单片微机控制的全自动交流稳压电源

单片微机控制的全自动交流稳压电源 华中理工大学 (430074)　王伟　陈育新　朱六妹 【摘要】介绍了一种单片微机控制的高性能稳压电源的硬件及软件编程原理。该电源与传统的 模拟控制方法相比, 具有稳压范围宽、精度高、节能及噪音低等特点, 是一种理想的家用电器保 护设备, 有着广泛的应用前景。 关键词　单片微机　全自动　交流稳压 　　 　　随着大容量家用电器逐渐进入千家万户, 对电 力的需求与日俱增。由于我国电力供应在某些地区 仍然十分紧张, 使得电网端电压在用电高峰时急剧 下降。过低的电压将导致家用电器的不正常运转, 直 接影响其寿命和使用效果。 目前市上出售的交流稳压电源仍以模拟控制方 式为主, 在结构上大多采用自耦调压变压器和改变 主变压器原副边匝数的方法, 不仅体积庞大、生产成 本高, 而且效率低、反映速度慢、稳压范围窄。本文介 绍了一种采用单片微机构成的全自动交流稳压器, 克服了上述缺点, 是一种具有高稳定性能的通用型 交流稳压电源。 主电路工作原理 　　主电路如图 1 所示。其结构特点是: 变压器B 2 的次级电压U 2 与输入电压U 0 相串联, 起着调节电 压的作用。因此其容量仅为其他类型的 1ö3, 即使加 上B 1 的容量也要比其他类型的交流稳压器小 1ö3, 因而具有重量轻、体积小的特点。变压器B 1 的次级 有 12 个抽头连接着 12 只双向可控硅 (BCR 1～ BCR 12)。双向可控硅的导通与否由单片微机的控制 图 1　交流稳压电源主电路 系统 决定 郑伟家庭教育讲座全集个人独资股东决定成立安全领导小组关于成立临时党支部关于注销分公司决定 , 每次只有一个可控硅导通。当BCR 1～ BCR 8 导通时,U 2 与U 0 同相, 输出为升压。当BCR 9 ～BCR 12 中任意一个导通时,U 2 与U 0 反相, 输出为 降压。因此当输入电压波动或者因负载变化导致电 网端电压下降时, BCR 1～BCR 12 中任意一只可控 硅会自动导通, 直至负载两端电压保持在 220V 左 右。当输入电压为 220V 时, BCR 13 导通, BCR 1～ BCR 12 关断, 输入电压直接作用在负载两端。 并联在B 2 初级和次级两端的电阻和电容是为 了释放在可控硅切换过程中的反向电势, 防止可控 硅的误导通。串联在负载回路的继电器触点是为了 保证系统在启动正常后, 才将负载接入电网, 保证了 设备的安全使用。 可控硅的触发电路 　　为了提高整机的可靠性, 采用专用的双向可控 硅驱动器 (M OC3021) , 使控制线路与主电路作到了 完全的电器隔离。M OC3021 为美国M O TOROLA 公司生产的专用芯片, 其电路原理见图 2a。 图 2　MOC3021 及实用电路 对于电阻性负载采用图 2b 所示的应用电路。其 中R 1 为限流电阻, 选择时应考虑二极管部分的工作 电流, 一般为 10～ 20mA。输出级串联的电阻 R 2 由 下式决定: R 2 = V otöIm 式中: V ot——双向可控硅的断态峰值电压; ·6· 《新技术新工艺》2000 年　第 1 期 　　 Im ——驱动器输出部分承受的浪涌电流 (M OC3021 为 1A )。 对于电感性负载用图 2c 所示的电路。由R 2, R 3 及 C 1 和 C 2, R 4 组成的缓冲电路, 以抑制输出级的 d vöd t。在图 1 所示的主电路中, 双向可控硅的负载 为变压器B 2 的初级, 故选用电感性负载的驱动电 路, 其中R C 的参数通常由实验确定。 单片微机控制系统的硬件 　　系统硬件如图 3 所示。电路主要由 3 部分组成, 即指令输入、单片机最小系统和前向通道。