景德镇陶瓷学院 本科生毕业设计（论文）
中文题目： 交流稳压电源设计 英文题目： Design of AC Voltage Stabilizer
院 系： 景德镇陶瓷学院 专 业： 电子信息工程 * 名： *** 学 号： ************ 指导教师： *** 完成时间： 2012-06-07
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摘 要
交流稳压电源能为负载提供稳定交流电源的电子装置。又称交流稳压器。各种电子设备要求有比较稳定的交流电源供电，特别是当计算机技术应用到各个领域后，采用由交流电网直接供电而不采取任何措施的方式已不能满足需要。
随着电力电子技术的发展，很多设备都要求稳定的交流电源供电，但是交流供电系统存在电力欠缺、电网不尽合理等问题。这一切都会导致用电设备出现工作不正常、精度下降等问题，甚至造成意外的损坏。交流供电品质的改善成了保证系统正常工作的前提。
传统的交流稳压电源存在效率低、触点磨损、反应时间长、稳压精度低等问题。针对目前交流稳压电源的不足。本文设计的交流稳压电源具有设计出一种以电子开关为执行机构来控制多组变压器叠加的主回路补偿工作方式并和可控硅无级调节补偿绕组串联的一种最新颖的交流稳压电源，它具有稳压精度高、效率高、响应快、带负载能力强、电源波形失真小、无机械传动装置和碳刷磨损、免维护、工作可靠、噪音低、抗干扰能力强、并具有延时、过压、欠压保护功能。
关键词：电子开关；主回路补偿；可控硅无级调节
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ABSTRACT
AC power supply for the load to provide stable AC power electronic devices. Also known as AC voltage regulator. Variety of electronic devices require a relatively stable AC power supply, especially when computer technology is applied to various fields, directly by the AC mains power supply without taking any measures can not meet the need.
With the development of power electronics technology, many devices require a stable AC power, AC power system is the lack of electricity, the grid is not the reasonable. All this can lead to electrical equipment is not working properly, the decline in accuracy, or even caused by accidental damage. AC power supply quality improvement has become to ensure that the premise of the system work properly. The low efficiency of conventional AC power supply exists, contact wear, long reaction time, low voltage accuracy problems. For the current lack of AC power supply. In this paper, the design of the AC power supply has to design an electronic switch for the implementing agencies to control the transformer superimposed main loop compensation work and SCR stepless adjustment of the compensation winding in series with one of the most innovative AC voltage stabilizer power supply regulator high precision, high efficiency, fast response, with a load capacity, the power supply waveform distortion, no mechanical gear and brush wear, maintenance-free, reliable operation, low noise, strong anti-jamming capability, and has delay, overvoltage, undervoltage protection function.
Keywords: electronic switch; the main loop compensation; SCR stepless adjustment;
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目录
引言.............................................................................................................................................. 1 1 电源技术概述........................................................................................................................ 2
1.1现代电源技术的应用领域............................................................................................ 2 1.2电源的发展趋势............................................................................................................ 5 1.3交流电源分类................................................................................................................ 7 2 稳压电源总体设计方案........................................................................................................ 9
2.1 设计概述..................................................................................................................... 9 2.2 研究内容..................................................................................................................... 9 2.3 技术指标..................................................................................................................... 9 2.4 交流稳压电源的总体方案设计................................................................................. 9
