大電流變流裝置過電壓智能保護模塊的設計
加入技術交流群
（1-2）故回差電壓為：
（1-2）
其中r為三極管處于放大區的內阻可以忽略，UOH為LM339輸出高電平5V，UOL為輸出低電平0V，根據設計要求R3調為3KΩ，由此可得
=5V。假設整流裝置輸入交流有效電壓U1為209V，且上下波動10%都為安全電壓，此時電壓互感器檢測到的電壓U3小于2.6V，且小于參考電壓UREF，輸出開路，過電壓保護模塊不動作，作為正反饋的射極跟隨器三極管M5導通UREF=2.8V。當U1增加到230V時，U3大于2.8V，輸出為低電平，過電壓保護模塊動作，單片機輸出封鎖脈沖，且M5截止UREF=2.7V，促使U3更大于UREF，這時翻轉后的狀態極為穩定，避免了過電壓附近電壓波動而引起的不穩定現象。由于產生了一定的回差，過電壓保護動作后，整流裝置的輸入電壓U1必須降到230-5=225V時，即U3＜UREF，整流裝置才能恢復正常。
脈沖輸出控制
大電流整流裝置主要是通過晶閘管整流，而晶閘管的導通是需要觸發脈沖的，這里對觸發脈沖的控制是基于單片機產生晶閘管觸發脈沖。因此，控制了晶閘管觸發脈沖的產生就控制住了整個整流裝置的輸出，也就達到了過壓保護的目的。
圖2 脈沖輸出控制程序流程圖
單片機是一種微型計算機，可以通過編程實現相應的功能。文中通過51系列單片機的P1.0口控制晶閘管觸發脈沖輸出的P0口，可以將電壓比較器的輸出端U4與單片機的P1.0口相接，中間用一個PNP型三極管進行電平轉換如圖1中C部分所示。當U4為高電平時，單片機P1.0口有內置高阻上拉電阻，復位后P1.0口為高電平，三極管M6截止；當U4為低電平時，三極管M6導通，并將P1.0口拉為低電平，此時P0口被強行復位。其脈沖輸出控制程序流程圖如圖2所示，確保了整流裝置過電壓時晶閘管觸發脈沖能夠及時關斷，當電壓恢復到安全值后能夠自動運行。
實驗結果
通過電壓比較電路實驗波形的觀察發現其輸出高低電平的轉換時間為微秒級，達到保護模塊設計要求的響應時間。
由圖3實驗波形可以發現，當輸入電壓有效值低于U1=209V，晶閘管輸出脈沖正常，整流設備正常工作；當輸入電壓有效值U1=212V，晶閘管輸出脈沖被關斷，整流設備停止工作；當輸入電壓有效值降為U1=204V，晶閘管輸出脈沖正常，整流設備重新正常工作。
圖3 過壓前后控制觸發脈沖輸出波形
結論
本文設計了一種大電流變流裝置的過電壓智能保護模塊，分析了導致過電壓的原因，結合整流裝置過壓特性提出利用性價比較高的51系列單片機作為控制核心，實現了智能保護的目的。通過實驗發現整個過壓保護模塊的響應時間為微秒級，滿足過壓保護響應時間的要求。通過實驗波形的比較，驗證了電壓比較電路的回差電壓為5V，達到了預期保護遲滯的設定。通過改變R3的阻值可以實現不同門限的過壓保護，而且實驗證明了該智能保護模塊是可行的。
評論