一种基于单片机控制的极化电源装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于单片机控制的极化电源装置，包括主电路、控制电路、键盘、显示器，主电路包括依次串接的整流滤波电路、Buck降压电路和负载，控制电路包括单片机、控制模块、电压电流采样模块，键盘、显示器分别与单片机相连，电压电流采样模块的输入端接在Buck降压电路和负载之间，输出端与单片机相连，控制模块的输入端与单片机相连，输出端经TGBT驱动模块与Buck降压电路相连。本实用新型通过对主电路输出电压进行采样，经计算后利用单片机给出控制电压，调节TL494输出占空比，控制后级Buck降压电路的输出电压和电流，构成反馈回路达到稳压输出的目的，具有较高的负载调整率和电压调整率，效率较高。
【专利说明】
一种基于单片机控制的极化电源装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种极化电源装置，特别涉及一种基于单片机控制的极化电源装 置。
【背景技术】
[0002 ]极化电源是电化学整流系统中的一个中大功率直流备用电源，主要为电解槽提供 几十至几百安培的直流电流，以便进行槽电压的检测，或当正常运行的电解槽突然或计划 停车时，为电解槽提供正向极化电流，保护电解槽防止被腐蚀。传统的极化电源运用相控整 流技术，由于设计要求时，选择较大的余量，并且系统在运行前期和运行中后期，电解槽单 元电压的变化，使得极化整流器常处于控制角较大的运行状态，谐波和无功问题非常突出， 使隔离变压器发热，能量损耗严重，且影响动力电源的稳定性。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、工作稳定的基于单片机 控制的极化电源装置。
[0004] 本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于单片机控制的极化电源装置， 包括主电路、控制电路、键盘、显示器，所述主电路包括依次串接的整流滤波电路、Buck降压 电路和负载，所述控制电路包括单片机、控制模块、电压电流采样模块，所述键盘、显示器分 别与单片机相连，所述电压电流采样模块的输入端接在Buck降压电路和负载之间，电压电 流采样模块的输出端与单片机相连，控制模块的输入端与单片机相连，控制模块的输出端 经TGBT驱动模块与Buck降压电路相连。
[0005] 上述基于单片机控制的极化电源装置中，所述控制电路还包括过压过流保护模 块，过压过流保护模块的输入端与电压电流采样模块的输出端相连，过压过流保护模块的 输出端与控制模块相连。
[0006] 上述基于单片机控制的极化电源装置还包括辅助电源，辅助电源输出端接在整流 滤波电路与Buck降压电路之间。
[0007] 上述基于单片机控制的极化电源装置还包括报警模块，报警模块与单片机相连。
[0008] 上述基于单片机控制的极化电源装置还包括状态检测模块，状态检测模块的输入 端与负载相连，状态检测模块的输出端与单片机相连。
[0009] 上述基于单片机控制的极化电源装置还包括通讯模块，通讯模块与单片机相连， 单片机经通讯模块与上位机实现通讯。
[0010] 上述基于单片机控制的极化电源装置中，所述单片机采用AT89C52。
[0011] 上述基于单片机控制的极化电源装置中，所述控制模块的主芯片采用TL494。
[0012]本实用新型的有益效果在于：
[0013] 1、本实用新型的控制电路包括单片机、控制模块、电压电流采样模块，控制模块采 用TL494,通过对主电路输出电压进行采样，经计算后利用单片机给出控制电压，调节TL494 输出占空比，控制后级Buck降压电路的输出电压和电流，构成反馈回路达到稳压输出的目 的，具有较高的负载调整率和电压调整率，效率较高。
[0014] 2、本实用新型的控制电路还包括过压过流保护模块，能够在过压或过流情况下迅 速切断主电路，响应速度快，具有较高的安全性与可靠性。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的整体结构框图。
[0016] 图2为图1中主电路的电路图。
