CN101944874B - 采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置 - Google Patents

Abstract

一种采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置，包括可控硅半控桥式整流电路、三相桥式全波整流电路、双级直流稳压电路、可控硅门极控制电路、电压取样控制电路和同步电路。整流装置中三相桥式全波整流电路和双级直流稳压电路构成的电源向嵌入式微控制器及可控硅门极控制电路供电。本发明采用高精度A/D转换技术、数字电压比较技术和同步开关技术调节永磁发电机稳压装置的输出电压，实现了可控硅的同步触发，大大提高了稳压装置的电压控制精度。

Description

采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置

技术领域

本发明涉及永磁发电机输出电压稳压技术，特别是一种采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流装置。 

背景技术

目前，在航空器、轮船、汽车、工程机械、风力发电的供电中，采用永磁发电机越来越普遍。永磁发电机的输出电压是随着转速变化的，因其工作转速变化范围大，因而输出电压变化范围也大，转速高时输出电压高，转速低时输出电压低，有时甚至相差1-3倍。为了稳定永磁三相交流发电机的输出电压，目前普遍采是：一、机械或电子开关并联短路电能泄放法；二、机械或电子调节串联电阻降压法；三、单相或三相半控可控硅桥式整流电路稳压法等稳压方式。上述稳压方式的稳压精度均不高，不能完全满足永磁发电机输出电压稳定的要求。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种电路工作可靠、稳压精度高的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置。 

本发明的技术方案是：一种采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置，包括由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第一单向可控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6、第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9和第五滤波电容器 35组成的三相可控硅半控桥式整流电路；由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管10、第五整流二极管11和第六整流二极管12组成的三相桥式全波整流电路；由第一滤波电容器14、第一电阻15、第一晶体三极管16、第一稳压二极管17、第二滤波电容器18、三端稳压器19和第三滤波电容器20组成的双级直流稳压电路；由第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9、限流电阻31、第三晶体三极管30、第六电阻28、第七电阻29、第二晶体三极管27、第四电阻25和第五电阻26组成的可控硅门极控制电路；由嵌入式微控制器21、第一取样电阻32、第二取样电阻33和第四滤波电容器34组成的电压取样控制电路；由二极管13、第二电阻22、第二稳压二极管23、第三电阻24组成的同步电路。 

在本发明提供的电路中，第一输入端子38、第二输入端子39、第三输入端子40端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压，第一输入端子38连接第一整流二极管1的负极、第一单向可控硅4的阳极和第四整流二极管10的正极，第二输入端子39连接第二整流二极管2的负极、第二单向可控硅5的阳极和第五整流二极管11的正极，第三输入端子40连接第三整流二极管3的负极、第三单向可控硅6的阳极和第六整流二极管12的正极，第四整流二极管10的负极、第五整流二极管11的负极和第六整流二极管12的负极与第一滤波电容器14的正极、第一电阻15、第一晶体三极管16的集电极、第三晶体三极管30的集电极、第七电阻29连接，第七电阻29另一端与第六电阻28、第二晶体三极管27的集电极连接，第二晶体三极管27的基极与第四电阻25、第五电阻26连接，第四电阻25的另一端连接嵌入式微控制器21的输出端，第一电阻15的另一端连接第一稳压二极管17的负极和第一晶体 三极管16的基极，第一晶体三极管16的发射极与第二滤波电容器18的正极和三端稳压器19电压输入端连接，三端稳压器19电压输出端与第三滤波电容器20的正极和嵌入式微控制器21的电源+端连接，第一单向可控硅4的门极连接第一触发二极管7的负极，第二单向可控硅5的门极连接第二触发二极管8的负极，第三单向可控硅6的门极连接第三触发二极管9的负极，第一单向可控硅4的阴极、第二单向可控硅5的阴极、第三单向可控硅6的阴极与第一取样电阻32、第五滤波电容器35的正极及第一输出端子36连接，第一触发二极管7的正极、第二触发二极管8的正极和第三触发二极管9的正极与限流电阻31连接，限流电阻31的另一端与第三晶体三极管30的发射极连接，嵌入式微控制器21的AD端与第一取样电阻32的另一端、第二取样电阻33及第四滤波电容器34连接，二极管13的正极与第三单向可控硅6的阳极连接，二极管13的负极连接到第二电阻22，第二电阻22另一端连接到第三电阻24和第二稳压二极管23负极，第三电阻24另一端连接到嵌入式微控制器21的同步端，第二稳压二极管23正极接地，第一整流二极管1的正极、第二整流二极管2的正极、第三整流二极管3的正极、第一滤波电容器14负极、第一稳压二极管17的正极、第二滤波电容器18的负极、三端稳压器19接地端、第三滤波电容器20的负极、第二晶体三极管27的发射极、第五电阻26另一端、嵌入式微控制器21接地端、第二稳压二极管23的正极、第二取样电阻33另一端、第四滤波电容器34另一端、第五滤波电容器35另一端及第二输出端子37接地。 

