dǎo)通時，流過補償變壓器一次線圈W1的勵磁電流Io產(chǎn)生勵磁磁勢IoW1，并在二次線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢作為補償電壓。晶閘管關(guān)斷時，補償變壓器無勵磁磁勢，因而補償電壓為零。</p><p>　　當(dāng)穩(wěn)壓器有負(fù)載時，IL不等于0，該負(fù)載電流在補償變壓器上產(chǎn)生負(fù)載磁勢ILW2在晶閘管導(dǎo)通時，

70、補償變壓器一次邊電流為I1，一次邊磁勢為I1W1。由磁勢平衡方程，得I1W1+I2W2=IoW1。</p><p>　　本文通過采取在每臺補償變壓器的一次側(cè)加裝電阻R和電容C的方法，圖2.4中的R1,R2，R3，R4，C1,C2, C3，C4較好地解決了這個問題。R可以選擇參數(shù)20，C可以選擇10uf。</p><p>　　在主電路中，每一級補償電路中，必須得保持同一組中兩個可控硅有一個處

71、于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)需要提供正向補償電壓時，四個補償變壓器有15種組合;見表一</p><p><b>　　圖2.4 補償電路</b></p><p>　　2.4.5 雙向可控硅短路報警</p><p>　　為應(yīng)對雙向可控硅短路的情況，本文專門進行了報警電路的設(shè)計，如圖2.5所示。圖中，四組可控硅分別接入保險絲F1, F2, F3和F4 以第一組可

72、控硅S1和S2為例，正常工作時，F(xiàn)l兩端電壓為零，繼電器Jl不吸合，電路不報警。當(dāng)出現(xiàn)可控硅短路時，F(xiàn)1熔斷，真兩端電壓不為零，J1吸合，電路報警，蜂鳴器開始呼叫。五組可控硅，只要有一組出現(xiàn)短路故障，電路就開始報警。</p><p>　　圖2.5可控硅短路報警電路圖</p><p>　　表一 補償電壓的多種補償狀態(tài)</p><p>　　3 穩(wěn)壓電源硬件系統(tǒng)設(shè)計&l

73、t;/p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)的整體框架</p><p>　　3.1.1 主回路</p><p>　　主回路電路，如圖3.1所示。根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求，本文選擇四臺補償變壓器TR1 ，TR2 ，TR3，TR4。圖中，是四個獨立的補償變壓器，其次級繞組上的補償電壓Ubi可以設(shè)計為2.2V，4.4V，8.8V，17.6V，。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全

74、部投入時，可以獲得最大正負(fù)補償電壓為33V。當(dāng)Us最小值為2.2V時，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于1%。S1-S10為雙向可控硅，它與補償變壓器TR1 , TR1 , TR3, TR4組成“多全橋電路”形式圖中S9和S10為公用橋臂，它分別與S1和S2 , S3和S4 , S5和S6, S7和S8組成三個全橋電路。</p><p><b>　　圖 3.1 主回路</b></p><p&

75、gt;　　3.1.2 控制電路</p><p>　　該穩(wěn)壓器控制電路的硬件組成與工作原理見圖3.2，它由8051單片機系統(tǒng)、外擴檢測、驅(qū)動等接口電路構(gòu)成。 輸入幾電壓變化經(jīng)AC/DC變換電路，轉(zhuǎn)換成0-5V的直流信號，后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入8051單片機，由CPU檢測穩(wěn)壓電源輸入值。雙向可控硅由光隔離/光禍合過零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動器MOC3061驅(qū)動。</p><p>　　圖

76、3.2 控制電路原理</p><p>　　3.2 雙向可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　3.2.1 MOC3061</p><p>　　電壓過零型光電耦合器，是由一只砷化稼紅外發(fā)光二極管和帶有集成化過零檢測電路的硅光檢測器組成，它們被一種能透射紅外線的耐高壓介質(zhì)隔離并共同封閉在一個芯片中。典型的此類器件如美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOC3041-3081系