[0017]图3为图1中控制模块的电路图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0019] 如图1所示，本实用新型包括辅助电源、主电路、控制电路、键盘、显示器、报警模 块、状态检测模块和通讯模块，所述主电路包括依次串接的整流滤波电路、Buck降压电路和 负载，辅助电源输出端接在整流滤波电路与Buck降压电路之间。所述控制电路包括单片机、 控制模块、电压电流采样模块、过压过流保护模块，所述键盘、显示器分别与单片机相连，所 述电压电流采样模块的输入端接在Buck降压电路和负载之间，电压电流采样模块的输出端 与单片机相连，过压过流保护模块的输入端与电压电流采样模块的输出端相连，过压过流 保护模块的输出端与控制模块相连，报警模块与单片机相连，状态检测模块的输入端与负 载相连，状态检测模块的输出端与单片机相连，通讯模块与单片机相连，单片机经通讯模块 与上位机实现通讯。控制模块的输入端与单片机相连，控制模块的输出端经TGBT驱动模块 与Buck降压电路相连。
[0020] 主电路的电路图如2所示，主回路的设计思路是设计成降压斩波电路，系统中采用 脉宽调制(PWM)工作方式，维持开关器件IGBT控制脉冲的周期T恒定，调节导通时间T〇 n。令占 空比a = WT，则输入输出直流电压关系为:UQ = a ? mn，只需改变开关管通断占空比即可得 到所需输出电压。图2中进线为三相交流380V，进线侧有Y型连接的电容(C3-C5)，起滤波作 用，通常前端有熔断器作为交流侧过载保护（图中未画出），整流主电路采用三相全控桥式， 三相整流桥后为平波电容，使U D1近似为一稳定直流源，后续电路为降压斩波电路，由开关管 IGBT、电抗器L1，续流二极管VD2、防反电流保护二极管VD1，以及其他附件如直流传感器、 IGBT开关保护电容组成。
[0021] 由于开关器件在开通和关断时有瞬间峰值电压存在，考虑余量，整流模块的平均 电流为400A，耐压值为1600V，或单管模块。由于极化电源仍相当于一个电感性器件，考虑无 功消耗因素和直流电源的电压稳定性，平波电容C1、C2选取4700uF/450V的有极性电解电容 器，并采取多个电容串并联结构。为了防止功率器件因瞬间的峰值电压或电流过高而损坏， 并提高IGBT的使用寿命，增加尖峰吸收电容在很多场合是很有必要的，因此吸收电容C选用 的是薄膜电容〇.47UF±5%/1200VDC。如图2*0^02需要有较快的恢复速度，两种二极管选 用300A/1800V的型号。在开关频率为5KHZ的前提下，考虑到极化电源对电流的稳定性和纹 波系数要求较高，因此平波电抗器选取2mH/150A。
[0022]主电路的工作原理为：当三相380V交流电通过整流和大电容平波后，得到输出的 直流电压UD和输入的三相交流的关系为：
[0023] Uo = al X 380 Xa2= 1.35 X 380 X 1.1 = 564 (1)
[0024]其中W为三相交流整流的整流系数，取值为1.35;<!2为平波电容作用滤波后电压的 上升系数，取值为1.1 ;Buck降压斩波电路的特点是输出电压比整流后的电压要低，工作过 程：当IGBT开通，D2截止，电流经开关IGBT、电抗器LjPDr流向负载电解槽，得U D = UD1; Uli = UD1-UD，IGBT截止，D2导通续流，UD2 = 0，Uli = _UD。设负载电压不变，不计电阻。
[0025] ⑵
[0026] 不论IGBT导通或截止时电感U两端电压均为常数，所以，电感电流将按直线方程 规律变化，依据电路基本原理，在周期性稳态电路中电感两端的平均直流电压为零。可得：
[0028]周期性稳态电路中电感无直流电压，既可得：
(3)
[0030]由于ton〈T，输出平均电压UD总小于UD1，所以称之为降压斩波器，通过控制ton来控 制输出电压的大小。由式（1)、（3)得出这种降压模式的极化电源输入三相交流和输出直流 的关系为：
[0032]由式(4)可知，只要控制a即脉冲占空比在〇 % -90 %范围调节时，输出极化直流电 压可在0V-507V范围，考虑回路阻抗损耗和安全余量，实质可调的极化直流电压约在0-450V〇