2.4.1 单相交流稳压电源的基本原理.................................................................... 10 2.4.2 交流调整电路................................................................................................ 10 2.4.3 双向可控制硅的选用..................................................................................... 11 2.4.4 双向可控硅导通模式与对应的补偿电压.................................................... 13 2.4.5 双向可控硅短路报警.................................................................................... 14
3 稳压电源硬件系统设计...................................................................................................... 16
3.1 硬件系统的整体框架............................................................................................... 16
3.1.1 主回路............................................................................................................ 16 3.1.2 控制电路........................................................................................................ 16 3.2 双向可控硅触发电路............................................................................................... 17
3.2.1 MOC3061.......................................................................................................... 17 3.2.2 触发电路.......................................................................................................... 17 3.3 保护电路................................................................................................................... 19
3.3.1 保护电路原理................................................................................................ 19 3.4 辅助直流稳压电源设计........................................................................................... 21
3.4.1 +5V直流稳压电源......................................................................................... 21 3.4.2 +12直流稳压电源......................................................................................... 21
4 单片机系统设计.................................................................................................................. 22
4.1 主程流程图............................................................................................................... 22 4.2 采样子程序流程图................................................................................................... 23 4.3 数字滤波程序流程图............................................................................................... 24 4.4 电压采样电路........................................................................................................... 25
4.4.1 ADC0809的特性............................................................................................. 25 4.4.2 ADC0809的内部结构及引脚功能................................................................. 26 4.4.3 采样电路........................................................................................................ 29 4.5 系统控制电路........................................................................................................... 29 5 结论...................................................................................................................................... 33 6 经济分析报告...................................................................................................................... 35 致谢............................................................................................................................................ 36 参考文献.................................................................................................................................... 37 附录A 总电路图 .......................................................................................................................... 39
