一種旁路式220v電網(wǎng)防晃電裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置及其控制方法，該裝置包括交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元、單片機(jī)控制與顯示單元和逆變輸出單元；交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元包括整流電路、儲(chǔ)能控制電路和快速儲(chǔ)能電路；單片機(jī)控制與顯示單元包括單片機(jī)、直流降壓模塊電路和儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路；逆變輸出單元包括高頻PWM產(chǎn)生電路、高頻變壓器輸出電路、變壓器輸出全橋整流電路、PWM產(chǎn)生電路、PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路、220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路和信號(hào)接口電路。本發(fā)明采用逆變式旁路工作方式，不改變接觸器的結(jié)構(gòu)，不影響接觸器的正常工作，不存在沖擊問(wèn)題，對(duì)任何接觸器都具有通用性，降低成本且提高系統(tǒng)可靠性。
【專利說(shuō)明】—種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)在正常供電過(guò)程中，由于短路故障、雷電天氣引起的重合閘以及大容量設(shè)備的啟動(dòng)會(huì)使電網(wǎng)電壓存在短時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象，即晃電現(xiàn)象。對(duì)于控制低壓電機(jī)的交流接觸器，在系統(tǒng)電壓無(wú)法滿足其自保持要求時(shí)會(huì)非正常釋放，對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)造成直接破壞，甚至對(duì)人身安全帶來(lái)威脅。
[0003]針對(duì)晃電現(xiàn)象導(dǎo)致的交流接觸器脫扣問(wèn)題，可以從以下幾方面著手，一是提高接觸器的性能，二是在接觸器上增加一套控制裝置，三是脫扣重啟。但這幾種方法都存在問(wèn)題。首先針對(duì)前兩種改進(jìn)方法會(huì)增加購(gòu)買器件的成本；再者生產(chǎn)性能較高或者有控制裝置接觸器的廠商較少，給企業(yè)的選擇性??；其次脫扣重啟型控制方法，存在沖擊，給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)?yè)p害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置及其控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置，包括:交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元、單片機(jī)控制與顯示單元和逆變輸出單元；
所述交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元包括整流電路、儲(chǔ)能控制電路和快速儲(chǔ)能電路；整流電路的輸入端連接220V電網(wǎng)，整流電路的輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，儲(chǔ)能控制電路的輸出端連接快速儲(chǔ)能電路的輸入端；
所述單片機(jī)控制與顯示單元包括單片機(jī)、直流降壓模塊電路和儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路；儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的一個(gè)輸出端，儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸出端連接單片機(jī)的信號(hào)輸入端，直流降壓模塊電路的輸入端連接整流電路的一個(gè)輸出端，單片機(jī)的控制輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，單片機(jī)的供電端口連接直流降壓模塊電路的輸出端；
所述逆變輸出單元包括高頻PWM產(chǎn)生電路、高頻變壓器輸出電路、變壓器輸出全橋整流電路、PWM產(chǎn)生電路、PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路、220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路和信號(hào)接口電路；
高頻PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻PWM產(chǎn)生電路的一個(gè)輸出端連接直流降壓模塊電路的輸入端，高頻PWM產(chǎn)生電路的另一個(gè)輸出端連接高頻變壓器輸出電路的一個(gè)輸入端，高頻變壓器輸出電路的另一輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻變壓器輸出電路的輸出端連接變壓器輸出全橋整流電路的輸入端，變壓器輸出全橋整流電路的輸出端連接PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸出端連接220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的一個(gè)輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的另兩個(gè)輸入端分別連接PWM產(chǎn)生電路的輸出端和單片機(jī)的使能端口，PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端口，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的另兩個(gè)輸入端分別連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端和220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的輸出端連接負(fù)載；220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸入端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸入端分別連接至220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸出端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸出端分別連接至單片機(jī)的不同信號(hào)輸入端。
[0006]所述單片機(jī)控制與顯示單元還包括工作狀態(tài)指示電路、按鍵電路和LED顯示電路，工作狀態(tài)指示電路的輸出端、功能按鍵電路的輸出端和LED顯示電路的輸入端分別連接單片機(jī)的不同IO端口。
[0007]所述的旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置的控制方法，包括以下步驟:
步驟1:單片機(jī)設(shè)置晃電響應(yīng)速度和頻率檢測(cè)時(shí)間，220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，送至直流降壓模塊為單片機(jī)、儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路、光耦隔離電路和信號(hào)接口電路供電；
