CN207835065U - 一种基于dsp的家用电源电压波动补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，涉及家用电源保护领域，包括断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点、单相高频PWM整流电路、单相全桥逆变电路、DSP控制器、电压采样电路1、电压采样电路2、电压采样电路3、滤波电路、调理电路1、调理电路2、调理电路3、驱动电路1、驱动电路2和继电器KA控制电路，该种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，当DSP检测到电压波动时，电压波动补偿装置投入运行，输出稳定的220V交流电压，当DSP未检测到电压波动时，电源电压直接输给用电电器，实现220V交流电压的稳定输出；避免了电压波动对用电电器使用寿命的影响；避免了电压凸波所造成的用电损耗和线路损耗，达到了节能的效果。

Description

一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置
技术领域
本实用新型涉及家用电源保护领域，具体涉及一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置。
背景技术：
目前，家用电源电压波动的现象时有发生，电源电压波动时会产生以下问题：
1、对电压稳定性要求比较高的220V精密用电电器来说，发生过压和欠压波动时，会对电器的使用寿命产生影响。
2、发生电压波动时，电压浪涌凸波会增加整个用电电器的耗电量和线路损耗。
如申请号为CN201210016631.3公开了一种具有低电压穿越能力的变频器动态电压补偿装置，该装置主要由动态电压调节电路、整流电路两部分构成。变频器动态电压补偿装置串接于电网与变频器之间，电网电压经动态调压电路、整流电路转换为直流电压后输入变频器直流母线。变频器动态电压补偿装置采用平时待机，交流电压故障跌落时动作的控制方式，即当三相交流电压正常时，电压补偿装置开关器件不动作；当电网电压发生故障，跌落至一定程度时，电压补偿装置启动，动态调压电路投入运行，开关器件动作，对电网电压进行动态补偿，使得整流电路输入侧的交流电压稳定，从而保证整流桥直流输出电压稳定，确保在系统电压发生跌落时，补偿装置始终输出稳定的直流电压以确保变频器不停机，拖动电机输出转速、转矩、功率不发生变化，但是该种补偿装置是用于低电压补偿的装置，并不能很好的应用于家用电器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，包括断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点、单相高频PWM整流电路、单相全桥逆变电路、DSP控制器、电压采样电路1、电压采样电路2、电压采样电路3、滤波电路、调理电路1、调理电路2、调理电路3、驱动电路1、驱动电路2和继电器KA控制电路，所述断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点与市电电源电性连接，所述单相高频PWM整流电路的一个输入端与继电器KA常开触点电性连接，另一个输入端电性连接市电电源和220V交流电源，所述单相全桥逆变电路的两个输入端与单相高频PWM整流电路的两个输出端电性连接，所述电压采样电路1的输入端分别电性连接市电电源和单相高频PWM整流电路输出端，所述电压采样电路2的输出端分别连接单相高频PWM整流电路的输出端和单相全桥逆变电路的输出端，所述电压采样电路3的输出端分别连接单相逆变电路的输出端和220V交流电源，所述调理电路1、调理电路2和调理电路3的输入端分别与电压采样电路1、电压采样电路2和电压采样电路3的输出端电性连接，且输出端均与DSP控制器连接，所述DSP控制器上有两路输出端电性连接驱动电路1，有两路输出端电性连接驱动电路2，所述驱动电路1和驱动电路2的输出端分别与单相高频PWM整流电路的输入端和单相全桥逆变电路输入端电性连接，所述继电器KA控制电路的输入端与DSP控制器的输出端电性连接。
优选的，所述电压采样电路中包括电压传感器，电压传感器选用闭环霍尔电压传感器，型号为CHV-25P/400，额定输入电压为400V时，额定输出5V电压。
优选的，所述继电器KA控制电路中包括继电器KA控制模块，其型号为SA-414，1对常开、常闭触点输出，兼容3.3V和5V的TTL控制信号。
优选的，所述驱动电路中包括驱动芯片，其型号为EXB-841。
优选的，所述DSP控制器为DSP2812。
本实用新型的优点在于：该保证电源始终能输出220V稳定的电压，不受电压波动的影响，且延长了用电电器的使用寿命，消除了电压凸波，减少了用电损耗蓄和线路损耗，节能性较好，可靠性高、成本低的优点。
附图说明
图1为本实用新型的总结构框图。
图2为本实用新型中的单相高频PWM整流电路图。
图3为本实用新型中的单相全桥逆变电路图。
图4为本实用新型中的电压采样电路图。
图5为本实用新型中的电压调理电路图。
图6为本实用新型中的继电器KA控制电路图。
图7为本实用新型中的EXB841驱动电路图图。
