电源控制器范文精选
电源控制器范文第1篇
【关键词】有源电子滤波器；迭代PI；电流跟踪
1.引言
随着电力电子技术的发展，大量非线性器件的使用引起的电网谐波污染日益严重，有源电力滤波器（APF，Active Power Filter）作为目前抑制谐波最理想的解决手段，受到广泛的关注。图1为并联APF谐波补偿原理图。
有源电子滤波器的关键技术主要包括：谐波电流检测方法和电流跟踪控制算法。目前大量的控制算法都被应用于有源电力电子滤波器，有发展很成熟的方案：如滞环控制、传统PI控制等；有近几年兴起的新型控制方案：如滑模变控制、单周控制、重复控制等。各种控制方案各有自身的优点，如滞环控制原理简单、容易实现、鲁棒性能好，传统PI控制开关频率固定，容易滤除开关频率附近的高频谐波。滞环控制和PI控制算法是APF系统中应用最广泛的两种方法，据日本电气学会调查，它们的占有率都在45%-50%之间。
传统的PI能够对被控量为直流量和变化缓慢的量实现无静差控制，但当被控量为正弦量时（比如交流驱动），如果直接采用传统PI进行控制，就会存在静态误差。将交流信号通过同步旋转变换成直流时，PI能够对被控量为标准的正弦量实现无静差控制[1]，但有源滤波系统中含有多次谐波，如果每次谐波都经过旋转变换会增加计算量，不易于工程实现。
迭代PI控制[2]是近几年才被应用于APF系统中的一种新型控制算法。本文介绍了其基本原理，分析了其与重复控制的相似点和对APF系统的适用性。
同时，我们发现与具有相同结构，都具有与周期相关的参数N，这意味着重复控制与迭代PI控制都具有周期性控制特点，分析迭代PI离散域的结构框图，如图4所示，可以发现，它具有超前预测系统误差，并与重复控制具有相同的内模结构，从这个意义上说，重复控制与迭代PI控制具有很大相似性。
4.仿真实验结果
5.结论
本文分析了迭代PI与重复控制的相同点，重复控制是内模原理的基础上提出的，迭代PI改进了传统PI，采用了周期积分。两种控制方法出发点不同，但具有相同的结论。文章的结论过仿真验证了迭代PI在有源电子滤波器中的控制效果优于常规PID。文章将新型的迭代PI控制器归入了传统的重复控制，对电力滤波器控制器的选择具有重要的意义。
参考文献
[1]A.Veltman S.Bhattacharya,D.M.Divan,and R.D.Lorenz.Flux based active filter controller.IEEE Trans.Ind.Applicat.1996,32(3):491-502.
[2]唐欣,罗安,涂春鸣.基于递推积分PI的混合型有源电子滤波器电流控制[J].中国电机工程学报,2003,23(10):38-41.
电源控制器范文第2篇
关键词：SoC片上总线AMBAWishboneAvalon
引言
嵌入式系统是当今计算机工业发展的一个热点。随着超大规模集成电路的迅速发展，半导体工业进入深亚微米时代，器件特征尺寸越来越小，芯片规模越来越大，可以在单芯片上集成上百万到数亿只晶体管。如此密集的集成度使我们现在能够在一小块芯片上把以前由CPU和若干I/O接口等数块芯片实现的功能集成起来，由单片集成电路构成功能强大的、完整的系统，这就是我们通常所说的片上系统SoC（SystemonChip）。由于功能完整，SoC逐渐成为嵌入式系统发展的主流。
SoC相比板上系统，具有许多优点：
①充分利用IP技术，减少产品设计复杂性和开发成本，缩短产品开发的时间；
②单芯片集成电路可以有效地降低系统功耗；
③减少芯片对外引脚数，简化系统加工的复杂性；
④减少驱动接口单元及电路板之间的信号传递，加快了数据传输和处理的速度；
⑤内嵌的线路可以减少甚至避免电路板信号传送时所造成的系统信号串扰。
SoC的设计过程中，最具特色的是IP复用技术。即选择所需功能的IP（给出IP定义）核，集成到一个芯片中用。由于IP核的设计千差万别，IP核的连接就成为构造SoC的关键。片上总线（On-ChipBus，OCB）是实现SoC中IP核连接最常见的技术手段，它以总线方式实现IP核之间数据通信。与板上总线不同，片上总线不用驱动底板上的信号和连接器，使用更简单，速度更快。一个片上总线规范一般需要定义各个模块之间初始化、仲裁、请求传输、响应、发送接收等过程中驱动、时序、策略等关系。
由于片上总线与板上总线应用范围不同，存在着较大的差异，其主要特点如下：
①片上总线要尽可能简单。首先结构要简单，这样可以占用较少的逻辑单元；其次时序要简单，以利于提高总线的速度；第三接口要简单，如此可减少与IP核连接的复杂度。
②片上总线有较大的灵活性。由于片上系统应用广泛，不同的应用对总线的要求各异，因此片上总线具有较大的灵活性。其一，多数片上总线的数据和地址宽度都可变，如AMBAAHB支持32位~128位数据总线宽度；其二，部分片上总线的互连结构可变，如Wishbone总线支持点到点、数据流、共享总线和交叉开关四种互连方式；其三，部分片上总线的仲裁机制灵活可变，如Wishbone总线的仲裁机制可以完全由用户定制。
③片上总线要尽可能降低功耗。因此，在实际应用时，总线上各种信号尽量保持不变，并且多采用单向信号线，降低了功耗，同时也简化了时序。上述三种片上总线输入数据线和输出数据线都是分开的，且都没有信号复用现象。
片上总线有两种实现方案，一是选用国际上公开通用的总线结构；二是根据特定领域自主开发片上总线。本文就目前SoC上使用较多的三种片上总线标准——ARM的AMBA、Silicore的Wishbone和Altera的Avalon进行讨论，对三者特性进行分析和比较。
1AMBA总线
AMBA（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture）总线规范是ARM公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准。它独立于处理器和制造工艺技术，增强了各种应用中的外设和系统宏单元的可重用性。AMBA总线规范是一个开放标准，可免费从ARM获得。目前，AMBA拥有众多第三方支持，被ARM公司90%以上的合作伙伴采用，在基于ARM处理器内核的SoC设计中，已经成为广泛支持的现有互联标准之一。AMBA总线规范2.0于1999年，该规范引入的先进高性能总线（AHB）是现阶段AMBA实现的主要形式。AHB的关键是对接口和互连均进行定义，目的是在任何工艺条件下实现接口和互连的最大带宽。AHB接口已与互连功能分离，不再仅仅是一种总线，而是一种带有接口模块的互连体系。
AMBA总线规范主要设计目的如下：①满足具有一个或多个CPU或DSP的嵌入式系统产品的快速开发要求；②增加设计技术上的独立性，确保可重用的多种IP核可以成功地移植到不同的系统中，适合全定制、标准单元和门阵列等技术；③促进系统模块化设计，以增加处理器的独立性；④减少对底层硅的需求，以使片外的操作和测试通信更加有效。
AMBA总线是一个多总线系统。规范定义了三种可以组合使用的不同类型的总线：AHB（AdvancedHigh-performanceBus）、ASB（AdvancedSystemBus）和APB（AdvancedPeripheralBus）。
典型的基于AMBA的SoC核心部分如图1所示。其中高性能系统总线（AHB或ASB）主要用以满足CPU和存储器之间的带宽要求。CPU、片内存储器和DMA设备等高速设备连接在其上，而系统的大部分低速外部设备则连接在低带宽总线APB上。系统总线和外设总线之间用一个桥接器（AHB/ASB-APB-Bridge）进行连接。
