本发明属于电子电路领域，涉及一种全隔离微型高压固态调功控制器。
背景技术：
固态调功器是集功率控制和断路器于一体的固态元器件，具有无触点、无电弧、响应快、可靠性高以及便于计算机远程控制等优点。近年来，随着工业控制功率的增大，对高压功率控制的需求日趋增加，但市面上的高压调功器不仅匮乏而且体积大，无法在空间狭小的地方安装，极大限制了设备的小型化和可移动化。
一些探测设备如南极冰下湖无污染探测器，不仅内部安装空间狭小而且还需要进行大功率加热控制，为了减少传输损耗采用高电压供电加热，然而市面上的调功设备无法满足需求，体积小的无法控制高电压，可以高压调功的又体积过大，基于上述背景开发设计了本调功控制器。
现有的高压调功技术普遍使用类似变压器调节的原理，即在副边放置一个可活动的电刷，通过调节电刷位置从而调节输出电压，存在电刷以及巨大的铜芯，多使用机械式旋钮调节。因此现有技术不仅体积大，而且电刷引入了导电触点，工作过程中可能会有电火花产生或者接触问题。此外，现有技术还存在不智能、不能组网、不能远程控制的不足。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的技术方案为：一种全隔离微型高压固态调功控制器，
包括同步降压变压器、调功控制板和mos执行板，其中，所述同步降压变压器将3000v交流电降压至10v交流电输入所述调功控制板，再由所述mos执行板进行周波调功；
所述调功控制板包括电源处理隔离模块、过零检测模块、隔离485模块和mcu，mcu与电源处理隔离模块、过零检测模块和隔离485模块分别连接，同步降压变压器将10v交流电输入过零检测模块后输入mcu，电源处理隔离模块的输入为12v直流电，输出为3.3v和5v的直流电；
所述mos执行板包括隔离控制接口、电流采样隔离模块、温度检测模块、保险丝、mos及吸收回路；所述mos及吸收回路与隔离控制接口、电流采样隔离模块和保险丝分别连接；所述隔离控制接口将mcu与mos及吸收回路进行隔离连接；所述电流采样隔离模块将mos及吸收回路的电流进行采样输出给mcu；所述温度检测模块对mos执行板的温度进行采样并输出给mcu。
优选地，所述过零检测模块包括运算放大器lm158和双/单稳态触发器cd4098，运算放大器lm158对交流电每一正半周的起始零点处产生上升沿，并在正半周回零处产生下降沿，输出脉冲宽度为180°的方波，方波进入双/单稳态触发器cd4098，在方波上升沿与下降沿产生由电容与电阻共同确定脉冲宽度的脉冲，这两个脉冲序列经或门74vhc1g32相或后得到过零脉冲。
优选地，所述电流采样隔离模块包括光电耦合器hcnr200进行线性光耦隔离，运算放大器ts321ilt进行信号调理。光电耦合器hcnr200工作在光电压模式下，前级放大器和耦合器内部的光电管形成闭合负反馈电路，使之线性变化，后级放大器则进行i/v转换，将电流转换为电压输出。
优选地，mos使用导热硅脂粘贴在铝基板上，共同组成mos执行板，同时作为底板用于散热。
优选地，所述电源处理隔离模块包括f1205xt-1wr2芯片进行隔离。
优选地，所述电源处理隔离模块包括spx3819m5-3-3芯片进行5v-3.3v直流电压转换，和spx3819m5-5芯片进行12v-5v直流电压转换。
优选地，所述隔离485模块包括il3085-1芯片对外围设备进行保护。
优选地，所述隔离控制接口包括光耦隔离器el357n。
优选地，所述mos及吸收回路中在mos管两端设置rc阻容吸收回路。
优选地，所述温度检测模块包括ntc热敏电阻进行温度检测
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明不仅控制电压能够达到3000vac还可以兼顾体积，同时调功控制器与外界进行电气隔离以保证其它设备的安全。调功控制器采用分体式双层设计，下层的铝基板固定mos作为执行板同时作为散热底板，上层为调功控制板，处理各种控制信号。采用过零检测触发的周波调功方式，避免移相调功带来的污染电网问题；当mcu接收到485总线发来的控制指令后，在交流电的过零时刻执行动作，并且加入了必要的过热及过流保护。调功控制器内部使用高性能mcu，实时监控调功控制器状态，并可通过rs485进行组网控制，调功控制器所有外部接口均进行隔离，防止损坏后影响其它设备。本发明使用了mosfet，体积上大大减小，再加上过零检测技术以及可靠的程序控制，大大提高可靠性，还使用了隔离rs485进行通信，可在工业现场进行组网控制。
附图说明
图1为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的结构框图；
图2为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的电源处理隔离模块中隔离部分电路原理图；
图3为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的电源处理隔离模块中电源转换部分电路原理图；
图4为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的过零检测模块电路原理图；
图5为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的过零检测模块输出波形图；