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引言
随着电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，而交流稳压电源的出现解决了这一问题。车站信号电源屏从功能上分为调压、转换(包括2路电源转换和输出转换)、输出(包括交流输出和直流输出)几部分,其中稳压部分是电源屏质量的关键。目前铁路车站现场应用的电源屏稳压部分其最主要的缺点是响应速度慢,在两路电网转换过程中容易产生过压或欠压;有机械磨损,易损坏;输出失真大。随着技术进步,继电式设备正逐步被电子设备所取代,设备对电源质量要求越来越高。稳压电路具有效率高、可靠性高、抗干扰能力强。补偿变压器功率较小,从而明显降低材料成本及功率损耗,达到提高效率,减小重量体积的目的。微机控制使控制电路大大简化,还可加入辅助功能,如故障诊断、稳压指示、超限声光报警、延时启动、故障检测、缺相保护等各种功能。
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心。
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1 电源技术概述
1.1现代电源技术的应用领域
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。上世纪80年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出了绿色电源。绿色电源系指高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星”计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电源的要求。提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50W的能源。
1.1.1通信用高频开关电源
通信用高频开关电源就是通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热。
1.1.2直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式TS不变，改变ton(通用)，二是频率调制。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能20%~30%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。通信电源的二次电源DC／DC变换器已商品化，模块采用高频PWM技术，开关频率在500kHz左右，功率密度为5W—20W／in3。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源
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模块，功率密度有较大幅度的提高。 1.1.3不间断电源(UPS)
UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。不间断电源(UPS)是计算机、．通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化，这种电源更有着广阔的应用前景。 1.1.4变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。 1.1.5高频逆变式整流焊机电源
变频电源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换, 输出为纯净的正弦波，输出频率和电压 一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。 变频电源主要有二大种类：线性放大型和SPWM开关型。 1.1.6大功率开关型高压直流电源
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逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流，IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波，经高频变压器耦合， 整流滤波后成为稳定的直流，供电弧使用。由于焊机电源的工作条件恶劣，频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中，因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题，也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器，通过对多参数、多信息的提取与分析，达到预知系统各种工作状态的目的，进而提前对系统做出调整和处理，解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A，负载持续率60%，全载电压60~75V，电流调节范围5~300A，重量29kg。 1.1.7电力有源滤波器
电力有源滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以只补谐波不补无功；三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；该装置的主要缺点是复杂、成本高，限制了它的使用。电力有源滤波器的研究与应用，国内有源电力滤波器在技术研究虽然与国内有一定的差距，但近几年在技术已取得突破性的进展。国内已有多家公司提出了APF产品，并在工业领域取得了成功的应用，如西安萨博、英纳仕电气等。但随着我国对电网谐波污染治理日益重视，“绿色电力电子”的呼声愈来愈高，电力有源滤波器必然会得到广泛地推广应用。
1.1.8大功率开关型高压直流电源
高压直流电源有着广泛的应用领域，电力系统中广泛的用于高压电气设备的直流耐压和泄露试验，如电力系统避雷器，电力电缆，变压器绕组及发电机的现场试验；工业中用于环保的静电除尘，污水处理，激光器等；医学方面用于X光机，CT等大型设备；科研上用于高能物理，等离子物理；军事上雷达发射器，脉冲点火技术等。
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1.2电源的发展趋势
1.2.1小型、薄型、轻量化
使电源小型化的具体办法有：一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM 变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压- 振动”变换和“振动- 电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。三是采用新型电容器。为了减小电子设备体积和重量，提高能量密度，研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器。四是同时采用SMT 技术在电路板两面布置元件以确保开关电源的轻、小、薄。 1.2.2可靠化