AMBA的AHB适用于高性能和高时钟频率的系统模块。它作为高性能系统的骨干总线，主要用于连接高性能和高吞吐量设备之间的连接，如CPU、片上存储器、DMA设备和DSP或其它协处理器等。其主要特性如下：
支持多个总线主设备控制器；
支持猝发、分裂、流水等数据传输方式；
单周期总线主设备控制权转换；
32~128位数据总线宽度；
具有访问保护机制，以区分特权模式和非特权模式访问，指令和数据读取等；
数据猝发传输最大为16段；
地址空间32位；
支持字节、半字和字传输。
AMBA的ASB适用于高性能的系统模块。在不必要适用AHB的高速特性的场合，可选择ASB作为系统总线。它同样支持处理器、片上存储器和片外处理器接口与低功耗外部宏单元之间的连接。其主要特性与AHB类似，主要不同点是它读数据和写数据采用同一条双向数据总线。
AMBA的APB适用于低功耗的外部设备，它已经过优化，以减少功耗和对外设接口的复杂度；它可连接在两种系统总线上。其主要特性如下：
低速、低功耗外部总线；
单个总线主设备控制器；
非常简单，加上CLOCK和RESET，总共只有4个控制信号；
32位地址空间；
最大32位数据总线；
读数据总线与写数据总线分开。
2Wishbone总线
Wishbone最先是由Silicore公司提出的，现在已被移交给OpenCores组织维护。由于其开放性，现在已有不少的用户群体，特别是一些免费的IP核，大多数都采用Wishbone标准。
Wishbone总线规范是一种片上系统IP核互连体系结构。它定义了一种IP核之间公共的逻辑接口，减轻了系统组件集成的难度，提高了系统组件的可重用性、可靠性和可移植性，加快了产品市场化的速度。Wishbone总线规范可用于软核、固核和硬核，对开发工具和目标硬件没有特殊要求，并且几乎兼容已有所有的综合工具，可以用多种硬件描述语言来实现。
Wishbone总线规范的目的是作为一种IP核之间的通用接口，因此它定义了一套标准的信号和总线周期，以连接不同的模块，而不是试图去规范IP核的功能和接口。
Wishbone总线结构十分简单，它仅仅定义了一条高速总线。在一个复杂的系统中，可以采用两条Wishbone总线的多级总线结构：其一用于高性能系统部分，其二用于低速外设部分，两者之间需要一个接口。这个接口虽然占用一些电路资源，但这比设计并连接两种不同的总线要简单多了。用户可以按需要自定义Wishbone标准，如字节对齐方式和标志位（TAG）的含义等等，还可以加上一些其它的特性。Wishbone的一种互连结构如图。
灵活性是Wishbone总线的另一个优点。由于IP核种类多样，其间并没有一种统一的间接方式。为满足不同系统的需要，Wishbone总线提供了四种不同的IP核互连方式：
点到点（point-to-point），用于两IP核直接互连；
数据流（dataflow），用于多个串行IP核之间的数据并发传输；
共享总线（sharedbus），多个IP核共享一条总线；
交叉开关（crossbarswitch）（图2），同时连接多个主从部件，提高系统吞吐量。
还有一种片外连接方式，可以连接到上面任何一种互连网络中。比如说，两个有Wishbone接口的不同芯片之间就可以用点到点方式进行连接。
Wishbone总线主要特征如下：
所有应用适用于同一种总线体系结构；
是一种简单、紧凑的逻辑IP核硬件接口，只需很少的逻辑单元即可实现；
时序非常简单；
主/从结构的总线，支持多个总线主设备；
8~64位数据总线（可扩充）；
单周期读写；
支持所有常用的总线数据传输协议，如单字节读写周期、块传输周期、控制操作及其它的总线事务等；
支持多种IP核互连网络，如单向总线、双向总线、基于多路互用的互连网络、基于三态的互连网络等；
支持总线周期的正常结束、重试结束和错误结束；
使用用户自定义标记（TAG），确定数据传输类型、中断向量等；
仲裁器机制由用户自定义；
独立于硬件技术(FPGA、ASIC、bipolar、MOS等)、IP核类型（软核、固核或硬核）、综合工具、布局和布线技术等。
3Avalon总线
Avalon总线是Altera公司设计的用于SOPC（SystemOnProgrammableChip，可编程片上系统）中，连接片上处理器和其它IP模块的一种简单的总线协议，规定了主部件和从部件之间进行连接的端口和通信的时序。
Avalon总线的主要设计目的如下：①简单性，提供一种非常易于理解的协议；②优化总线逻辑的资源使用率，将逻辑单元保存在PLD（ProgrammableLogicDevice，可编程逻辑器件）中；③同步操作，将其它的逻辑单元很好地集成到同一PLD中，同时避免复杂的时序。
传统的总线结构中，一个中心仲裁器控制多个主设备和从设备之间的通信。这种结构会产生一个瓶颈，因为任何时候只有一个主设备能访问系统总线。Avalon总线的开关构造使用一种称之为从设备仲裁（Slave-sidearbitration）的技术，允许多个主设备控制器真正地同步操作。当有多个主设备访问同一个从设备时，从设备仲裁器将决定哪个主设备获得访问权。图3是一个多主设备同时访问存储器的例子。在此系统中，高带宽外设，如100M以太网卡，可以不需暂停CPU而直接访问存储器。通过允许存储访问独立于CPU。Avalon开关结构优化了数据流，从而提高了系统的吞吐量。
Avalon总线主要特性如下：
32位寻址空间；
支持字节、半字和字传输；
同步接口；
独立的地址线、数据线和控制线；
设备内嵌译码部件；
支持多个总线主设备，Avalon自动生成仲裁机制；
多个主设备可同时操作使用一条总线；
可变的总线宽度，即可自动调整总线宽度，以适应尺寸不匹配的数据；
提供了基于图形界面的总线配置向导，简单易用。
4三种片上总线比较
通过以上对三种总线特性的介绍，可以对三种总线作个比较，如表1所列。
表1三种总线特性比较
AMBAWishbonAvalon
互连方式共享总线交叉开关/共享总线/数据流/点到点共享总线/总线开关
主控制器多个多个多个
数据总宽度/位32～1288～6432
地址空间/位326432
数据传输方式字节/半字/字字节/半字/字字节/半字/字
事务传输方式流水/分裂/猝发传输单字节读写/块/猝发传输单字节读写/块传输
数据对齐方式大端对齐/小端对齐大端对齐/小端对齐大端对齐/小端对齐
仲裁机制系统定义用户自定义系统生成
独立性硬件技术/IP核类型/综合工具无关硬件技术/IP核类型/综合工具无关硬件技术/IP核类型无关
基于三种总线的特性，可以得出其应用的综合比较，如表2所列。
表2三种总线应用综合比较
AMBAWishbonAvalon
适用器件PLD，ASICPLD，ASICAltera系列PLD
应用范围高性能嵌入式系统高性能嵌入式系统，型嵌入式系统用于AlteraNios软核的系统中
可用资源ARM使用伙伴众多，提供了丰富的IP核对IP核没有特殊要求，而且中有许免费IP核Alter公司建立了AMPP（AlteraMegafunctionPartnersProgram）组织，提供了丰富的IP核
价格ARM声黎免费，但需要授权协议完全免费Altera所有，需要授权协议