其作用如 下: 指令输入由操作开关组成, 分别控制着系统的工 作方式及启动、停止和故障处理。单片机系统扩展了 1 片 8255 芯片, 其输出经反向器后控制着 13 个可 控硅的导通和截止。前向通道由整流、光电隔离器和 滤波电路组成, 将输入电网电压转化为 0～ 5V 的直 流电压, 进入A öD 转换芯片 0809 的 0 通道。控制程 序则根据采集的电压大小控制着 13 只可控硅中某 1 个通道, 从而完成全自动的稳压过程。 图 3　单片微机控制系统硬件硬件框图 系统软件设计思想 　　1. 划分稳压区域 根据 13 只可控硅的对应位置, 分配了 13 个稳 压区间: BCR 1: 135～ 145V ; BCR 2: 145～ 155V ; BCR 3: 155～ 165V ; BCR 4: 165～ 175V ; BCR 5: 175～ 185V ; BCR 6: 185～ 195V ; BCR 7: 195～ 205V ; BCR 8: 205～ 215V ; BCR 13: 215～ 225V ; BCR 9: 225 ～ 235V ; BCR 10: 235～ 245V ; BCR 11: 245～ 255V ; BCR 12: 255～ 265V。例如, 当单片机根据采样电压 判断电网电压为 190V 时, 就发出接通BCR 6 的命 令。当电网电压为 220V 时, 则接通与B 2 次级相并 联的BCR 13, 并且使BCR 1～BCR 12 截止。此时调节 器B 2 被短接, 处于直通状态。计算机不断地对电网 电压进行采样, 并不断地发出控制命令, 从而完成全 自动的稳压过程。 此外, 计算机必须对低于 125V 和高于 265V 的 电网电压进行处理, 并尽可能地提高负载电压的稳 定程度。 2. 设置重叠区 为了尽可能地减少可控硅的开通次数, 对处于 区域临界线上的电压做了如下处理: 在交界线两侧 划出具有一定带宽的重叠区域 (如图 4)。当单片机 根据采样值确认电网电压处于该重叠区时, 发出控 制命令, 接通对应的可控硅, 并记录此时的可控硅的 序号。在下次采样时, 如果采样值仍处在该重叠区, 则根据上次采样后记录下来的可控硅序号, 继续使 该可控硅导通。这样, 虽然牺牲了一点精度, 但减少 了可控硅在交界处的频繁开通, 大大地提高了可靠 性和使用寿命。 图 4　重叠区域示意图 3. 可控硅换向环流 的消除 由于可控硅内部载 流子的运动, 其关断过程 需要一定的时间。当可控 硅进行切换时, 如果某一 个可控硅还未关断, 而另一个可控硅已经打开, 就会 在变压器B 1 的次级构成很大的环流, 导致可控硅的 损坏。为了防止此现象的发生, 在可控硅进行切换 时, 采用延时 5～ 10m s 的方法, 使切换中需要关断 的可控硅, 在撤去控制信号后能在这段固定的时间 内可靠地关断。然后再通另一个可控硅, 从而保证了 可控硅的安全使用。 实验及结论 　　对 3kVA 的交流稳压电源进行了试验。以 1 台 1. 5 匹空调和 2kW 白炽灯并联作为负载, 用调压器 改变输入电压测得的数据略。 其主要技术参数为: 稳压范围 130～ 270V ; 稳压 精度±2% ; 动态响应时间< 10m s; 波形失真度< 1%。 总之, 采用微机控制的全自动交流稳压电源, 不 仅具有稳压范围宽、精度高、波形几乎无失真等特 点, 而且还具有自检和过压及欠压处理功能。 参考文献 1. 刘定建. 实用可控硅电路集. 上海: 同济大学出版社, 1992 2. 李峻. 双向晶闸管驱动器的应用. 电力电子技术, 1992. 8 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑　黄进平　　 ·7·《新技术新工艺》2000 年　第 1 期