CN115566923A - 一种电压可调的静电消除器高压电源 - Google Patents

一种电压可调的静电消除器高压电源 Download PDF

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Abstract

本发明为一种电压可调的静电消除器高压电源,属于静电消除器技术领域,基于单片机控制,包括过零检测电路,变压器控制电路和方波处理电路,过零检测电路的输入端连接原始的交流电压源,所述过零检测电路的输出端连接单片机的第一信号输入管脚;所述变压器控制电路的输入端连接原始的交流电压源,所述变压器控制电路的输出端外接负载,所述变压器控制电路的受控端连接所述方波处理电路;并实现对所述变压器控制电路的控制,所述方波处理电路的输入端连接单片机用于接收PWM信号,所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路的输出端,输出调节电路的输出端连接所述单片机的第二信号输入管脚,具有调压功能来适应多种应用场景。

Description

一种电压可调的静电消除器高压电源
技术领域
本发明属于静电消除器技术领域,涉及一种高压电源,具体为电压可调的静电消除器高压电源。
背景技术
静电消除器也可以叫除静电设备,其原理如下。它由高压电源产生器和放电极(一般做成离子针)组成,通过尖端高压电晕放电把空气电离为大量正负离子,然后用风把大量正负离子吹到物体表面以中和静电,或者直接把静电消除器靠近物体的表面而中和静电。静电消除器快易优自动化选型有收录。
现有的静电消除器专用高压电源都是输入220V的交流电,然后用变压器输出交流高压给静电消除器,带不同大小的负载输出时电压会有差异,对于不同负载,如果使用统一输出电压,由于负载阻抗的存在差别,最终作用于功能器件的电压不稳定,从而导致静电消除器效果不理想。
发明内容
本发明提出了一种电压可调的静电消除器高压电源,具有调压功能来适应多种应用场景。
本发明的技术方案如下:
一种电压可调的静电消除器高压电源,基于单片机控制,包括过零检测电路,变压器控制电路和方波处理电路,
所述过零检测电路用于得到原始交流信号的电流零点,所述过零检测电路的输入端连接原始的交流电压源,所述过零检测电路的输出端连接单片机的第一信号输入管脚;
所述变压器控制电路用于将输入的交流电源转换为负载所需要的交流电源,并实现输出电压的通断,所述变压器控制电路的输入端连接原始的交流电压源,所述变压器控制电路的输出端外接负载,所述变压器控制电路的受控端连接所述方波处理电路;
所述方波处理电路用于处理单片机输出的PWM信号,并实现对所述变压器控制电路的控制,所述方波处理电路的输入端连接单片机用于接收PWM信号,所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路的输出端。
还包括输出调节电路,所述输出调节电路用于为单片机提供参考电压来实现对该电压可调的静电消除器高压电源总输出的控制,所述输出调节电路的输出端连接所述单片机的第二信号输入管脚。
本发明的工作原理及有益效果为:
过零检测电路的从火线的一支采集原始交流电,转换为过零信号输入至单片机,单片机连接有输出调节电路,可以通过调整输入单片机的电压值来调整输出PWM信号的占空比,单片机内部存储有根据输入的过零信号以及调节信号输出相应PWM信号的算法程序,单片机根据过零检测电路和输出调节电路输入信号向方波处理电路的信号输入端,方波处理电路根据输入的PWM信号对变压器控制电路中的可控硅实施控制,通过调整可控硅的导通频率实现对输出电压值的控制。
本方案检测到过零时,设置一段延迟后发送脉冲信号,之后以100Hz的频率发送脉冲信号。根据电位器上电压设置延迟时间,可以控制可控硅的导通时间,从而实现调压功能,利用单片机控制可控硅实现电压调节,改变电源输出电压,本方案的电压输出范围可以从0%到100%的最大输出电压,检测到发生短路,可完全关闭输出。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的电路原理图;
图2为实施例中的波形图。
图中:1-2、过零检测电路,1-1、变压器控制电路,1-3、方波处理电路,1-4、输出调节电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都涉及本发明保护的范围。
具体实施例,一种电压可调的静电消除器高压电源,基于单片机控制,包括过零检测电路,变压器控制电路和方波处理电路,
所述过零检测电路用于得到原始交流信号的电流零点,所述过零检测电路的输入端连接原始的交流电压源,所述过零检测电路的输出端连接单片机的第一信号输入管脚;
所述变压器控制电路用于将输入的交流电源转换为负载所需要的交流电源,并实现输出电压的通断,所述变压器控制电路的输入端连接原始的交流电压源,所述变压器控制电路的输出端外接负载,所述变压器控制电路的受控端连接所述方波处理电路;
所述方波处理电路用于处理单片机输出的PWM信号,并实现对所述变压器控制电路的控制,所述方波处理电路的输入端连接单片机用于接收PWM信号,所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路的输出端;