三种总线各有特点，决定了其应用范围的不同。AMBA总线规范拥有众多第三方支持，被ARM公司90%以上的合作伙伴采用，已成为广泛支持的现有互连标准之一。Wishbone异军突起，其简单性和灵活性受到广大SoC设计者的青睐。由于它是完全免费的，并有丰富的免费IP核资源，因此它有可能成为未来的片上系统总线互连标准。Avalon主要用于Altera公司系列PLD中，最大的优点在于其配置的简单性，可由EDA工具快速生成，受PLD厂商巨头Altera极力推荐，其影响范围也不可忽视。
电源控制器范文第3篇
关键词：跳闸继电器；保护；电源
中图分类号： U665.12 文献标识码：A
神华国华北京热电分公司装有两台德国ABB公司生产的DKEH-1DN31型200MW凝汽抽汽式汽轮机，为提高供热可靠性，机组配置方式为两炉一机，四台锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-410/9.8-YM1型自然循环汽包炉，两台机组于1999年底投产。
两台机组的控制系统均采用ABB公司的PROCONTROL P型分散控制系统。其中锅炉保护是由Procontrol P系统中的Procontrol? PF来实现的。该保护系统采用“三取二”逻辑，从每个信号的采集、逻辑判断、到跳闸出口均为“三取二”设计配置方式。同时保护系统又设置软保护和硬保护两种，软保护即通过信号输入模件采集就地仪表的测量信号，进行滤波、AD转换等信号处理后，由逻辑运算模件不断地按照既定的程序进行逻辑判断和运算，如果出现异常工况，立即发出停止命令，驱动设备停止继电器去停止设备运行，从而达到保护设备的目的；硬保护则通过同样的信号处理，一旦出现异常工况，立即发出保护指令，通过跳闸继电器模件的输出去驱动跳闸保护继电器，使跳闸继电器的线圈失电，直接切断设备的供电，从而实现对设备的保护。
2跳闸继电器控制回路介绍
2.1跳闸继电器模件说明
每块跳闸继电器模件有9个通道，前8个通道是控制功能通道，分别与保护命令输出驱动模件的z18端子连接，受驱动模件控制。第9通道是特殊功能通道，作为锅炉被动跳闸使用。跳闸继电器模件采用了相邻三块模件一组的配置方式，如图3所示。每台锅炉的保护柜中都配有9块跳闸继电器模件，分别组成三组，通过三取二判断后，输出跳闸信号。每块模件有8个控制功能通道，因此每组最多可提供8个24VDC跳闸信号给跳闸继电器。跳闸继电器模件的24VDC供电电源由保护柜的24VDC电源提供，通过电源空开进行控制。每相邻三块模件组成一组，其供电电源都由同一个电源开关控制，通过此开关来控制继电器模件的失电和断电。图1右侧的三块模件是保护命令输出驱动模件，中间的三块模件是保护柜KA站跳闸继电器模件。三块继电器模件相同通道的接点互相连接形成三取二的无源接点回路，图左上角的US和Z端子为继电器模件提供24VDC电源，图的左下角两根线作为跳闸继电器的24VDC控制电源通过三个跳闸继电器模件进行三取二判断后输出去跳闸继电器回路。
2.2跳闸继电器回路
每个设备的跳闸继电器一般设计为两个，如图2所示。两个继电器的线圈端并联或串联，受跳闸继电器模件驱动。一般情况单向驱动设备这两个继电器输出接点采用常开接点串联方式，双向驱动设备这两个继电器输出接点采用常闭接点并联，最后将接点接入设备的电气控制回路。锅炉正常运行时，两个跳闸继电器的线圈长期处于带电状态，单向驱动设备的这两个常开接点闭合，设备处于运行状态，而双向驱动的设备这两个继电器常闭接点断开，设备处于运行状态。当跳闸继电器模件输出的24VDC控制电源消失后，跳闸继电器动作，跳闸继电器所控制的设备跳闸。
3 跳闸继电器模件控制回路存在的问题
神华国华北京热电#1—#4炉MFT所有跳闸继电器模件的24VDC供电电源均由各自锅炉保护柜的三个电源开关F11、F12、F13控制。其中驱动各层主给粉电源、备用给粉电源以及12个给粉机电源跳闸继电器模件的供电电源都由开关F12控制，驱动A、B排粉机，左、右侧主汽门的跳闸继电器模件的供电电源都由开关F13控制。为了保证跳闸继电器模件供电电源的可靠性，锅炉保护柜的三个电源开关F11、F12、F13的上口供电均设计为两路冗余的24VDC电源，但经过开关控制后均输出为一路24VDC电源，在开关故障情况时，将导致跳闸继电器模件的供电电源失去，模件停止运行，模件所控制的设备跳闸。当开关F12故障断开时，各层给粉电源失去，12个给粉机全停导致锅炉灭火。当开关F13故障断开时，左、右侧主汽门的跳闸继电器模件失电，左、右侧主汽门关闭，导致锅炉灭火。从上述的分析可以看出，跳闸继电器模件的供电电源虽然设计为两路冗余电源，但是并未实现真正的冗余。使系统存在着单个电源控制开关故障而导致锅炉灭火的设计缺陷。
4针对系统存在的问题提出改造方案
为了保证锅炉的正常运行中，单一电源开关故障断开时，不发生锅炉灭火情况，决定将F11、F12或F13电源开关所控制的设备合理分配。考虑到原设计中F11开关所控制的均为角气阀等锅炉点火过程需要启动的设备，在锅炉的正常运行中，即使出现故障也不会对锅炉的运行产生影响，因此F11开关下控制的设备保持原设计不变，将F12和F13下所控制的设备合理的分配到三个开关的控制中去。
4.1给粉机电源控制分配
原设计中，一、二、三层给粉机电源跳闸继电器模件的供电电源都由开关F12控制，因此将一层给粉机电源跳闸继电器模件的供电电源改为开关F11控制，三层给粉机电源跳闸继电器模件的供电电源改为开关F13控制，实现了一、二、三层给粉机电源跳闸继电器模件供电电源的分开控制。这样做的优点是任一开关故障断开只停止该层给粉机，不会导致全炉膛灭火。
4.2给粉电源控制分配
将主给粉电源和备用给粉电源跳闸继电器模件的供电电源分别由开关F12、F13控制，保证了单一开关故障断开时有一路给粉电源能够正常工作。
4.3主汽门控制分配
将左侧主汽门和右侧主汽门跳闸继电器模件的供电电源分别由开关F12、F13控制。避免了单一开关故障断开时左、右侧主汽门全部关闭。
4.4排粉机控制分配
将A排粉机和B排粉机电源跳闸继电器模件的供电电源分别由开关F12、F13控制，保证了单一开关故障断开时有一台排粉机能够正常工作。
5改造后的实验及结论
利用机组检修的机会，按照制定的改造方案分别对1—4锅炉MFT跳闸继电器模件的24VDC供电电源进行了改造，并在改造后进行了实验。实验的方法是，首先将锅炉MFT保护复位，使跳闸继电器模件带电，然后断开跳闸继电器模件的供电电源开关F11 ，检查跳闸继电器模件和跳闸继电器的带电情况，确认除F11开关所控制的跳闸继电器模件和跳闸继电器失电外，其它跳闸继电器模件和跳闸继电器均带电后，将F11开关合闸，合闸后确认所有跳闸继电器模件和跳闸继电器全部带电。对F12、F13开关进行相同的拉合实验，跳闸继电器模件和跳闸继电器动作正常。
#1—#4炉锅炉MFT跳闸继电器模件电源改造后，电源控制开关F11、F12、F13所控制的设备得到了合理的分配，排除了单一MFT跳闸继电器电源控制开关故障而导致锅炉灭火的安全隐患。
结语
神华国华北京热电锅炉MFT跳闸继电器模件控制电源存在着设计缺陷，技术人员经过对该系统控制回路的研究分析，制定出合理的改造方案并进行实施。解决了生产系统的一项安全隐患。通过上述问题提醒我们，生产系统的设计中存在着一些问题需要技术人员去深入研究并进行优化。
参考文献
电源控制器范文第4篇
