带微控制器控制的电源稳压器

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带微控制器控制的电源电压稳定器。无线电电子电气工程百科全书

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文章评论

不幸的是，在我国许多地区，电源电压长期偏离10V标称值220%以上的情况已屡见不鲜。

随着网络电压升高（高达 240 ... 250 V），照明设备的使用寿命会显着缩短，变压器电源和冰箱压缩机电机的发热也会增加。

将电源电压降低到 160 ... 170 V 以下会导致开关电源中关键晶体管的负载显着增加（这可能导致它们过热和随后的热击穿），以及冰箱压缩机中的电机堵塞，这也导致它们过热和输出停止服务。

对于由三相网络供电的单相用电设备，如果从用电设备连接点到四线网络再到变电站的区域中的中性线发生断线，则会出现更大的电压波动。在这种情况下，由于相位不平衡，插座中的电压可以从几十伏到线性 380 V 不等，这将不可避免地导致几乎所有连接到插座的复杂家用电器的损坏。所提出的稳定器将有助于避免与网络中极端电压波动相关的问题。

为了稳定国内条件下的电源电压，主要使用铁磁谐振器。它们的缺点包括输出电压的正弦形式失真（例如，禁止将冰箱连接到这种稳定器），家用稳定器（300 ... 400 W）的功率有限，具有显着的重量和尺寸指标，无法空载工作，网络中高压下的窄稳定范围故障。

补偿稳压器没有这些缺点，其框图如图1所示。一。

带微控制器控制的电源稳压器

它的工作原理是逐步电压校正，通过在监控网络电压电平的微控制器 (MK) 的控制下使用三端双向可控硅开关 Q1-Q2 切换自耦变压器 T6 绕组的抽头来实现。

稳定器中用于估计电源电压幅度的方法实施起来非常简单，并且为该应用提供了足够的测量精度。但是，它对设备的可能使用施加了许多限制。首先，电源电压频率必须保持恒定（50 Hz）。例如，如果电力由自主柴油发电机供电，则可能违反此条件。此外，测量精度随着电源电压波形的非线性失真的增加而降低，这种失真发生在具有明显电感性质的负载的紧密间隔的大功率消费者的操作期间。

该装置的示意图如图2所示。 XNUMX.

（点击放大）

MK DD1 根据存储器中记录的程序，测量每个周期（20 ms）的市电电压。来自分压器 R1R2 的电源电压负半波通过齐纳二极管 VD1，在其上形成脉冲，其幅度由齐纳二极管的稳定电压（在本例中为 10 V）决定。

这些脉冲从分频器 R3R4 将接收信号的幅度降低到 TTL 电平（图 3），到达端口 A 的线路 0，配置为输入。使用微调电阻器 R4，MK 输入的较低信号电平设置为比对数电平低 0,2 ... 0,3 V。 0. 在室温和稳定的电源电压下，CMOS 微电路的数字输入从日志状态转变的电压电平。 1 到日志的状态。 0（从 0 回到 1，有一定的滞后，在这种情况下由于其恒定值可以忽略不计）几乎保持恒定。

带微控制器控制的电源稳压器

从图中可以看出。如图3所示，当市电电压从145V变化到275V时，脉冲的持续时间对应于log。 0，变化范围约为 0,5 至 6 毫秒。通过测量这些脉冲的持续时间，MC 程序计算当前周期内的电源电压水平。（R4.1是电阻器R4从底部开始的部分电阻-根据图表-输出到发动机）。

开启稳压器后，控制市电电压 5 s。如果在 145 ... 275 V 范围内，绿色 LED HL2“正常”闪烁，否则 LED HL3“低”或 HL1“高”亮起（取决于电源电压值）。在这种状态下，稳压器一直工作到网络中的电压进入指定的限值。

如果 5 秒后网络中的电压保持在可接受的范围内，MK 会发出命令打开双向可控硅 VS1，通过该命令将自耦变压器 T1 连接到网络。此后，MK 再进行 0,5 秒的电源电压控制测量，然后根据测量结果打开双向可控硅 VS2-VS6 之一，从而将负载连接到自耦变压器的五个抽头之一。通过晶闸管光电耦合器 U1-U6 对带有 MK 的双向可控硅进行电流隔离。

在调节过程中，在市电电压正弦波的半周期结束时，从接通的三端双向可控硅开关元件中去除开路脉冲。此后，MK 程序暂停 4 ms，然后向另一个双向可控硅发送打开脉冲。通过在程序开头（在常量描述块中）更改相应的延迟时间值（请参见程序源代码中的注释），可以增加双向可控硅开关之间的延迟持续时间。如果功率因数小于 10...15 的感性负载连接到稳定器，则需要将此时间增加到 0,7...0,8 ms。

