CPLD在臭氧電源中的應用

摘要：利用壓控振蕩器CD4046和可編程邏輯器件EPM7128構成控制系統，通過(guò)調節逆變輸出脈沖的占空比和頻率，實(shí)現臭氧電源輸出電壓和頻率的調節，從而達到對臭氧電源輸出功率的調節。調試結果表明該系統滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和功耗的設計要求，易于維護和升級，具備較強的通用性。
關(guān)鍵詞：臭氧電源；復雜可編程邏輯器件(CPLD)；壓控振蕩器(VCO)；頻率調節；占空比調節

臭氧被喻為“綠色”消毒產(chǎn)品，在國內外得到廣泛應用。近年來(lái)，臭氧技術(shù)作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，受到越來(lái)越多人的重視。相關(guān)產(chǎn)品已從飲用水處理系統拓展到污水處理、空氣凈化、家庭環(huán)境污染防治、醫療保健等領(lǐng)域。
臭氧發(fā)生器供電電源是臭氧發(fā)生器的重要組成部分，供電電源的電壓、頻率和波形是影響臭氧發(fā)生器效率的重要因素。發(fā)生器的結構、氣源和冷卻系統確定后，電源系統的性能與品質(zhì)就成為影響發(fā)生器效率的關(guān)鍵。上世紀80年代后，半導體器件的發(fā)展使臭氧電源發(fā)生質(zhì)的變化，逆變式電源成為臭氧發(fā)生電源的主要形式。在該類(lèi)電源中，用整流器將工頻交流電整流成直流電，經(jīng)逆變電路轉換為單相中高頻交變電，再經(jīng)中高頻升壓變壓器升壓至發(fā)生器放電所需的電壓。與工頻供電相比，中頻逆變電源具有系統體積小、電源效率高、臭氧產(chǎn)量大、可線(xiàn)性調節范圍寬、對電網(wǎng)污染小等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統硬件設計
在臭氧發(fā)生器供電電源的設計中，由于可控硅SCR在三相整流時(shí)產(chǎn)生的換流壓降對輸出電壓平均值和電壓波形都會(huì )產(chǎn)生嚴重影響。因此，在電源主回路的設計中采用大功率二極管整流取代SCR整流，使得整流電路輸出的電壓脈動(dòng)很小，從而提高電源的穩定性和效率。
由于電源整流部分采用不可控的二極管進(jìn)行整流，輸出電壓的調節就不能通過(guò)整流部分進(jìn)行控制。因此，電源輸出電壓和頻率的調節就只能通過(guò)逆變部分進(jìn)行調節，即通過(guò)對逆變觸發(fā)脈沖的占空比和頻率的控制從而達到對電源輸出電壓和頻率的調節，以滿(mǎn)足設計要求。下面重點(diǎn)討論如何進(jìn)行占空比調節、頻率調節和軟啟動(dòng)時(shí)間調節。
1．1 占空比調節單元
圖l為占空比調節電路。該電路是將調節器輸出的電壓信號作為壓控振蕩器VCO(Voltage Controlled Oscillator)的輸入信號，此信號是一個(gè)在0～5 V之間變化的直流電壓信號，即INPUT信號，由于VCO是一個(gè)電流控制振蕩器，對定時(shí)電容C1的充電電流與從引腳9輸入的控制電壓成正比，使VCO的振蕩頻率正比于該控制電壓。當VCO控制電壓為0 V時(shí)，其輸出頻率最低；當輸入控制電壓等于電源電壓VDD時(shí)，輸出頻率則線(xiàn)性增大到最高輸出頻率。VCO振蕩頻率的范圍由R1、R2和C1決定。VCO振蕩頻率由CD4046的引腳4直接輸出到CPLD處理單元，CPLD內部通過(guò)對該脈沖信號的計數來(lái)控制逆變觸發(fā)脈沖的寬度，來(lái)調節觸發(fā)脈沖的占空比。