Key words Active power filter Harmonics compensationMatlab simulation
摘要与传统无源滤波器比较，有源电力滤波器具有动态响应特性好，滤波特性不受系统阻抗影响等优势。而APF所采用的谐波电流补偿方法，直接决定了谐波补偿的效果。由于传统的瞬时值比较控制方法具有功率器件开关频率较高，损耗较大等缺点。本文提出采用SVPWM控制有源电力滤波器。仿真结果证明采用SVPWM控制方式的有源电力滤波器可有效的降低开关频率、减少系统的开关损耗。
关键词有源电力滤波器 谐波补偿SVPWMMatlab仿真
中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：
近年来,随着各种非线性电路的电力电子装置被广泛应用,其所产生的谐波电压和谐波电流对公用电网造成了严重污染。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障停运，重则造成整个系统的损坏，由此带来的经济损失是很难估量的。与传统无源滤波器比较，有源电力滤波器具有动态响应特性好、滤波特性不受系统阻抗影响、可同时补偿无功和谐波电流等优势。本文在分析有源电力滤波器数学模型的基础上，根据传统瞬时值比较控制方法开关器件损耗过大的不足，提出了基于SVPWM控制的有源电力滤波器。
1 有源电力滤波器的工作原理
在各种有源电力滤波器中，占主导地位的是并联型有源电力滤波器，其主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分组成，如图1所示。
图1并联型有源电力滤波器的系统构成框图
Fig.1 System structure of shunt active power filter
并联型有源电力滤波器的原理是：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流大小相等、相位相反，相互抵消，最终得到期望的电源电流，使电网电流成为与电压同相位的正弦波，从而达到抑制谐波、补偿无功的目的[1]。
2 基于SVPWM有源电力滤波器控制策略
APF主电路由开关管与二极管反并联单元组成的三相三桥臂变流器组成。为了便于分析主电路的工作状态及建立其数学模型，有源电力滤波器主电路如图2所示[2]。
图2 有源电力滤波器主电路拓扑结构图
Fig.2 Main circuit topology of Active Power Filter
功率开关器件的损耗电阻用来表示，也就是说实际的功率开关管可由理想开关与电阻串联来等效。网侧滤波电感是线性的，且不考虑饱和；忽略主电路中直流侧电压的波动，等效为一理想的直流电压源。主电路上同一个桥臂的上下两个开关管工作于互补工作状态，且不考虑死区时间的影响。图2中，、、是逆变器相电压， 、、为电网相电压， 、、为非线性负载电流， 、、为逆变器产生的补偿电流， 、、为电网电流。
设定开关函数为:
有源电力滤波器的电阻:，其中为功率开关管的损耗电阻，为交流侧电感等效电阻。所以，由电路原理得出a相回路方程[3]：
由于 所以得出:
同理可以得出:
假定、、为逆变器相电压、、
的补偿电流。所以得出：
如果忽略电阻的影响
将上式离散化得
进而得出
系统检测的谐波指令电流近似代替第k+1次补偿电流采样值；将有源滤波器实际的补偿电流作为第k次采样值代入上式，再与电网电压
做差，就可以求出逆变器桥臂中点的参考电压。
3 有源电力滤波器的仿真研究
有源电力滤波器的仿真模型主要有两部分组成，分别为有源电力滤波器和非线性负载模块。其中有源滤波器模块包括谐波检测模块、PWM信号产生模块以及主电路模块；非线性负载模块采用直流侧带阻感性负载的二极管整流电路模块。有源电力滤波器仿真图如图3所示[4]。
图3 有源电力滤波器系统构成模型图
Fig.3 Diagram of active power filter system module
3.1 仿真结果分析
本文以a相为例，对有源电力滤波器进行瞬时值比较方法和SVPWM控制方法进行仿真，仿真结果如图4～12所示。
图4 负载电流波形
Fig.4 Waveform of load current
图5 瞬时值比较法补偿后电流波形
Fig.5 Waveform of source current after compensation based on instantaneous comparison method
图6 补偿控制电路生成的PWM信号
Fig.6 PWM signal produced by compensation circuit
图7 谐波指令电流与实际跟踪电流波形图
Fig.7 Waveform of indicated harmonic current and detected compensation current
图8 瞬时值比较法补偿后的电源电流与FFT分析
Fig.8 Waveform and FFT analysis diagram of source current after compensation based on instantaneous comparison method
图9空间矢量控制法补偿后的电源电流波形
Fig.9 Waveform of source current after compensation based on space vector control method
图10谐波指令电流与实际跟踪电流波形图
Fig.10 Waveform of indicated harmonic current and detected compensation current
图11补偿控制电路生成的PWM信号
Fig.11 PWM signal produced by compensation circuit
图11空间矢量控制方法补偿后电流及FFT分析
Fig.11 Waveform of FFT analysis diagram of source current after compensation based on space vector control method
3.2两种控制方法的比较
由仿真结果可以得出瞬时值比较法硬件实现容易、电流动态响应速度快、电流跟踪误差小等优点，而且畸变率最小。但是瞬时值比较法的缺点是开关频率不固定，且开关频率随负载而变化，当变流器直流侧电压不够高和交流侧电流太小时控制效果不理想。而空间矢量控制法很好的补偿谐波电流，补偿后的电网电流波形己经非常接近正弦波。空间矢量控制方式对零矢量的合理控制可以明显地降低逆变器的开关损耗。另外，从PWM信号波形图可以看出空间矢量控制方法生成的PWM信号频率低于瞬时值比较控制方法，开关器件的损耗小，而且可以通过编程改变频率值，非常适合数字化实现。
4 结束语
本章利用Matlab搭建了有源电力滤波器仿真模型，并分别对有源电力滤波器的瞬时值比较法和空间矢量控制方法进行仿真。通过仿真结果对两种控制方式进行比较可以得出瞬时值比较法方法仿真模型相对简单，但是其开关频率过大；空间矢量控制方法通过对零矢量的合理控制大大降低了开关频率，并且跟随误差很小、利于数字实现。
参考文献
1 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M]，北京：机械工业出版社，1998， 4-6.