77、列芯片。由于采用了可靠的封閉形式且芯片內(nèi)部的介質(zhì)能在邏輯控制電路和負(fù)載電路之間提供高達(dá)數(shù)千伏的隔離沖擊電壓，因而使這類器件具有體積小，壽命長、抗電磁干擾和機械振動能力強以及輸入輸出完全隔離等優(yōu)點。</p><p>　　MOC3061光電耦合器的額定電壓是600v，最大重復(fù)浪涌電流為1A，最大電壓上升率du/dt為1000V/us以上，一般可達(dá)到2000V/us，輸入輸出隔離電壓大于7500V,輸入控制電流為15m

78、A。</p><p>　　3.2.2 觸發(fā)電路</p><p>　　雙向可控硅的觸發(fā)電路，如圖3.3所示：</p><p>　　當(dāng)雙向可控硅Si的控制信號P1.0輸出低電平時，MOC3061的輸入端就有約為5-15mA的電流輸入，在MOC3061的輸出端6腳和4腳之間的電壓稍過零時，內(nèi)部的雙向晶閘管就導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶問管Si導(dǎo)通。當(dāng)P1.0輸出為高電平時，雙向

79、晶管S，關(guān)斷。MOC3061在輸出關(guān)斷的狀態(tài)下，也會有小于或等于500A的電流，在觸發(fā)電路中，接入電阻R3可以消除這個電流對外部晶閘管的影響。電阻R1是MOC3061的限流電阻，用于限制流經(jīng)MOC3061輸出端的電流最大值不超過1A。MOC3601的過零檢測的電壓值為20V，但是限流電阻不能只取20歐。因為在電感性負(fù)載系統(tǒng)中，R1的值需要增大。一般情況下，R1的取值在27-330。之間。本文電路中，取為47。需要注意的是，R1在取值較大

80、時，會對最小觸發(fā)電壓產(chǎn)生影響。這是因為，MOC3061的最小觸發(fā)電壓的計算公式為:</p><p>　　其中:IR3—流經(jīng)R3的電流;</p><p>　　IGT—晶閘管KS的門極觸發(fā)電流;</p><p>　　UGT—晶閘管KS的門極觸發(fā)電壓:</p><p>　　UTM—MOC3061輸出晶閘管的導(dǎo)通壓降，一般取為3V。與雙向晶閘管S1并

81、聯(lián)的RC回路，就是用于降低雙向晶閘管所受的沖擊電壓，從而保護S1及MOC3061。</p><p>　　圖3.3 雙向可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　在可控硅的觸發(fā)電路中，必須對加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt應(yīng)有所限制。晶閘管有一個重要特性參數(shù)—斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt。它表明晶閘管在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最低電壓上升率。若電壓上升率過大，超過了

82、晶閘管的電壓上升率的值，則會在無門極信號的情況下開通。即使此時加于晶閘管的正向電壓低于其陽極峰值電壓，也可能發(fā)生這種情況。因為晶閘管可以看作是由三個PN結(jié)組成。</p><p>　　在晶閘管處于阻斷狀態(tài)下，因各層相距很近，其J2結(jié)結(jié)面相當(dāng)于一個電容Co。當(dāng)晶閘管陽極電壓變化時，便會有充電電流流過電容Co，并通過J3結(jié)，這個電流起了門極觸發(fā)電流作用。如果晶閘管在關(guān)斷時，陽極電壓上升速度太快，則C。的充電電流越大，就

83、有可能造成門極在沒有觸發(fā)信號的情況下，晶閘管誤導(dǎo)通現(xiàn)象，即常說的硬開通，這是不允許的。因此，對加到晶閘管上的陽極電壓上升率應(yīng)有一定的限制。</p><p>　　為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運行，需在晶閘管兩端并聯(lián)RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，利用電容兩端電壓不能突變的特性來限制電壓上升率。因為電路總是存在電感的(變壓器漏感或負(fù)載電感)，所以對電容C串聯(lián)電阻R可起阻尼作用，它可以防止R, L, C電路在過渡過程中

