數(shù)字交流閉環(huán)型調(diào)壓器設(shè)計(jì)

目前大多數(shù)交流調(diào)壓器基本都是功能單一并且需要人為多次實(shí)時(shí)調(diào)整的，不能自主調(diào)壓，功耗大，穩(wěn)定性差。特別是交流調(diào)壓器大多采用晶閘管作為功率器件，通過(guò)相位控制的方式來(lái)調(diào)節(jié)交流電壓的有效值，而且晶閘管導(dǎo)通瞬間會(huì)有脈沖干擾，非常容易影響附近通信設(shè)備的正常工作及人員的健康。

此外，晶閘管是半控型電力電子器件，只能控制開(kāi)通，無(wú)法控制關(guān)斷，特別是出現(xiàn)短路或過(guò)流時(shí)，無(wú)法通過(guò)控制門(mén)極進(jìn)行保護(hù)，只能通過(guò)快速熔斷器等器件來(lái)進(jìn)行保護(hù)，有較大局限性。同時(shí)，當(dāng)下市面上的調(diào)壓產(chǎn)品其高、低壓電路間的隔離保護(hù)較差，使用過(guò)程中存在安全隱患。

并且在調(diào)壓時(shí)，更沒(méi)有儀表來(lái)顯示調(diào)整后的電壓數(shù)值，使得調(diào)壓過(guò)程更加繁瑣且結(jié)果不直觀，再有一點(diǎn)，大多模擬型調(diào)壓器在兼顧穩(wěn)定可靠性的同時(shí)都被設(shè)計(jì)為開(kāi)環(huán)形式，需要人工調(diào)壓次數(shù)較多，調(diào)壓不夠迅速，不夠靈敏和精確。

為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本文介紹一種數(shù)字交流閉環(huán)型調(diào)壓器，包括功率主電路、ACS712（或CH701)過(guò)流保護(hù)電路、TLP250光耦隔離控制電路、單片機(jī)采樣控制電路、數(shù)碼管顯示電路；功率主電路包括整流橋、負(fù)載、以及MOS管，ACS712/CH701過(guò)流保護(hù)電路用于對(duì)功率主電路的電流進(jìn)行檢測(cè)并將其轉(zhuǎn)換為模擬量輸入給單片機(jī)采樣控制電路中的單片機(jī)；

TLP250光耦隔離控制電路采用74LS08芯片和TLP250芯片，74LS08芯片連接MOS管柵極，TLP250芯片連接單片機(jī)采樣控制電路中的單片機(jī)，TLP250光耦隔離控制電路將高壓電路和低壓電路隔離，并對(duì)單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大來(lái)控制功率主電路中MOS管的通斷；

單片機(jī)采樣控制電路包括單片機(jī)以及手動(dòng)調(diào)壓按鍵，單片機(jī)采樣控制電路對(duì)功率主電路中的電流以及負(fù)載端電壓進(jìn)行采樣，調(diào)整PWM信號(hào)占空比大小，向TLP250光耦隔離控制電路輸出PWM信號(hào)；數(shù)碼管顯示電路接收來(lái)自單片機(jī)采樣控制電路采集的負(fù)載兩端電壓值并予以顯示。

圖1 數(shù)字交流閉環(huán)型調(diào)壓器原理結(jié)構(gòu)框圖；

ACS712/CH701過(guò)流保護(hù)電路包括ACS712/CH701芯片、電容C8、C9、限流電阻R9以及發(fā)光二極管LED3，電容C8一端與LED3的陰極相連并接地，C8另一端接芯片的VCC腳；電容C9一端連接芯片的FILTER腳，C9另一端接地；發(fā)光二極管LED3陰極接地，LED3陽(yáng)極通過(guò)限流電阻R9接到芯片的VCC腳，ACS712/CH701芯片采用5V的供電電源；A芯片的GND腳與單片機(jī)采樣控制電路中的單片機(jī)共地；芯片的VIOUT腳作為芯片的ADC輸出口接單片機(jī)采樣控制電路中單片機(jī)的PA3腳，芯片的兩個(gè)IP+腳直接相連并接到功率主電路中MOS管漏極，兩個(gè)IP-腳直接相連并連接到功率主電路中整流橋輸出端。