2 田大强，蒋平，唐国庆.空间矢量控制在有源滤波器中的应用研究[J]，电力电子技术，2003，37(4) :1-3.
3 周君求，陈兰玉，高向坤.基于开关函数的大功率混合型有源滤波器的建模研究[J]，南华大学学报(自然科学版)，2008，22(2) :46-49.
电源控制器范文第5篇
关键词:有源电力滤波器 谐波 控制 仿真
中图分类号:TM6 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0142-03
L.Gyugyi等人在1976年提出了采用有源电力滤波器,气质要是有PWM控制变流器所构成的,同时APF有源电力滤波器(Active Power Filter)的概念被确立下来,就是运用可以控制的功率的半导体器件来向电网中注入的谐波电流与原来的谐波电流的幅值要相位相反和相等的电流,同时还要是其电源的总谐波电流呈现出零值的状态,这样才能达到实时进行补偿谐波电流的目的[1]。APF有源电力滤波器是一种最为新兴的电力电子的装置,主要是运用于补偿无功功率和动态抑制谐波两方面的装置,同时APF有源电力滤波器还可以对无功功率和在频率以及大小上都有着变化的谐波成分来进行补偿的,并且还克服了传统的无源滤波器只能做固定补偿的不足之处[2]。
1 原理及其控制策略
1.1 APF基本原理
如图1所示为有源电力滤波器原理图,主要由检测及控制电路和主电路两大部分组成。其中检测及控制电路包含指令电流运算电路、驱动电路以及电流跟踪控制电路。主电路一般采用的是PWM变流器。其基本工作原理为通过指令电流在运算电路中检测出了补偿对象电流中的无功和谐波等方面的电流分量,同时还要再次的通过驱动电路和电流跟踪控制电路这两项来得出补偿电流的指令信号,使主电路的PWM变流器产生出了实际的补偿电流。而在负载电流和补偿电流这两项中的谐波分量的大小是相等的,其方向是相反的,因此两者之间是存在相互抵消,电源电流中只会存在含有基波,不可能含有谐波的特点[3]。
1.2 双环软启动控制系统描述
现有的实现以上功能的有源电力滤波器控制策略很多,包括滞环电流比较控制[4]、空间矢量控制[5]、无差拍控制、预测控制、滑模控制[6]、模糊控制等。本文采用双环软启动的控制策略,侧重考虑APF控制的可行性和稳定性,如图2所示。
图2中阴影部分为系统的电源以及主要的硬件部分,其余部分为比较环节以及主要的软件实现的环节,包括虚线中的两个软启动的环节,图2中为仅考虑抑制谐波的情况。K1和K2是负载侧和补偿侧的两侧电流互感器的实际应用场合的变化而定的变比系数。K3和K5是为了得到更佳补偿效果和系统稳定的放大系数,K4和K6是两侧变比不同时调节平衡匹配的变比调节系数。
主要是因为APF有源电力滤波器的交流侧的电感呈现出很小的装太,同时直流侧仅仅只有电容,如果不通过软启动过程来直接进行将比较大的电流指令传送给指令跟踪的控制电路,这样就会产生出非常大的冲击电流,从而导致直流侧的电压出现很大的波动,并且还对系统中的功率器件的安全上造成了一定的威胁。在系统中通过抑制启动的过程中直流侧电压过冲和电流的冲击等方面的不良因素这就是软启动的主要目的,同时还保证了APF有源电力滤波器难能够正常安全平稳的启动,并且还可以顺利的进入工作当中。这样就实现了软启动在系统中不但要控制电流环抑制启动中的输出电流冲击,而且还要进行控制直流侧电压的缓升。APF有源电力滤波器的软启动就是电流环和电压环两项同时进行软启动的过程,也就是进行电流内环电压外环的双重的软启动。
1.3 电流环分析
1.4 双环作用下系统稳定分析
2 仿真分析
仿真结果波形如图4所示,从上至下依次为系统三相电压、系统A相电流、A相负载电流、A相补偿电流、通过直流电容的电流、电容两端电压。从这几个仿真波形可以明显的看出,当电容预充电过程完成后,APF投入运行,对系统电流及直流电容电压引起一定的冲击,但很快就可以稳定下来。在0.3s时切去负载,再次引起冲击,此时APF开始停止补偿,并不会向电网注入补偿电流,实际的补偿电流的停止有一个过程,图4中为方便观察只停了0.1s,实际上经过稍长的时间后APF可以完全停止补偿,但APF并未停止运行,一直对负载的电流进行检测跟踪。在0.4s时,重新投入负载,系统同样可以较快进入稳定运行。
图5为系统稳定运行后的波形,分别为系统三相电压、系统A相电流、A相负载电流、A相补偿电流。可以清晰的看到,负载为产生矩形波的谐波源,通过APF补偿后的三相电压和A相电流波形都接近正弦波,其中A相电流谐波总畸变率为3.51%,各次谐波电流含有率在限定的范围内,基本满足补偿要求,达到了预期对谐波抑制的目的。
3 结语
与传统的谐波治理技术相比,有源电力滤波器对电能质量的提高有更为明显的优势。随着快速、大功率电力电子开关器件和PWM理论的发展,基于瞬时无功理论的瞬时空间矢量法的提出,以及微机控制和数字信号处理技术的不断进步,有源电力滤波器将有更为广阔的前景。
参考文献
[1] 李燕青,陈志业,.电力系统谐波抑制技术[J].华北电力大学学报,2001,28(4).
[2] George J.Wakileh,著.电力系统谐波—— 基本原理、分析方法和滤波器设计[M].徐政,译.北京:机械工业出版社,2011.
[3] 王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006.
[4] 薛蕙,杨仁刚.改进的瞬时无功和谐波电流检测理论[J].电力系统及其自动化学报,2002,14(2):8-11.
