大電流變流裝置過(guò)電壓智能保護模塊的設計
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（1-2）故回差電壓為：
（1-2）
其中r為三極管處于放大區的內阻可以忽略，UOH為L(cháng)M339輸出高電平5V，UOL為輸出低電平0V，根據設計要求R3調為3KΩ，由此可得
=5V。假設整流裝置輸入交流有效電壓U1為209V，且上下波動(dòng)10%都為安全電壓，此時(shí)電壓互感器檢測到的電壓U3小于2.6V，且小于參考電壓UREF，輸出開(kāi)路，過(guò)電壓保護模塊不動(dòng)作，作為正反饋的射極跟隨器三極管M5導通UREF=2.8V。當U1增加到230V時(shí)，U3大于2.8V，輸出為低電平，過(guò)電壓保護模塊動(dòng)作，單片機輸出封鎖脈沖，且M5截止UREF=2.7V，促使U3更大于UREF，這時(shí)翻轉后的狀態(tài)極為穩定，避免了過(guò)電壓附近電壓波動(dòng)而引起的不穩定現象。由于產(chǎn)生了一定的回差，過(guò)電壓保護動(dòng)作后，整流裝置的輸入電壓U1必須降到230-5=225V時(shí)，即U3＜UREF，整流裝置才能恢復正常。
脈沖輸出控制
大電流整流裝置主要是通過(guò)晶閘管整流，而晶閘管的導通是需要觸發(fā)脈沖的，這里對觸發(fā)脈沖的控制是基于單片機產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖。因此，控制了晶閘管觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生就控制住了整個(gè)整流裝置的輸出，也就達到了過(guò)壓保護的目的。
圖2 脈沖輸出控制程序流程圖
單片機是一種微型計算機，可以通過(guò)編程實(shí)現相應的功能。文中通過(guò)51系列單片機的P1.0口控制晶閘管觸發(fā)脈沖輸出的P0口，可以將電壓比較器的輸出端U4與單片機的P1.0口相接，中間用一個(gè)PNP型三極管進(jìn)行電平轉換如圖1中C部分所示。當U4為高電平時(shí)，單片機P1.0口有內置高阻上拉電阻，復位后P1.0口為高電平，三極管M6截止；當U4為低電平時(shí)，三極管M6導通，并將P1.0口拉為低電平，此時(shí)P0口被強行復位。其脈沖輸出控制程序流程圖如圖2所示，確保了整流裝置過(guò)電壓時(shí)晶閘管觸發(fā)脈沖能夠及時(shí)關(guān)斷，當電壓恢復到安全值后能夠自動(dòng)運行。
實(shí)驗結果
通過(guò)電壓比較電路實(shí)驗波形的觀(guān)察發(fā)現其輸出高低電平的轉換時(shí)間為微秒級，達到保護模塊設計要求的響應時(shí)間。
由圖3實(shí)驗波形可以發(fā)現，當輸入電壓有效值低于U1=209V，晶閘管輸出脈沖正常，整流設備正常工作；當輸入電壓有效值U1=212V，晶閘管輸出脈沖被關(guān)斷，整流設備停止工作；當輸入電壓有效值降為U1=204V，晶閘管輸出脈沖正常，整流設備重新正常工作。
圖3 過(guò)壓前后控制觸發(fā)脈沖輸出波形
結論
本文設計了一種大電流變流裝置的過(guò)電壓智能保護模塊，分析了導致過(guò)電壓的原因，結合整流裝置過(guò)壓特性提出利用性?xún)r(jià)比較高的51系列單片機作為控制核心，實(shí)現了智能保護的目的。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現整個(gè)過(guò)壓保護模塊的響應時(shí)間為微秒級，滿(mǎn)足過(guò)壓保護響應時(shí)間的要求。通過(guò)實(shí)驗波形的比較，驗證了電壓比較電路的回差電壓為5V，達到了預期保護遲滯的設定。通過(guò)改變R3的阻值可以實(shí)現不同門(mén)限的過(guò)壓保護，而且實(shí)驗證明了該智能保護模塊是可行的。
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