84、，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過電壓損壞晶閘管。同時，避免電容器通過晶閘管放電電流過大，造成過電流而損壞晶閘管。與雙向晶閘管S}并聯(lián)的RC回路，就是用于降低雙向晶閘管所受的沖擊電壓，從而保護S，及MOC3061。</p><p>　　同時，也必須對晶閘管上的電流上升率di/dt進行抑制。因為，晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1 mm/ }s的擴展速度將電流擴展到整個陰

85、極面。若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率，使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。</p><p>　　由于上述可控硅觸發(fā)電路，能夠依靠光電禍合器自動實現(xiàn)了觸發(fā)電路與系統(tǒng)電壓的同步:同時，它以集成芯片替代了由分立元件組成的功放、驅(qū)動以及脈沖變壓器等環(huán)節(jié)，并在控制電路與主電路間實現(xiàn)了完全的光電隔離，因而具有結(jié)構(gòu)簡捷、可靠性高和價格低廉的特點。&

86、lt;/p><p><b>　　3.3 保護電路</b></p><p>　　3.3.1 保護電路原理</p><p>　　保護電路原理，如圖3.4所示。圖中，IC1是過壓保護比較放大電路，IC2是久壓比較放大電路，T與HA, J, LED是共用的驅(qū)動執(zhí)行電路。交流輸入電壓在額定范圍之內(nèi)時，T不動作。</p><p>　

87、　當(dāng)輸入電壓高于過壓保護設(shè)定值時，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，它接至IC1的同相輸入端與接在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓進行比較放大后，IC1輸出為正電平，使T導(dǎo)通，J吸合，其動斷觸頭斷開而切斷輸出。一旦輸出電壓低于過壓保護設(shè)定值時，取樣電莊低于基準(zhǔn)電壓，IC1輸出為零電平，T截止，J釋放，其動斷觸頭復(fù)原，從而使電源恢復(fù)正常的輸出。</p><p>　　輸入電壓UI經(jīng)變壓器TC的N22繞組，D1-D4整流，由電位器RP1設(shè)定輸

88、入電壓的上限值，對應(yīng)的電平送至比較器IC1的同相端;由R5,R6給IC1的反相端設(shè)定基準(zhǔn)電壓。當(dāng)輸入電壓UI經(jīng)RP1形成的反饋電壓高于基準(zhǔn)電壓時，IC1輸出正電壓擴晶體管T導(dǎo)通，繼電器J吸合，斷開輸出電路。這時，二極管LED(紅色)發(fā)光報警，同時，蜂鳴器HA發(fā)出聲音。這時輸出電壓為零，從而防止用電設(shè)備因過壓而攝壞。</p><p>　　由R7與Dz構(gòu)成的二次穩(wěn)壓電路，作為基準(zhǔn)電源。Dz選用DW231，它是帶盤度補

89、償型的精密穩(wěn)壓二極管，主要技術(shù)參數(shù)為*動態(tài)電阻Rz<l0,電壓溫度系數(shù)Ctv< 5*1000000/℃，穩(wěn)定電壓值Uz =6V，最大穩(wěn)定電流Izm=O.03A,穩(wěn)定工作電流Iw=O.O1A。欠壓保護電路的工作原理與過壓保護相同，只是取樣電壓接至IC2的反相輸入端，基準(zhǔn)電壓接至同相輸入端，以達(dá)到輸出電壓低于欠壓保護設(shè)定值時，使IC2輸出為正電平，使T導(dǎo)通，J吸合，切斷輸出電壓，從而達(dá)到欠壓保護的目的。</p>&

90、lt;p>　　過,欠壓保護電路的比較放大器分別由LM324中的單個運放構(gòu)成。控制用繼電器J用JTX型，線圈工作電壓12V，線圈電阻150，觸頭負(fù)載3*5A,本文將三組觸頭并聯(lián)使用。T選擇3D325,二極管D為T的保護二極管，選用ZCK型小功率開關(guān)二極管，其反何擊穿電壓大于2倍工作電壓。</p><p><b>　　圖3.4 保護電路</b></p><p>　　