图8为本实用新型中的DSP控制电路图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1至图8所示，一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，包括断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点、单相高频PWM整流电路、单相全桥逆变电路、DSP控制器、电压采样电路1、电压采样电路2、电压采样电路3、滤波电路、调理电路1、调理电路2、调理电路3、驱动电路1、驱动电路2和继电器KA控制电路，所述断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点与市电电源电性连接，所述单相高频PWM整流电路的一个输入端与继电器KA常开触点电性连接，另一个输入端电性连接市电电源和220V交流电源，所述单相全桥逆变电路的两个输入端与单相高频PWM整流电路的两个输出端电性连接，所述电压采样电路1的输入端分别电性连接市电电源和单相高频PWM整流电路输出端，所述电压采样电路2的输出端分别连接单相高频PWM整流电路的输出端和单相全桥逆变电路的输出端，所述电压采样电路3的输出端分别连接单相逆变电路的输出端和220V交流电源，所述调理电路1、调理电路2和调理电路3的输入端分别与电压采样电路1、电压采样电路2和电压采样电路3的输出端电性连接，且输出端均与DSP控制器连接，所述DSP控制器上有两路输出端电性连接驱动电路1，有两路输出端电性连接驱动电路2，所述驱动电路1和驱动电路2的输出端分别与单相高频PWM整流电路的输入端和单相全桥逆变电路输入端电性连接，所述继电器KA控制电路的输入端与DSP控制器的输出端电性连接。
值得注意的是，所述电压采样电路中包括电压传感器，电压传感器选用闭环霍尔电压传感器，型号为CHV-25P/400，额定输入电压为400V时，额定输出5V电压。
在本实施例中，所述继电器KA控制电路中包括继电器KA控制模块，其型号为SA-414，1对常开、常闭触点输出，兼容3.3V和5V的TTL控制信号。
在本实施例中，所述驱动电路中包括驱动芯片，其型号为EXB-841。
此外，所述DSP控制器为DSP2812。
如图1所示，为本实用新型的总结构框图，主电路由断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点、单相高频PWM整流电路和单相全桥逆变电路组成；控制电路以DSP为核心，通过电压采样电路、滤波电路、调理电路、驱动电路和继电器KA控制电路实现对AC电源侧的电压波动进行了补偿和AC220V交流电的稳定输出；三路电压经过电压采样电路、调理电路产生电压U1、电压U2电压U3三路信号，送到DSP采样口；PWM1、PWM2通过驱动电路控制单相高频PWM整流电路，PWM3、PWM4通过驱动电路控制单相全桥逆变电路；继电器KA控制电路通过DSP检测电压波动，若未发生波动，则继电器KA常开、常闭触点不动作，AC侧电源通过继电器KA常闭触点进行电压直接输出，若发生波动，则继电器KA常闭触点断开，继电器KA常开触点闭合，从而AC侧电源接通单相高频PWM整流电路和单相全桥逆变电路，实现电压波动的补偿输出。
如图2所示，为本实用新型中的单相高频PWM整流电路，采用半桥拓扑结构，当AC电源电压为正时，由电感L、二极管D1、开关管V2、二极管D4组成了Boost升压电路，使整流输出电压升到400V，满足逆变直流侧电压的要求，开关管V2开关频率很高，通过不断改变V2每个开关周期的占空比来实现恒定400V电压的输出；当AC电源电压为负时，由电感L、二极管D2、开关管V1、二极管D3组成了Boost升压电路，使整流输出电压升到400V，通过不断改变V1每个开关周期的占空比来实现恒定400V电压的输出。
如图3所示，为本实用新型中的单相全桥逆变电路，当AC电压输出正半周时，开关管V6一直导通，开关管V3以固定的开关频率动作，通过不断改变占空比来实现正半周正弦波输出，这种控制也达到了减少开关损耗的目的；当AC电压输出负半周时，开关管V5一直导通，开关管V4以固定的开关频率动作，通过不断改变占空比来实现负半周正弦波输出，这样AC电压周期性输出220V的交流电压。
如图4所示，为本实用新型中的电压采样电路图，传感器选用闭环霍尔电压传感器，型号为CHV-25P/400，额定输入电压为400V时，额定输出5V电压，电源为±12V，输出电压信号VO送到滤波电路。
如图5所示，为本实用新型中的电压调理电路，电阻R1、R2、放大器A1组成前级反相器电路，由于传感器CHV-25P/400额定输出电压为5V，而DSP采样口的最大输入电压为3.3V，因此需要将传感器输出电压降低才能送入DSP采样口，该前级反相器电路将输入电压缩小一倍，极性反向，这样最大输入电压为2.5V，实现了DSP采样口的保护；电阻R3、R4、放大器A2组成后级反相器电路，将负极性电压转为正极性电压；二极管D9、D10起到电压钳位作用，当输入电压大于3.3V时，输入被钳位在3.3V，当输入电压小于0V时，输入被钳位在0V，该钳位电路保证了将输入电压钳位在0～3.3V之间。