开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，对于电力电子装置，元器件数量越多，发生故障的机率越大，装置的可靠性越低。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面做工作。美国一公司通过降低结温、减少器件的电应力、降低运行电流等措施使其DC/DC 开关电源系列产品的可靠性大大提高，产品的MTBF 高达100 万h 以上。 1.2.3效率化
为了使开关电源轻、小、薄，高频化（开关频率达兆赫级）是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的PWM 开关功耗加大、效率降低、噪声提高，且达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品的发展方向。采用软开关技术可使效率达到85%~88%。据悉，美国VICOR 开关电源公司设计制造了多种ECZ 软开关DC/DC 变换器，其最大输出功率有800W、600W、300W等，相应的功率密度为101.60 W/cm3、160.38 W/cm3 和278.58 W/cm3，效率为80%~90%；日本Nemic-Lambda 公司推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM 系列，开关频率为200~300 kHz，功率密度为442.45W/cm3，用同步整流器（即用MOS-FER 代替肖特基二极管）使整个电路效率提高到90%。 1.2.4模块化
在电源集成技术的发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率与
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控制电路的集成化，集成无源元件（包括磁集成技术）等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，可以使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。在此基础上，可以实现一体化，所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。上世纪90 年代，随着大规模分布电源系统的发展，一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成，产品设计中提高了集成度，出现了集成电力电子模块（IPEM）。IPEM 将功率器件与电路、控制以及检测、执行等元件集成封装的模块，既可用于标准设计，也可用于专用、特殊设计。目前，可快速高效为用户提供产品，显著降低成本，提高可靠性。无论是AC/DC 或是DC/DC 变换器都是朝着模块化方向发展，特点是：可用模块电源组成分布或电源系统；可以设计成N+1 冗余电源系统，从而提高可靠性；可以做成插入式结构，实现热更换，从而在运行中出现故障时能快速更换模块插件；多台模块并用可实现大功率电源系统。此外，还可在电源系统建成后，根据需要扩充容量。 1.2.5绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多电子节电设备,往往会变成对电网的污染源::向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。总而言之,开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字
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化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其他许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
1.3交流电源分类
①铁磁谐振式交流稳压器：利用饱和扼流圈和相应的电容器组合后具有恒压伏安特性而制成的交流稳压装置。磁饱和式是这种稳压器的早期典型结构。它结构简单,制造方便，输入电压允许变化范围宽，工作可靠,过载能力较强。但波形失真较大，稳定度不高。近年发展起来的稳压变压器，也是借助电磁元件的非线性实现稳压作用的电源装置。它和磁饱和式稳压器的区别在于磁路结构形式的不同，而基本工作原理则相同。它在一个铁心上同时实现稳压和变压双重作用，所以优于普通电源变压器和磁饱和稳压器。
②磁放大器式交流稳压器：将磁放大器和自耦变压器串联起来，利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压的装置。其电路形式可以是线性放大，也可以是脉宽调制等。这类稳压器带有反馈控制的闭环系统，所以稳定度高，输出波形好。但因采用惯性较大的磁放大器，故恢复时间较长。又因采用自耦方式，所以抗干扰能力较差。
③滑动式交流稳压器：用改变变压器滑动接点位置，使输出电压获得稳定的装置，即是用伺服电机驱动的自动调压式交流稳压器。这类稳压器效率高，输出电压波形好，对负载性质无特殊要求。但稳定度较低，恢复时间较长。
④感应式交流稳压器：靠改变变压器次级电压相对于初级电压的相位差，使输出交流电压获得稳定的装置。它在结构上类似线绕式异步电动机，而原理上又类似感应调压器。它的稳压范围宽，输出电压波形好，功率可做到数百千瓦。但由于转子经常处于堵转状态，故功耗较大，效率低。另因铜、铁用料多，故较少生产。 ⑤晶闸管交流稳压器：用晶闸管作功率调整元件的交流稳压器。它具有稳定度高、反应快、无噪声等优点。但因对市电波形有损害，对通信设备和电子设备造成干扰。
随着电源技术的发展,80年代又出现了下列3种新型交流稳压电源：
①补偿式交流稳压器：又称部分调整式稳压器。利用补偿变压器的附加电压串接
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在电源和负载之间,随着输入电压的高低,用断续式的交流开关（接触器或晶闸管）或用连续式的伺服电动机来改变附加电压的大小或极性，把输入电压高出部分(或不足部分)减去(或加上)，从而达到稳压目的。补偿变压器容量仅为输出功率的1/7左右,具有结构简单、造价低廉的优点，但稳定度不高。
②数控式交流稳压器和步进式稳压器：由逻辑元件或微处理机构成控制电路，按输入电压高低转换变压器初级匝数，使输出电压获得稳定。
③净化式交流稳压器：由于具有良好的隔离作用，能消除来自电网的尖峰干扰而得到应用。
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2 稳压电源总体设计方案
2.1 设计概述
目前对直流小功率恒流方法的研究较多,而对交流恒流方法的研究较少。交流稳流主要采用如下方法:(1)用具有反馈系统的可控硅调相电路来实现稳流,但因为是调整截止角,将使正弦波严重畸变。(2)采用反馈系统控制伺服电机,调节自耦调压器组成的电路来实现稳流,但由于电机和传动系统的机械惯性调整速度较慢且易产生振荡,难于实现稳定的调节。(3)以铁磁元件为调整元件(磁放大器)的稳流线路,它的不足之处是:因为磁惯性大响应时间较长;磁系统会产生严重的波形畸变;系统的功率因数低
2.2 研究内容
课题应能设计出一种以电子开关为执行机构来控制多组变压器叠加的主回路补偿工作方式并和可控硅无级调节补偿绕组串联的一种最新颖的交流稳压电源，它具有稳压精度高、效率高、响应快、带负载能力强、电源波形失真小、无机械传动装置和碳刷磨损、免维护、工作可靠、噪音低、抗干扰能力强、并具有延时、过压、欠压保护功能。