步驟2:220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，進(jìn)入儲(chǔ)能控制電路，在單片機(jī)充電控制信號(hào)的控制下，儲(chǔ)能控制電路控制快速儲(chǔ)能電路快速充電；
步驟3:儲(chǔ)能電壓監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快速儲(chǔ)能電路的電壓值，當(dāng)該電壓值達(dá)到設(shè)定電壓值時(shí)，停止單片機(jī)停止輸出充電控制信號(hào)，快速儲(chǔ)能電路停止充電；
步驟4:快速儲(chǔ)能電路分別輸出電壓至高頻PWM產(chǎn)生電路和高頻變壓器輸出電路；步驟5:高頻PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生40KHz?50KHz的高頻PWM信號(hào)作用于高頻變壓器輸出電路；
步驟6:高頻變壓器輸出電路輸出交流信號(hào)通過(guò)變壓器輸出全橋整流電路進(jìn)入PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路；
步驟7:單片機(jī)使PWM產(chǎn)生電路和PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路工作；
步驟8 =PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)并輸入單片機(jī)的PWM相位檢測(cè)端口，計(jì)算逆變輸出電壓相位，同時(shí)通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的相位，當(dāng)逆變輸出電壓相位與交流220V電網(wǎng)的相位不同時(shí)，單片機(jī)發(fā)出同步信號(hào)作用于PWM產(chǎn)生電路，以調(diào)整逆變輸出電壓相位，使得兩個(gè)相位保持相同，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路在PWM產(chǎn)生電路的作用下輸出與220V電網(wǎng)相位相同的交流電至220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路；
步驟9:通過(guò)220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)采集交流220V電網(wǎng)電壓，當(dāng)采集到的交流220V電網(wǎng)電壓值處于0.3倍至0.8倍的交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值的范圍時(shí)，電網(wǎng)處于晃電狀態(tài)，執(zhí)行步驟10，否則，由220V電網(wǎng)為負(fù)載供電；
步驟10:單片機(jī)以設(shè)定的晃電響應(yīng)速度發(fā)出220V電網(wǎng)與逆變交流電切換信號(hào)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路完成快速切換，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路產(chǎn)生的交流電為負(fù)載供電，返回步驟8 ;
步驟11:在220V電網(wǎng)為負(fù)載供電期間，根據(jù)設(shè)定的頻率檢測(cè)時(shí)間，通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的過(guò)零點(diǎn)，并計(jì)算交流220V電網(wǎng)的頻率，根據(jù)該頻率重新計(jì)算交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值，返回步驟8。[0008]有益效果:
(1)本系統(tǒng)采用逆變式旁路工作方式，不改變接觸器的結(jié)構(gòu)，不影響接觸器的正常工作，不存在沖擊問(wèn)題，對(duì)任何公司生產(chǎn)的接觸器都具有通用性等特性，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性；
(2)逆變PWM信號(hào)由PWM模塊專用芯片產(chǎn)生，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行同步控制，降低了系統(tǒng)控制程序的復(fù)雜度；
(3)裝置時(shí)刻處于熱備用狀態(tài)，逆變電源可保證在20ms內(nèi)完成切換為交流接觸器供
電；
(4)控制算法采用采樣查表法，能快速、準(zhǔn)確地判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)晃電，且該正弦表每隔一段時(shí)間自動(dòng)刷新，對(duì)電網(wǎng)波形的變化具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的整流電路圖；
圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的儲(chǔ)能控制電路與快速儲(chǔ)能電路圖；
圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的直流降壓模塊電路圖；
圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的工作狀態(tài)指示電路圖；
圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的外部看門狗電路、接口電路以及功能按鍵電路圖；
圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路圖；
圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的LED顯示電路圖；
圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的高頻PWM產(chǎn)生電路圖；
圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的高頻變壓器輸出電路圖；
圖11為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的高變壓器輸出全橋整流電路圖；
圖12為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的PWM產(chǎn)生電路圖；
圖13為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路圖；
圖14為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路圖；
圖15為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路圖；
圖16為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路圖；
圖17為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的光耦隔離電路圖；
圖18為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的信號(hào)接口電路圖；
圖19為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電網(wǎng)旁路式防晃電裝置工作示意圖；
圖20為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的單片機(jī)初始化過(guò)程示意圖；