还包括输出调节电路,所述输出调节电路用于为单片机提供参考电压来实现对该电压可调的静电消除器高压电源总输出的控制,所述输出调节电路的输出端连接所述单片机的第二信号输入管脚。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
实施例
如说明书附图1中的1-1所示,所述变压器控制电路包括串联连接的接口P1和双向可控硅CTS1,所述接口P1的一端连接交流电压源火线输入端,所述接口P1的另一端连接所述双向可控硅CTS1的输入侧,所述双向可控硅CTS1的输出侧连接接口P3的一端,所述接口P3的另一端接零线,所述双向可控硅CTS1的受控端作为所述变压器控制电路的受控端。所述接口P1外接变压器的一次侧,所述接口P3外接开关。单片机可以选用型号CH32F103C8T6。
接口P3外接的开关可以控制该电路的总输出,以防止特殊情况损坏电路或整个静电消除器,双向可控硅CTS1用于控制交流电的通断,双向可控硅CTS1两端并联连接有串联的电阻R3和电容C1,起到了滤除杂波的作用,防止尖峰脉冲损坏双向可控硅,接口P1的前端设置有保险丝F1,防止电流过大。
作为上述变压器控制电路的一个变体,所述变压器控制电路包括串联连接的变压器和双向可控硅CTS1,所述变压器一次侧的一端连接交流电压源火线,所述变压器一次侧的另一端连接所述双向可控硅CTS1的输入侧,所述双向可控硅CTS1的输出侧与零线电连接,所述变压器的二次侧外接负载。
该变体中将P1换为变压器,变压器的一次侧直接连接变压器控制电路,其原理与通过P1连接变压器相同。
如说明书附图1中1-3所示,所述方波处理电路包括开关管Q1,所述开关管的受控级作为所述方波处理电路的输入端连接单片机,所述开关管Q1的输出端作为所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路。
其中开关管Q1可以是三极管也可以是MOS管或其他有开关功能的半导体器件,开关管Q1的受控级可以是三极管的基极或者MOS管的栅极等,不同有开关功能的器件受控极的选择可以根据本领域技术人员的经验实现。开关管Q1的输入端输入方波信号,则经过调压进行输出。
所述方波处理电路还包括光耦U2,所述光耦U2作为隔离单元连接在所述开关管Q1和所述变压器控制电路之间,所述光耦U2的输入侧连接所述开关管Q1的输出端,所述光耦U2的输出侧连接所述变压器控制电路的受控端。
光耦U2起到了隔离和整波的作用,可以防止开关管Q1输出存在较大的电流击穿双向可控硅,起到了保护电路的作用。
以开关管Q1为npn三极管为例,三极管的基极作为方波处理电路的输入端,三极管的发射极接地,三极管的集电极与5V电压源之间串联光耦U2的输入侧,其中还设置有电阻,用于降低回路中电流,使电流在光耦U2的输入范围之内,5V电压源与电源地之间设置有瞬变抑制二极管S1,可以起到保护电路的作用,光耦U2输出侧的正极连接双向可控硅的输入端,光耦U2输出侧的负极连接双向可控硅的受控端,当光耦U2导通时,光耦U2的输出侧也形成通路,当火线的正弦波在非零点时,双向可控硅的受控端存在正向或者反向电流,根据双向可控硅的特性,受控端只要存在电流且电压超过导通电压,则双向可控硅导通,形成通路,变压器的一次侧存在交流电压,变压器的二次侧可以为后级电路供电。
所述光耦U2的正极输出端在所述变压器控制电路的连接点A,所述光耦U2的负极输出端所在变压器控制电路的连接点B,连接点A在变压器控制电路的位置相对电接点B靠前。
如说明书附图1中的1-2所示,所述过零检测电路包括整流器D1和光耦U1,所述整流器D1的输入侧连接交流电压源,所述整流器D1的输出端连接光耦U1的输入侧,所述光耦U1的输出侧作为所述过零检测电路的输出端,所述过零检测电路的输出端还连接有拉升电压。
整流器D1将输入的正弦交流电转化为直流方波电流经过光耦U1的输入侧,光耦U1起到隔离作用,防止电压出现毛刺,影响单片机,光耦U1的输入侧和整流器D1的输出侧之间设置有电阻R9和R10,用于调整光耦U1的输入电流,保证光耦U1输入侧的电流在光耦U1的合理范围之间。光耦U1输出侧的正极经过电阻R7连接3.3V电压源,当光耦U1接收到方波高电位时,光耦U1的二次侧导通,输出为低电位,当光耦U1接收到方波低电位时,光耦U1的二次侧截止,输出为高电位。
如说明书附图1中1-4所示,所述输出调节电路包括电位器RP1和电阻R11,所述电位器RP1和电阻R11串联在电压源和电源地之间,所述电位器RP1的滑动端作为所述输出调节电路的输出端连接单片机。电位器可以调节电压,电位器阻值改变,单片机ADC根据采样电位器上电压的改变,去调整脉冲发送的时刻。
对于附图1的电路图,在火线L输入220V交流电压后各个点的波形图如附图2所示,零检测电路,先用整流器D1将50Hz工频交流电整流成100HZ的脉动直流电,用这个直流电驱动光耦U1,光耦U1导通时,给单片机的信号exit0为低电平,光耦U1截止时,给单片机的信号为高电平,此时就是过零的时刻。
具体波形变化原理为:火线L输出220V,50HZ交流电(对应附图2中220V交流),经过整流器D1整流得到220V,100HZ交流电(对应附图2中整流后),经过光耦处理,得到尖峰脉冲(对应附图2中经U1后),该电压输入至单片机,脉冲会触发单片机外部中断,这个中断用于检测交流电正负转换的时刻。