图6为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的隔离485模块电路原理图；
图7为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的隔离控制接口电路原理图；
图8为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的mos及吸收回路电路原理图；
图9为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的电流采样隔离模块电路原理图；
图10为本发明具体实施例的全隔离微型高压固态调功控制器的温度检测模块电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1-10，所示为本发明实施例的一种全隔离微型高压固态调功控制器的结构框图和各模块电路原理图，包括同步降压变压器1、调功控制板5和mos执行板14；
所述同步降压变压器1将3000v交流电降压至10v交流电输入所述调功控制板5，再由所述mos执行板14进行周波调功；
所述调功控制板5包括电源处理隔离模块2、过零检测模块3、隔离485模块4和mcu6，mcu6与电源处理隔离模块2、过零检测模块3和隔离485模块4分别连接，同步降压变压器1将10v交流电输入过零检测模块3后输入mcu6，电源处理隔离模块2的输入为12v直流电，输出为3.3v和5v的直流电；
所述mos执行板14包括隔离控制接口7、电流采样隔离模块8、温度检测模块9、保险丝10、mos及吸收回路11；所述mos及吸收回路11与隔离控制接口7、电流采样隔离模块8和保险丝10分别连接；所述隔离控制接口7将mcu6与mos及吸收回路11进行隔离连接；所述电流采样隔离模块8将mos及吸收回路11的电流进行采样输出给mcu6；所述温度检测模块9对mos执行板14的温度进行采样并输出给mcu6；mos型号为ixtl2n470-nd，漏源电压4700v，连续电流为2a。
通过上述设置，对交流电压源12进行调功控制，交流电压源12与mos及吸收回路11通过保险丝10和电阻13连接，用于需要进行高电压调功控制的场合，为了减小调功控制器对电力线路的冲击干扰，设计采用过零检测触发的周波调功方式，当mcu6接收到485总线控制指令后，在交流电的过零时刻执行动；过零检测模块3可以将交流电的过零时刻转换为一个脉冲，mcu6检测该脉冲的到来即为过零时刻。为了安全考虑，不将高压电直接引入而是先通过同步降压变压器1变为10vac再引入调功控制板5。并且还加入了必要的过热及过流保护，过热保护采用ntc热敏电阻进行温度检测，电流采样使用采样电阻获得。
具体实施例中，参见图2，电源处理隔离模块2包括f1205xt-1wr2芯片进行隔离；参见图3，电源处理隔离模块2的电源部分包括spx3819m5-3-3芯片进行5v-3.3v直流电压转换，和spx3819m5-5芯片进行12v-5v直流电压转换。
参见图4，过零检测指的是在交流系统中，当波形从正(负)半周向负(正)半周转换经过零位时，系统作出的检测。若恰巧在交流电的波峰时接通mos会对负载和电网造成冲击，还会增加mos管损耗从而减少mos管的寿命。为了避免这种情况的发生设计了过零检测电路，当接收到控制指令后，只有在交流电的零位才会进行功率回路的通断。过零检测电路需要交流电作为输入，但是高压电直接进入控制板会有很大的安全隐患，因此使用同步降压变压器1将电压降为10vac后再输入过零检测模块3。正弦交流电通过由同步降压变压器、运算放大器lm158组成的电路后，在交流电每一正半周的起始零点处产生上升沿，并在正半周回零处产生下降沿，从而形成脉冲宽度为180°的方波，参见图5中的波形ua；方波进入双/单稳态触发器cd4098，在方波上升沿与下降沿分别产生由电容与电阻共同确定脉冲宽度的两个脉冲，这两个脉冲序列经或门74vhc1g32相或后得到最终的过零脉冲，参见图5中的波形ub。
调功控制器通过485总线进行组网，方便工控现场的计算机控制，为了对外界设备进行保护，对485模块使用隔离485模块4，参见图6，包括il3085-1芯片对外围设备进行保护。
对于mos执行板14，为保护mcu6，mos管的控制采用光耦隔离，避免直接电气连接，设置了隔离控制接口7，参见图7，其包括光耦隔离器el357n。
mos及吸收回路11的电路原理图参见图8，调功控制器控制的为交流电，因此需要双向导通，两个mos管按照背靠背的方式进行连接即反串联组态，控制方式为同时通断式控制。在mos的两端加入r4和c3组成的rc阻容吸收回路，防止产生过大的毛刺电压损坏mos管。在接入端设置保险丝10f1，防止短路过流造成损坏。
在mos之间设置电流检测电阻r7，通过读取r7上的电压即可得到电流的大小，由于r7位于强电线路上，直接连接mcu6将会有重大危险，因此采用线性光耦进行隔离，光电耦合器hcnr200工作在光电压模式下，前级放大器ts321ilt和耦合器内部的光电管形成闭合负反馈电路，使之线性变化，后级放大器ts321ilt则进行i/v转换，将电流转换为电压输出。电流采样隔离模块8的电路原理图参见图9。
为能实现温度监测，设置温度检测模块9，其电路图参见图10，采用ntc热敏电阻r2组成电路，具有简单易行、可靠性高的特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。