一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，包括主電路、控制電路、鍵盤、顯示器，主電路包括依次串接的整流濾波電路、Buck降壓電路和負(fù)載，控制電路包括單片機(jī)、控制模塊、電壓電流采樣模塊，鍵盤、顯示器分別與單片機(jī)相連，電壓電流采樣模塊的輸入端接在Buck降壓電路和負(fù)載之間，輸出端與單片機(jī)相連，控制模塊的輸入端與單片機(jī)相連，輸出端經(jīng)TGBT驅(qū)動模塊與Buck降壓電路相連。本實用新型通過對主電路輸出電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)計算后利用單片機(jī)給出控制電壓，調(diào)節(jié)TL494輸出占空比，控制后級Buck降壓電路的輸出電壓和電流，構(gòu)成反饋回路達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的，具有較高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率，效率較高。
【專利說明】
一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種極化電源裝置，特別涉及一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002 ]極化電源是電化學(xué)整流系統(tǒng)中的一個中大功率直流備用電源，主要為電解槽提供 幾十至幾百安培的直流電流，以便進(jìn)行槽電壓的檢測，或當(dāng)正常運(yùn)行的電解槽突然或計劃 停車時，為電解槽提供正向極化電流，保護(hù)電解槽防止被腐蝕。傳統(tǒng)的極化電源運(yùn)用相控整 流技術(shù)，由于設(shè)計要求時，選擇較大的余量，并且系統(tǒng)在運(yùn)行前期和運(yùn)行中后期，電解槽單 元電壓的變化，使得極化整流器常處于控制角較大的運(yùn)行狀態(tài)，諧波和無功問題非常突出， 使隔離變壓器發(fā)熱，能量損耗嚴(yán)重，且影響動力電源的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定的基于單片機(jī) 控制的極化電源裝置。
[0004] 本實用新型解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝置， 包括主電路、控制電路、鍵盤、顯示器，所述主電路包括依次串接的整流濾波電路、Buck降壓 電路和負(fù)載，所述控制電路包括單片機(jī)、控制模塊、電壓電流采樣模塊，所述鍵盤、顯示器分 別與單片機(jī)相連，所述電壓電流采樣模塊的輸入端接在Buck降壓電路和負(fù)載之間，電壓電 流采樣模塊的輸出端與單片機(jī)相連，控制模塊的輸入端與單片機(jī)相連，控制模塊的輸出端 經(jīng)TGBT驅(qū)動模塊與Buck降壓電路相連。
[0005] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置中，所述控制電路還包括過壓過流保護(hù)模 塊，過壓過流保護(hù)模塊的輸入端與電壓電流采樣模塊的輸出端相連，過壓過流保護(hù)模塊的 輸出端與控制模塊相連。
[0006] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置還包括輔助電源，輔助電源輸出端接在整流 濾波電路與Buck降壓電路之間。
[0007] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置還包括報警模塊，報警模塊與單片機(jī)相連。
[0008] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置還包括狀態(tài)檢測模塊，狀態(tài)檢測模塊的輸入 端與負(fù)載相連，狀態(tài)檢測模塊的輸出端與單片機(jī)相連。
[0009] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置還包括通訊模塊，通訊模塊與單片機(jī)相連， 單片機(jī)經(jīng)通訊模塊與上位機(jī)實現(xiàn)通訊。
[0010] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置中，所述單片機(jī)采用AT89C52。
[0011] 上述基于單片機(jī)控制的極化電源裝置中，所述控制模塊的主芯片采用TL494。
[0012]本實用新型的有益效果在于：
[0013] 1、本實用新型的控制電路包括單片機(jī)、控制模塊、電壓電流采樣模塊，控制模塊采 用TL494,通過對主電路輸出電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)計算后利用單片機(jī)給出控制電壓，調(diào)節(jié)TL494 輸出占空比，控制后級Buck降壓電路的輸出電壓和電流，構(gòu)成反饋回路達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目 的，具有較高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率，效率較高。