91、3.4 輔助直流穩(wěn)壓電源設(shè)計</p><p>　　3.4.1 +5V直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　圖3.5所示電路為+5伏輸出的直流穩(wěn)壓電源，從圖可見，穩(wěn)壓電源由整流變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓器等環(huán)節(jié)組成。</p><p>　　3.4.2 +12直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　一般應(yīng)用線性集成運算放大器的場合都需要使用

92、12伏雙路直流穩(wěn)壓電源。圖3.5是采用集成穩(wěn)壓器7812的12伏穩(wěn)壓電源。由于12V，5V電源的功耗都很小，可以考慮采用串聯(lián)的形式，即12V電源的輸出作為5V電源的輸入。這樣對變壓器的要求較小，可以與采樣變壓器合二為一！</p><p>　　圖3.5 直流穩(wěn)壓電源電路 </p><p>　　4 單片機系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)控制功能需要整個軟件可分為啟動

93、程序，初始化程序，中斷程序和主程序幾部分。</p><p>　　4.1 主程流程圖</p><p>　　啟動程序在合適的條件下進入主程序，所以主程序的開始就是啟動程序的接續(xù)，另外，主程序中增加了一部分關(guān)干CTC0的操作，這就是在初始化程序中提到的利用CTC0定時中斷進行抗干擾的具體實現(xiàn)。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p

94、>　　兩段時間延時的作用是:Td為觸發(fā)延時，可防止雙向晶閘管在切換過程中已通管未截止而待通管提前導(dǎo)通所造成的環(huán)流現(xiàn)象。本指令的存在，使得在切換過程中，對待觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)脈沖進行暫時封鎖，封鎖時間就是Td。 Tg的設(shè)置，確定了切換的最小時間間隔，解決了頻繁切換所造成的輸出電壓變化可能過于劇烈的問題。這樣雖然延長了調(diào)整時間，但可使輸出電壓變化更加平緩，有利于用電設(shè)備的安全。</p><p>　　4.2 采樣

95、子程序流程圖</p><p>　　其流程圖如圖4.2所示，子程序清單如下:</p><p>　　圖4.2 采樣子程序流程圖</p><p>　　SAMP:MOV Ro，#2CH;采樣值始址送Ro</p><p>　　MOV R2,#03H; 采樣次數(shù)初值送R2</p><p>　　MOV DPTR,#03

96、F8H</p><p>　　SAMP:MOV DPTR, A; 啟動ADC0809工作</p><p>　　MOV R3，#20H;</p><p>　　DLY: DJNZ R3，DLY;延時</p><p>　　HERE:JB P3.3，HERE;等待AD完成</p><p>　　MO

97、VX A, @DPTR;采樣值送A</p><p>　　MOV @Ro, A;存放采樣值</p><p>　　INC Ro</p><p>　　DJNZ R2，SAM 1;若采樣未完，則SAM1</p><p>　　RET ;若已采樣完，則返回</p><p>　　4.3 數(shù)字

98、濾波程序流程圖</p><p>　　用于濾除來自控制現(xiàn)場對采樣值的干擾。數(shù)字濾波程序的算法頗多，中值濾波法是其中一種。它是由涂基于1971年發(fā)明的一種非線性處理方法。由于它在實際運算過程中，使用起來比較方便，因而得到非常廣泛的應(yīng)用[2l]。本文采用了中值濾波法。中值濾波法原理很簡單，只需對ZCH、ZDH和ZEH中的三次采樣值進行比較，取中間值存放到ZAH單元內(nèi)，以作為數(shù)據(jù)比較處理時使用。</p>&

99、lt;p>　　圖4.3為中值濾波程序框圖：</p><p>　　圖 4.3 數(shù)字濾波流程圖</p><p>　　4.4 電壓采樣電路</p><p>　　4.4.1 ADC0809的特性</p><p>　　選用不同分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器將直接影響對模擬量的近似程度，進而影響測量值的準(zhǔn)確性。理論上應(yīng)選用高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，因為分辨