如果电源电压超出允许范围，则自耦变压器连同负载一起被三端双向可控硅开关 VS1 关断。 LED HL1-HL8 指示稳定器的状态和网络中的电压水平。

根据电源电压 U 的值，自耦变压器附加绕组的输出按以下顺序切换：

U < 145 V - 负载关闭，红色 LED HL3 亮（“低”）；
145< U < 165 V - 负载连接到端子 7（以下为简洁起见，仅指示负载所连接的端子编号），红色 LED HL8（“+ 20%”）亮， HL3 闪烁（“低”）；
165 < U < 190 V - 输出 7，HL8 开启（“+ 20%”）；
190 < U < 205 V - 端子 8 和 8'，黄色 LED HL7 亮起（“+ 10%”）；
205 < U < 235 V - 输出 1，绿色 LED HL6 亮（“0%”）；
235 < U < 245 V - 引脚 6 和 6'，黄色 LED HL5 亮（“-7,5%”）；
245 < U < 265 V - 输出 5'，红色 LED HL4 亮起（“-15%”）；
265 < U < 275 V - 输出 5'，红色 LED HL4 亮起（“-15%”），HL1 闪烁（“高”）；
U > 275 V - 负载与网络断开，红色 LED HL1（“高”）亮。

为了防止在电源电压处于切换自耦变压器抽头的阈值时双向可控硅开关不稳定，程序中引入了运行中的一些“迟滞”。例如，如果电源电压从 189 V 增加到 190 V，负载从分接头“+ 20%”切换到“+ 10%”，则 MC 会将负载切换回“+ 20%”仅当电源电压降至大约 187 V 时。网络中的电压变化与自耦变压器抽头相应切换之间的延迟不超过 40 ms。

如果电源电压“故障”低于 145 V 且持续时间超过 100 ms（可以更改，请参阅程序源代码中的注释），MC 会断开自耦变压器及其连接的负载与网络的连接，同时绿色 LED HL2“正常”熄灭，红色 LED 点亮 HL3“低”。如果网络中的电压升至 275 V 以上，则受控负载将在 40 ms 后从网络断开，并且红色 LED HL1“高”将亮起。

市电电压恢复正常后（145

当市电电压发生故障时，电容C2的电荷足以维持MK的正常工作约30秒，然后程序冻结，从而触发MK内置的独立看门狗定时器（WDT）。有关来自该计时器的信号的信息将在 MK 的存储器中存储大约 3 分钟（直到电容器 C2 放电至几乎为零）。如果此时电源电压恢复，新启动的程序在内存中发现来自WDT的信号后，将等待SB1按钮被按下。因此，关机后 4 ... 5 分钟后市电电压的恢复将被稳定器视为正常恢复，因此，在 5 秒（市电电压控制测试时间）后，负载将恢复正常。通过自耦变压器将连接到网络。

例如，如果稳定器与不间断电源或其他因断电而可能出现的随机开关电压周期并不重要的设备结合使用，则可以绕过程序中等待按下 SB1 按钮的情况（请参阅程序源代码中的注释）。

设备正常工作时长按SB1按钮2秒，负载断开，稳定器进入待机状态，类似于网络断电后的情况。

MK DD1 由两个 5 V 稳压源供电。在待机模式下，当 T1 自耦变压器与网络断开（VS1 三端双向可控硅开关闭合）时，控制装置消耗的电流最小（20 ... 25 mA），电源由无变压器电源提供，由镇流电容器 C1 和齐纳二极管 VD3 组成。当电源电压从 100 V 变化到 400 V 时，该电源可确保微控制器稳定运行。

当设备从待机模式切换到工作模式时，当 T1 自耦变压器与负载（光耦合器 U1、光耦合器 U2-U6 之一以及 LED HL4-HL8 之一以及可能的 HL1）一起连接到网络时或HL3，当网络电压接近允许范围的极限时闪烁），电流消耗增加至约100mA。该模式下，无变压器电源的功率不足以维持5V稳定（无明显纹波）供电电压。为排除MC供电电压不稳定对市电电压测量结果的影响，该器件提供第二个 5V 稳定电压源，组装在集成稳定器 DA1 上。当器件连接到网络时，C6R5R6 电路会在启动 MK 之前产生一个时间延迟，这是电容器 C2 上的电压上升到确保 MK 正常工作的水平所必需的。

稳定器采用MLT固定电阻、微调器（R2、R4）SP5-2。电容器 C1 - MBGCH 的额定电压至少为 500 V。可以使用额定电压为 73 V 的 K17-630 电容器（但应注意该电容器的交流电压的允许幅度）不超过 315 V）。最好选择稳定电压比 DA3 稳定器输出电压高 0,05 ... 0,1 V 的齐纳二极管 VD1。