触发中断后单片机延时一段时间(t1)再发送一个脉冲,这个脉冲直到下一次交流电正负交替时结束,脉冲的宽度(t2)就是可控硅在交流电半个周期里的导通时间,变压器会随可控硅一起导通。通过单片机设置t1或t2的值,即可改变压器的导通时间从而实现变压器初级电压有效值的改变。
在图1所示的电路中,电位器RP1从0%调到100%对应adc的采样值为0~2.75V;t1+t2为PWM波形的周期10ms。
导通时间
Figure BDA0003892756690000051
变压器输入电压有效值
Figure BDA0003892756690000052
使用电位器调节变压器输出电压。
单片机内部写有转换算法或规则,经过单片机的算法处理后,输出用于控制三极管Q1的PWM方波(对应附图2中单片机输出PWM),经过三极管Q1和光耦U2的处理,形成用来控制可控硅门级的脉冲,
在PWM方波的中点位置,可控硅得到高电位触发信号导通,此时可控硅导通变压器存在电流,当变压器的电压下降至阈值时,可控硅截止。从而实现对变压器输出电压的控制,变压器的输入电压对应附图2中变压器输入。如附图2可以看出可以通过调节PWM信号的占空比来改变变压器的输入电压,从而实现输出电压的控制。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压可调的静电消除器高压电源,基于单片机控制,其特征在于,包括过零检测电路、变压器控制电路和方波处理电路;
所述过零检测电路用于得到原始交流信号的电流零点,所述过零检测电路的输入端连接原始的交流电压源,所述过零检测电路的输出端连接单片机的第一信号输入管脚;
所述变压器控制电路用于将输入的交流电源转换为负载所需要的交流电源,并实现输出电压的通断,所述变压器控制电路的输入端连接原始的交流电压源,所述变压器控制电路的输出端外接负载,所述变压器控制电路的受控端连接所述方波处理电路;
所述方波处理电路用于处理单片机输出的PWM信号,并实现对所述变压器控制电路的控制,所述方波处理电路的输入端连接单片机用于接收PWM信号,所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,还包括输出调节电路,所述输出调节电路用于为单片机提供参考电压来实现对该电压可调的静电消除器高压电源总输出的控制,所述输出调节电路的输出端连接所述单片机的第二信号输入管脚。
3.根据权利要求1所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述变压器控制电路包括串联连接的接口P1和双向可控硅CTS1,所述接口P1的一端连接交流电压源火线输入端,所述接口P1的另一端连接所述双向可控硅CTS1的输入侧,所述双向可控硅CTS1的输出侧连接接口P3的一端,所述接口P3的另一端接零线,所述双向可控硅CTS1的受控端作为所述变压器控制电路的受控端。
4.根据权利要求3所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述接口P1外接变压器的一次侧,所述接口P3外接开关。
5.根据权利要求1所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述变压器控制电路包括串联连接的变压器和双向可控硅CTS1,所述变压器一次侧的一端连接交流电压源火线,所述变压器一次侧的另一端连接所述双向可控硅CTS1的输入侧,所述双向可控硅CTS1的输出侧与零线电连接,所述变压器的二次侧外接负载。
6.根据权利要求1所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述方波处理电路包括开关管Q1,所述开关管Q1的受控级作为所述方波处理电路的输入端连接单片机,所述开关管Q1的输出端作为所述方波处理电路的输出端连接所述变压器控制电路。
7.根据权利要求6所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述方波处理电路还包括光耦U2,所述光耦U2作为隔离单元连接在所述开关管Q1和所述变压器控制电路之间,所述光耦U2的输入侧连接所述开关管Q1的输出端,所述光耦U2的输出侧连接所述变压器控制电路的受控端。
8.根据权利要求7所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述光耦U2的正极输出端在所述变压器控制电路的连接点A,所述光耦U2的负极输出端所在变压器控制电路的连接点B,连接点A在变压器控制电路的位置相对电接点B靠前。
9.根据权利要求1所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述过零检测电路包括整流器D1和光耦U1,所述整流器D1的输入侧连接交流电压源,所述整流器D1的输出端连接光耦U1的输入侧,所述光耦U1的输出侧作为所述过零检测电路的输出端,所述过零检测电路的输出端还连接有拉升电压。
10.根据权利要求2所述的一种电压可调的静电消除器高压电源,其特征在于,所述输出调节电路包括电位器RP1和电阻R11,所述电位器RP1和电阻R11串联在电压源和电源地之间,所述电位器RP1的滑动端作为所述输出调节电路的输出端连接单片机。
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