100、率越高，可能產(chǎn)生的量化誤差越小。</p><p>　　對A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的另一點考慮，是因為本文采用的微處理機是8位的，采用8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器，其接口電路最簡單。因為絕大部分A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出都具TTL電平，而且數(shù)據(jù)輸出寄存器具有可控三態(tài)輸出功能，可以直接掛在數(shù)據(jù)總線上。如果采用8位以上的轉(zhuǎn)換器，就要加緩沖器接口，數(shù)據(jù)要分兩次讀出。</p><p>　　所以，在實際設(shè)計中，考慮到系

101、統(tǒng)的性能要求應(yīng)該選用8位分辨率以上的A/D轉(zhuǎn)換器。最后選用了8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度高于系統(tǒng)的總體精度。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，如圖4.4所示。其主要原理為:將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號Uin與一個推測信號Ui相比較，根據(jù)推測信號大于還是小于輸入信號來決定增大還是減小該推測信號，以便向模擬輸入信號逼近。推測信號由D/A轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當(dāng)推測信號與模擬信號相等時，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字就是對應(yīng)模擬

102、輸入量的數(shù)字量。其推測值的算法如下:使二進制計數(shù)器中(輸出鎖存器)的每一位從最高位起依次置l每接一位時，都要進行測試。若模擬輸入信號Uin小于推測信號Ui，則比較器輸出為零，并使該位清零;若模擬輸入信號Uin大于推測信號Ui，比較器輸出為1，并使該位保持為19無論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時，D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)模擬輸入信號的數(shù)字量。將此數(shù)字量輸出，就完成了入。轉(zhuǎn)換過程。</p><p

103、>　　圖 4.4 A/D轉(zhuǎn)換器電路原理圖</p><p>　　4.4.2 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能</p><p>　　片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路0-5V的輸入模擬電壓信號分時進儲換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、控制與時序電路等。輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機數(shù)據(jù)

104、總線上。</p><p><b>　　①主要指標(biāo)</b></p><p><b>　　分辨率為8位;</b></p><p>　　最大不可調(diào)誤差小于士1LSB;</p><p>　　單- +5V供電，模擬輸入范圍為0-5V;</p><p>　　具有鎖存控制的8路模擬形狀:&

105、lt;/p><p>　　可鎖存三態(tài)輸出，輸出與，TTL兼容;</p><p><b>　　功耗為15mw;</b></p><p>　　不必進行零點和滿度調(diào)整;</p><p>　　轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍:10-1280kHz，當(dāng)CLK =5OOkHz時，轉(zhuǎn)換速度為128us。</p>&l

106、t;p>　　圖4.5 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?、谝_</b></p><p>　　ADC0809采用DIP雙列直插式封裝，共有28個引腳。</p><p>　　1) IN0-IN7(8條)</p><p>　　用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。</p><p>　　2)

107、地址輸入和控制((4條)</p><p>　　ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE為高電平時，ADDA,ADDB和ADDC三條地址線上的地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼后控制八路模擬開關(guān)工作。ADDA, ADDB和ADDC:地址輸入線，用于選擇IN0-IN7,加哪一路模擬電壓送給比較器進行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3)數(shù)字量輸出及控制線(11條)START:“啟動輸入脈沖”輸入

108、線，該線上正脈沖由CPET送來，寬度應(yīng)大于00ns，上升沿清零SAR，下降沿啟動ADC工作。</p><p>　　EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示A心轉(zhuǎn)換己結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三寄輸出批存器”。</p><p>　　4)電源線及其它(5條)</p><p>　　CLK:時鐘輸入線，用于為ADC0809提供逐次比較所需的64OKHz時鐘脈沖序列。</p&

109、gt;<p>　　VCC: +5V電源輸入線。</p><p>　　GND:地線。REF(十)和REF(-):參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。一般REF(+)與Vcc連接，REF(-)接地。</p><p>　　(3) ADC0809與單片機的接口設(shè)計</p><p>　　本文采用的硬件接口是查詢方式，如圖4.6所示。</p>