2.3 技术指标
输入稳压范围：单相187V－253V 频率 50Hz±2Hz 输出电压 220V±1% 源电压效应 ≤±1% 负载效应 ≤±1% 波形失真 ≤5%（附加） 输出功率 5kw
效率 ≥90%（满载） 欠过压保护 Vo≤186V或Vo≥254V
2.4 交流稳压电源的总体方案设计
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2.4.1 单相交流稳压电源的基本原理
图2.1为补偿式交流稳压器电路原理结构框图。图中，由补偿变压器等组成补偿单元，用双向可控硅作开关器件组成无触点可控调节单元，控制电路由A/D转换(采样)、单片机控制器、报警指示单元及保护单元组成。 当输入电压Ui波动或负载电流变化时，通过采样变压器获取反馈电压，经A/D转换输入单片机与基准值进行比较，由微机程序软件进行判断处理，输出控制指令。在电压过零同步脉冲的作用下，使相应的开关器件导通，切换对应的补偿变压器的组合绕组，改变补偿电压的值，从而快速地达到稳定输出电压Uo的目的。
图2.1补偿式交流稳压器原理框图
当Ui 所以，一旦电网输入电压Ui偏离额定电压Uon时，单片机控制单元便调节双向可控硅的开关状态，来控制补偿变压器TRi (i=1,2,3,4)的Ui的补偿方式。 2.4.2 交流调整电路 补偿变压器的选择 根据稳压精度及输入电压范围的要求来选择补偿变压器的台数，本文选择4台。图2.2给出了交流调整电路中的交流调整电路。图中，TR1 , TR2, TR3，TR4是四个独立的补偿变压器，其初级绕组上输入电压为Uon( 220V )，其次级绕组上的补偿电压可以根据稳压精度的需要，设计为2.2V, 4.4V, 8.8V，17.6。当顺极性(或反极性)叠加全部投入时，可以获得最大正负补偿电压为33V。当Us最小值为2.2V时，稳压精度可优于1%。 10 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 根据补偿变压器的一次侧电压和二次侧电压，结合整个电源的输出功率，就可确定各个补偿变压器的功率。本文输出功率为5KW，则所有的补偿变压器输出功率都选为略大于5KW，可以选择6KW。 (1)补偿变压器TR1: 其一次侧电压为220V，二次侧电压为2.2V;则其输出功率为: Pb1=(2.2v/220v)*6kW=60W (2)补偿变压器TR2: 其一次侧电压为220V，二次侧电压为4.4V;则其输出功率为: Pb2=(4.4v/220v)*6kW=120W (3)补偿变压器TR3: 其一次侧电压为220V，二次侧电压为8.8V;则其输出功率为: Pb3=(8.8v/220v)*6kVA=240VA 图2.2 交流调整电路 (4)补偿变压器TR4: 其一次侧电压为220V，二次侧电压为17.6V;则其输出功率为: Pb3=(17.6v/220v)*6kw=480W 因此，四台补偿变压器的输出功率依次为:60W,120W,240W，480W。 2.4.3 双向可控制硅的选用 11 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 交流调整电路中，所用开关器件的数目与补偿变压器的数目有关。 其规律是: 开关器件的数目=补偿变压器的台数*2+2 其中后面的+2，即公用桥臂上的两只开关器样，它与补偿变压器的台数无关。如图2.3所示，只需要10个双向可控硅。S1和S2 ，S3和S4，S5和S6，S7和S8，分别为四台补偿变压器初级绕组端的控制开关，S9和S10则是作为公共桥臂进行工作。整个交流稳压电源系统，因为接入补偿变压器的不同,流经每组可控硅的最大电流随之不同。具体情况如下:Po=Uo*Io Io=Po/Uo=5KW/220V（次 级）， I1=Io*2.2/220（初级），如图2.3： 图2.3 初级绕组端的控制电路 (1) S1和S2: 只接入补偿变压器TR1，其补偿电压为2.2V，则 Imax=(2.2V/220V)*(5kVA/220V)=0.227A (2) S3和S4: 只接入补偿变压器TR2，其补偿电压为4.4V，则 Imax=(4.4V/220V)*(5kVA/220V)==0.454A (3) S5和S6: 只接入补偿变压器TR3，其补偿电压为8.8V，则 Imax=(8.8V/220V)*(5kVA/220V)=0.908A (4) S7和S8 只接入补偿变压器TR4，其补偿电压为17.6V，则 12 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） Imax=(17.6V/220V)*(5kVA/220V)=1.816A (5) S9和S10 接入补偿变压器TR1，TR2，TR3，TR4，其补偿电压为33V，则 Imax=(33V/220V)*(5kVA/220V)=3.409A 四组可控硅的接入电压都是220V 。 按照器件参数的选择规律,耐压值一般为工作值的4倍左右,电流值一般为工作值的3-4倍，那么，四组可控硅的选用如下: (1) S1和S2,S3和S4 ,S5和S6，S7和S8，S9和S10全部选用耐压1000V、电流16A的器件。 (2) RC主要用于吸收尖峰脉冲，在选择时可取RC 每组里的两个双向可控硅，任何时间，都必须有一个处于导通状态。规定值时晶闸管作为开关将补偿变压器初级回路接通，即改变通断状态来调节补偿电压Ub1，以保持输出电压Uo在设定范围内。在晶闸管导通时，流过补偿变压器一次线圈W1的励磁电流Io产生励磁磁势IoW1，并在二次线圈W2产生感应电势作为补偿电压。晶闸管关断时，补偿变压器无励磁磁势，因而补偿电压为零。 当稳压器有负载时，IL不等于0，该负载电流在补偿变压器上产生负载磁势ILW2在晶闸管导通时，补偿变压器一次边电流为I1，一次边磁势为I1W1。由磁势平衡方程，得I1W1+I2W2=IoW1。 本文通过采取在每台补偿变压器的一次侧加装电阻R和电容C的方法，图2.4中的R1,R2，R3，R4，C1,C2, C3，C4较好地解决了这个问题。R可以选择参数20，C可以选择10uf。 在主电路中，每一级补偿电路中，必须得保持同一组中两个可控硅有一个处于导通状态。当需要提供正向补偿电压时，四个补偿变压器有15种组合;见表一 13 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 图2.4 补偿电路 2.4.5 双向可控硅短路报警 为应对双向可控硅短路的情况，本文专门进行了报警电路的设计，如图2.5所示。图中，四组可控硅分别接入保险丝F1, F2, F3和F4 以第一组可控硅S1和S2为例，正常工作时，Fl两端电压为零，继电器Jl不吸合，电路不报警。当出现可控硅短路时，F1熔断，真两端电压不为零，J1吸合，电路报警，蜂鸣器开始呼叫。五组可控硅，只要有一组出现短路故障，电路就开始报警。 