圖21為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0011]如圖19所示，本實(shí)施方式中，在220V電網(wǎng)正常情況下，負(fù)載由220V電網(wǎng)供電，與此同時(shí)電網(wǎng)旁路式防晃電裝置進(jìn)行儲(chǔ)能和220V電網(wǎng)監(jiān)測(cè)，保證交流逆變輸出與220V電網(wǎng)同步，當(dāng)電網(wǎng)旁路式防晃電裝置檢測(cè)到電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)，發(fā)出切換控制信號(hào)使220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路動(dòng)作，負(fù)載變?yōu)榻涣髂孀冚敵龉╇姟?br> [0012]如圖1所示，旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置，包括:交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元、單片機(jī)控制與顯示單元和逆變輸出單元；
交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元包括整流電路、儲(chǔ)能控制電路和快速儲(chǔ)能電路；整流電路的輸入端連接220V電網(wǎng)，整流電路的輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，儲(chǔ)能控制電路的輸出端連接快速儲(chǔ)能電路的輸入端。
[0013]整流電路如圖2所示，用于將整流電路I接入220V電網(wǎng)的連接器Pl的I腳通過(guò)保險(xiǎn)絲Fl以及共模電感Lfl的一邊與整流模塊Ul的一腳連接，整流模塊Ul采用HenLVAC220S12DC-20W的整流模塊，具有工作電壓范圍大，功率高，輸出直流電壓穩(wěn)定的特點(diǎn)，該模塊將220V整流為+12V。連接器Pl的2腳經(jīng)Lfl的另一邊與整流模塊Ul的2腳連接，整流模塊Ul的3腳串接在C2上與保險(xiǎn)絲的輸出側(cè)。在連接器Pl的1、2腳連接的線路上并接濾波電容C2、C3以及壓敏電阻Rvl，整流模塊Ul的1、2腳連接的線路上并接濾波電容Cl以及壓敏電阻Rv2。整流模塊Ul的4腳經(jīng)二極管Dl與電感L1、電阻Rl以及二極管D2的陰極端連接在一起，Dl型號(hào)為1N4007，利用Dl的反向阻斷作用防止外部電流回流到4腳對(duì)Ul造成破壞。整流模塊Ul的5腳直接接地，D2正向端輸出+12V電壓信號(hào)。整流模塊Ul的4腳和5腳之間接反向連接的二極管D3，該穩(wěn)壓二極管D3的型號(hào)為1N4742，額定電壓為+12V，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。Ul的4、5腳輸出穩(wěn)定的+12V直流電壓，該電壓經(jīng)過(guò)電感、電阻和二極管的濾波與保護(hù)后輸入儲(chǔ)能控制電路。
[0014]儲(chǔ)能控制電路2和快速儲(chǔ)能電路4如圖3所示，儲(chǔ)能控制電路2的具體原理是:整流電路輸出的+12V電壓接三極管Ql的發(fā)射極，三極管Ql的集電極連接在VPP上，Ql的集電極輸出的電壓信號(hào)為VPP，三極管Ql的基極連接光耦U2的4腳，單片機(jī)輸出的充電控制信號(hào)CNKG經(jīng)過(guò)光耦U2輸入到Ql的基極控制Ql的導(dǎo)通與關(guān)斷。光耦U2的I腳由單片機(jī)的輸出腳經(jīng)電阻R12連接。光耦U2的2腳和3腳分別連接MGND和GND?？焖賰?chǔ)能電路4包括串接的三個(gè)原理相同的快速儲(chǔ)能電路最小模塊3，快速儲(chǔ)能電路最小模塊3的具體原理是:一個(gè)鋰電池的正極經(jīng)電阻R4與電阻R9連接到鋰電池的負(fù)極上，電阻R4與電阻R9的公共端連接三極管Q4的基極，三極管Q4的集電極由電阻R3連接在VPP上，三極管Q4的發(fā)射極連接鋰電池的負(fù)極。三極管Q2的基極經(jīng)電阻R6連接在三極管Q4的集電極上，三極管Q2的發(fā)射極連接VPP，三極管Q2的集電極經(jīng)電阻Rll連接鋰電池的負(fù)極。三極管Q2的集電極經(jīng)R8連接在η溝道MOS管Q3的門極上，Q3的漏極連接VPP，Q3的源極經(jīng)電阻RlO連接鋰電池的負(fù)極?？焖賰?chǔ)能電路中將多個(gè)具有同樣結(jié)構(gòu)的快速儲(chǔ)能電路串聯(lián)在一起，本實(shí)施方式中共串接三個(gè)快速儲(chǔ)能最小模塊，最后一個(gè)模塊的末端接GND。當(dāng)Ql導(dǎo)通時(shí)，鋰電池Lil、Li2、Li3開(kāi)始充電。最開(kāi)始時(shí)，鋰電池通過(guò)Lil、Li2、Li3組成的串聯(lián)回路充電，當(dāng)Lil充電達(dá)到一定值后，由電阻分壓作用，R9上的電壓作用于Q4的基極，促使Q4導(dǎo)通，Q4的導(dǎo)通導(dǎo)致電阻R7上的電壓接近為零，此時(shí)Q2導(dǎo)通，Rll上的電壓作用于Q3的門極使得Q3導(dǎo)通。此后Li2有兩條充電回路，一條Lil、Li2、Li3串聯(lián)回路，另一條Q3、R10、Li2、Li3串聯(lián)回路。在這兩條回路的共同作用下，Li2進(jìn)行快速充電。在Q3、RIO、Li2、Li3組成的回路中，電阻RlO在Q3開(kāi)通的瞬間起到抑制Li2充電電流的作用，為延長(zhǎng)鋰電池的工作效率和壽命起到了保護(hù)作用。鋰電池Li2、Li3的充電過(guò)程與Lil相同。
[0015]單片機(jī)控制與顯示單元包括單片機(jī)PIC32MX250F128D-1/PT、直流降壓模塊電路和儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路；儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的一個(gè)輸出端，儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸出端連接單片機(jī)的信號(hào)輸入端，直流降壓模塊電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的另一輸出端，單片機(jī)的控制輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，單片機(jī)的供電端口連接直流降壓模塊電路的輸出端；
直流降壓模塊電路如圖4所示，包括+12V到+5V的降壓芯片和+5V到3.3V的降壓芯片，+12V到+5V的降壓芯片采用的型號(hào)為XZR05/12d05，即降壓模塊U3，+5V到3.3V的降壓芯片采用的型號(hào)為MCP1703A-33-2E/DB，即降壓模塊U4。降壓模塊U3的2腳連接VPP，即將整流電路得到的+12V電壓連接到降壓模塊U3的2腳，降壓模塊U3的I腳連接GND，降壓模塊U3的3腳與降壓模塊U4的I腳相連，降壓模塊U3的4腳與降壓模塊U4的2腳一起連接MGND，降壓模塊U3的3腳與降壓模塊U3的4腳間串接濾波電容C11。降壓模塊U4的3腳經(jīng)過(guò)電阻R28和發(fā)光二極管D4連接MGMD，降壓模塊U4的2腳與3腳間串接濾波電容C12。+3.3V為單片機(jī)及其外圍設(shè)備供電。本直流降壓模塊電路采用兩級(jí)降壓模塊，一方面提高了 +3.3V電壓的穩(wěn)定性，保證了單片機(jī)電源的穩(wěn)定，另一方面中間級(jí)產(chǎn)生的+5V電壓可為其他設(shè)備供電。電路中發(fā)光二極管D4起到+3.3V的上電指示作用，電容起濾波作用。
[0016]單片機(jī)設(shè)置有外圍電路，包括工作狀態(tài)指示電路、外部看門狗電路、接口電路、功能按鍵電路和LED顯示電路。
[0017]工作狀態(tài)指示電路如圖5所示，發(fā)光二極管D16、D17、D18的陽(yáng)極分別連接單片機(jī)的三個(gè)I/O 口，陰極連接MGND，發(fā)光二極管D16、D17、D18分別為黃色、綠色、紅色工作狀態(tài)指示燈，分別用來(lái)指示系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)正在發(fā)生晃電、電網(wǎng)電壓正常、裝置異常工作的工作狀態(tài)。