本发明提供的可控硅整流装置其工作原理如下：永磁发电机开始运转时，第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管10、第五整流二极管11和第六整流二极管12构成的三相桥式全波整流电路 输出直流电，再经由第一滤波电容器14、第一电阻15、第一晶体三极管16、第一稳压二极管17、第二滤波电容器18、三端稳压器19和第二滤波电容器18组成的双级直流稳压电路滤波稳压，然后向由第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9、限流电阻31、第三晶体三极管30、第六电阻28、第七电阻29、第二晶体三极管27、第四电阻25和第五电阻26组成的可控硅门极控制电路、嵌入式微控制器21、第一取样电阻32、第二取样电阻33和第四滤波电容器34组成的电压取样控制电路提供工作电源，电路开始工作。二极管13、第二电阻22、第二稳压二极管23、第三电阻24组成的同步电路向嵌入式微控制器21提供同步信号。 

第一取样电阻32和第二取样电阻33从输出电压Uout分压取得的电压Ui送入嵌入式微控制器21的AD输入端，当同步信号到来时，计算机进入中断服务程序，这时开始进行AD转换，转换后的数值与片内EEPROM中预存的设定目标稳压值U对应的数值进行运算，根据运算结果从微控制器控制端输出控制信号驱动第三晶体三极管30，按照一定的要求开通或者关断可控硅，从而实现了可控硅的同步触发。嵌入式微控制器21内部的单片计算机执行预先编制的程序。 

永磁发电机运转时，如果整流稳压装置的输出电压Uout低于设定的目标稳压值U，嵌入式微控制器21控制输出端为低电平，第二晶体三极管27截止，第三晶体三极管30导通，第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管10、第五整流二极管11和第六整流二极管12构成的三相全波桥式整流电源正极通过第三晶体三极管30、限流电阻31、第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9分别向第一单向可 控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6的门极提供触发电流，可控硅导通，第一单向可控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6与整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3构成的三相可控硅半控桥式整流电路工作，第一输出端子36输出的直流电压Uout上升趋向设定的目标稳压值U。 

如果整流稳压装置的输出电压Uout高于设定的目标稳压值U，这时Ui高于Uw，嵌入式微控制器21控制输出端为高电平，第二晶体三极管27导通，第三晶体三极管30截止，三相全波桥式整流电源正极不再通过第三晶体三极管30、限流电阻31、第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9分别向第一单向可控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6的门极提供触发电流，可控硅截止，第一单向可控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6与第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3构成的三相可控硅半控桥式整流电路停止工作，第一输出端子36输出的直流电压Uout下降趋向设定的目标稳压值U。当输出电压Uout下降到低于设定的目标稳压值U时，电路又重复上述工作过程，三相可控硅半控桥式整流电路恢复工作，第一输出端子36输出的直流电压Uout重新上升趋向设定的目标稳压值U。电路不断重复上述工作过程，使得第一输出端子36输出的直流电压Uout稳定在设定的目标稳压值U。 

本发明与现有技术相比具有如下特点： 

1、采用的嵌入式微控制器内部的单片计算机芯片集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设，片上外设 资源丰富，其最大特点是单片化，体积减小，功耗和成本下降、可靠性大大提高，尤其适合于永磁发电机整流稳压装置输出电压的控制。 

2、采用高精度A/D转换技术、数字电压比较技术和同步开关技术调节永磁发电机稳压装置的输出电压，大大提高了输出电压的调节精度。 

3、当同步信号到来时，嵌入式微控制器内部的计算机进入中断服务程序，开始进行AD转换，转换后的数值与片内EEPROM中预存的设定目标稳压值U对应的数值进行运算，根据运算结果驱动第三晶体三极管30，开通或者关断可控硅，从而实现了可控硅的同步触发。 