图2.5可控硅短路报警电路图 14 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 表一 补偿电压的多种补偿状态 组合 可控硅状态 补偿电压（V） 1 S1,3,5,7,9断开或S2,4,6,8,10断开 0 2 S1,4,6,8,10导通其余断开 -2.2 3 S2,3,6,8,10导通其余断开 -4.4 4 S1,3,6,8,10导通其余断开 -6.6 5 S2,4,5,8,10导通其余断开 -8.8 6 S1,4,5,8,10导通其余断开 -11 7 S2,3,5,8,10导通其余断开 -13.2 8 S1,3,5,8,10导通其余断开 -15.4 9 S2,4,6,7,10导通其余断开 -17.6 10 S1,4,6,7,10导通其余断开 -19.8 11 S2,3,6,7,10导通其余断开 -22 12 S1,3,6,7,10导通其余断开 -24.2 13 S2,4,5,7,10导通其余断开 -26.4 14 S1,4,5,7,10导通其余断开 -28.6 15 S2,3,5,7,10导通其余断开 -30.8 16 S1,3,5,7,10导通其余断开 -33 17 S1,4,6,8,10断开其余导通 2.2 18 S2,3,6,8,10断开其余导通 4.4 19 S1,3,6,8,10断开其余导通 6.6 20 S2,4,5,8,10断开其余导通 8.8 21 S1,4,5,8,10断开其余导通 11 22 S2,3,5,8,10断开其余导通 13.2 23 S1,3,5,8,10断开其余导通 15.4 24 S2,4,6,7,10断开其余导通 17.6 25 S1,4,6,7,10断开其余导通 19.8 26 S2,3,6,7,10断开其余导通 22 27 S1,3,6,7,10断开其余导通 24.2 28 S2,4,5,7,10断开其余导通 26.4 29 S1,4,5,7,10断开其余导通 28.6 30 S2,3,5,7,10断开其余导通 30.8 31 S1,3,5,7,10断开其余导通 33 15 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 3 稳压电源硬件系统设计 3.1 硬件系统的整体框架 3.1.1 主回路 主回路电路，如图3.1所示。根据稳压精度及输入电压范围的要求，本文选择四台补偿变压器TR1 ，TR2 ，TR3，TR4。图中，是四个独立的补偿变压器，其次级绕组上的补偿电压Ubi可以设计为2.2V，4.4V，8.8V，17.6V，。当顺极性(或反极性)叠加全部投入时，可以获得最大正负补偿电压为33V。当Us最小值为2.2V时，稳压精度可优于1%。S1-S10为双向可控硅，它与补偿变压器TR1 , TR1 , TR3, TR4组成“多全桥电路”形式图中S9和S10为公用桥臂，它分别与S1和S2 , S3和S4 , S5和S6, S7和S8组成三个全桥电路。 图 3.1 主回路 3.1.2 控制电路 该稳压器控制电路的硬件组成与工作原理见图3.2，它由8051单片机系统、外扩检测、驱动等接口电路构成。 输入几电压变化经AC/DC变换电路，转换成0-5V的直流信号，后经模数转换器ADC0809输入8051单片机，由CPU检测稳压 16 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 电源输入值。双向可控硅由光隔离/光祸合过零触发双向可控硅驱动器MOC3061驱动。 图 3.2 控制电路原理 3.2 双向可控硅触发电路 3.2.1 MOC3061 电压过零型光电耦合器，是由一只砷化稼红外发光二极管和带有集成化过零检测电路的硅光检测器组成，它们被一种能透射红外线的耐高压介质隔离并共同封闭在一个芯片中。典型的此类器件如美国MOTOROLA公司生产的MOC3041-3081系列芯片。由于采用了可靠的封闭形式且芯片内部的介质能在逻辑控制电路和负载电路之间提供高达数千伏的隔离冲击电压，因而使这类器件具有体积小，寿命长、抗电磁干扰和机械振动能力强以及输入输出完全隔离等优点。 MOC3061光电耦合器的额定电压是600v，最大重复浪涌电流为1A，最大电压上升率du/dt为1000V/us以上，一般可达到2000V/us，输入输出隔离电压大于7500V,输入控制电流为15mA。 3.2.2 触发电路 双向可控硅的触发电路，如图3.3所示： 当双向可控硅Si的控制信号P1.0输出低电平时，MOC3061的输入端就有约为5-15mA的电流输入，在MOC3061的输出端6脚和4脚之间的电压稍过零时，内部的双向晶闸管就导通，触发外部的双向晶问管Si导通。当P1.0输出为高电平时，双向晶管S，关断。MOC3061在输出关断的状态下，也会有小于或等于500A的电流，在触发电路中，接入电阻R3可以消除这个电流对外部晶闸管的影响。 17 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 电阻R1是MOC3061的限流电阻，用于限制流经MOC3061输出端的电流最大值不超过1A。MOC3601的过零检测的电压值为20V，但是限流电阻不能只取20欧。因为在电感性负载系统中，R1的值需要增大。一般情况下，R1的取值在27-330。之间。本文电路中，取为47。需要注意的是，R1在取值较大时，会对最小触发电压产生影响。这是因为，MOC3061的最小触发电压的计算公式为: 其中:IR3—流经R3的电流; IGT—晶闸管KS的门极触发电流; UGT—晶闸管KS的门极触发电压: UTM—MOC3061输出晶闸管的导通压降，一般取为3V。与双向晶闸管S1并联的RC回路，就是用于降低双向晶闸管所受的冲击电压，从而保护S1及MOC3061。 P1.0 图3.3 双向可控硅触发电路 在可控硅的触发电路中，必须对加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt应有所限制。晶闸管有一个重要特性参数—断态电压临界上升率dv/dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由三个PN结组成。 在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容 18 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） Co。当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容Co，并通过J3结，这个电流起了门极触发电流作用。如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C。的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通，这是不允许的。因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。 为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，需在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以对电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R, L, C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。与双向晶闸管S}并联的RC回路，就是用于降低双向晶闸管所受的冲击电压，从而保护S，及MOC3061。 同时，也必须对晶闸管上的电流上升率di/dt进行抑制。因为，晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1 mm/ }s的扩展速度将电流扩展到整个阴极面。若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率，使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。 由于上述可控硅触发电路，能够依靠光电祸合器自动实现了触发电路与系统电压的同步:同时，它以集成芯片替代了由分立元件组成的功放、驱动以及脉冲变压器等环节，并在控制电路与主电路间实现了完全的光电隔离，因而具有结构简捷、可靠性高和价格低廉的特点。 3.3 保护电路 3.3.1 保护电路原理 保护电路原理，如图3.4所示。图中，IC1是过压保护比较放大电路，IC2是久压比较放大电路，T与HA, J, LED是共用的驱动执行电路。交流输入电压在额定范围之内时，T不动作。 当输入电压高于过压保护设定值时，取样电压高于基准电压，它接至IC1的同相输入端与接在反相输入端的基准电压进行比较放大后，IC1输出为正电平，使T导通，J吸合，其动断触头断开而切断输出。