[0018]外部看門狗電路、接口電路以及功能按鍵電路如圖6所示，外部看門狗電路采用型號(hào)為MCP1320T-25LE/0T的看門狗芯片，其作用是監(jiān)視程序的正常運(yùn)行。用于將外部看門狗電路5接至單片機(jī)的連接器P2的I腳連接電阻R31與R32的公共端，連接器P2的2腳連接到單片機(jī)的編程端口，連接器P2的3腳連接看門狗芯片U5的I腳。看門狗芯片U5的I腳接上拉電阻R29到+3.3V，看門狗芯片U5的1、2腳并聯(lián)電阻R30，看門狗芯片U5的2腳接MGND，看門狗芯片U5的3腳連接功能按鍵SWl中R34的SI，看門狗芯片U5的5腳接+3.3V，看門狗芯片U5的4腳接在單片機(jī)的輸入腳WDI上。接口電路6中的連接器P3的I腳接電阻R32的另一端，連接器P3的2腳接+3.3V，連接器P3的4腳和5腳分別接單片機(jī)的PGD和PGC上，當(dāng)進(jìn)行編程調(diào)試時(shí)，首先用跳帽連接器將P2的1、2腳短接，其次將程序下載器的接口插入P3，最后通過(guò)操作上位機(jī)編程調(diào)試軟件進(jìn)行軟件的編程調(diào)試。功能按鍵電路7共有三個(gè)功能按鍵，分別為SW1、SW2和SW3，功能按鍵SWl為單片機(jī)復(fù)位鍵，其他兩個(gè)功能鍵位程序變量控制鍵，通過(guò)點(diǎn)擊按鍵改變程序中的變量值。這三個(gè)功能按鍵的電路連接圖相同，以功能按鍵SWl的電路連接為例做詳細(xì)說(shuō)明，功能按鍵SWl的一端接MGND，另一端接在R33與R34的公共端上，R33的另一端接+3.3V，R34的另一端為對(duì)外輸出信號(hào)SI，Sffl與R33、R34的公共端連接一個(gè)接地濾波電容C15。功能按鍵SW2與SW3的對(duì)外輸出信號(hào)分別為S2、S3，這兩個(gè)信號(hào)輸入到單片機(jī)的兩個(gè)引腳。
[0019]儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路如圖7所示，將交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元得到的電壓值VPP通過(guò)分壓與調(diào)理，變換為能輸入到單片機(jī)的信號(hào)RA0，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓值VPP的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。VPP與GND之間串接電阻R39和R40，VPP與R39的公共端通過(guò)R41鏈接放大器U6A(LM2904)的2腳，R39的另一端串接R40后接GND，R39與R40的公共端通過(guò)R42連接放大器U6A的3腳。放大器U6A的I腳和2腳直接相連，且放大器U6A的I腳串接R43輸入到單片機(jī)的RAO，放大器U6A的5腳接+5V，放大器U6A的4腳接MGND。
[0020]LED顯示電路如圖8所示，包括型號(hào)為L(zhǎng)ED SM42042共陰極數(shù)碼管(U7)和兩個(gè)C8050三極管(Qll、Q12)，該數(shù)碼管有兩個(gè)字，通過(guò)信號(hào)DIGl和DIG2分別控制兩個(gè)字的顯示，通過(guò)采用復(fù)用管腳的方式控制每個(gè)字顯示的內(nèi)容。U7的10腳(15腳)、12腳(13腳)、1腳(8 腳)、3 腳(6 腳)、2 腳(7 腳)、11 腳(14 腳)、9 腳(16 腳)分別與 R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50 的 A、B、C、D、E、F、G 腳相連，R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50 的另外一端分別與單片機(jī)上標(biāo)號(hào)為MA、MB、MC、MD、ME、MF、MG引腳相連。U7的4腳與Qll的集電極相連，U7的5腳與Q12的集電極相連。Qll與Q12的發(fā)射極都連接在MGND上。Qll的基極通過(guò)R51連接在單片機(jī)的DIGl上，Q12的基極通過(guò)R52連接在單片機(jī)的DIG2上。
[0021]逆變輸出單元包括高頻PWM產(chǎn)生電路、高頻變壓器輸出電路、變壓器輸出全橋整流電路、PWM產(chǎn)生電路、PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路、220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路和信號(hào)接口電路。
[0022]高頻PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻PWM產(chǎn)生電路的一個(gè)輸出端連接直流降壓模塊電路的輸入端，高頻PWM產(chǎn)生電路的另一個(gè)輸出端連接高頻變壓器輸出電路的一個(gè)輸入端，高頻變壓器輸出電路的另一輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻變壓器輸出電路的輸出端連接變壓器輸出全橋整流電路的輸入端，變壓器輸出全橋整流電路的輸出端連接PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸出端連接220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的一個(gè)輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的另兩個(gè)輸入端分別連接PWM產(chǎn)生電路的輸出端和單片機(jī)的使能端口，PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端口，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的另兩個(gè)輸入端分別連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端和220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的輸出端連接負(fù)載；220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸入端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸入端分別連接至220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸出端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸出端分別連接至單片機(jī)的不同信號(hào)輸入端。
[0023]高頻PWM產(chǎn)生電路如圖9所示，包括SG3525AP的高頻PWM產(chǎn)生芯片(U8)，VPP與GND之間并聯(lián)濾波電容C19、C23和C24。U8的I腳、12腳直接連接GND, U8的2腳、16腳直接相連，U8的2腳串接電容C21接GND，U8的2腳串接電阻R55接10腳，U8的7腳串接R53、C20接GND，U8的5腳連接R53與C20的公共端，U8的6腳串接R54接GND，U8的8腳串接C22接GND, U8的10腳接輸入信號(hào)INV_EN#,U8的13腳、15腳連接VPP, U8的11腳輸出信號(hào)HighPWMA，U8的14腳輸出信號(hào)HighPWMB，這兩個(gè)高頻PWM信號(hào)輸入到高頻變壓器輸出電路中，其他引腳懸空不連接。