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。 

附图说明

附图1为本发明的电路示意图。 

具体实施方式

如附图1所示：一种采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置，包括由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第一单向可控硅4、第二单向可控硅5、第三单向可控硅6、第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9和第四滤波电容器35组成的三相可控硅半控桥式整流电路；由第一整流二极管1、第二整流二极管2、第三整流二极管3、第四整流二极管10、第五整流二极管11和第六整流二极管12组成的三相桥式全波整流电路；由第一滤波电容器14、第一电阻15、第一晶体三极管16、第一稳压二极管17、第二滤波电容器18、三端稳压器19和第三滤波电容器20组成的双级直流稳压电路；由第一触发二极管7、第二触发二极管8、第三触发二极管9、限流电阻31、第三晶体三极管30、第 六电阻28、第七电阻29、第二晶体三极管27、第四电阻25和第五电阻26组成的可控硅门极控制电路；由嵌入式微控制器21、第一取样电阻32、第二取样电阻33和第四滤波电容器34组成的电压取样控制电路；由二极管13、第二电阻22、第二稳压二极管23、第三电阻24组成的同步电路。 

在本发明提供的电路中，第一输入端子38、第二输入端子39、第三输入端子40端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压，第一输入端子38连接第一整流二极管1的负极、第一单向可控硅4的阳极和第四整流二极管10的正极，第二输入端子39连接第二整流二极管2的负极、第二单向可控硅5的阳极和第五整流二极管11的正极，第三输入端子40连接第三整流二极管3的负极、第三单向可控硅6的阳极和第六整流二极管12的正极，第四整流二极管10的负极、第五整流二极管11的负极和第六整流二极管12的负极与第一滤波电容器14的正极、第一电阻15、第一晶体三极管16的集电极、第三晶体三极管30的集电极、第七电阻29连接，第七电阻29另一端与第六电阻28、第二晶体三极管27的集电极连接，第二晶体三极管27的基极与第四电阻25、第五电阻26连接，第四电阻25的另一端连接嵌入式微控制器21的输出端，第一电阻15的另一端连接第一稳压二极管17的负极和第一晶体三极管16的基极，第一晶体三极管16的发射极与第二滤波电容器18的正极和三端稳压器19电压输入端连接，三端稳压器19电压输出端与第三滤波电容器20的正极和嵌入式微控制器21的电源+端连接，第一单向可控硅4的门极连接第一触发二极管7的负极，第二单向可控硅5的门极连接第二触发二极管8的负极，第三单向可控硅6的门极连接第三触发二极管9的负极，第一单向可控硅4的阴极、第二单向可控硅5的阴极、第三单向可控硅6的阴 极与第一取样电阻32、第五滤波电容器35的正极及第一输出端子36连接，第一触发二极管7的正极、第二触发二极管8的正极和第三触发二极管9的正极与限流电阻31连接，限流电阻31的另一端与第三晶体三极管30的发射极连接，嵌入式微控制器21的AD端与第一取样电阻32的另一端、第二取样电阻33及第四滤波电容器34连接，二极管13的正极与第三单向可控硅6的阳极连接，二极管13的负极连接到第二电阻22，第二电阻22另一端连接到第三电阻24和第二稳压二极管23负极，第三电阻24另一端连接到嵌入式微控制器21的同步端，第二稳压二极管23正极接地，第一整流二极管1的正极、第二整流二极管2的正极、第三整流二极管3的正极、第一滤波电容器14负极、第一稳压二极管17的正极、第二滤波电容器18的负极、三端稳压器19接地端、第三滤波电容器20的负极、第二晶体三极管27的发射极、第五电阻26另一端、嵌入式微控制器21接地端、第二稳压二极管23的正极、第二取样电阻33另一端、第四滤波电容器34另一端、第五滤波电容器35另一端及第二输出端子37接地。 

Claims (1)