一旦输出电压低于过压保 19 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 护设定值时，取样电庄低于基准电压，IC1输出为零电平，T截止，J释放，其动断触头复原，从而使电源恢复正常的输出。 输入电压UI经变压器TC的N22绕组，D1-D4整流，由电位器RP1设定输入电压的上限值，对应的电平送至比较器IC1的同相端;由R5,R6给IC1的反相端设定基准电压。当输入电压UI经RP1形成的反馈电压高于基准电压时，IC1输出正电压扩晶体管T导通，继电器J吸合，断开输出电路。这时，二极管LED(红色)发光报警，同时，蜂鸣器HA发出声音。这时输出电压为零，从而防止用电设备因过压而摄坏。 由R7与Dz构成的二次稳压电路，作为基准电源。Dz选用DW231，它是带盘度补偿型的精密稳压二极管，主要技术参数为*动态电阻Rz 图3.4 保护电路 20 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 3.4 辅助直流稳压电源设计 3.4.1 +5V直流稳压电源 图3.5所示电路为+5伏输出的直流稳压电源，从图可见，稳压电源由整流变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压器等环节组成。 3.4.2 +12直流稳压电源 一般应用线性集成运算放大器的场合都需要使用12伏双路直流稳压电源。图3.5是采用集成稳压器7812的12伏稳压电源。由于12V，5V电源的功耗都很小，可以考虑采用串联的形式，即12V电源的输出作为5V电源的输入。这样对变压器的要求较小，可以与采样变压器合二为一！ 图3.5 直流稳压电源电路 21 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 4 单片机系统设计 根据控制功能需要整个软件可分为启动程序，初始化程序，中断程序和主程序几部分。 4.1 主程流程图 启动程序在合适的条件下进入主程序，所以主程序的开始就是启动程序的接续，另外，主程序中增加了一部分关干CTC0的操作，这就是在初始化程序中提到的利用CTC0定时中断进行抗干扰的具体实现。 图4.1 主程序流程图 22 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 两段时间延时的作用是:Td为触发延时，可防止双向晶闸管在切换过程中已通管未截止而待通管提前导通所造成的环流现象。本指令的存在，使得在切换过程中，对待触发晶闸管的触发脉冲进行暂时封锁，封锁时间就是Td。 Tg的设置，确定了切换的最小时间间隔，解决了频繁切换所造成的输出电压变化可能过于剧烈的问题。这样虽然延长了调整时间，但可使输出电压变化更加平缓，有利于用电设备的安全。 4.2 采样子程序流程图 其流程图如图4.2所示，子程序清单如下: 图4.2 采样子程序流程图 SAMP:MOV Ro，#2CH;采样值始址送Ro MOV R2,#03H; 采样次数初值送R2 MOV DPTR,#03F8H SAMP:MOV DPTR, A; 启动ADC0809工作 MOV R3，#20H; DLY: DJNZ R3，DLY;延时 HERE:JB P3.3，HERE;等待AD完成 23 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） MOVX A, @DPTR;采样值送A MOV @Ro, A;存放采样值 INC Ro DJNZ R2，SAM 1;若采样未完，则SAM1 RET ;若已采样完，则返回 4.3 数字滤波程序流程图 用于滤除来自控制现场对采样值的干扰。数字滤波程序的算法颇多，中值滤波法是其中一种。它是由涂基于1971年发明的一种非线性处理方法。由于它在实际运算过程中，使用起来比较方便，因而得到非常广泛的应用[2l]。本文采用了中值滤波法。中值滤波法原理很简单，只需对ZCH、ZDH和ZEH中的三次采样值进行比较，取中间值存放到ZAH单元内，以作为数据比较处理时使用。 图4.3为中值滤波程序框图： 图 4.3 数字滤波流程图 24 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 4.4 电压采样电路 4.4.1 ADC0809的特性 选用不同分辨率的A/D转换器将直接影响对模拟量的近似程度，进而影响测量值的准确性。理论上应选用高分辨率的A/D转换器，因为分辨率越高，可能产生的量化误差越小。 对A/D转换器位数的另一点考虑，是因为本文采用的微处理机是8位的，采用8位以下的A/D转换器，其接口电路最简单。因为绝大部分A/D转换器的数据输出都具TTL电平，而且数据输出寄存器具有可控三态输出功能，可以直接挂在数据总线上。如果采用8位以上的转换器，就要加缓冲器接口，数据要分两次读出。 所以，在实际设计中，考虑到系统的性能要求应该选用8位分辨率以上的A/D转换器。最后选用了8位串行A/D转换器ADC0809，使得模数转换的精度高于系统的总体精度。逐次逼近式A/D转换器的电路原理图，如图4.4所示。其主要原理为:将一待转换的模拟输入信号Uin与一个推测信号Ui相比较，根据推测信号大于还是小于输入信号来决定增大还是减小该推测信号，以便向模拟输入信号逼近。推测信号由D/A转换器的输出获得，当推测信号与模拟信号相等时，向D/A转换器输入的数字就是对应模拟输入量的数字量。其推测值的算法如下:使二进制计数器中(输出锁存器)的每一位从最高位起依次置l每接一位时，都要进行测试。若模拟输入信号Uin小于推测信号Ui，则比较器输出为零，并使该位清零;若模拟输入信号Uin大于推测信号Ui，比较器输出为1，并使该位保持为19无论哪种情况，均应继续比较下一位，直到最末位为止。此时，D/A转换器的数字输入即为对应模拟输入信号的数字量。将此数字量输出，就完成了入。转换过程。 25 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 图 4.4 A/D转换器电路原理图 4.4.2 ADC0809的内部结构及引脚功能 片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进储换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR、控制与时序电路等。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线上。 ①主要指标 分辨率为8位; 最大不可调误差小于士1LSB; 单- +5V供电，模拟输入范围为0-5V; 具有锁存控制的8路模拟形状: 可锁存三态输出，输出与，TTL兼容; 功耗为15mw; 不必进行零点和满度调整; 转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率范围:10-1280kHz，当CLK =5OOkHz时，转换速度为128us。 26 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 图4.5 ADC0809内部结构 ②引脚 ADC0809采用DIP双列直插式封装，共有28个引脚。 1) IN0-IN7(8条) 用于输入被转换的模拟电压。 2)地址输入和控制((4条) ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE为高电平时，ADDA,ADDB和ADDC三条地址线上的地址信号得以锁存，经译码后控制八路模拟开关工作。ADDA, ADDB和ADDC:地址输入线，用于选择IN0-IN7,加哪一路模拟电压送给比较器进行A/D转换。 3)数字量输出及控制线(11条)START:“启动输入脉冲”输入线，该线上正脉冲由CPET送来，宽度应大于00ns，上升沿清零SAR，下降沿启动ADC工作。 