如图6所示，为本实用新型中的继电器KA控制电路，模块型号为SA-414，5V供电；兼容3.3V和5V的TTL控制信号，可用DSP对其进行控制；端口A、C作为KA常开触点，端口A、B作为KA常闭触点；当检测到AC侧电压发生波动时，DSP输出高电平，SA-414常开触点闭合，常闭触点断开，电压波动补偿装置投入运行；当未检测到AC侧电压发生波动时，DSP输出低电平，SA-414所有触点不动作，AC电源侧电压进行直接输出，无补偿。
如图7所示，为EXB841驱动电路，引脚15、14接PWM信号，高电平时IGBT接通，地点平时IGBT关断；引脚3、1输出电压加在IGBT的G、E端；引脚6为集电极电压监视脚，当发生IGBT过电流时，V7截止，引脚6悬空，IGBT实现软关断；引脚5为过电流输出保护口，IGBT过电流时，引脚5为低电平，通过光耦合器TLP521接通过电流保护电路,实现过电流保护。
如图8所示，为DSP控制电路，DSP芯片采用DSP2812，DSP2812的引脚PWM1～PWM4产生4路PWM1～PWM4信号，分别控制单相高频PWM整流电路和单相全桥逆变电路；电压U1信号、电压U2信号、电压U3信号送到DSP2812的引脚ADCINA0、ADCINA1、ADCINA2三路采样口，进行电压采样；DSP2812的引脚GPIOA4接SA-414控制端口IN，实现电压波动补偿装置的投入与切除，实现电压波动的补偿。
基于上述，本实用新型中断路器QF实现用电电器的短路保护；继电器KA常开触点和继电器KA常闭触点实现电压波动补偿装置投入与切除；单相高频PWM整流电路实现高频整流，谐波少，频率高易滤除，同时起到升压作用，为下级逆变做准备；单相全桥逆变电路通过逆变输出220V交流电；DSP控制器对3路电压信号进行采样，输出4路PWM波并控制继电器模块KA；采样电路通过电压传感器对3路电压信号进行采样；滤波电路对采样后信号进行滤波处理；调理电路对滤波后的电压进行限幅处理以达到DSP能对其安全采样的目的；驱动电路对4路PWM信号进行功率放大以控制开关管的通断；继电器KA控制电路实现电压波动补偿装置的投入与切除。本实用新型当DSP检测到电压波动时，电压波动补偿装置投入运行，输出稳定的220V交流电压，当DSP未检测到电压波动时，电源电压直接输给用电电器，实现220V交流电压的稳定输出；避免了电压波动对用电电器使用寿命的影响；避免了电压凸波所造成的用电损耗和线路损耗，达到了节能的效果；系统硬件简单、编程得到简化，成本低、可靠性高。
由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (5)

1.一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，包括断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点、单相高频PWM整流电路、单相全桥逆变电路、DSP控制器、电压采样电路1、电压采样电路2、电压采样电路3、滤波电路、调理电路1、调理电路2、调理电路3、驱动电路1、驱动电路2和继电器KA控制电路，其特征在于，所述断路器QF、继电器KA常开触点、继电器KA常闭触点与市电电源电性连接，所述单相高频PWM整流电路的一个输入端与继电器KA常开触点电性连接，另一个输入端电性连接市电电源和220V交流电源，所述单相全桥逆变电路的两个输入端与单相高频PWM整流电路的两个输出端电性连接，所述电压采样电路1的输入端分别电性连接市电电源和单相高频PWM整流电路输出端，所述电压采样电路2的输出端分别连接单相高频PWM整流电路的输出端和单相全桥逆变电路的输出端，所述电压采样电路3的输出端分别连接单相逆变电路的输出端和220V交流电源，所述调理电路1、调理电路2和调理电路3的输入端分别与电压采样电路1、电压采样电路2和电压采样电路3的输出端电性连接，且输出端均与DSP控制器连接，所述DSP控制器上有两路输出端电性连接驱动电路1，有两路输出端电性连接驱动电路2，所述驱动电路1和驱动电路2的输出端分别与单相高频PWM整流电路的输入端和单相全桥逆变电路输入端电性连接，所述继电器KA控制电路的输入端与DSP控制器的输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，其特征在于：所述电压采样电路中包括电压传感器，电压传感器选用闭环霍尔电压传感器，型号为CHV-25P/400，额定输入电压为400V时，额定输出5V电压。
3.根据权利要求2所述的一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，其特征在于：所述继电器KA控制电路中包括继电器KA控制模块，其型号为SA-414，1对常开、常闭触点输出，兼容3.3V和5V的TTL控制信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，其特征在于：所述驱动电路中包括驱动芯片，其型号为EXB-841。
5.根据权利要求4所述的一种基于DSP的家用电源电压波动补偿装置，其特征在于：所述DSP控制器为DSP2812。
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