1.一种采用嵌入式微控制器的永磁三相交流发电机可控硅整流稳压装置，其特征是：包括由第一整流二极管(1)、第二整流二极管(2)、第三整流二极管(3)、第一单向可控硅(4)、第二单向可控硅(5)、第三单向可控硅(6)、第一触发二极管(7)、第二触发二极管(8)、第三触发二极管(9)和第五滤波电容器(35)组成的三相可控硅半控桥式整流电路；由第一整流二极管(1)、第二整流二极管(2)、第三整流二极管(3)、第四整流二极管(10)、第五整流二极管(11)和第六整流二极管(12)组成的三相桥式全波整流电路；由第一滤波电容器(14)、第一电阻(15)、第一晶体三极管(16)、第一稳压二极管(17)、第二滤波电容器(18)、三端稳压器(19)和第三滤波电容器(20)组成的双级直流稳压电路；由第一触发二极管(7)、第二触发二极管(8)、第三触发二极管(9)、限流电阻(31)、第三晶体三极管(30)、第六电阻(28)、第七电阻(29)、第二晶体三极管(27)、第四电阻(25)和第五电阻(26)组成的可控硅门极控制电路；由嵌入式微控制器(21)、第一取样电阻(32)、第二取样电阻(33)和第四滤波电容器(34)组成的电压取样控制电路；由二极管(13)、第二电阻(22)、第二稳压二极管(23)、第三电阻(24)组成的同步电路；

在电路中，第一输入端子(38)、第二输入端子(39)、第三输入端子(40)端加载永磁三相交流发电机的三相交流电压，第一输入端子(38)连接第一整流二极管(1)的负极、第一单向可控硅(4)的阳极和第四整流二极管(10)的正极，第二输入端子(39)连接第二整流二极管(2)的负极、第二单向可控硅(5)的阳极和第五整流二极管(11)的正极，第三输入端子(40)连接 第三整流二极管(3)的负极、第三单向可控硅(6)的阳极和第六整流二极管(12)的正极，第四整流二极管(10)的负极、第五整流二极管(11)的负极和第六整流二极管(12)的负极与第一滤波电容器(14)的正极、第一电阻(15)、第一晶体三极管(16)的集电极、第三晶体三极管(30)的集电极、第七电阻(29)连接，第七电阻(29)另一端与第六电阻(28)、第二晶体三极管(27)的集电极连接，第二晶体三极管(27)的基极与第四电阻(25)、第五电阻(26)连接，第四电阻(25)的另一端连接嵌入式微控制器(21)的输出端，第一电阻(15)的另一端连接第一稳压二极管(17)的负极和第一晶体三极管(16)的基极，第一晶体三极管(16)的发射极与第二滤波电容器(18)的正极和三端稳压器(19)电压输入端连接，三端稳压器(19)电压输出端与第二滤波电容器(20)的正极和嵌入式微控制器(21)的电源+端连接，第一单向可控硅(4)的门极连接第一触发二极管(7)的负极，第二单向可控硅(5)的门极连接第二触发二极管(8)的负极，第三单向可控硅(6)的门极连接第三触发二极管(9)的负极，第一单向可控硅(4)的阴极、第二单向可控硅(5)的阴极、第三单向可控硅(6)的阴极与第一取样电阻(32)、第五滤波电容器(35)的正极及第一输出端子(36)连接，第一触发二极管(7)的正极、第二触发二极管(8)的正极和第三触发二极管(9)的正极与限流电阻(31)连接，限流电阻(31)的另一端与第三晶体三极管(30)的发射极连接，嵌入式微控制器(21)的AD端与第一取样电阻(32)的另一端、第二取样电阻(33)及第四滤波电容器(34)连接，二极管(13)的正极与第三单向可控硅(6)的阳极连接，二极管(13)的负极连接到第二电阻(22)，第二电阻(22)另一端连接到第三电阻(24)和第二稳压二极管(23)负极，第三电阻(24)另一端连接到嵌入式微控制器(21) 的同步端，第二稳压二极管(23)正极接地，第一整流二极管(1)的正极、第二整流二极管(2)的正极、第三整流二极管(3)的正极、第一滤波电容器(14)负极、第一稳压二极管(17)的正极、第二滤波电容器(18)的负极、三端稳压器(19)接地端、第三滤波电容器(20)的负极、第二晶体三极管(27)的发射极、第五电阻(26)另一端、嵌入式微控制器(21)接地端、第二稳压二极管(23)的正极、第二取样电阻(33)另一端、第四滤波电容器(34)另一端、第五滤波电容器(35)另一端及第二输出端子(37)接地。 

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