三端双向可控硅开关元件 KU208G 可以替换为任何其他设计用于在闭合状态下至少 400 V 所需电流和电压的产品。

T1自耦变压器是由TS-180-2网络变压器（旧黑白电视机）改装而来。在自耦变压器模式下，它能够为负载提供高达 1 kW 的功率 [1]。该变压器的扭曲磁路由两个U形部件组成，其上放置有绕组的框架。绕组（其数量在图中没有划线地标出）缠绕在一个框架上，而在另一框架上则有划线。如果我们将稳定器的长期输出功率限制在250 ... 300 W，则初级绕组1-2和1'-2'（包含450匝PEV-2 0,9电线）可以保持不变。在这种情况下，变压器的所有次级绕组均被拆除，并用 PEV-20,9 mm 电线缠绕新的次级绕组。绕组 5-6 和 5'-6' 应包含 75、7-8 和 7'-8' - 100 匝，绕组 9-10 - 35 匝。如果需要更多功率，初级绕组和所有次级绕组都应使用横截面适当较大的电线重新缠绕[1]。

除电容器 C1、齐纳二极管 VD3、双向可控硅 VS1 - VS6 和自耦变压器 T1 之外，稳压器的所有部件均安装在由双面箔玻璃纤维制成的 60x110 mm 印刷电路板上。单板上安装了18槽面板，用于连接MK。 Triacs VS1-VS6 配备散热面积为 25 cm2 的 U 形散热器，由 2 mm 厚的铝合金片弯曲而成。它们与 VD3 齐纳二极管一起安装在单独的 60x110 mm 玻璃纤维板上。为了降低自耦变压器工作时的噪音，建议在稳定器外壳底座的四角处粘贴四块直径为15mm、厚度为5mm的软橡胶杯。稳定器安装示意图如图4所示。 XNUMX.

带微控制器控制的电源稳压器

MK 固件代码在表中给出。

（点击放大）

编程时，配置字节指示：发生器类型 - HS、WDT 和上电定时器已启用。

程序源代码

稳定器的建立首先要检查自耦变压器绕组的正确连接。为此，将其初级绕组 1-1' 连接到网络，并测量端子 5-5' 和 7-7' 之间的电压。当电源电压为 220 V 时，第一个绕组应为 33，第二个绕组应为 44 V。如果测量电压为 0，则需要交换绕组 5-6 或 7-8 的结论，具体取决于在这种情况下，电压等于 0。然后测量点 Г 和 5' 之间的电压。如果获得的不是 187 253 V，则结论 5 和 5' 互换。综上，检查1'点和7'点之间的电压，应等于264V。电压为176V，说明需要对换结论7和7'。

要设置 MK 执行相应自耦变压器抽头切换的电压限制，您需要一个可调交流电压源 (LATR)、一个测量重新分配为 300 V 的交流电压表和一台示波器。按以下顺序调整稳定器。

将微调电阻器 R2 的引擎移至较低（根据图表）位置后，将稳定器连接到 LA-TR 并在其输出处设置（根据电压表）电压为 145 V。电阻引擎启动（也根据图表）并观察示波器屏幕上齐纳二极管 VD1 上电压的形状，使信号幅度达到比其稳定电压高约 0,1 V 的水平（开始出现示波图上的特征区域，见图3）。接下来，将调谐电阻R4的引擎设置到较低（如图所示）位置（在这种情况下，红色LED HL3应该点亮）并缓慢向上移动，直到绿色LED HL2开始闪烁。

之后，将功率为 100 ... 200 W 的白炽灯连接到稳定器的输出端。通过将 LATR 输出处的电压平滑地增加至 290 V，HL4-HL8 LED 检查自耦变压器分接开关的电压值，以及 MK 关闭负载时的输入电压上限。如果可能的话，还希望通过向其输入（来自三相网络）长期提供 380 V 线性电压来检查稳定器的性能。

自耦变压器抽头切换电压的值可以通过在程序开头调整相应的常数并使用 MPASM 宏汇编编译器 [2] 重新编译结果文本来更改。有必要极其谨慎地对与程序算法相关的源文本进行其他更改，并清楚地理解这些更改的含义。与此类调整相关的错误的可能发生可能导致，例如，同时打开一对双向可控硅从 VS2-VS6（短路模式）或将负载在 250 V 电源电压切换到“+” 20%”水龙头等

文学

Nikiforov I。网络变压器的简化计算。 - 广播，2000 年，第 10 期，第 39 页XNUMX.
微芯片.ru

作者：S.Koryakov，沙赫蒂，罗斯托夫州

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