專利名稱：一種交流電源智能穩壓控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子控制技術領域中的通用穩壓電源的控制與監測，特別涉及一種交流電源智能穩壓控制裝置。
背景技術：
目前生產的交流穩壓電源的穩壓方式通常是單一的固定穩壓輸出，不能適應可變輸出電壓的需求，也沒有任何對現有穩壓電源進行改造的通用控制板，目前的穩壓電源產品智能化程度低，保護參數在生產使用過程中不容易更改，并且調試不方便。目前也有通用開關電源穩壓控制裝置技術方案，例如，專利號為200620147140.2的專利公開了一種通用開關電源穩壓控制裝置，僅適用于開關電源，并且難以改變其控制參數，不具備智能化。

發明內容
為了克服上述背景技術的缺陷，本發明提供一種通用的低成本、小體積、高性能、高可靠的通用智能交流電源智能穩壓控制裝置，具有同相控制、反相控制、同相疊加控制三種工作模式，與具體的穩壓電源配合使用時，根據具體的產品選擇其中的一種工作模式。普通穩壓電源與該控制板配合使用即可使產品的靈活性大大加強，從而使穩壓電源能適用于照明節能、電機節能、恒溫控制等領域。它可以將穩壓電源配置成按曲線穩壓或固定穩壓的穩壓工作方式，特別適合那些對于需要按曲線進行穩壓或希望電壓穩定值能夠方便調節的場合，它甚至可以提高原穩壓電源的穩壓性能。通過使用該調壓控制板，便可將普通穩壓電源升級到高檔智能穩壓電源，用戶可通過計算機方便地查看或重新配置各種參數，并能夠通過網絡實現遠程控制或集中監控。為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案:一種交流電源智能穩壓控制裝置，包括以下硬件電路:電源:為調壓控制板提供直流工作電源；智能單元:內含程序存儲器、非易失性可擦寫存儲器、AD轉換電路；輸入接口:數字量或模擬量的輸入通道，與智能單元相連，輸出電壓接口與有效值轉換單元相連；有效值轉換單元:將輸入電壓電流轉換為可供ADC使用的直流電壓，與智能單元相連；通訊接口單元:用于與外部通訊，與智能單元相連；輸出調壓單元:用于對輸出的控制量進行變換，與智能單元相連；指示與告警單元:用于聲光告警信號輸出，與智能單元相連。作為本發明的優選技術方案，所述交流電源智能穩壓控制裝置還包括功能擴展接口和編程接口，所述功能擴展接口和所述編程接口均與智能單元連接。作為本發明的優選技術方案，所述有效值轉換單元將交流電源轉化成直流電源。
作為本發明的優選技術方案，所述智能單元通過軟件，根據工作模式，選擇合適的PID算法進行控制。作為本發明的優選技術方案，所述智能單元通過所述編程接口進行參數設置。作為本發明的優選技術方案，交流電源智能穩壓電源控制裝置可通過網絡進行遠程監控。作為本發明的優選技術方案，輸出調壓單元由電阻、電容、放大器組成，在控制板內部與智能單元相連，在控制板外部與穩壓電源原有的穩壓信號相連。本發明所帶來的有益效果是:(I)智能單元將所計算的輸出電壓曲線當時的理論值與檢測到的輸出電壓實際值進行比較，通過輸出調壓單元能將穩壓電源的輸出電壓穩定在工作曲線上；當工作曲線為直線時，便是普通的穩壓器，輸出電壓是設定的固定值，此為本發明的特例。(2)能動態調整輸出電壓的穩壓值，因而能用于節能設備、恒溫加熱設備等。(3)通過通訊接口單元，用戶可以方便地進行電壓、電流、頻率等工作參數的遠程控制或集中監控；可以遠程查看或配置輸出電壓曲線以及其它工作參數。(4)在智能單元中采用FLASH或EEPROM之類的存儲器保存數據，設定的工作參數在停電的情況下仍然不會丟失。(5)有電壓、電流、頻率超出允許范圍的聲光報警指示，并能通過功能擴展接口擴展產品的功能。(6)智能調壓控制板成本低、體積小、性能優、可靠性高，且具有同相控制、反相控制、同相疊加控制三種工作模式可選，因而它適用于任何交流穩壓電源升級。