[0014] 2、本實用新型的控制電路還包括過壓過流保護(hù)模塊，能夠在過壓或過流情況下迅 速切斷主電路，響應(yīng)速度快，具有較高的安全性與可靠性。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0016] 圖2為圖1中主電路的電路圖。
[0017]圖3為圖1中控制模塊的電路圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0019] 如圖1所示，本實用新型包括輔助電源、主電路、控制電路、鍵盤、顯示器、報警模 塊、狀態(tài)檢測模塊和通訊模塊，所述主電路包括依次串接的整流濾波電路、Buck降壓電路和 負(fù)載，輔助電源輸出端接在整流濾波電路與Buck降壓電路之間。所述控制電路包括單片機(jī)、 控制模塊、電壓電流采樣模塊、過壓過流保護(hù)模塊，所述鍵盤、顯示器分別與單片機(jī)相連，所 述電壓電流采樣模塊的輸入端接在Buck降壓電路和負(fù)載之間，電壓電流采樣模塊的輸出端 與單片機(jī)相連，過壓過流保護(hù)模塊的輸入端與電壓電流采樣模塊的輸出端相連，過壓過流 保護(hù)模塊的輸出端與控制模塊相連，報警模塊與單片機(jī)相連，狀態(tài)檢測模塊的輸入端與負(fù) 載相連，狀態(tài)檢測模塊的輸出端與單片機(jī)相連，通訊模塊與單片機(jī)相連，單片機(jī)經(jīng)通訊模塊 與上位機(jī)實現(xiàn)通訊?？刂颇K的輸入端與單片機(jī)相連，控制模塊的輸出端經(jīng)TGBT驅(qū)動模塊 與Buck降壓電路相連。
[0020] 主電路的電路圖如2所示，主回路的設(shè)計思路是設(shè)計成降壓斬波電路，系統(tǒng)中采用 脈寬調(diào)制(PWM)工作方式，維持開關(guān)器件IGBT控制脈沖的周期T恒定，調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間T〇 n。令占 空比a = WT，則輸入輸出直流電壓關(guān)系為:UQ = a ? mn，只需改變開關(guān)管通斷占空比即可得 到所需輸出電壓。圖2中進(jìn)線為三相交流380V，進(jìn)線側(cè)有Y型連接的電容(C3-C5)，起濾波作 用，通常前端有熔斷器作為交流側(cè)過載保護(hù)（圖中未畫出），整流主電路采用三相全控橋式， 三相整流橋后為平波電容，使U D1近似為一穩(wěn)定直流源，后續(xù)電路為降壓斬波電路，由開關(guān)管 IGBT、電抗器L1，續(xù)流二極管VD2、防反電流保護(hù)二極管VD1，以及其他附件如直流傳感器、 IGBT開關(guān)保護(hù)電容組成。
[0021] 由于開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時有瞬間峰值電壓存在，考慮余量，整流模塊的平均 電流為400A，耐壓值為1600V，或單管模塊。由于極化電源仍相當(dāng)于一個電感性器件，考慮無 功消耗因素和直流電源的電壓穩(wěn)定性，平波電容C1、C2選取4700uF/450V的有極性電解電容 器，并采取多個電容串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。為了防止功率器件因瞬間的峰值電壓或電流過高而損壞， 并提高IGBT的使用壽命，增加尖峰吸收電容在很多場合是很有必要的，因此吸收電容C選用 的是薄膜電容〇.47UF±5%/1200VDC。如圖2*0^02需要有較快的恢復(fù)速度，兩種二極管選 用300A/1800V的型號。在開關(guān)頻率為5KHZ的前提下，考慮到極化電源對電流的穩(wěn)定性和紋 波系數(shù)要求較高，因此平波電抗器選取2mH/150A。
[0022]主電路的工作原理為：當(dāng)三相380V交流電通過整流和大電容平波后，得到輸出的 直流電壓UD和輸入的三相交流的關(guān)系為：
[0023] Uo = al X 380 Xa2= 1.35 X 380 X 1.1 = 564 (1)
[0024]其中W為三相交流整流的整流系數(shù)，取值為1.35;<!2為平波電容作用濾波后電壓的 上升系數(shù)，取值為1.1 ;Buck降壓斬波電路的特點(diǎn)是輸出電壓比整流后的電壓要低，工作過 程：當(dāng)IGBT開通，D2截止，電流經(jīng)開關(guān)IGBT、電抗器LjPDr流向負(fù)載電解槽，得U D = UD1; Uli = UD1-UD，IGBT截止，D2導(dǎo)通續(xù)流，UD2 = 0，Uli = _UD。設(shè)負(fù)載電壓不變，不計電阻。
[0025] ⑵
[0026] 不論IGBT導(dǎo)通或截止時電感U兩端電壓均為常數(shù)，所以，電感電流將按直線方程 規(guī)律變化，依據(jù)電路基本原理，在周期性穩(wěn)態(tài)電路中電感兩端的平均直流電壓為零?？傻茫?br>[0028]周期性穩(wěn)態(tài)電路中電感無直流電壓，既可得：
(3)
[0030]由于ton〈T，輸出平均電壓UD總小于UD1，所以稱之為降壓斬波器，通過控制ton來控 制輸出電壓的大小。由式（1)、（3)得出這種降壓模式的極化電源輸入三相交流和輸出直流 的關(guān)系為：
[0032]由式(4)可知，只要控制a即脈沖占空比在〇 % -90 %范圍調(diào)節(jié)時，輸出極化直流電 壓可在0V-507V范圍，考慮回路阻抗損耗和安全余量，實質(zhì)可調(diào)的極化直流電壓約在0-450V〇