EOC:转换结束输出线，该线上高电平表示A心转换己结束，数字量已锁入“三寄输出批存器”。 4)电源线及其它(5条) CLK:时钟输入线，用于为ADC0809提供逐次比较所需的64OKHz时钟脉冲序列。 VCC: +5V电源输入线。 27 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） GND:地线。REF(十)和REF(-):参考电压输入线，用于给电阻阶梯网络供给标准电压。一般REF(+)与Vcc连接，REF(-)接地。 (3) ADC0809与单片机的接口设计 本文采用的硬件接口是查询方式，如图4.6所示。 锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。74LS273 是8D 触发器，当CLK 端上升沿到来时，将D 端的数据锁存。CLR为低电平时被清0。作为地址锁存器使用，可将ALE 反相接CLK 端，CLR接+5V。 图4.6 ADC0809接口电路 下面程序是采用查询方法，对模拟信号采样一次，并依次把结果转存到数据存储区的采样转换程序。 MAIN: MOV Rl,#data;置数据区首地址 MOV DPTR,#7FF8H;P2.7=0，且指向通道0 MOV R7,#03H;置通道数 LOOP:MOVX @PTR,A;启动A/D转换 MOV R6,#OAH;软件延时 DLAY:NOP 28 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A @DPTR ;读取转换结果 MOV @R1,A;存储数据 INC DPTR;指向下一个通道 INC Rl;修改数据区指针 DJNZ R7,LOOP; 4.4.3 采样电路 如图4.7所示，输入电压U1经采样变压器TC降压后，通过绕组送至由D1-D4，及C1组成的整流滤波电路，经过C1,R1滤波后输出端经电位器RP2调整，输出到ADC0809的信号输入端。ADC0809的参考电压为5V，则可以考虑当变压器输入电压为255V时，调整R的输出为5V，转换成数字信号为11111111（255），这样0~255V就与0~255（00000000~11111111）一一对应。 图4.7 采样电路图 4.5 系统控制电路 AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统 29 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 主要特性： ·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取 30 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 31 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 32 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 5 结论 本文探讨了利用单片机和双向可控硅设计大功率补偿式交流稳压电源的实现方法。经过设计，选件和整体运行，该电源达到了预定的设计要求，主要技术性能参数如下: 输入稳压范围：单相187V－253V 频率：50Hz±2Hz 输出电压：220V±1% 源电压效应： ≤±1% 负载效应：≤±1% 波形失真： ≤5%（附加） 效率：≥90%（满载） 欠过压保护：Vo≤186V或Vo≥254V 论文首先对交流稳压电源的分类及主要技术指标进行了介绍，对比了各类电源的特在此基础上，对大功率补偿式交流稳压电源的几个关键问题进行了深入的研究与探补偿原理，硬件电路，使用可控硅注意的问题和单片机系统抗干扰措施点讨等。 本文的目的，一方面是具体实现基于单片机和双向可控硅的无触点大功率补偿式交流稳压电源的设计及调试，研究电源稳压过程中会遇到的几个关键的问题。另一方面是希望通过本文所做的工作，能对大功率补偿式稳压电源的研制提供一定的理论和实际应用的借鉴和帮助。 由于时间所限，本论文所做的工作，主要是设计基于单片机和可控硅的无触点补偿式交流稳压电源。 下面就无触点补偿式交流稳压电源相关技术的发展和今后要做的工作加以展望: (1)在对输入电压采样数据进行处理方面，可选用的单片机很多，本文讨论了利用AT89C51实现的方法。今后还应研究探讨其他性能更多的单片机，在可能 33 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 的情况下，增加该电源系统的更多功能。 (2)在实现无触点控制方面，随着电力电子技术的不断发展，新的性能更好的开关器件不断出现，那些困扰着开关器件准确导通和关断的安全问题及延时问题，将会得到很好的解决。 我们相信不久的将来，无触点大功率补偿式交流稳压电源的技术更加成熟，必将涉及更多的领域,会被更好的利用和发展. 34 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 6 经济分析报告 成本核算： 元器件成本核算。元器件成本核算主要是有关该系统所有元器件成本，这可以根据元器件清单来计算，元器件清单如下表所示。 元件 变压器（8个） IN4007(17个) 74ls373(2个) 74ls02 8255A 可控硅（10个） 7812 蜂鸣器 8050 保险丝（4个） 单价 12 0.15 1.8 1.5 5.0 0.5 1.0 0.3 0.2 0.1 元件 电位器（3个） ADC0809 D触发器 AT89C51 MOC3061(10个) 7805 LM324(2个) LED TAC06A(4个) 其他 单价 0.3 5.0 0.5 6.5 2.5 1.2 3.0 0.2 0.5 6 通过表容易算得主要元器件成本168.9元。 其它成本核算，加起来整个系统的成本总共估算约180元左右。 通过成本核算，我们不难发现此交流稳压电源成本低，性价比高，如果投入生产，商业风险较小，回报较高。 35 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 致谢 在毕业论文完成之际，我的大学四年的学习生活也即将结束。在毕业设计的过程中，我感受到了来自多方面的温暖。 首先要感谢我的指导老师金光浪老师。我曾经在通信原理课的课堂上得到金老师的教导，这次的毕业设计再一次得到金老师的悉心指导，我感到非常的荣幸，也十分珍惜这一次与金老师的相处机会。感谢老师对我授业解惑所付出的辛苦。为了能更好的完成毕业设计，金老师在大四上学期期末就给我做好了任务书，让我有充足的时间来更好的完成这次毕业设计。在毕业设计过程中，曾经碰到过许多技术上的难题，经过老师的耐心指导，通过用不同的方案，问题都得以解决。老师精湛的、炉火纯青的技术境界，着实让我耳目一新。老师的和蔼可亲、平易近人的为人风范是让我深受感动。在此，由衷感谢老师的谆谆教诲，从中受益匪浅。 其次，感谢所有帮助过我的老师们，他们的热情以及在教学工作中的忘我精神和在教学过程中的严谨，给我留下了深刻的影响，使我受益非浅。在多位老师的教导下，我才打下了坚实的基础，使得毕业论文能够顺利完成。 再次，要感谢实验室为我提供了良好的实验环境，在这里我顺利地完成了我大学的实验研究目标。这是一个积极向上、富有朝气的学习集体，在这里我将理论与实际将结合，不仅更深一步地认识了理论知识，并使其得到了发展，更重要的是锻炼了自己的实际动手能力。 最后感谢景德镇陶瓷学院对我的悉心教导，感谢机械电子工程学院为我们学生默默的奉献！ 36 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 参考文献 [1]周志敏.浅析21世纪电源技术的发展动向(I).能源技术，2003, 24 (1) :43-45. 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