[0033]控制电路的电路图如图3所示，控制电路采用脉宽调制(PWM)工作方式的降压斩波 电路，由TL494产生基本PWM控制脉冲，脉冲宽度由PI调节器输出调节，以保证负载电压跟随 给定。TL494内置5V基准电压参考源，5脚6脚外接电阻与电容，可产生对应锯齿波后送比较 器比较进而产生一定周期的振荡信号，振荡器频率为匕 3。=1/办&。4脚为死区时间控制端， 13脚为输出方式控制端。芯片内部包含两个相同的误差放大器，输出端经二极管隔离后送 至比较器同相端，与反向端锯齿波电压相比较，并决定输出电压的宽度。调宽过程由3脚的 电压控制，也可经误差放大器进行控制。电路中TL494的13号脚接地，2脚和3脚短接，1脚作 输入端。Vin由模拟给定或数字给定经PI控制器输出调节，控制PWM脉冲的占空比，调节输 出。5脚6脚分别接O.luF的电容和10KQ可调电阻，产生频率可调的振荡频率。16脚用于保护 动作封脉冲，也可以由按钮开关SW1手动封脉冲。
[0034]本实用新型的控制电路包括单片机、控制模块、电压电流采样模块，控制模块采用 TL494,通过对主电路输出电压进行采样，经计算后利用单片机给出控制电压，调节TL494输 出占空比，控制后级Buck降压电路的输出电压和电流，，构成反馈回路达到稳压输出的目 的，具有较高的负载调整率和电压调整率，效率较高;过压过流保护模块能够在过压或过流 情况下迅速切断主电路，响应速度快，具有较高的安全性与可靠性;状态检测模块实时采集 负载的工作状态是否异常，并将状态信号送入控制器，若负载发生故障或者电流电压采样 模块采集的电流电压异常时，能启动报警模块报警，提醒工作人员，提高了装置的安全性。 整个电源装置结构简单、工作稳定，而且通过仿真实验，对比采用相控整流技术的极化电 源，有效的提高了功率因数和效率，并节约了成本。
【主权项】
1. 一种基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:包括主电路、控制电路、键盘、显 示器，所述主电路包括依次串接的整流滤波电路、Buck降压电路和负载，所述控制电路包括 单片机、控制模块、电压电流采样模块，所述键盘、显示器分别与单片机相连，所述电压电流 采样模块的输入端接在Buck降压电路和负载之间，电压电流采样模块的输出端与单片机相 连，控制模块的输入端与单片机相连，控制模块的输出端经TGBT驱动模块与Buck降压电路 相连。2. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:所述控制电路 还包括过压过流保护模块，过压过流保护模块的输入端与电压电流采样模块的输出端相 连，过压过流保护模块的输出端与控制模块相连。3. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:还包括辅助电 源，辅助电源输出端接在整流滤波电路与Buck降压电路之间。4. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:还包括报警模 块，报警模块与单片机相连。5. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:还包括状态检 测模块，状态检测模块的输入端与负载相连，状态检测模块的输出端与单片机相连。6. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:还包括通讯模 块，通讯模块与单片机相连，单片机经通讯模块与上位机实现通讯。7. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:所述单片机采 用AT89C52。8. 根据权利要求1所述的基于单片机控制的极化电源装置，其特征在于:所述控制模块 的主芯片采用TL494。
【文档编号】H02H7/12GK205563347SQ201620379883
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】曾小波, 葛庆
【申请人】湖南理工职业技术学院