一種智能化逆變電源的設(shè)計(jì)，新手也可以學(xué)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和電源技術(shù)的發(fā)展，逆變器電源逐漸以體積小、重量輕、功率大、集成度高、輸出組合便利等優(yōu)點(diǎn)而成為電子電路電源的首選。在實(shí)際的工作環(huán)境中，特別是在一些工業(yè)場所中，電磁環(huán)境十分惡劣，常常有異常情況出現(xiàn)，例如過電壓、瞬態(tài)脈沖沖擊波、強(qiáng)電磁輻射等，這些都有可能擊毀電源，影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。接下來由寶威特以微處理機(jī)為核心的“透明”電源檢測技術(shù)輔以提高開關(guān)電源抗過電壓、抗干擾性能的手段，設(shè)計(jì)了一種具有保護(hù)和監(jiān)控功能的逆變器電源。

1 設(shè)計(jì)思路

隨著電子設(shè)備對電源系統(tǒng)要求的日益提高，研究廉價(jià)的具有監(jiān)視、管理供電電源功能的開關(guān)電源愈來愈顯得必要。本文在綜合考慮電源各種技術(shù)性能和對自身的安全要求以及開關(guān)電源性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一種新型實(shí)用的帶有過電壓檢測和保護(hù)裝置的智能化電源。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）實(shí)際了對過電壓的檢測，并能記錄每次過電壓的瞬時(shí)值和峰值，可啟動(dòng)備用電源供電，實(shí)現(xiàn)對電子電路的保護(hù)作用。

（2）具有抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長、帶液晶屏數(shù)字監(jiān)視的特點(diǎn)，同時(shí)通過RS485通信接口與管理計(jì)算機(jī)通訊能實(shí)現(xiàn)“透明”電源的工作和保護(hù)等功能。

（3）能實(shí)時(shí)顯示輸出電壓、電流的大小，過電壓的次數(shù)、大小以及必要的參數(shù)設(shè)置信息。

（4）通過接口與后臺(tái)或遠(yuǎn)端PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。


智能化電源的核心由顯示板、CPU板、通信板、備用電源板、過電壓檢測板、鍵盤、通信轉(zhuǎn)接板組成。裝置的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)電壓的峰值檢測，尤其是過電壓的檢測。本文提出了一種基于單片機(jī)的過電壓檢測和峰值電壓檢測方法，實(shí)驗(yàn)證明它滿足了對檢測的快速性和精確性的要求。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框架如圖1所示。在正常的情況下，220V的交流輸入電壓經(jīng)過整流、濾波、DC/DC變換、穩(wěn)壓電路后可得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，基本上是一個(gè)開關(guān)電源；當(dāng)有過電壓時(shí)，過電壓信號經(jīng)過過電壓檢測電路檢測和峰值電壓保持電路保持，控制電源回路，斷開正常工作的交流電路，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)啟動(dòng)備用電源工作，以及完成對過電壓的瞬時(shí)值和峰值的測量。

2.1 過電壓檢測電路

過電壓對于電源來說是一個(gè)非常有害的信號，雷電等引起的瞬時(shí)高電壓如果不加遏制，直接由電源引入RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）則會(huì)影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞模塊，燒壞元器件（IC）。

過電壓保護(hù)的基本原理是在瞬態(tài)過程電壓發(fā)生的時(shí)侯（微稱或納秒級），通過過電壓檢測電路對這個(gè)信號進(jìn)行檢測。過電壓檢測電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當(dāng)于很多串并聯(lián)在一起的雙向抑制二極管。電壓超過箝位電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通；電壓低于箝位電壓時(shí)，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應(yīng)時(shí)間在納秒級。

當(dāng)有過電壓信號產(chǎn)生時(shí)，壓敏電阻被擊穿，呈現(xiàn)低阻值甚至接近短路狀態(tài)，這樣在電流互感器的原級產(chǎn)生一個(gè)大電流，通過線圈互感作用在副級產(chǎn)生一個(gè)小電流，再通過精密電阻把電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；這個(gè)信號輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經(jīng)過非門A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開開關(guān)電源電路，啟動(dòng)備用電源?？刂泼}沖2送到單片機(jī)的中斷中，單片機(jī)控制回咱啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，采樣過電壓的瞬時(shí)值。

2.2 峰值電壓采樣保持電路

峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構(gòu)成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進(jìn)行比較，當(dāng)Vi>V0時(shí)，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF398處于采樣狀態(tài)；當(dāng)Vi達(dá)到峰值而下降時(shí)，Vi<V0，電壓比較器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控制端置低電平，使LF398處于保持狀態(tài)。由于LM311采用集電極開路輸出，故需接上拉電阻。由過電壓檢測電路輸出端送來的脈沖控制電路開關(guān)的導(dǎo)通，沒有過電時(shí)采樣電容放電，否則采樣電路一直跟蹤峰值的變化。

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