[0024]高頻變壓器輸出電路如圖10所示，在互補(bǔ)推挽的HighPWMA、HighPWMB的作用下控制Q14和Q13的導(dǎo)通與關(guān)斷，在Q13和Q14的驅(qū)動(dòng)下，信號(hào)VPP被斬為高頻電壓，通過(guò)高頻變壓器的作用，輸出兩路電壓，一路高壓交流信號(hào)HVoltA、HVoltB，另一路低壓交流信號(hào)LVoltA、LVoltB。此兩路信號(hào)輸入到變壓器輸出全橋整流電路中。U8的輸出信號(hào)HighPWMA經(jīng)R59后連接三極管Q14的門極，HighPWMB經(jīng)R58后連接三極管Q13的門極，三極管Q13的漏極連接高頻變壓器Tl的1、2腳，三極管Q14的漏極連接高頻變壓器Tl的3、4腳，R56、C25串聯(lián)的電路與R57、C26串聯(lián)的電路并聯(lián)，該并聯(lián)電路串接在三極管Q13、三極管Q14的漏極之間，高頻變壓器Tl的5腳、6腳連接VPP，高頻變壓器Tl的7、8腳輸出交流高壓，其兩端標(biāo)號(hào)分別為HVoltB、HVoltA，高頻變壓器Tl的10、11腳輸出交流低壓，其兩端標(biāo)號(hào)分別為 LVoltB, LVoltA0
[0025]變壓器輸出全橋整流電路如圖11所示，包括交流高壓的整流電路8和交流低壓的整流電路9 ;交流高壓的整流電路8具體線路連接如下:整流二極管D6與D8串聯(lián)，D5與D7串聯(lián)，此兩個(gè)串聯(lián)電路并聯(lián)后組成全橋整流電路，信號(hào)HVoltA接D6與D8的公共端，信號(hào)HVoltB接D5與D7的公共端，D7與D8的公共端輸出信號(hào)HV_BUS，D5與D6的公共端輸出信號(hào)GND，電阻R60、R61、R62、R63串聯(lián)在HV_BUS與GND之間，R60的一端接GND，R60的非GND端輸出信號(hào)INV_FB，INV_FB與GND間接C27，HV_BUS與GND之間接C28。交流低壓的整流電路9具體線路連接如下:整流二極管DlO與D12串聯(lián)，D9與Dll串聯(lián)，此兩個(gè)串聯(lián)電路并聯(lián)后組成全橋整流電路，信號(hào)LVoltA接DlO與D12的公共端，信號(hào)LVoltB接D9與Dll的公共端，DlI與D12的公共端輸出信號(hào)AuxVCC，D9與Dll的公共端輸出信號(hào)AuxGnd，AuxVcc與AuxGnd間接濾波電容C29。高壓交流信號(hào)HVoltA、HVoltB在D5、D6、D7、D8組成的全橋作用下，整流出高壓直流信號(hào)HV_BUS、GND。高壓直流信號(hào)經(jīng)電阻分壓原理得到成比例減小的小直流信號(hào)，該小直流信號(hào)輸入到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流信號(hào)的監(jiān)測(cè)。該高壓直流信號(hào)作為全橋逆變電路的輸入逆變?yōu)?20V交流電。低壓交流信號(hào)LVoltA、LVoltB在D9、DIO、Dl1、D12組成的全橋作用下，整流出低壓直流信號(hào)AuxVcc、AuxGND，該低壓直流信號(hào)為220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路供電。
[0026]PWM產(chǎn)生電路如圖12所示，包括SG3525AP的高頻PWM產(chǎn)生芯片(U9)，滑動(dòng)變阻器RPl的I腳接U9的16腳，RPl的3腳接GND，RPl的2腳接U9的2腳。U9的I腳串接三個(gè)電阻R64、R65、R66接HV_BUS，R67與C30并聯(lián)后串接在U9的I腳和9腳之間。U9的3腳接信號(hào)HB_SYNC，U9的7腳串接R68、C31接GND，U9的5腳接R68與C31的公共端，U9的6腳串接R69接GND，U9的8腳串接C36接GND，U9的10腳接信號(hào)HB_EN#，且U9的10腳與GND之間串接R70、C32，R70與C32的公共端接16腳，13腳、15腳接VPP，U9的11腳輸出信號(hào)PWMA, U9的14腳輸出信號(hào)PWMB, U9的11腳與GND間串接R74、R72, R72的一端接GND,另一端輸出信號(hào)OutputPhaseLeft，U9的14腳與GND間串接R73、R71, R71的一端接GND，另一端輸出信號(hào)OutputPhaseRight。VPP與GND之間接一些濾波電容。在U9的3腳沒(méi)有輸入同步脈沖時(shí)，通過(guò)配置U9的5腳連接的電容以及7腳連接的電阻的大小，調(diào)整RC振蕩產(chǎn)生的三角波，從而保證U9的11腳、14腳輸出PWM頻率在60Hz-80Hz之間；U9在3腳為IOOHz的同步脈沖作用下，保證11腳、14腳輸出頻率為50Hz互補(bǔ)的PWM波形PWMA、PWMB。信號(hào)PWMA和PWMB —方面經(jīng)電阻分壓原理得到幅值成比例減小的PWM波形OutputPhaseLeft和OutputPhaseRight,這兩個(gè)信號(hào)輸入單片機(jī)達(dá)到對(duì)逆變輸出相位檢測(cè)的目的；另一方面作為PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸入。信號(hào)HB_EN#對(duì)U9進(jìn)行使能控制。
[0027]PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路如圖13所示，MOS管Q15與Q17串聯(lián)，MOS管Q16與Q18串聯(lián)，將這兩個(gè)串聯(lián)電路并聯(lián)后構(gòu)成MOS管全橋逆變電路，Q15與Q16的公共端接HV_BUS，Q17與Q18的公共端接GND，Q15與Q17的公共端輸出信號(hào)AC_0UT_L，Q16與Q18的公共端輸出信號(hào)AC_0UT_N。UlO與Ull的3腳、11腳接VPP，2腳、15腳接GND，信號(hào)HB_EN#連接U10, Ull的13腳，信號(hào)PWMA連接UlO的14腳、Ull的12腳，信號(hào)PWMB連接UlO的12腳、Ull的14腳。UlO的I腳經(jīng)R78接Q18的門極，8腳經(jīng)R76接Q16的門極。Ull的I腳經(jīng)R77接Q17的門極，8腳經(jīng)R75接Q15的門極。UlO的7腳與Q16的源極間串接C41,U10的3腳與7腳間正向串接二極管D14。Ull的7腳與Q15的源極間串接C40，Ull的3腳與7腳間正向串接二極管D13。VPP與GND之間串接一些濾波電容。本電路使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110S，將輸入的PWMA和PWMB信號(hào)變?yōu)閮蓚€(gè)兩路互補(bǔ)的可驅(qū)動(dòng)MOS管IRF840的PWM信號(hào)，四個(gè)IRF840M0S管Q15、Q16、Q17、Q18組成的全橋逆變電路在此四路PWM的驅(qū)動(dòng)下，將HB_BUS電壓逆變?yōu)?20V的交流電。
[0028]220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路如圖14所示，220V電網(wǎng)信號(hào)InputL與AuxGnd之間串接電阻R81、R82、R83、R84，R84的一端接AuxGnd，另一端接U15A的2腳，電容C46并聯(lián)在R84兩端。220V電網(wǎng)信號(hào)InputN與AuxGnd之間串接電阻R85、R86、R87、R88, R88的一端接AuxGnd，另一端接U15B的6腳，電容C45并聯(lián)在R88兩端。U15A的3腳與4腳相連接地，8腳接AuxVcc，3腳與8腳之間串接電容C44，I腳輸出信號(hào)ZeroL0 U15B的4腳與5腳相連接地，8腳接AuxVcc，7腳輸出信號(hào)ZeroN。220V電網(wǎng)輸入的兩路信號(hào)InputL和InputN經(jīng)電阻分壓原理得到成比例減小的兩路信號(hào)。信號(hào)InputL經(jīng)比例減小的信號(hào)通過(guò)比較器LM2903D的作用在I腳得到一組方波信號(hào)ZeroL ;信號(hào)InputN經(jīng)比例減小的信號(hào)通過(guò)比較器LM2903D的作用在7腳得到一組方波信號(hào)Ζθι?Ν。由于兩個(gè)比較器的輸入信號(hào)相位相差180°，故得到的方波信號(hào)ZeroL和ZeroN也相差180°。單片機(jī)通過(guò)捕捉信號(hào)ZeroL和ZeroN上升沿就可確定220V電網(wǎng)一個(gè)周期中的兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)位置，從而確定220V電網(wǎng)的相位。