圖1是本發明的電路原理方框圖。圖2是實施例的電源供電電路原理圖。圖3是實施例有效值轉換單元的電路原理圖。圖4是實施例智能單元及相關單元的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1所示，一種交流電源智能穩壓控制裝置，電源1、智能單元2、輸入接口 3、功能擴展接口 4、編程接口 5、有效值轉換單元6、通訊接口單元7、輸出調壓單元8、指示與告警單元9。智能單元2分別與輸入接口 3、功能擴展接口 4、編程接口 5、有效值轉換單元6、通訊接口單元7、輸出調壓單元8、指示與告警單元9構成電氣連接，電源I為整個電路板提供直流工作電壓和電流，與相關的部分構成電氣連接。智能單元在上述相關電路及軟件的調度下，構成了交流電源智能穩壓控制裝置。如圖2所示，電源I由插座CZ3、集成穩壓塊U9、電容Cl、C2、C3、C4、C14、C15等元器件組成，與電路的其它部分構成電氣連接，為相關部分提供工作電源。從CZ3輸入+9V和-9V直流電壓，其中的+9V電壓經U9(型號為LM7805)穩壓后輸出5V電壓，再經Ul (型號為LD1117S33C)穩壓后輸出3.3V，為單片機及相關電路供電。電阻Rl和發光二極管Dll是+9V電源的電壓狀態指示，電阻R2和發光二極管D12是一 9V電源的電壓狀態指示。電阻R4、電容C5給智能單元提供上電復位信號。如圖3所示，有效值轉換單元6由插座CZ1、CZ2、隔離降壓變壓器T 1、雙路有效值轉換模塊U3 (型號為V1-2C)，以及相關的電阻、電位器等元器件組成，與智能單元2構成電氣連接。CZl的輸入接外部的電流互感器的輸出，R20是電流取樣電阻，通過R21和RP2送入U3，從U3的第9腳輸出采樣電流的直流信號，供AD轉換使用。CZ2的輸入接穩壓電源的輸出電壓，通過變壓器Tl進行降壓，通過R23、R24和RPl送入U3，從U3的第10腳輸出采樣電壓的直流信號，供AD轉換使用。CZ1、CZ2屬于輸入接口 3，其中CZ2是輸出電壓接口。如圖4所示，智能單元2由高速、高性能單片機U3構成，型號為C8051F310，其內部集成有振蕩器、在系統可編程的FLASH存儲器、JTAG調試電路、溫度傳感器、多達21路的模數轉換電路(ADC)、四個通用16位定時器/計數器、硬件SMBus (I2C兼容)、UART串口、PCA模塊等，它是本控制板的核心控制器件。電阻R45、穩壓管D21、電容C6組成穩壓電路，與單片機構成電氣連接，給單片機的AD轉換電路提供穩定的電壓基準信號。電容C21、C22、晶體Yl與單片機U3內部的相關電路產生振蕩信號，作為單片機的系統時鐘。編程接口 5由插座CZ8、電阻R18組成，與單片機構成電氣連接。單片機通過此接口進行仿真、編程操作，如果通過獨立的設備對智能單元2編程，則此接口可以省略。通訊接口單元7由插座025、電阻1 36、1 37、1 38、1 39、光電耦合器價、邯組成，與單片機構成電氣連接。CZ5的第2、3引腳分別為數據接收引腳和數據發送引腳，第1、4引腳為通訊用電源。單片機通過此接口 與計算機串口或GPRS/CDMA模塊連接，以便通過計算機對穩壓電源進行直接監控或無線遠程監控。指示與告警單元9由發光二極管Dl D6、電阻RlO R15、R27、R28、三極管V1、
電容CU、蜂鳴器FMl組成，與單片機構成電氣連接。當檢測到過壓、欠壓、過電流等故障時，單片機P2.7引腳輸出高電平，通過三極管驅動FMl發聲，作為故障時的聲音信號指示，D6為故障時的光信號指示。電阻R5、R6、跳線器JPl用作外部控制的功能擴展，單片機通過判斷JPl的短路或開路狀態來執行不同的功能。電阻R7 R9、跳線器JP2用作相地址信號選擇，當三相穩壓電源使用三塊相同的智能控制板時，單片機通過JP2的短路或開路狀態來確定與相應的控制板通信。插座CZ4是節能信號的輸入插座，通過電阻R29 R30給單片機提供信號，單片機根據此信號按曲線輸出節能電壓。輸出調壓單元8由插座CZ6、電阻R17、R42 R44、R49、R50、電容C6、C13、C19、放
大器U4B組成，與單片機構成電氣連接。單片機輸出的信號經濾波并變換后通過CZ6控制穩壓電源進行穩壓。電阻R32、R33 R35、放大器U4A與單片機構成電氣連接，給單片機提供測量交流電源頻率的輸入信號。功能擴展接口單元4由插座CZ7、電阻R51 R55組成，與單片機構成電氣連接。用于擴展智能調壓控制板的功能，可通過CZ7輸入或輸出數字量或模擬量信號，在不改變調壓控制板硬件的情況下，只需修改軟件，即可實現其功能的擴展，例如將相關數據輸出到LCD或LED顯示，或進行其它的輸入輸出操作功能擴展。圖4中網絡編號分別與圖2或圖3中的對應的網絡編號相連接。本發明所述實施例的工作原理是:通過有效值轉換單元6將穩壓電源的輸出電壓的有效值線性地轉換為直流電壓，此電壓經智能單元2控制的ADC轉換為數字量后，作為檢測到的輸出電壓實際值；智能單元2在控制軟件的調度下，將所計算的輸出電壓曲線當時的理論值與檢測到的輸出電壓實際值進行比較，根據當前選用的工作模式以及PID算法確定輸出的控制量；通過輸出調壓單元8對輸出的控制量進行變換，然后控制穩壓電源進行穩壓，從而將穩壓電源的輸出電壓穩定在工作曲線上；通過通訊接口單元7實現遠程控制或集中監控等功能。