圖2 數(shù)字交流閉環(huán)型調(diào)壓器的電路圖

本方案采用全控器件MOS管進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)交流自主調(diào)壓功能，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高、功耗低，具備從控制端進(jìn)行過(guò)流保護(hù)的功能；TLP250光耦隔離控制電路將整個(gè)電路分為高壓、低壓電路兩部分，安全可靠；單片機(jī)采樣控制電路通過(guò)對(duì)負(fù)載端電壓、功率主電路電流的采樣來(lái)調(diào)整PWM信號(hào)占空比的大小，在保護(hù)電路安全運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)壓；單片機(jī)采樣所得到的負(fù)載兩端的電壓值可以通過(guò)數(shù)碼管顯示電路直觀顯示，方便手動(dòng)調(diào)壓操作；整個(gè)調(diào)壓器具有制造成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)壓功能，適用于路燈的調(diào)光、直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速，家用電器的調(diào)光、調(diào)溫等場(chǎng)合。

圖3 功率主電路的電路

圖4 ACS712/CH701過(guò)流保護(hù)電路的電路圖；

文章中提到的CH701芯片完全是基于霍爾感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，由一個(gè)精確的低偏移線性霍爾傳感器電路與位于接近芯片表面的銅箔組成，當(dāng)電流流過(guò)銅箔時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，霍爾元件根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)出一個(gè)線性的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的放大、濾波、斬波與修正電路，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，由該芯片的7號(hào)管腳輸出，直接反應(yīng)出流經(jīng)銅箔電流的大小。因?yàn)閿夭娐返脑?，其輸出將加載于0 .5*Vcc上，其輸出與輸入的關(guān)系為Vout=0 .5*Vcc+Ip*Sensitivity。

CH701霍爾電流傳感器IC，是工業(yè)、汽車、商業(yè)和通信系統(tǒng)中交流或直流電流傳感的經(jīng)濟(jì)而精確的解決方案。小封裝是空間受限應(yīng)用的理想選擇，同時(shí)由于減少了電路板面積而節(jié)省了成本。典型應(yīng)用包括電機(jī)控制、負(fù)載檢測(cè)和管理、開(kāi)關(guān)電源和過(guò)電流故障保護(hù)。

CH701產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.0.8 mohm初級(jí)導(dǎo)體電阻，用于低功率損耗和高浪涌電流耐受能力

2.集成屏蔽實(shí)際上消除了從電流導(dǎo)體到芯片的電容耦合，極大地抑制了由于高dv/dt瞬態(tài)而產(chǎn)生的輸出噪聲

3.行業(yè)領(lǐng)先的噪聲性能，通過(guò)專有的放大器和濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)大大提高了帶寬

4.高帶寬120kHz模擬輸出，在控制應(yīng)用中響應(yīng)時(shí)間更快

5.過(guò)濾器引腳允許用戶在較低的帶寬下過(guò)濾輸出以提高分辨率

6.集成數(shù)字溫度補(bǔ)償電路允許在開(kāi)環(huán)傳感器中實(shí)現(xiàn)近閉環(huán)精度

7.適用于空間受限應(yīng)用的小尺寸、低剖面SOIC8封裝

8.濾波器引腳簡(jiǎn)化了帶寬限制，在較低的頻率下獲得更好的分辨率

9.單電源運(yùn)行

10.輸出電壓與交流或直流電流成比例

11.工廠微調(diào)靈敏度和靜態(tài)輸出電壓

12.提高精確度

13.斬波器穩(wěn)定導(dǎo)致極穩(wěn)定的靜態(tài)輸出電壓

14.近零磁滯

15.電源電壓輸出比率

產(chǎn)品應(yīng)用：

電機(jī)控制；

負(fù)荷檢測(cè)與管理；

開(kāi)關(guān)電源；

過(guò)電流故障保護(hù)；

審核編輯：劉清