[0029]220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路如圖15所示，集成整流橋模塊DBl的I腳接InputN，2腳接信號(hào)InputL，3腳串接R89、R90、R91、R92后接AuxGnd，R92的一端接AuxGnd，另一端接U16A (型號(hào)為L(zhǎng)M2904D的放大器)的3腳，R92的兩端并聯(lián)C47。U16A的8腳接AuxVcc，4腳接AuxGnd, I腳與2腳直接相連后串接R93，R93的另一端與U16B的6腳、U17的3腳相連，(型號(hào)為L(zhǎng)M2904D的放 大器)U16B的8腳接AuxVcc，4腳與5腳相連后接AuxGnd，5腳與AuxVcc之間串接C48, 7腳接U17的I腳。U17的2腳經(jīng)R94接AuxVcc, 4腳接AuxGnd, 5腳MGND，6腳輸出信號(hào)LineVoltage。220V電網(wǎng)輸入的兩路信號(hào)InputL和InputN經(jīng)過(guò)集成整流橋DBl得到饅頭波，該饅頭波經(jīng)分壓作用后輸入到運(yùn)放U16A和U16B進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)輸入到線性光耦U17，該線性光耦的型號(hào)為HCNR200。線性光耦得到與220V電網(wǎng)成正比的弱電信號(hào)，該弱電信號(hào)輸入到信號(hào)接口電路中進(jìn)行處理。
[0030]220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路如圖16所示，連接器P4的1、2腳分別接220V電網(wǎng)的InputL、InputN，3腳接屏蔽信號(hào)PE，連接器P4的4、5腳分別接雙刀雙擲開(kāi)關(guān)Jl的3、6腳，連接器P4的6腳懸空。Jl的4腳接信號(hào)AC_0UT_L，Jl的5腳接信號(hào)AC_0UT_N，Jl的
2、7腳分別接P4的1、2腳，Jl的8腳接AuxVcc，Jl的I腳接Q7的發(fā)射極，且Jl的8腳與I腳間并聯(lián)反向二極管D15。Q7的集電極接AuxGnd,基極接信號(hào)OutputSwitch。在AuxVcc與AuxGnd之間接濾波電容。連接器P4作為220V電網(wǎng)輸入和負(fù)載供電輸出的接口，單片機(jī)輸出的切換控制信號(hào)控制三極管Q7的導(dǎo)通與關(guān)斷，通過(guò)控制Q7的導(dǎo)通與關(guān)斷控制雙刀雙擲開(kāi)關(guān)Jl對(duì)220V電網(wǎng)與逆變交流的切換。圖中反并聯(lián)二級(jí)管D15起續(xù)流的作用，保證在Q17關(guān)斷時(shí)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)控制線圈中能量的釋放。
[0031]本實(shí)施方式中，還設(shè)置有為所有進(jìn)出單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行隔離的光耦隔離電路，所有需要輸入單片機(jī)以及從單片機(jī)輸出的信號(hào)都通過(guò)光耦進(jìn)行隔離，防止單片機(jī)的運(yùn)行受輸入輸出信號(hào)中的噪聲干擾，保證了單片機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0032]如圖17所示，光耦隔離電路連接如下:信號(hào)MHB_EN#由上拉電阻R98接+5V后經(jīng)R99接光耦U18的I腳，光耦U18的2腳接MGND，光耦U18的3腳接GND，光耦U18的4腳經(jīng)上拉電阻RlOO接VPP后輸出信號(hào)HB_EN# ;信號(hào)MINV_EN#由上拉電阻RlOl接+5V后經(jīng)R102接光耦U19的I腳，光耦U19的2腳接MGND，光耦U19的3腳接GND，光耦U19的4腳經(jīng)上拉電阻R103接VPP后輸出信號(hào)INV_EN# ;信號(hào)MHB_SYNC由上拉電阻R104接+5V后經(jīng)R105接光耦U20的I腳，光耦U20的2腳接MGND，光耦U20的3腳接GND，光耦U20的4腳經(jīng)上拉電阻R106接VPP后輸出信號(hào)HB_SYNC ;信號(hào)OutputPhaseRight經(jīng)R107后接光耦U21的I腳，光耦U21的2腳接GND，光耦U21的3腳接MGND，光耦U21的4腳經(jīng)上拉電阻R108接+5V后輸出信號(hào)MPhaseRight ;信號(hào)OutputPhaseLeft經(jīng)R109后接光耦U22的I腳，光耦U21的2腳接GND，光耦U21的3腳接MGND，光耦U21的4腳經(jīng)上拉電阻RllO接+5V后輸出信號(hào)MPhaseLeft。信號(hào)AuxVcc經(jīng)R79接光耦U12和光耦U13的I腳，光耦U12的2腳接ZeroL，光耦U12的3腳接MGND，光耦U12的4腳經(jīng)上拉電阻R95接+5V后輸出信號(hào)MZeroLine ;光耦U13的2腳接ZeroN,光耦U13的3腳接MGND,光耦U13的4腳經(jīng)上拉電阻R96接+5V后輸出信號(hào)MZeroNatrue ;信號(hào)MOutputSwitch由電阻R97上拉接+5V后經(jīng)R80接光耦U14的I腳，光耦U14的2腳接MGND，光耦U14的3腳接AuxGnd，光耦U14的4腳輸出信號(hào)OutputSwitch。
[0033]信號(hào)接口電路如圖18所示，放大器U23A (LM2904D)的8腳接+5V，U23A的4腳接MGND, U23A的3腳接信號(hào)INV_FB, U23A的I腳、2腳直接相連后接P5的9腳；放大器U23B (LM2904D)的8腳接+5V，U23B的4腳和5腳直接相連后接MGND，U23B的6腳接信號(hào)LineVoltage, U23B的7腳串聯(lián)Rlll后接6腳且7腳接P5的7腳。連接器P5的2腳、4腳、6腳、8腳、10腳、12腳、14腳、16腳、18腳、20腳、22腳、24腳、26腳連接GND，1腳、3腳、5腳連接VPP，連接器P5的11腳接MHB_EN#，連接器P5的13腳接MINV_EN#，連接器P5的15腳接MPhaseRight，連接器P5的17腳接MPhaseLeft，連接器P5的19腳連接MHB_SYNC，連接器P5的21腳連接MOutputSwitch，連接器P5的23腳連接MZeroLine，連接器P5的25腳連接MZeroNature。220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路中得到的電壓信號(hào)LineVoltage經(jīng)運(yùn)放LM2904D調(diào)理放大后輸入到連接器P5的7腳。變壓器輸出全橋整流電路中得到的電壓信號(hào)INV_FB經(jīng)運(yùn)放LM2904D調(diào)理放大后輸入到連接器P5的9腳。電壓信號(hào)以及單片機(jī)需要輸入輸出的信號(hào)全都連接到P5。通過(guò)P5接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制與顯示單元和交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元、逆變輸出單元的通信。
[0034]如圖20所示，本實(shí)施方式的單片機(jī)需要進(jìn)行如下初始化過(guò)程:
Cl):將交流220V電網(wǎng)接入整流電路的輸入端；
(2):直流降壓模塊電路中D4指示燈亮，系統(tǒng)所有電路已得電；