[0033]控制電路的電路圖如圖3所示，控制電路采用脈寬調(diào)制(PWM)工作方式的降壓斬波 電路，由TL494產(chǎn)生基本PWM控制脈沖，脈沖寬度由PI調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)，以保證負(fù)載電壓跟隨 給定。TL494內(nèi)置5V基準(zhǔn)電壓參考源，5腳6腳外接電阻與電容，可產(chǎn)生對應(yīng)鋸齒波后送比較 器比較進(jìn)而產(chǎn)生一定周期的振蕩信號，振蕩器頻率為匕 3。=1/辦&。4腳為死區(qū)時間控制端， 13腳為輸出方式控制端。芯片內(nèi)部包含兩個相同的誤差放大器，輸出端經(jīng)二極管隔離后送 至比較器同相端，與反向端鋸齒波電壓相比較，并決定輸出電壓的寬度。調(diào)寬過程由3腳的 電壓控制，也可經(jīng)誤差放大器進(jìn)行控制。電路中TL494的13號腳接地，2腳和3腳短接，1腳作 輸入端。Vin由模擬給定或數(shù)字給定經(jīng)PI控制器輸出調(diào)節(jié)，控制PWM脈沖的占空比，調(diào)節(jié)輸 出。5腳6腳分別接O.luF的電容和10KQ可調(diào)電阻，產(chǎn)生頻率可調(diào)的振蕩頻率。16腳用于保護(hù) 動作封脈沖，也可以由按鈕開關(guān)SW1手動封脈沖。
[0034]本實用新型的控制電路包括單片機(jī)、控制模塊、電壓電流采樣模塊，控制模塊采用 TL494,通過對主電路輸出電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)計算后利用單片機(jī)給出控制電壓，調(diào)節(jié)TL494輸 出占空比，控制后級Buck降壓電路的輸出電壓和電流，，構(gòu)成反饋回路達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目 的，具有較高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率，效率較高;過壓過流保護(hù)模塊能夠在過壓或過流 情況下迅速切斷主電路，響應(yīng)速度快，具有較高的安全性與可靠性;狀態(tài)檢測模塊實時采集 負(fù)載的工作狀態(tài)是否異常，并將狀態(tài)信號送入控制器，若負(fù)載發(fā)生故障或者電流電壓采樣 模塊采集的電流電壓異常時，能啟動報警模塊報警，提醒工作人員，提高了裝置的安全性。 整個電源裝置結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定，而且通過仿真實驗，對比采用相控整流技術(shù)的極化電 源，有效的提高了功率因數(shù)和效率，并節(jié)約了成本。
【主權(quán)項】
1. 一種基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:包括主電路、控制電路、鍵盤、顯 示器，所述主電路包括依次串接的整流濾波電路、Buck降壓電路和負(fù)載，所述控制電路包括 單片機(jī)、控制模塊、電壓電流采樣模塊，所述鍵盤、顯示器分別與單片機(jī)相連，所述電壓電流 采樣模塊的輸入端接在Buck降壓電路和負(fù)載之間，電壓電流采樣模塊的輸出端與單片機(jī)相 連，控制模塊的輸入端與單片機(jī)相連，控制模塊的輸出端經(jīng)TGBT驅(qū)動模塊與Buck降壓電路 相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:所述控制電路 還包括過壓過流保護(hù)模塊，過壓過流保護(hù)模塊的輸入端與電壓電流采樣模塊的輸出端相 連，過壓過流保護(hù)模塊的輸出端與控制模塊相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:還包括輔助電 源，輔助電源輸出端接在整流濾波電路與Buck降壓電路之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:還包括報警模 塊，報警模塊與單片機(jī)相連。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:還包括狀態(tài)檢 測模塊，狀態(tài)檢測模塊的輸入端與負(fù)載相連，狀態(tài)檢測模塊的輸出端與單片機(jī)相連。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:還包括通訊模 塊，通訊模塊與單片機(jī)相連，單片機(jī)經(jīng)通訊模塊與上位機(jī)實現(xiàn)通訊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:所述單片機(jī)采 用AT89C52。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)控制的極化電源裝置，其特征在于:所述控制模塊 的主芯片采用TL494。
【文檔編號】H02H7/12GK205563347SQ201620379883
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】曾小波, 葛慶
【申請人】湖南理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院