电源控制器范文第6篇
关键词：PWM整流器；电流控制；电流内环；电压外环
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.169
1 引言
整流器是电力电子常用的设备之一。传统的整流器动态响应慢、功率因数低且不可控并且无法实现能量的双向流动。传统的整流器多采用二极管不可控整流电路或晶闸管相控整流电路[1]，效率低并且会对电网产生严重污染。解决上述问题的根本方法就是使整流设备实现网侧电流正弦化且相位可控。而将PWM技术引入整流器控制中，就得到了取代传统整流器的PWM整流器。与传统整流器相比，它不仅可以使得网侧电流为正弦波、功率因数为1或者可调，而且可以实现电能的双向传输、得到较快的动态控制响应。本文就PWM整流器展开了讨论，建立了在abc坐标系下的数学模型，研究了一种电流控制策略。
2 电压型PWM整流器工作原理及其数学模型
2.1 电压源型PWM整流器工作原理分析
VSR的四象限运行，关键在于对网侧电流的控制。通过改变电流的相位，进而控制整流器的运行状态，调整有功功率与无功功率的传输方向。图1是VSR的四种特殊的运行状态[2]。
2.2 三相电压型PWM整流器的数学模型
本文根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律对三相VSR主电路的拓扑结构进行了描述，得到三相VSR的一般数学模型，如式（1）所示：
（1）
3 固定频率的直接电流控制理论
所谓固定开关频率PWM电流控制，通常情况下指的是使PWM三角载波的频率固定不变，把电流偏差信号作为调制波的控制方式。固定开关频率PWM电流控制与间接电流控制相比，增强了系统的鲁棒性、加快了系统的响应速度。
上面提到的固定开关频率PWM电流控制是基于abc坐标系的电流控制，除此之外还有基于dq坐标系的固定开关频率PWM电流控制。相比之下，基于dq坐标系的控制系统有更多的优点，如：指令电流信号是时不变的而非正弦的时变信号、可以实现在abc坐标系下实现不了的无静差控制、更加方便对有功电流和无功电流的独立控制。因此，在对系统对动静态性能均有比较高的要求的三相电压源型PWM整流器电流控制，多采用基于dq坐标系的固定开关频率PWM电流控制方案。
4 结论
作为一种“绿色”装置，一种积极主动的消除电网谐波的方式，电压源型PWM整流器早已是国内外研究的热点，在提高电能利用率和改造电网污染、提高风能太阳能等新能源的利用率等方面均得到了广泛的应用。它主要的优点是：（1）功率双向流动；（2）使输入电流正弦化；（3）实现单位功率因数运行或功率因数可调；（4）直流电压可调。而本文对PWM整流器做出了简单的理论分析，并对其控制策略进行了研究。
参考文献：
[1]张兴，张崇巍.PWM整流器及其控制[M].机械工业出版社，2012.
[2]贾俊川，李卫国.三相电压型PWM整流器控制特性[J].电力自动化设备，2010，30（04）：63-65.
[3]赵振波.三相电压型PWM整流器及其控制策略研究[D].华北电力大学，2002.
电源控制器范文第7篇
关键词：AC/DC 变换器 控制技术
中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0003-02
1 引言
三相AC/DC电压源变换器具有交流侧为正弦电流控制以及单位功率因数，直流侧为直流电压控制，两侧之间功率流可逆等诸多优点[1]。因此被广泛应用于电力变换当中。而AC/DC变换的非线性控制也因具有诸如反应迅速、稳定性好、高功率因数以及结构简单等特点[2]，而被广大学者研究。
为了提高AC/DC变换器的性能，本文提出了一种基于汉密尔顿消散模型的控制策略，并介绍了一种新的控制器设计方法。
2 AC/DC变换器数学模型
三相AC/DC电压源变换器的电路结构如图1所示。
为了方便建立数学模型，假设交流电压与三相平衡供电，滤波电抗器为线性的[3]，IGBT为理想开关。uu，uv和uw为三相电压源的相电压，iu，iv和iw为相电流。Su，Sv和Sw为AC/DC变换器的开关函数。uDC为直流端的输出电压，R和L分别为滤波电抗器的电阻和电感，C为直流侧的电容，RL为直流侧的负载，uru，urv和urw为整流器的输入电压，iL为负载电流。
从图1中可知三相AC/DC电压源变换器的数学模型如下式所示
（1）
将上式进行dq轴分解，则有
（2）
式中ω为交流电压的角频率。
3 基于汉密尔顿消散模型的控制算法设计
（1）AC/DC变换器的汉密尔顿消散模型，假设x1=Q=CuDC，x2=y1=Lid，x3=y2=Liq，根据式（2）有
（3）
令H（x）为AC/DC变换器的总能量，表示为H（x）=x12/2C+ x22/2L+x32/2L，则式（3）可表示为：
（4）
上式可以简化为
（5）
式中
J=-JT， Q=QT。
式（5）即为AC/DC变换器的汉密尔顿消散模型
4 控制器设计
式（5）中gu为常量，Sd和Sq为控制变量。
（6）
只有在满足上式条件时，才能得到匹配的对象。
定义， 并且Jd=J，Qd=Q，Ja=0，Qa=0。则式（6）有
（7）
从上式中我们可以得到
（8）
从中解出k1
（9）
根据汉密尔顿消散模型的条件[4]，可求出
（10）
将上式代入式（8）中得到
（11）
5 结语
基于汉密尔顿消散模型的AC/DC变换器控制器有较好的动、静态性能。使用式（11）的控制器，虽然不能式（2）解耦，但是它的优点在于不用在交流侧设置传感器来采样参数，因此可以使控制更加简单，增加变换器的可靠性。
参考文献
[1]Li Zhengxi，Wang Jiuhe， Li Huade.“Review on nonlinear control strategies of three phase boost type PWM rectifiers”， Electric Drive， 2006， vol.36， No.1， pp 9-13.
[2]邱添泉.基于buck变换的新型逆变器研究[D].广州：华南理工大学电力学院，2006：12-14.