(3):初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、看門狗、10端口、定時(shí)器、AD模塊、中斷模塊；
(4):單片機(jī)通過(guò)發(fā)出控制指令以及檢測(cè)儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸出電壓、檢測(cè)交流高壓的整流電路輸出電壓、檢測(cè)PWM產(chǎn)生電路的輸出信號(hào)來(lái)檢測(cè)硬件裝置是否正常工作；
(5):如果檢測(cè)出硬件裝置異常，系統(tǒng)異常指示燈紅燈亮；
(6):如果各硬件裝置正常，裝置通過(guò)220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路以及單片機(jī)上的AD采樣端口對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣，并利用FFT快速傅立葉變換得到電壓值U ；
(7):利用220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路以及單片機(jī)上的捕獲端口捕捉電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)，計(jì)算出電網(wǎng)頻率f ；
(8):根據(jù)計(jì)算出的電壓值U和電網(wǎng)頻率f，比較電壓值U是否滿足:200〈U〈220，頻率f是否滿足:49.8〈f〈50.2，判斷電網(wǎng)電壓是否正常；
(9):如果電網(wǎng)電壓U和電網(wǎng)頻率f不在上述范圍，說(shuō)明電網(wǎng)電壓異常，晃電指示燈黃燈亮，裝置不工作，并一直檢測(cè)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)頻率，直到電網(wǎng)電壓與頻率恢復(fù)到正常范圍；
(10):當(dāng)電網(wǎng)電壓與頻率正常后利用公式u=220sin(2Jift)建立一組含有100個(gè)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)正弦表，并保存在數(shù)組Ref [100]中；
(11):系統(tǒng)初始化完畢，裝置正常工作指示燈綠燈亮。
[0035]本實(shí)施方式的旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置的控制方法，如圖21所示，包括以下步驟:
步驟1:單片機(jī)設(shè)置晃電響應(yīng)速度和頻率檢測(cè)時(shí)間，220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，送至直流降壓模塊為單片機(jī)、儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路、光耦隔離電路和信號(hào)接口電路供電；
步驟2:220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，進(jìn)入儲(chǔ)能控制電路，在單片機(jī)充電控制信號(hào)的控制下，儲(chǔ)能控制電路控制快速儲(chǔ)能電路快速充電；
步驟3:儲(chǔ)能電壓監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快速儲(chǔ)能電路的電壓值，當(dāng)該電壓值達(dá)到設(shè)定電壓值時(shí)，停止單片機(jī)停止輸出充電控制信號(hào)，快速儲(chǔ)能電路停止充電；
步驟4:快速儲(chǔ)能電路分別輸出電壓至高頻PWM產(chǎn)生電路和高頻變壓器輸出電路；步驟5:高頻PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生40KHz?50KHz的高頻PWM信號(hào)作用于高頻變壓器輸出電路；
步驟6:高頻變壓器輸出電路輸出交流信號(hào)通過(guò)變壓器輸出全橋整流電路進(jìn)入PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路；
步驟7:單片機(jī)使PWM產(chǎn)生電路和PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路工作；
步驟8 =PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)并輸入單片機(jī)的PWM相位檢測(cè)端口，計(jì)算逆變輸出電壓相位，同時(shí)通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的相位，當(dāng)逆變輸出電壓相位與交流220V電網(wǎng)的相位不同時(shí)，單片機(jī)發(fā)出同步信號(hào)作用于PWM產(chǎn)生電路，以調(diào)整逆變輸出電壓相位，使得兩個(gè)相位保持相同，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路在PWM產(chǎn)生電路的作用下輸出與220V電網(wǎng)相位相同的交流電至220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路；
步驟9:通過(guò)220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)采集交流220V電網(wǎng)電壓，當(dāng)采集到的交流220V電網(wǎng)電壓值處于0.3倍至0.8倍的交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值的范圍時(shí)，電網(wǎng)處于晃電狀態(tài)，執(zhí)行步驟10，否則，由220V電網(wǎng)為負(fù)載供電；
步驟10:單片機(jī)以設(shè)定的晃電響應(yīng)速度發(fā)出220V電網(wǎng)與逆變交流電切換信號(hào)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路完成快速切換，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路產(chǎn)生的交流電為負(fù)載供電，返回步驟8 ;
步驟11:在220V電網(wǎng)為負(fù)載供電期間，根據(jù)設(shè)定的頻率檢測(cè)時(shí)間，通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的過(guò)零點(diǎn)，并計(jì)算交流220V電網(wǎng)的頻率，根據(jù)該頻率重新計(jì)算交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值，返回步驟8。
【權(quán)利要求】