單片機在上述相關電路及軟件的調度下，構成了可以按曲線穩壓的、各種工作參數均能方便查看或配置的交流電源智能穩壓控制裝置。交流電源智能穩壓控制裝置既可以是單相的，也可以是三相的。三相電路具有三組結構基本相同的單相電路，三相獨立控制，以保證在三相負載不平衡時穩壓電源系統仍能輸出平衡的三相電壓。智能單元2通過編程接口進行編程，如果需要擴展智能調壓控制板的功能，可通過功能擴展接口輸入或輸出數字量或模擬量信號，一般不需要改變硬件，只需修改軟件，在軟件的控制下實現其功能的擴展。計算機通過通訊接口單元7給智能單元發送相應的指令，可以方便地讀取或重新配置各種參數。通訊方式可以是直接與智能單元2相連的方式，也可以是通過有線網絡或無線網絡遠程通訊方式。輸出調壓單元8由電阻、電容、放大器組成，在控制板內部與智能單元相連，在控制板外部與穩壓電源原有的穩壓信號相連，其作用是對輸出的控制量進行變換，以便與穩壓電源的控制信號相匹配。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術范圍內，可不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
權利要求
1.一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征在于，包括以下硬件電路: 電源(I):為調壓控制板提供直流工作電源； 智能單元(2):內含程序存儲器、非易失性可擦寫存儲器、AD轉換電路； 輸入接口⑶:數字量或模擬量的輸入通道，與智能單元⑵相連，輸出電壓接口與有效值轉換單元(6)相連； 有效值轉換單元￠):將輸入電壓電流轉換為可供ADC使用的直流電壓，與智能單元(2)相連； 通訊接口單元(7):用于與外部通訊，與智能單元(2)相連； 輸出調壓單元(8):用于對輸出的控制量進行變換，與智能單元(2)相連； 指示與告警單元(9):用于聲光告警信號輸出，與智能單元(2)相連。
2.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是所述交流電源智能穩壓控制裝置還包括功能擴展接口(4)和編程接口(5)，所述功能擴展接口(4)和所述編程接口(5)均與智能單元(2)連接。
3.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是所述有效值轉換單元(6)將交流電源轉化成直流電源。
4.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是所述智能單元通過軟件，根據工作模式，選擇合適的PID算法進行控制。
5.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是所述智能單元(2)通過所述編程接口(5)進行參數設置。
6.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是交流電源智能穩壓電源控制裝置可通過網絡進行遠程監控。
7.根據權利要求1所述的一種交流電源智能穩壓控制裝置，其特征是輸出調壓單元(8)由電阻、電容、放大器組成，在控制板內部與智能單元(2)相連，在控制板外部與穩壓電源原有的穩壓信號相連。
全文摘要
本發明提供一種交流電源智能穩壓控制裝置，包括電源、智能單元、輸入接口、有效值轉換單元、通訊接口單元、輸出調壓單元以及指示與告警單元，其具有同相控制、反相控制、同相疊加控制三種工作模式，普通穩壓電源與該控制板配合使用可加強產品的靈活性，可提高穩壓電源的穩壓性。本發明所述裝置可以將穩壓電源配置成按曲線穩壓或固定穩壓的穩壓工作方式，適合那些對于需要按曲線進行穩壓或希望電壓穩定值能夠方便調節的場合；通過使用該調壓控制板，便可將普通穩壓電源升級到高檔智能穩壓電源，用戶可通過計算機方便地查看或重新配置各種參數，并能夠通過網絡實現遠程控制或集中監控。
文檔編號H02M5/06GK103208928SQ20121000815
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者沈旭, 涂金龍 申請人:南京交通職業技術學院