电源控制器范文第8篇
1996年之前，电动跑步机都是国外产品，进入家庭的大都是由自行车厂改制的生产厂制造的机械跑步机。1993年以后，随着国际产业结构的调整，韩国企业向我国转移，首先是山东祥和集团公司于1995年生产出了全部为自制部件的家用电动跑步机。
国外市场上，据电跑分销商预测，美国是电动跑步机的需求大国，年需求量在300万台以上，其次是欧洲各国，年需求量在100万台以上。在亚洲，南韩则是电跑消费市场的龙头老大，其数量甚至已经远超日本。中国市场是电动跑步机的后起之秀，虽然基数不是太大，但市场成长性极好，年市场增长率超过80%，因此，电跑市场已经成为各大运动器材厂商的兵家必争之地。值得注意的是，全球的电跑市场，台湾OEM产品占据了半壁江山，因此，跑步机不仅仅是国内市场，而且是包括台湾电跑制造商和国外市场的国际市场，在亚洲，尤其是南韩市场。
总体来讲，国内各健身器材企业生产的产品在性能等各方面已经达到国际水平，在精细程度和人性化设计上也已经大幅度提高。并且国产品牌具有适合国人身体结构特点、价位适中、符合国人审美观点等优势，而国外品牌的产品往往存在价格较高、售后服务会受到局限等不利之处。另外，许多国外的厂家并不生产多功能型产品。近年来国内的跑步机产品在其价格和适用性方面逐渐体现出了其优势。
二、跑步机电源控制器的具体设计
（一）跑步机电源控制器具有的功能如下：
1.具有时间、速度、距离、热量的界面显示；
2.具有手动速度调整、速度滑键直选和手动坡度调整、坡度滑键直选及坡度显示功能；
3.可以实现四个速度程序、五个速度、坡度混合程序、一个自编程序的操作；
4.能够检测心率，LCD显示器上心率表显示当前心率值；
5.具有安全开关、功放、音量控制、跑步机折叠与平放功能；
6.对电机的工作状况有温度保护和电流保护功能；
7.具有故障检测功能；
（二）研究思路和方法
整个跑步机控制系统可分为两大部分，一部分是使用者直接操作的操作面板（主CPU区），另一部分是起控制作用的电源板（控制CPU区）。
在操作面板上，键盘和显示是使用者直接接触的，非常的重要。另外，根据需要还要求有安全开关，报警装置，采集心跳信号的心跳板。本次设计主CPU采用AT89S52，驱动HT1623完成显示功能。下边的电源板由四部分构成，主回路，保护电路，PWM控制和速度反馈回路。主回路发出速度信号与给定速度信号相比较，结果反馈给主回路。同时，保护电路有过流保护和过热保护双重功能，可封锁PWM信号，在电路中起到保护的作用。控制CPU选用1T的STC12C2052AD芯片驱动各部分电路正常工作。
1.在控制器的硬件设计方面：
在硬件部分的设计方面，将整体电路可分为两大部分——控制电路板和电源电路板。控制电路板作为电源控制器的人机接口，跑步者可以通过上面的键盘完成对系统的各项操作控制，并且可以通过LCD液晶屏的显示更为直接的观察当前的运动状态。电源板是整个电源控制器的另一个硬件核心，可以完成对PWM信号的控制调整，过流和过热保护可以在电路电流过大或电路温度过高时及时停止电机驱动部分的运行，以防止系统继续运行对跑步者造成的进一步损害。
电源控制器范文第9篇
关键词:pwm控制;谐波抑制;滞环比较;三角波比较
0 引言
有源电力滤波器由于其优良的性能而在电力滤波中逐渐替代无源滤波器。由于有源滤波器的原理是自身实时产生一个与谐波方向相反,幅值相同的补偿电压(电流),这就要求滤波器产生的补偿电压(电流)必须具有很好的跟踪性和准确性。pwm(脉冲宽度调制)控制是有源电力滤波器控制系统中最常用,也是最有效的控制方法。当检测系统检测到谐波后,指令运算电路根据检测到的谐波产生补偿信号,该信号通过跟踪控制电路生成pwm信号,最后驱动电路根据pwm信号产生补偿电压(电流)。目前采用的pwm控制方式主要有滞环比较方式、三角波比较方式、无差拍控制、单周控制等,以上方法都有自己的优缺点,本文将对几种常用的pwm控制方式进行探讨。
1 滞环比较pwm控制方式
滞环比较控制方法是将补偿电流(电压)的指令信号与逆变器实际电流(电压)补偿信号进行比较,两者之差输入到具有滞环特性的比较器,通过比较器的输出来控制开关的开合,从而达到变流器输出值实时跟踪补偿电流(电压)参考值。
补偿电流的指令信号i*c与实际的补偿电流信号ic进行比较,两者的偏差ic作为滞环比较器的输入。用h表示滞环比较器的环宽,当?ic?h时,滞环比较器的输出将翻转,则补偿电流ic的方向随之改变,使ic减小,保证了补偿电流跟踪指令电流的变化。这种控制方法硬件电路简单,属于实时控制方式的一种,补偿量响应快,开关损耗小,而且不用载波,在逆变器的输出中不含特定频率的谐波分量。缺点是系统的开关频率、响应速度及电流的跟踪精度会受滞环带宽影响。带宽固定时,开关频率会随补偿电流变化而变化,从而引起较大的脉动电流和开关噪声。
2 三角波比较pwm控制方式
三角载波比较的跟踪控制方法是最简单的一种控制方法。
该方式将补偿电压的指令信号u*c与实际的补偿电压信号uc进行比较,两者的偏差uc经放大器a之后再与三角波比较,所得到的矩形脉冲作为变流器各开关元件的控制信号,从而在变流器输出端获得所需的波形。放大器a往往采用比例放大器或比例积分放大器。这样组成的一个控制系统是基于把uc控制为最小来进行设计的。该调制方法的最大优点是开关频率固定,简单易行,响应速度快,对具有足够高开关频率的系统有良好的控制特性,缺点是输出波形中含有与三角载波相同频率的高频畸变分量,开关损耗较大,在大功率应用中受到限制。
3 无差拍控制
无差拍控制是一种建立在精确数学模型与严密数学推导之上的状态反馈控制,控制质量很大程度上依赖于控制器参数与主电路参数的配合。无差拍控制的主要特点是采用预测的手段,其基本思想是根据在第k个采样时刻所检测的负载电流和补偿电流,计算第k+l时刻的指令电流值和各种可能开关状态下补偿电流的预测值。然后计算某种特定的目标函数(一般为指令值和预测值的累计误差),选择目标函数最小的开关状态作为k+l时刻的开关依据。这种控制方法的动态性能好,可以消除稳态误差,并且能在最短的时间内结束过渡过程,它的缺点是对模型参数敏感而且鲁棒性差。另外控制器参数是根据主电路元件标称参数计算得到的,标称参数与元件的实际参数存在着一定的差,且受温度、运行条件的影响会有一定的漂移,这样就会导致控制器参数与主电路参数不能很好地配合,从而引起系统极点改变,破坏无差拍控制条件。
4 单周控制
单周控制是一种非线性控制法,将非线性控制的本质与开关电路有机的结合,可以实现快速的瞬态响应。这种方法的基本思想是:控制开关占空比,在每个周期内使开关变量的平均值与控制参考值相等或成一定比例,从而消除稳态和瞬态误差,使前一周期的误差不会带到下一周期,实现对控制参考的瞬时跟踪。
单周控制法作为一种新型非线性控制法,具有结构简单、控制精度高、响应速度快,特别是具有控制性能对系统和电源参数变化不敏感等优点,克服了传统的pwm控制方法的不足,适用于各种脉宽调制、软开关、谐振开关等开关逆变器,用用于有源电力滤波器控制时,具有不需要检测、可分离畸变信号和控制电路简单等优点。
5 最优矢量控制
最优矢量控制方法选取最优的空间电压矢量,对电流(电压)偏差微分矢量进行控制,从而实现对电流(电压)偏差矢量的控制。在获得电流(电压)的快速响应的同时,抑制了输出电流(电压)的高次谐波,降低了功率器件的工作频率,降低了有源滤波器的损耗。
6 结束语
本文对有源电力滤波器主要的几种pwm信号控制方法进行了介绍和比较,另外pwm信号控制方法还有空间矢量控制法、模糊逻辑控制法、自适应控制法以及学习控制法等,它们在应用中都各有优势和不足。在实际应用中一般根据侧重点以及具体环境、条件的不同而选择最适合的方法。
参考资料
[1]叶忠明等.一种混合有源电力滤波器的研究.电力系统自动化.1998(7)
[2]孙辉等.电能质量调节技术及其应用.大连理工大学学报.2003,3
[3]李玉梅,马伟明.无差拍控制在串联电力有源滤波器中的应用.电力系统自动化.2001,25
[4]万健如,裴玮等.统一电能质量调节器同步无差拍控制方法研究.中国电机工程学报.2005,25(13)
[5]蒋强.基于dsp的三相有源电力滤波器控制系统设计[d].四川大学.2002
电源控制器范文第10篇
摘 要：以uc3842和fqp12n60c为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。
关键词：变频器；开关电源；uc3842
引言
现应用uc3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为cpu供电的+5v电源误差范围在0.1v，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。
1 设计要求
本电源利用pwm控制技术实现dc-dc转换，通过fqp12n60c的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。
具体指标如下：输入：直流250v±40%，输出：直流+24v、6a；+5v、2a。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。
2 原理图功能分析与设计过程
基于uc3842和fqp12n60c所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、pwm控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。
2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从ac（l）线路进线串联保险丝（f1），起到过流保护作用。从ac（n）线路进线串联热敏电阻（rt110d-9），对接通ac电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（vr1），对接通ac电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容cx1，泄流电阻r5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联x2电容。然后经过整流桥d1整流，在直流侧并联电解电容c10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。