1.一種旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置，其特征在于:包括:交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元、單片機(jī)控制與顯示單元和逆變輸出單元； 所述交流轉(zhuǎn)直流的儲(chǔ)能單元包括整流電路、儲(chǔ)能控制電路和快速儲(chǔ)能電路；整流電路的輸入端連接220V電網(wǎng)，整流電路的輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，儲(chǔ)能控制電路的輸出端連接快速儲(chǔ)能電路的輸入端； 所述單片機(jī)控制與顯示單元包括單片機(jī)、直流降壓模塊電路和儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路；儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的一個(gè)輸出端，儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路的輸出端連接單片機(jī)的信號(hào)輸入端，直流降壓模塊電路的輸入端連接整流電路的一個(gè)輸出端，單片機(jī)的控制輸出端連接儲(chǔ)能控制電路的輸入端，單片機(jī)的供電端口連接直流降壓模塊電路的輸出端； 所述逆變輸出單元包括高頻PWM產(chǎn)生電路、高頻變壓器輸出電路、變壓器輸出全橋整流電路、PWM產(chǎn)生電路、PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路、220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路和信號(hào)接口電路； 高頻PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻PWM產(chǎn)生電路的一個(gè)輸出端連接直流降壓模塊電路的輸入端，高頻PWM產(chǎn)生電路的另一個(gè)輸出端連接高頻變壓器輸出電路的一個(gè)輸入端，高頻變壓器輸出電路的另一輸入端連接快速儲(chǔ)能電路的輸出端，高頻變壓器輸出電路的輸出端連接變壓器輸出全橋整流電路的輸入端，變壓器輸出全橋整流電路的輸出端連接PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的輸出端連接220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的一個(gè)輸入端，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路的另兩個(gè)輸入端分別連接PWM產(chǎn)生電路的輸出端和單片機(jī)的使能端口，PWM產(chǎn)生電路的輸入端連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端口，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的另兩個(gè)輸入端分別連接單片機(jī)的信號(hào)輸出端和220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路的輸出端連接負(fù)載；220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸入端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸入端分別連接至220V電網(wǎng)，220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸出端和220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸出端分別連接至單片機(jī)的不同信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旁`路式220V電網(wǎng)防晃電裝置，其特征在于:所述單片機(jī)控制與顯示單元還包括工作狀態(tài)指示電路、按鍵電路和LED顯示電路,工作狀態(tài)指示電路的輸出端、功能按鍵電路的輸出端和LED顯示電路的輸入端分別連接單片機(jī)的不同IO端口。
3.如權(quán)利要求1所述的旁路式220V電網(wǎng)防晃電裝置的控制方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:單片機(jī)設(shè)置晃電響應(yīng)速度和頻率檢測(cè)時(shí)間，220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，送至直流降壓模塊為單片機(jī)、儲(chǔ)能電壓檢測(cè)電路、光耦隔離電路和信號(hào)接口電路供電； 步驟2:220V電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)整流電路整流后，進(jìn)入儲(chǔ)能控制電路，在單片機(jī)充電控制信號(hào)的控制下，儲(chǔ)能控制電路控制快速儲(chǔ)能電路快速充電； 步驟3:儲(chǔ)能電壓監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快速儲(chǔ)能電路的電壓值，當(dāng)該電壓值達(dá)到設(shè)定電壓值時(shí)，停止單片機(jī)停止輸出充電控制信號(hào)，快速儲(chǔ)能電路停止充電； 步驟4:快速儲(chǔ)能電路分別輸出電壓至高頻PWM產(chǎn)生電路和高頻變壓器輸出電路； 步驟5:高頻PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生40KHz~50KHz的高頻PWM信號(hào)作用于高頻變壓器輸出電路； 步驟6:高頻變壓器輸出電路輸出交流信號(hào)通過(guò)變壓器輸出全橋整流電路進(jìn)入PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路； 步驟7:單片機(jī)使PWM產(chǎn)生電路和PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路工作； 步驟8 =PWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)并輸入單片機(jī)的PWM相位檢測(cè)端口，計(jì)算逆變輸出電壓相位，同時(shí)通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的相位，當(dāng)逆變輸出電壓相位與交流220V電網(wǎng)的相位不同時(shí)，單片機(jī)發(fā)出同步信號(hào)作用于PWM產(chǎn)生電路，以調(diào)整逆變輸出電壓相位，使得兩個(gè)相位保持相同，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路在PWM產(chǎn)生電路的作用下輸出與220V電網(wǎng)相位相同的交流電至220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路； 步驟9:通過(guò)220V電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)采集交流220V電網(wǎng)電壓，當(dāng)采集到的交流220V電網(wǎng)電壓值處于0.3倍至0.8倍的交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值的范圍時(shí)，電網(wǎng)處于晃電狀態(tài)，執(zhí)行步驟10，否則，由220V電網(wǎng)為負(fù)載供電； 步驟10:單片機(jī)以設(shè)定的晃電響應(yīng)速度發(fā)出220V電網(wǎng)與逆變交流電切換信號(hào)，220V電網(wǎng)與逆變交流切換電路完成快速切換，PWM驅(qū)動(dòng)與全橋逆變電路產(chǎn)生的交流電為負(fù)載供電，返回步驟8 ; 步驟11:在220V電網(wǎng)為負(fù)載供電期間，根據(jù)設(shè)定的頻率檢測(cè)時(shí)間，通過(guò)220V電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)交流220V電網(wǎng)的過(guò)零點(diǎn)，并計(jì)算交流220V電網(wǎng)的頻率，根據(jù)該頻率重新計(jì)算交流220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓值，`返回步驟8。
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103730895SQ201310750554
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張化光, 郎偉明, 王智良, 楊東升, 馮健, 彭宣哲, 羅艷紅, 王南, 孫秋野, 楊珺 申請(qǐng)人:東北大學(xué), 國(guó)電沈陽(yáng)熱電有限公司