2.2功率管参数调整与电路设计。电阻r1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻r2实现线电压检测。由电阻r6，电容c30，开关管zd1，二极管d88组成简单的rcd箝位电路。达到保护开关管的目的。因而t1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管d3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（ic2）电压及光耦合器（ic1）决定。电阻r9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5v输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。
2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。
（1）设计参数。设计使其工作在132khz模式下。输入：直流250v±40%，输出：+24v、6a；+5v、2a。
（2）功率计算。
p=24×6×1+5×2×1=154w （1）
（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）
sj=0.15■=2.01cm2 （2）
p1=■=■=181.18w （3）
再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯eer40。
（4）工作时的磁通密度计算。对于eer40的磁芯，振幅取其一半bac=0.195t。
（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中d为占空比，vs为原边输入电压，vor为原边感应电压。d=■本文选定占空比d=0.5。
（6）计算变压器的原边匝数：np=■=42匝。
（7）计算变压器的副边匝数。对于+5v，考虑到整流管的压降0.7v以及绕组压降0.6v。则副边+5v电压值：v2=（5+0.7+0.6）v=6.3v。
原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。
则+5v副边绕组匝数为：n5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到e型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5v副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持v-s值相等。由此可得：+24v副边绕组匝数为：n24=■=7.08匝。取整数值为7匝。
对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。ns=■=1.76匝。取整数值为2匝。
（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mh），根据lp=vs■则全周期ts的平均输入电流is=■=■=1a。
相应的im=■=2a，ip1=■=1a。
ip2=3ip1=3a在ton期间电流变化量i=ip2-ip1=2a，lp=vs■=150×■=0.56mh。所以电感系数al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的al=f（lg）曲线，可求得气隙
lg=■=■=0.45mm
（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分bdc。根据公式计算可以得到：bdc=?滋h=185mt
而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值bmax=?滋h=■+bdc=282.5mt，而从磁性材料曲线可知bs=390mt，故工作时留有余量，设计通过。
（1、烟台德尔自控技术有限公司，山东 烟台 264006 2、沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110178）
摘 要：以uc3842和fqp12n60c为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。
关键词：变频器；开关电源；uc3842
引言
现应用uc3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为cpu供电的+5v电源误差范围在0.1v，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。
1 设计要求
本电源利用pwm控制技术实现dc-dc转换，通过fqp12n60c的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。
具体指标如下：输入：直流250v±40%，输出：直流+24v、6a；+5v、2a。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。
2 原理图功能分析与设计过程
基于uc3842和fqp12n60c所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、pwm控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。
2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从ac（l）线路进线串联保险丝（f1），起到过流保护作用。从ac（n）线路进线串联热敏电阻（rt110d-9），对接通ac电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（vr1），对接通ac电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容cx1，泄流电阻r5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联x2电容。然后经过整流桥d1整流，在直流侧并联电解电容c10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。
2.2功率管参数调整与电路设计。电阻r1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻r2实现线电压检测。由电阻r6，电容c30，开关管zd1，二极管d88组成简单的rcd箝位电路。达到保护开关管的目的。因而t1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管d3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（ic2）电压及光耦合器（ic1）决定。电阻r9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5v输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。
2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。
（1）设计参数。设计使其工作在132khz模式下。输入：直流250v±40%，输出：+24v、6a；+5v、2a。
（2）功率计算。
p=24×6×1+5×2×1=154w （1）
（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）
sj=0.15■=2.01cm2 （2）
p1=■=■=181.18w （3）
再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯eer40。
（4）工作时的磁通密度计算。对于eer40的磁芯，振幅取其一半bac=0.195t。
（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中d为占空比，vs为原边输入电压，vor为原边感应电压。d=■本文选定占空比d=0.5。
（6）计算变压器的原边匝数：np=■=42匝。
（7）计算变压器的副边匝数。对于+5v，考虑到整流管的压降0.7v以及绕组压降0.6v。则副边+5v电压值：v2=（5+0.7+0.6）v=6.3v。
原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。
则+5v副边绕组匝数为：n5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到e型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5v副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持v-s值相等。由此可得：+24v副边绕组匝数为：n24=■=7.08匝。取整数值为7匝。
对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。ns=■=1.76匝。取整数值为2匝。
（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mh），根据lp=vs■则全周期ts的平均输入电流is=■=■=1a。
相应的im=■=2a，ip1=■=1a。
ip2=3ip1=3a在ton期间电流变化量i=ip2-ip1=2a，lp=vs■=150×■=0.56mh。所以电感系数al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的al=f（lg）曲线，可求得气隙
lg=■=■=0.45mm
（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分bdc。根据公式计算可以得到：bdc=?滋h=185mt
而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值bmax=?滋h=■+bdc=282.5mt，而从磁性材料曲线可知bs=390mt，故工作时留有余量，设计通过。
3 结论
24v输出电压波形
参考文献
[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[m].第一版.北京：电子工业出版社，1999，7.
[2]赵书红，谢吉华，曹曦.一种基于top switch的变频器开关电源[j].电气传动，2007，26（9）：76-80.3 结论
24v输出电压波形
参考文献